CN108289359A - 一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法，包括以下步骤：路灯设备在部署安装时通过编址单元确定唯一的网络地址，并分别部署路灯节点；上位机发起通信业务，并向网关发送相应指令；网关通过串口接收来自上位机的指令，并将该指令打包成无线通信帧，通过无线通信模块发送至路灯节点；路灯节点接收无线通信帧后响应并发送反馈包至网关，随后进入接收状态；网关通过无线通信接收模块接收来自路灯节点的各种反馈包，解析出反馈信息，然后通过串口发送至上位机。本发明具有以下优点和效果：提供了一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法,通过构建无线网络，可远程对路灯设备进行电气参数采集和控制。

Description

一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法

技术领域

本发明涉及路灯管理领域，特别涉及一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法。

背景技术

路灯是常见的市政公共电气设备，具有设备数量多、巡检区域大、巡检工作量大的特点。现阶段由于种种因素，路灯的损坏时常发生，给夜晚的行人带来不便的同时，也极大地增加了城市安全隐患。当某个路灯出现故障时，人工巡检方式很难及时发现故障所在，因此导致故障路灯长时间得不到修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法,通过构建无线网络，可远程对路灯设备进行电气参数采集和控制。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法，包括以下步骤：

步骤S1、路灯设备在部署安装时通过编址单元确定唯一的网络地址，并分别部署路灯节点；

步骤S2、上位机发起通信业务，并向网关发送相应指令；

步骤S3、网关通过串口接收来自上位机的指令，并将该指令打包成无线通信帧，通过无线通信模块发送至路灯节点；

步骤S4、路灯节点接收无线通信帧后响应并发送反馈包至网关，随后进入接收状态；

步骤S5、网关通过无线通信接收模块接收来自路灯节点的各种反馈包，解析出反馈信息，然后通过串口发送至上位机。

通过采用上述技术方案，区域内所有的路灯设备均确定唯一的网络地址后，采用相同的无线通信频道，形成链式网络，数据交互更加便捷；上位机通过串口与网关通信，实现了上位机对链式网络的监控并方便上位机的统一管理；路灯节点通过接收无线通信帧后会及时响应并进入不同处理流程。

进一步设置为：所述网络地址按照路灯节点从近到远的顺序依次为1、2、3,以此类推，网关地址为0。

通过采用上述技术方案，当路灯节点有重复地址时会造成通信数据的异常，更可能导致无线通信失败，每个路灯节点确定独立且不重复的网络地址，能有效防止地址冲突现象。

进一步设置为：所述一个路灯节点的无线物理通信范围能覆盖其左右三跳内的邻居节点。

通过采用上述技术方案，任意相邻三个路灯节点中分别位于两端的路灯节点的物理距离小于路灯节点的无线通信距离，实现了一个路灯节点与相邻路灯节点的无线通信。

进一步设置为：所述通信业务包括对某个路灯节点的电气参数查询、对某个路灯节点的开关控制和对所有路灯节点的开关控制。

通过采用上述技术方案，上位机通过发送通信业务指令可查询相关路灯节点的电气参数或对其进行开关控制。

进一步设置为，所述对某个路灯节点的电气参数查询具体为：对网络地址为N的路灯节点进行电气参数查询，查询包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点N；每次发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；如果节点M在向节点 M+1发送查询包失败后，则节点M可向节点M+2发送查询包；如果节点M在向节点M+2发送查询包失败，则正向的查询业务流程停止，节点M按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送状态反馈包；节点N收到查询包后，按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送数据反馈包。

通过采用上述技术方案，若链式网络中网关与目标节点之间出现了两个连续失效的节点，则表示路由过程失败，网关可通过节点的状态反馈包进行判断。

进一步设置为，对所有节点的开关控制具体为：网关向最后一个网络节点Z发送全网操作指令包；指令包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点Z；发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；如果节点M在向节点M+1发送指令包失败后，则节点M可向节点M+2发送指令包；如果节点M在向节点M+2发送查询包失败，则指令包传送业务流程停止；如果指令包到达目标节点 Z，则指令包传送业务流程停止。

通过采用上述技术方案，可以实现对全部路灯节点的控制。

进一步设置为：所述步骤S3中，所述无线通信帧包括通信包和反馈包，所述通信包括单节点查询包、单节点控制包、全网节点控制包和全网节点查询包，所述路灯节点根据收到的指令包的不同进入不同处理流程。

通过采用上述技术方案，网关通过发送通信包可对单节点进行电气参数查询或开关控制，也可对所有节点进行电气参数查询或开关控制。

进一步设置为，所述无线通信帧包括:目的地址，无线通信帧要到达的最终目标节点的网络地址；本地地址，当前节点的网络地址；路由地址，无线通信帧要传递的下一跳节点的网络地址。

通过采用上述技术方案，路灯节点之间通过发送及接收无线通信帧实现网络地址的跳转。

综上所述，本发明具有以下有益效果：区域内所有的路灯设备均确定唯一的网络地址后，采用相同的无线通信频道，形成链式网络，数据交互更加便捷；上位机通过串口与网关通信，实现了上位机对链式网络的监控并方便上位机的统一管理；每个路灯节点确定唯一的网络地址，能有效防止地址冲突现象；一个路灯节点的无线物理通信范围能覆盖其左右三跳内的邻居节点，实现了一个路灯节点与相邻路灯节点的无线通信；网关可通过链式网络中节点的状态反馈包进行判断通信是否成功；无线通信帧包括通信包和反馈包，网关通过发送通信包，可对单节点进行电气参数查询或开关控制，也可对所有节点进行电气参数查询或开关控制，路灯节点之间通过发送及接收无线通信帧实现网络地址的跳转。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法的流程图；

图2为实施例中网关与上位机及路灯节点的连接关系图；

图3为实施例中网关的流程图；

图4为实施例中路灯节点的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1，一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法，包括以下步骤：

步骤S1、路灯设备在部署安装时通过编址单元确定唯一的网络地址，并分别部署路灯节点；

步骤S2、上位机发起通信业务，并向网关发送相应指令；

步骤S3、网关通过串口接收来自上位机的指令，并将该指令打包成无线通信帧，通过无线通信模块发送至路灯节点；

步骤S4、路灯节点接收无线通信帧后响应并发送反馈包至网关，随后进入接收状态；

步骤S5、网关通过无线通信接收模块接收来自路灯节点的各种反馈包，解析出反馈信息，然后通过串口发送至上位机。

其中，步骤S1具体为：路灯设备在部署安装时，通过设备上的编码单元为其设置唯一的网络地址，从网关开始，按照从近到远的顺序依次部署路灯节点，这些路灯的网络地址依次为 1、2、3,以此类推。所述编码单元为拨码开关，且每个路灯节点采用 16 位拨码开关编址，因此路灯节点的地址范围为 1-65535，网关地址为 0。同时路灯部署时节点之间的物理距离 50 米，节点的无线通信距离超过 150 米，因此一个路灯节点的无线物理通信范围能够覆盖其左右 3 跳内的邻居节点。网关包括有无线通信模块、微处理器以及与上位机通信用的串口，路灯设备包括有无线通信模块和微处理器，路灯设备还包括有用于采集路灯电压的电压传感器和用于采集电流的电流传感器，网关和路灯设备通过无线通信模块实现无线通信。网关和路灯节点采用433MHZ频段无线通信通信方式形成链式网络，网关通过串口与上位机通信。433MHZ频段抗干扰强，并支持各种点对点，一点对多点的无线通信方式，具有收发一体、稳定可靠等特点，通过提高发射功率，可实现长距离传输。

参考图2，网关和路灯节点下面的数字表示该节点的网络地址，Z 表示离网关节点最远的节点的网络地址，Z 不超过 65535。路灯节点自动采集电流、电压、功耗等电气参数，通过无线通信方式逐跳传送给网关，网关将路灯的电气参数传送给上位机。上位机可发起通信业务，并向网关发送相应指令，指令信息经过串口传送给网关，网关再通过无线通信方式将操作指令逐跳传送给指定的路灯节点。

其中，步骤S2具体为：通信业务包括对某个路灯节点的电气参数查询、对某个路灯节点的开关控制和对所有路灯节点的开关控制。以上三类基本通信业务均采取单播通信方式。

对某个路灯节点的电气参数查询具体为：当对网络地址为N的路灯节点进行电气参数查询时，

1）查询包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点N；

2）每次发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；

3）如果节点M在向节点M+1发送查询包失败后，则节点M可向节点M+2发送查询包；

4）如果节点 M 在向节点M+2发送查询包失败，则正向的查询业务流程停止，节点 M 按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送状态反馈包；

5）节点N收到查询包后，按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送数据反馈包。

网关对某个路灯节点的电气参数查询业务流程中，在同一时刻整个网络只有一个节点处于发送状态，其他节点均处于接收状态。指定的接收节点收到发送节点查询包后，包的发送权限从发送节点传递给指定的接收节点。

网关0对网络地址为N的路灯节点的操作控制业务流程与查询业务流程采用相同的路由方式。

结论1：链式网络中网关与目标节点之间如果出现2个连续失效的节点，路由过程失败。

证明：考虑在正向的通信包（查询/控制包）发送路由过程中，节点M发送通信包的情况。如果节点M后续连续2个节点即节点M+1、节点M+2失效，根据以上路由算法，M首先会向M+1发送通信包，其结果为路由失败，然后M会继续向M+2发送通信包，其结果仍然为路由失败，此时整个正向的通信包（查询/控制包）发送路由流程终止，M开始启动目标地址为网关0的反向的反馈包路由过程。因此链式网络中出现 2 个连续实效的节点时，路由过程失败。

结论2：对某个路灯节点的查询/控制业务流程中，反馈包的路由过程不会出现路由失败。

证明：考虑在反馈包的反向路由过程中，节点M在发送反馈包的情况，其前提条件是查询/控制包的正向路由过程中查询/控制包已经到达节点M。如果节M发送反馈包失败，根据以上路由算法，则M前序的至少连续的2个节点即节点M-1、节点M-2故障。根据结论1，链式网络中出现2个连续实效的节点时，查询/控制包的正向路由过程中查询/控制包无法到达节点 M，这与假设的前提条件不一致，因此本结论成立。

对所有路灯节点的开关控制具体为：

1）网关0向最后一个网络节点Z（网络部署阶段可知道最远一个节点的网络地址，网关通过上位机软件可获得最远路灯节点的网络地址）发送全网操作指令包；

2）指令包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点Z；

3）发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；

4）如果节点M在向节点M+1发送指令包失败后，则节点M可向节点M+2发送指令包。

5）如果节点M在向节点M+2发送查询包失败，则指令包传送业务流程停止。

6）如果指令包到达目标节点Z，则指令包传送业务流程停止。

整个业务流程中，在同一时刻整个网络只有一个节点处于发送状态，其他节点均处于接收状态。指定的接收节点收到发送节点指令包后，包的发送权限从发送节点传递给指定的接收节点。整个业务流程没有向网关发送的反馈流程。

其中，步骤S3具体为：无线通信帧包括通信包和反馈包，所述通信包包括单节点查询包、单节点控制包、全网节点控制包和全网节点查询包，所述路灯节点根据收到的指令包的不同进入不同处理流程。所述无线通信帧包括目的地址、本地地址和路由地址，目的地址表示无线通信帧要到达的最终目标节点的网络地址；本地地址表示当前节点的网络地址；路由地址表示无线通信帧要传递的下一跳节点的网络地址。

参考图3，网关和路灯节点通过无线通信模块采用433MHZ频段无线通信通信方式，网关通过串口与上位机通信。在网关的起始阶段，需要对网关内的微处理器、无线通信模块、串口等相关资源进行初始化。上位机发送至网关的指令包括对某个路灯节点的电气参数查询指令、对某个路灯节点的开关控制指令和对所有路灯节点的开关控制指令，网关内的串口接收到上述三种指令中其中一个指令时，通过无线通信模块向路灯节点1发送通信包，若网关收到路灯节点1的响应包则进入等待状态，若网关没有收到路灯节点1的响应包，则网关通过无线通信模块向路灯节点2发送通信包。若网关内的串口没有收到上位机发送的指令，但网关内的无线通信模块收到了单节点反馈包或开关控制反馈包，网关内的微处理则对反馈包进行解析并通过串口发送至上位机；若网关内串口没有收到上位机发送的指令，网关内无线通信模块也没有收到路灯节点发送的状态反馈包，则网关进入等待状态。

其中，步骤S4具体为：路灯设备在起始阶段设备内的微处理及无线通信模块等相关资源进行初始化，路灯节点进入接收状态，在路灯节点接收到信号前处于等待状态，在等待状态，路灯节点可能收到前序节点发送的单节点查询包、单节点控制包、全网节点控制包，以及后续节点发送的查询或控制反馈包，节点根据收到的通信包的不同类型进入相应的处理流程。每个处理流程处理完成后，节点进入接收状态。

参考图4，路灯节点收到无线通信帧，无线通信帧包括通信包和反馈包。

1）若其通信包为全网节点控制包，则按照控制指令操作节点，接着判断通信包内目标地址是否为本路灯节点C，若是则路灯节点C重新进入接收状态；若目标地址不是本路灯节点C，则路灯节点C转发控制包至地址加1的路灯节点D，此时路灯节点C若收到路灯节点D发送的响应包则路灯节点C进入接收状态；否则路灯节点C继续转发至地址加2的路灯节点E且路灯节点C进入接收状态。

2）若通信包不是全网节点控制包，而是单节点查询包或控制包时，则判断通信包目标地址是否为本路灯节点C，若是则继续判断该通信包是否为控制包，若是则按照控制指令操作指令并将该路灯节点C采集到的电气参数打包成反馈包发送至地址减1的路灯节点B，此时若路灯节点C收到了路灯节点B发送的响应包则路灯节点C进入接收状态，若路灯节点C没有收到路灯节点B发送的响应包，则路灯节点C发送状态反馈包至地址减2的路灯节点A且路灯节点C进入接收状态。若上述通信包不是控制包，则路灯节点C将采集到的电气参数打包成反馈包发送至地址减1的路灯节点B，此时若路灯节点C收到了路灯节点B发送的响应包则路灯节点C进入接收状态，若路灯节点C没有收到路灯节点B发送的响应包，则路灯节点C发送状态反馈包至地址减2的路灯节点A且路灯节点C进入接收状态。

若目标地址不是本路灯节点C，则路灯节点C将收到的通信包转发至地址加1的路灯节点D。此时若路灯节点C收到了路灯节点D发送的响应包则路灯节点C进入接收状态；若没有收到，则路灯节点C将通信包转发至地址加2的路灯节点E。此时若路灯节点C收到了路灯节点E发送的响应包则路灯节点C进入接收状态；若没有收到，则路灯节点C发送状态反馈包至地址减1的路灯节点B。此时若路灯节点C收到了路灯节点B发送的响应包则路灯节点C进入接收状态；若没有收到，则路灯节点C发送状态反馈包至地址减2的路灯节点A且路灯节点C进入接收状态。

3）若通信包不是全网节点控制包，不是单节点查询包和单节点控制包，也不是查询或控制反馈包时，此时该路灯节点C重新进入接收状态；若通信包不是全网节点控制包，不是单节点查询包和单节点控制包，而是查询或控制反馈包时，此时该路灯节点C发送状态反馈包至地址减1的路灯节点B，此时若路灯节点C收到了路灯节点B发送的响应包则路灯节点C进入接收状态；若路灯节点C没有收到路灯节点B发送的响应包，则路灯节点C发送状态反馈包至地址减2的路灯节点A且路灯节点C进入接收状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于链式网络的远程无线路灯监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、路灯设备在部署安装时通过编址单元确定唯一的网络地址，并分别部署路灯节点；

步骤S2、上位机发起通信业务，并向网关发送相应指令；

步骤S3、网关通过串口接收来自上位机的指令，并将该指令打包成无线通信帧，通过无线通信模块发送至路灯节点；

步骤S4、路灯节点接收无线通信帧后响应并发送反馈包至网关，随后进入接收状态；

步骤S5、网关通过无线通信接收模块接收来自路灯节点的各种反馈包，解析出反馈信息，然后通过串口发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述网络地址按照路灯节点从近到远的顺序依次为1、2、3,以此类推，网关地址为0。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述任意相邻三个路灯节点中分别位于两端的路灯节点的物理距离小于路灯节点的无线通信距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述通信业务包括对某个路灯节点的电气参数查询、对某个路灯节点的开关控制和对所有路灯节点的开关控制。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对某个路灯节点的电气参数查询具体为：

对网络地址为N的路灯节点进行电气参数查询，查询包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点N；

每次发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；

如果节点M在向节点 M+1发送查询包失败后，则节点M可向节点M+2发送查询包；

如果节点M在向节点M+2发送查询包失败，则正向的查询业务流程停止，节点M按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送状态反馈包；

节点N收到查询包后，按照以上路由方式，反向朝网关节点0发送数据反馈包。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所有路灯节点的开关控制具体为：

网关向最后一个网络节点Z发送全网操作指令包；

指令包从网关开始，按照网络地址加1递增的方式，逐个节点转发，直至传送到节点Z；

发送节点向接收节点发送查询包后，等待接收节点发回响应包，如果没收到响应包，则发送节点认为查询包发送失败；

如果节点M在向节点M+1发送指令包失败后，则节点M可向节点M+2发送指令包；

如果节点M在向节点M+2发送查询包失败，则指令包传送业务流程停止；

如果指令包到达目标节点 Z，则指令包传送业务流程停止。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述无线通信帧包括通信包和反馈包，所述通信包括单节点查询包、单节点控制包、全网节点控制包和全网节点查询包，所述路灯节点根据收到的指令包的不同进入不同处理流程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无线通信帧还包括：

目的地址，无线通信帧要到达的最终目标节点的网络地址；

本地地址，当前节点的网络地址；

路由地址，无线通信帧要传递的下一跳节点的网络地址。