CN107889185A - 一种电表无线数据采集系统的组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电表无线数据采集系统的组网方法，属于组网技术领域，通过使用分级管理和分级组网的方式，从而使得减轻集中器的负担，使得集中器或者第一节点对通信网络通信地址的管理更加准确。而且对通信网址进行很好的分块管理，把通信地址的管理进行分配到下级节点，使得在数据处理通过和通信地址的管理过程不容易出现数据出错。
Description
技术领域
本发明涉及组网技术领域，具体的来说是涉及一种电表无线数据采集系统的组网方法。
背景技术
现有的无线通信网络组网的通信方式一般有，一，由集中器记录汇总在通信网络中的所有从节点的通信地址，二，将通信网络的中的通信地址输入主节点，三，主节点主动对从节点发起点对点通信，通信成功后记录通信路径，否者增加中继器。该种组网通信方式会使得集中器对通信网址的管理非常的麻烦，当出现节点掉网或者其他情况时比较难再次进入组网。
公告号为103457812A的中国专利基于主从节点通信网络的静默组网方法。该方法通过节点主动发出请求，主动申请入网，而不需求根据集中器的“邀请”等，从而使得组网更加灵动性，新加节点也可以主动的直接申请入网。但是该方法的不足点是，加大了集中器的负担，使得集中器或者第一节点对通信网络通信地址的管理要求比较高，通信地址比较多，而且对通信网址没能进行很好的分块管理，把通信地址的管理进行分配到下级节点，使得在数据处理通过和通信地址的管理过程容易出现数据出错等，因此需要设计出一种集中器对通信地址管理更加简单，可进行掉网自动搜寻入网的组网方法。
发明内容
本发明提供一种电表无线数据采集系统的组网方法，解决现有组网方法数据错差率高和掉线不能自动入网的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种电表无线数据采集系统的组网方法，包括如下步骤
步骤1:集中器在上电或复位后发起组网呼叫命令，联络一跳范围内的所有同频电表节点；
步骤2:处于跳频状态下的电表节点在侦听到无线链路物理载波后，继续旁听并驻留小段时间，一旦识别接收到集中器组网呼叫命令时，采用CSMA-CA冲突检测算法立刻向集中器发送申请网络地址的应答命令；
步骤3:处于该电表周围的其它电表节点记录该电表的MAC地址记录到各自的临时邻居表信息库；
步骤4:同时集中器在接收到该电表请求网络地址的命令后，立刻查找地址分配管理库，如果集中器先前给该电表分配过网络地址，同时该网络到目前为止还没有再次分配给其它的电表使用的条件下，把先前分配的网络地址继续分配给当前的申请电表，否则从地址分配管理库中分配一个序号最小未使用的网络地址给当前申请的电表，滞后将网络地址广播给一跳电表节点；
步骤5:当前正在申请网络地址的电表接收到集中器分配的网络地址应答命令后，再把该网络地址再次广播给它周围的邻居电表节点；同时，该电表在该次网络组网过程中不再响应集中器重复发送的组网呼叫命令（广播次数>0）；
步骤6:距集中器一跳范围内其它电表节点重复上述加入网络的过程；
步骤7:集中器在重复3次广播呼叫组网命令后，不再广播一跳范围内的电表节点，转入到二跳节点的呼叫流程；
步骤8:已经分配了网络地址的电表节点一旦侦听到周围邻居电表节点发起的连接网络申请命令后，响应该命令，但不给该申请的电表节点分配网络地址，通知该电表节点继续工作在该频率和驻留的时间，停止跳频扫描和呼叫，等待集中器给其分配网络地址；
步骤9:距集中器两跳范围之外的电表节点，在规定的时间内仍然没有扫描到同频载波，且处于游离状态（到目前为止，未分配到网络地址）的条件下，采用CSMA-CA机制竞争信道，主动发送加入网络的命令；
步骤10:处于该电表节点周围的临时同频电表节点更新临时邻居表，但不作任何应答，周围存在一个游离节点，当其中任何一个邻居表加入网络后，就会试图寻找这个节点，将其作为自己的子节点加入网络，组网完成。
所述步骤8中已分配网络地址的电表节点接收到未分配网络地址的电表节点发起的连接网络命令后，将其呼叫的电表节点加入自己邻居表，同时通知该电表节点，暂时不要跳频扫描，继续工作在当前频点，同时把自己距集中器的路径复制给呼叫节点，呼叫的电表节点从中选择信号强度最好和整条路由成本最低的节点作为自己的父节点，完成连接网络的过程。
所述步骤1中集中器初始化设置自己跳数距离为0，并广播包含一个到本身跳数域的路由建立消息，与集中器相邻的电表节点收到该消息后，将集中器作为自己的父节点，并设置自己到父节点的跳数为1，然后继续广播路由建立消息；同时集中器需要监听邻居节点的广播，并将发送跳数为1的路由建立消息的节点标记为子节点。
所述步骤2中当一个节点收到多个广播消息时，则选择信号强度更强同时权衡路经最短的节点作为父节点。
所述步骤10中节点广播路由建立消息后没有收到跳数比自己更大的路由建立消息，则认为自己就是叶节点，或者本节点到集中器的跳数大于8，就不再进行转发，同时把自己标识为叶节点，在树型结构建立后，从叶节点开始，将自己的相关身份验证信息逐级上报到集中器，同时按DSR的路由应答机制原理，把整条路由地址信息上报到集中器。
本发明还包括集中器接收到叶节点的路由应答后，逐个路由节点进行身份确认，确认相应普通节点是属于该归属中心协调，还是属于访问(临时托管)该中心节点，如果属于强制访问节点就给该节点分配一个网络，同时标识为访问节点，赋予一定的工作持续时间，如果持续时间用完后，中心协调节点立即断开该节点的连接，并通知让其节点再次寻找自己的归属中心协调节点，如此反复，完成对访问节点的托管和剔除。
本发明的优点与效果是：
本发明通过集中器控制电表网络节点逐级分组发起广播组网命令，电表网络节点使用快扫慢呼原则的单一跳频图案模式，实现电表网络节点快速、动态、多跳自组网，从而使得数据错差率更低和电表节点掉线能自动入网的情况。
附图说明
图1为本发明网络组网示意图；
图2为本发明距集中器多跳电表节点的组网过程图；
图3为本发明组网会话过程图；
图4为本发明路由维护图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种电表无线数据采集系统的组网方法，如图1-3所示，包括如下步骤：
步骤1:集中器在上电或复位后发起组网呼叫命令，联络一跳范围内的所有同频电表节点。集中器初始化设置自己跳数距离为0，并广播包含一个到本身跳数域的路由建立消息，与集中器相邻的电表节点收到该消息后，将集中器作为自己的父节点，并设置自己到父节点的跳数为1，然后继续广播路由建立消息。同时集中器需要监听邻居节点的广播，并将发送跳数为1的路由建立消息的节点标记为子节点。
步骤2:处于跳频状态下的电表节点在侦听到无线链路物理载波后，继续旁听并驻留小段时间，一旦识别接收到集中器组网呼叫命令时，采用CSMA-CA冲突检测算法立刻向集中器发送申请网络地址的应答命令。当一个节点收到多个广播消息时，则选择信号强度更强同时权衡路经最短的节点作为父节点。
步骤3:处于该电表周围的其它电表节点记录该电表的MAC地址记录到各自的临时邻居表信息库。其中这些其它电表节点主要是指一跳范围内的电表节点。
步骤4:同时集中器在接收到该电表请求网络地址的命令后，立刻查找地址分配管理库。如果集中器先前给该电表分配过网络地址，同时该网络到目前为止还没有再次分配给其它的电表使用的条件下，把先前分配的网络地址继续分配给当前的申请电表；否则从地址分配管理库中分配一个序号最小未使用的网络地址给当前申请的电表，滞后将网络地址广播给一跳电表节点。查找地址分配管理库的查找方式使用遍历式的查找方式，从而使得查找更加快。
步骤5:当前正在申请网络地址的电表接收到集中器分配的网络地址应答命令后，再把该网络地址再次广播给它周围的邻居电表节点。同时，该电表在该次网络组网过程中不再响应集中器重复发送的组网呼叫命令（广播次数>0）。当电表节点已经成为了集中器的子节点后，也就是已经分有了网络地址后不再处理或者不接受组网呼叫命令。
步骤6:距集中器一跳范围内其它电表节点重复上述加入网络的过程。比如当电表节点a已经入网后，后面的电表节点b和电表节点c均是和电表节点a同样的步骤进行入网，只是多了一个经过电表节点a在接入集中器的步骤，其他的都一样。
步骤7:集中器在重复3次广播呼叫组网命令后，不再广播一跳范围内的电表节点，转入到二跳节点的呼叫流程。在经过3次广播呼叫组网命令后，一跳范围的电表节点基本已经全部入网，根据实际测试只有百分之零点五的概率没有全部入网而已。一级完成后进入二级，形成多跳自组网。
步骤8:已经分配了网络地址的电表节点一旦侦听到周围邻居电表节点发起的连接网络申请命令后，响应该命令，但不给该申请的电表节点分配网络地址，通知该电表节点继续工作在该频率和驻留的时间，停止跳频扫描和呼叫，等待集中器给其分配网络地址。当电表节点b或者电表节点c侦听到周围邻居电表节点g或者电表节点e发起了入网网络申请命令时，电表节点b响应电表节点g，电表节点c响应电表节点e，并同时通知电表节点g和电表节点e停留在该工作频率上，并告知其停留的时间，等待集中器播报网络相应的地址。
步骤9:距集中器两跳范围之外的电表节点，在规定的时间内仍然没有扫描到同频载波，且处于游离状态（到目前为止，未分配到网络地址）的条件下，采用CSMA-CA机制竞争信道，主动发送加入网络的命令。当在每一级的入网过程中，当出现了遗漏一些还没入网的，采用CSMA-CA机制竞争信道进行主动申请入网。比如在二级跳的区域内的电表节点h，在二级跳的区域内的其它节点均已经入网时，只有电表节点h没入网，因此电表节点h就会采用CSMA-CA机制竞争信道想电表节点e或者电表节点d申请入网，直到申请入网成功。
步骤10:处于该电表节点周围的临时同频电表节点更新临时邻居表，但不作任何应答，周围存在一个游离节点，当其中任何一个邻居表加入网络后，就会试图寻找这个节点，将其作为自己的子节点加入网络，组网完成。节点广播路由建立消息后没有收到跳数比自己更大的路由建立消息，则认为自己就是叶节点，或者本节点到集中器的跳数大于8，就不再进行转发，同时把自己标识为叶节点，在树型结构建立后，从叶节点开始，将自己的相关身份验证信息逐级上报到集中器，同时按DSR的路由应答机制原理，把整条路由地址信息上报到集中器。
DSR路由协议直接使用“源路由”，所发送的每个数据报均在其分组头中携带其将要通过的一个完整、按序排列的节点序列（每个节点在协调器上动态分配到的短地址）。直接使用源路由允许发送节点选择和控制其自己发送数据报的传输路由，支持使用多条路由到达任何同一个目的节点，保证所使用的路由是开环路由。通过在每个数据报的分组头中包含该数据包的传输源路由，任何其它转发节点或者旁听节点就能够很容易将这些路由信息存储下来以备后用。
如图4所示，当使用一条源路由产生，或者转发一个数据分组的时候，发送该分组的每个节点都要负责证实该数据分组能够通过从本节点到达该条源路由下一跳节点的链。节点1使用一条经过中间节点2、3的源路由为节点4产生一个数据包。在这种情况下，节点1负责证实该分组通过了从节点1到达节点2的链；节点2负责证实该分组通过了从节点2到达节点3的链；节点3负责证实该分组通过了从节点4到达节点4的链。
应答（Acknowlegement）能够提供一条链证实传输数据的可靠性。在无线网络中，不需要任何代价就能够提供应答。通过使用被动应答（Passive Acknowledgement）（在被动应答方式中，节点1通过旁听节点2把其从节点1接收到的分组转发给了节点3就能够肯定自己发送给节点2的分组已经被节点2接收到）。
如果不能使用嵌入式应答机制，那么发送节点就可以明确要求该路由的下一跳节点直接回送一个DSR软件应答。这个DSR软件应答通常是直接发送给发送节点的，但是如果这两个节点之间的链是单向链，那么这个DSR软件应答就可能要通过另外一条多跳路由来发送传递给发送节点。
一个节点接收到某个相邻节点的应答后，可以要求这个相邻节点在一段短暂的时间周期内不作出应答，除非连接一个节点与这个相邻节点总是接收到响应单目标传输的应答。
当使用软件应答的时候，应该将应答请求重复发送最大允许重发次数。应答请求的重传可以单独作为一个数据包来发送，也可以通过原数据包重传来携带进行，或者通过使用相同下一跳目的节点，但是不包含软件应答的任何分组来携带进行。
如果一个应答请求重发的次数已经达到最大允许重发次数，仍然没有接收到应答，那么发送节点认为从其到达下一跳目的节点的链目前已经“中断”，然后应该从其路由存储器里删除这条中断链，还应该给每个这样的节点回送一个路由错误：自发送节点接收到最后一个应答以来，这些节点已经在这条中断链上发送了一个数据报（该数据报的传输路由包含这条中断链）。如果节点2在经过若干次应答请求之后仍然没有接收到节点3的应答，那么节点2认为从节点2到节点3的链已经中断，并且给节点1以及所有这样的节点回送一个路由错误；自节点2接收到最后一个应答以来，这些节点可能已经使用从节点2到节点3的链。节点1接收到该路由错误后，然后就从其路由存储器里删除这条中断链；如果必要的话，任何原始数据报的重传都由上层协议来执行。为了把原始数据包或者其它数据报发送给这个相同的目的节点4。如果节点1的路由存储器里存在另外一条到达目的节点4的路由（例如，根据其以前的路由寻找进程中的其它路由应答得到的路由，或者根据其旁听到其它分组中的足够多的路由信息而得到的路由），那么节点1就可以立即使用这条新的路由来发送该分组。否则（即节点1的路由存储器里不存在到达目的节点4的其它路由），节点1应该执行一个新的路由寻找进程重新寻找一条路由到达目的节点4（遵从前一节描述的指数退避要求）。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
Claims (6)
1.一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤1:集中器在上电或复位后发起组网呼叫命令，联络一跳范围内的所有同频电表节点；
步骤2:处于跳频状态下的电表节点在侦听到无线链路物理载波后，继续旁听并驻留小段时间，一旦识别接收到集中器组网呼叫命令时，采用CSMA-CA冲突检测算法立刻向集中器发送申请网络地址的应答命令；
步骤3:处于该电表周围的其它电表节点记录该电表的MAC地址记录到各自的临时邻居表信息库；
步骤4:同时集中器在接收到该电表请求网络地址的命令后，立刻查找地址分配管理库，如果集中器先前给该电表分配过网络地址，同时该网络到目前为止还没有再次分配给其它的电表使用的条件下，把先前分配的网络地址继续分配给当前的申请电表，否则从地址分配管理库中分配一个序号最小未使用的网络地址给当前申请的电表，滞后将网络地址广播给一跳电表节点；
步骤5:当前正在申请网络地址的电表接收到集中器分配的网络地址应答命令后，再把该网络地址再次广播给它周围的邻居电表节点；同时，该电表在该次网络组网过程中不再响应集中器重复发送的组网呼叫命令（广播次数>0）；
步骤6:距集中器一跳范围内其它电表节点重复上述加入网络的过程；
步骤7:集中器在重复3次广播呼叫组网命令后，不再广播一跳范围内的电表节点，转入到二跳节点的呼叫流程；
步骤8:已经分配了网络地址的电表节点一旦侦听到周围邻居电表节点发起的连接网络申请命令后，响应该命令，但不给该申请的电表节点分配网络地址，通知该电表节点继续工作在该频率和驻留的时间，停止跳频扫描和呼叫，等待集中器给其分配网络地址；
步骤9:距集中器两跳范围之外的电表节点，在规定的时间内仍然没有扫描到同频载波，且处于游离状态（到目前为止，未分配到网络地址）的条件下，采用CSMA-CA机制竞争信道，主动发送加入网络的命令；
步骤10:处于该电表节点周围的临时同频电表节点更新临时邻居表，但不作任何应答，周围存在一个游离节点，当其中任何一个邻居表加入网络后，就会试图寻找这个节点，将其作为自己的子节点加入网络，组网完成。
2.根据权利要求1所述的一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于：所述步骤8中已分配网络地址的电表节点接收到未分配网络地址的电表节点发起的连接网络命令后，将其呼叫的电表节点加入自己邻居表，同时通知该电表节点，暂时不要跳频扫描，继续工作在当前频点，同时把自己距集中器的路径复制给呼叫节点，呼叫的电表节点从中选择信号强度最好和整条路由成本最低的节点作为自己的父节点，完成连接网络的过程。
3.根据权利要求1所述的一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于： 所述步骤1中集中器初始化设置自己跳数距离为0，并广播包含一个到本身跳数域的路由建立消息，与集中器相邻的电表节点收到该消息后，将集中器作为自己的父节点，并设置自己到父节点的跳数为1，然后继续广播路由建立消息；同时集中器需要监听邻居节点的广播，并将发送跳数为1的路由建立消息的节点标记为子节点。
4.根据权利要求1所述的一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于：所述步骤2中当一个节点收到多个广播消息时，则选择信号强度更强同时权衡路经最短的节点作为父节点。
5.根据权利要求1所述的一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于：所述步骤10中节点广播路由建立消息后没有收到跳数比自己更大的路由建立消息，则认为自己就是叶节点，或者本节点到集中器的跳数大于8，就不再进行转发，同时把自己标识为叶节点，在树型结构建立后，从叶节点开始，将自己的相关身份验证信息逐级上报到集中器，同时按DSR的路由应答机制原理，把整条路由地址信息上报到集中器。
6.根据权利要求1所述的一种电表无线数据采集系统的组网方法，其特征在于：还包括集中器接收到叶节点的路由应答后，逐个路由节点进行身份确认，确认相应普通节点是属于该归属中心协调，还是属于访问(临时托管)该中心节点，如果属于强制访问节点就给该节点分配一个网络，同时标识为访问节点，赋予一定的工作持续时间，如果持续时间用完后，中心协调节点立即断开该节点的连接，并通知让其节点再次寻找自己的归属中心协调节点，如此反复，完成对访问节点的托管和剔除。
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