CN107896383A - 用于四表集抄的无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于四表集抄的无线通信方法，主站系统给子节点分配网内地址，其中网内地址根据频域和时域划分，频域包括主频点在内的多个频率点，将频率点作为子节点的频点，主频点作为网络维护频点，将一个时间段T划分成多个时间段，每个时间段分配给一个子节点作为时域，每个子节点根据频点和时域分配一个通信信道，再为各频点分配一个广播时域；子节点在接收到时间同步广播命令后进行计时，当子节点计时至信道时间，子节点进与主节点进行数据通信，其余子节点的通信信道进入静默状态。通过频域和时域的划分，每一个子节点和主节点进行通信的时间和频点固定，在其他频点和时域子节点可以处于待机模式，不需要通信，从而达到低功耗的目的。

Description

用于四表集抄的无线通信方法
技术领域
本发明涉及智能抄表技术领域，具体涉及一种用于四表集抄的无线通信方法。
背景技术
随着电力系统中用电信息采集系统对水、电、暖、气等公共事业数据一体化采集工程(简 称“四表合一”工程)的不断推进，接口转换器(以下简称“转换器”)在集抄系统中的使用量 在不断的增长。转换器如何快速、准确的确定出所要通信的水表、燃气表、热计量的通讯接 口形式，对数据及时、准确的上传主站系统起到关键作用。在水表、燃气表、热计量表的行 业内，一般存在着三种形式的通讯接口，分别是Meter-BUS物理接口(简写M-BUS)、RS-485 接口、无线收发接口。
随着通信技术的发展，点对点通信方式的传送距离越来越远，为了降低子节点功耗，无 线通信中星形结构的无线网络被广泛使用。与网状网络比较，星形网络降低了网络维护的大 量消耗，尤其减少了子节点用于网络维护的开销。因此，利用星型结构网络实现四表集抄是 本申请的研究课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一中满足低功耗、点对点通信的用于四表集抄的无线通 信方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于四表集抄的无线通信方法， 设置主站系统无线通信频域；主站系统给每个水、电、气、热表子节点分配网内地址，其中 网内地址根据频域和时域划分，频域包括主频点在内的多个频率点，将频率点作为子节点的 频点，主频点作为网络维护频点，将一个时间段T划分成多个时间段，每个时间段分配给一 个子节点作为时域，每个子节点根据频点和时域分配一个通信信道，该时域为信道时间，再 为各频点分配一个广播时域T0；主节点在各个频点的广播时域T0发出时间同步广播命令，所 有子节点在广播时域接收主节点的同步广播命令，子节点在接收到时间同步广播命令后进行 计时，当子节点计时至信道时间，子节点进入接收和或者发送模式与主节点进行数据通信， 其余子节点的通信信道进入静默状态。
进一步的，当子节点超过N个时间同步周期未能接收到时间同步广播命令后，判定仪表失去 主节点的频域覆盖，子节点删除之前主节点分配的网内地址，并且以网络维护频点进行接收 维护命令，直到子节点与主节点建立链接并被分配信道地址，其中N为大于等于5的整数。
进一步的，当主节点联系N个时间同步广播周期未收到子节点的数据响应或者空响应， 则主节点判定该仪表已经失去连接并在网络中注销。
进一步的，当需要接入新的子节点时，将主站系统的工作频点设置为网络维护频点，当 新接入子节点的频点进入覆盖网络范围内，主节点再根据时域划分形成多个临时通信信道， 新的子节点随机选择一个临时通信信道并与主节点进行通信，主节点通过该临时通信信道给 新的子节点发送包含网内地址的命令帧，子节点收到命令帧后立即响应并调频到响应的信道 待通信。
进一步的，当新接入子节点的频点进入覆盖网络范围内，新接入子节点会收到主节点发 出的网络心跳帧，子节点收到该帧后，如果需要加入该主节点，则要给主节点发送一个响应 帧，该响应帧通过临时通信信道内进入主节点，新接入子节点产生0-200的随机数对临时通 信信道进行选择。
从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点：通过频域和时域的划分，每一个子节 点和主节点进行通信的时间和频点固定，在其他频点和时域子节点可以处于待机模式，不需 要通信，从而达到低功耗的目的；采用了子节点的随机入网应答，可以高效率的实现即插即 用功能，方便新的子节点布控。
具体实施方式
主站系统(称为主节点)可以采用CYW100M型无线通信模块，完全透传(TTL电平UART 接口，异步串行)，硬件扩频编码，可以自定义调频机制，自动接收，发射，前导码检测，方 便客户嵌入自己的PCB。水、电、气、热表(称为子节点)采用CYW100S型无线通信模块
1.信道分配
设置主站系统无线通信频域，本实施例中主节点可以覆盖430MHz～440MHz频域，主节点 给子节点分配网内地址，其中网内地址根据频域和时域划分，频域包括主频点在内的多个频 率点，将频率点作为子节点的频点，主频点作为网络维护频点，以433MHz主频点为例，可以 以100kHz为调频距离进行覆盖，那么我们可以设定432.5MHz、432.6MHz、432.7MHz、432.8MHz、 432.9MHz、433.1MHz、433.2MHz、433.3MHz、433.4MHz、433.5MHz频点作为数据通信信道频 点，433MHz基本频点作为网络维护频点。
将一个时间段T划分成N个时间段，依次为T1、T2、T3、、Tn，每个时间段分配给一个子节点作为时域，每个子节点根据频点和时域分配一个通信信道，该时域为信道时间，再为各频点分配一个广播时域T0；
网络地址分配表
T1 T2 T3 …… Tn
432.5MHz 子节点1 子节点2 子节点3 …… 子节点n
432.6MHz 子节点n+1 子节点n+2 子节点n+3 …… 子节点2n
432.7MHz 子节点2n+1 子节点2n+2 子节点2n+3 …… 子节点3n
…… …… …… …… …… ……
433.5MHz 子节点9n+1 子节点9n+2 子节点9n+3 …… 子节点10n
通过频域和时域的划分，每一个子节点和主节点进行通信的时间和频点固定，在其他 频点和时域子节点可以处于待机模式，不需要通信，从而达到低功耗的目的。
2、主节点与子节点的通信
主节点在各个频点的广播时域发出时间同步广播命令，所有子节点在广播时域接收主节 点的同步广播命令，子节点在接收到时间同步广播命令后进行计时，当子节点计时至信道时 间，子节点进入接收和或者发送模式与主节点进行数据通信，其余子节点的通信信道进入静 默状态。
当仪表超过5个时间同步周期未能接收到时间同步广播命令后，判定仪表失去主节点的 频域覆盖，仪表删除之前主节点分配的网内地址，并且以网络维护频点进行接收维护命令， 直到仪表与主节点建立链接并被分配信道地址。当主节点联系5个时间同步广播周期未收到 仪表的数据响应或者空响应，则主节点判定该仪表已经失去连接并在网络中注销。其中不局 限5个周期，操作人员可以通过编程设置周期数。
3、新入网子节点的即插即用方式的实现
主节点在通信中起主导作用，尤其在主从式通信模式下，主节点的工作除了数据通信(数 据上传和下达)，还包括网络维护。在该通信方式下，主节点的网络维护工作主要包括子节点 的入网登入、子节点的频域和时域地址分配。
当需要接入新的子节点时，将主站系统的工作频点设置为网络维护频点，当新接入子节 点的频点进入覆盖网络范围内，子节点会收到主节点发出的网络心跳帧，子节点收到该帧后， 如果需要加入该主节点，则要给主节点发送一个响应帧，该响应帧需要在主频点内的信道组 内进行回传。主节点在网络维护频点再根据时域划分形成多个临时通信信道，新接入的子节 点利用随机整数(0～200)随机选择一个临时通信信道并与主节点进行通信，主节点通过该临 时通信信道给新的仪表发送包含网内地址的命令帧，子节点收到命令帧后立即响应并调频到 响应的信道待通信，同时子节点保存当前网络的主节点信息及信道信息。
该通信方式的主旨为降低通信过程中子节点的功耗，并且尽可能地不降低通信效率及覆 盖设备数量，而且可以实现一定程度的即插即用功能。通过频点轮换或者时域划分，可以有 效实现子节点的低功耗运行。采用了子节点的随机入网应答，可以高效率的实现即插即用功 能，方便新的子节点布控。随着通信技术及通信芯片的发展，目前出现了LoRa通信(调频通 信)芯片，可以有效的支持该通信方式。

Claims (5)

1.一种用于四表集抄的无线通信方法，其特征在于：
设置主站系统无线通信频域；
主站系统给每个水、电、气、热表子节点分配网内地址，其中网内地址根据频域和时域划分，频域包括主频点在内的多个频率点，将频率点作为子节点的频点，主频点作为网络维护频点，将一个时间段T划分成多个时间段，每个时间段分配给一个子节点作为时域，每个子节点根据频点和时域分配一个通信信道，该时域为信道时间，再为各频点分配一个广播时域T0；
主节点在各个频点的广播时域T0发出时间同步广播命令，所有子节点在广播时域接收主节点的同步广播命令，子节点在接收到时间同步广播命令后进行计时，当子节点计时至信道时间，子节点进入接收和或者发送模式与主节点进行数据通信，其余子节点的通信信道进入静默状态。
2.根据权利要求1所述的用于四表集抄的无线通信方法，其特征在于：当子节点超过N个时间同步周期未能接收到时间同步广播命令后，判定仪表失去主节点的频域覆盖，子节点删除之前主节点分配的网内地址，并且以网络维护频点进行接收维护命令，直到子节点与主节点建立链接并被分配信道地址，其中N为大于等于5的整数。
3.根据权利要求2所述的用于四表集抄的无线通信方法，其特征在于：当主节点联系N个时间同步广播周期未收到仪表的数据响应或者空响应，则主节点判定该子节点已经失去连接并在网络中注销。
4.根据权利要求1所述的用于四表集抄的无线通信方法，其特征在于：当需要接入新的子节点时，将主站系统的工作频点设置为网络维护频点，当新接入子节点的频点进入覆盖网络范围内，主节点再根据时域划分形成多个临时通信信道，新的子节点随机选择一个临时通信信道并与主节点进行通信，主节点通过该临时通信信道给新的子节点发送包含网内地址的命令帧，子节点收到命令帧后立即响应并调频到响应的信道待通信。
5.根据权利要求4所述的用于四表集抄的无线通信方法，其特征在于：当新接入子节点的频点进入覆盖网络范围内，新接入子节点会收到主节点发出的网络心跳帧，子节点收到该帧后，如果需要加入该主节点，则要给主节点发送一个响应帧，该响应帧通过临时通信信道内进入主节点，新接入子节点产生0-200的随机数对临时通信信道进行选择。
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