CN110930676A - 一种基于双模通信的用电信息采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双模通信的用电信息采集系统及方法，该系统包括采集系统中各节点处配置高速载波通信模块、微功率无线通信模块以及分别与高速载波通信模块、微功率无线通信模块连接的通信模式切换模块，采集系统的各节点进行数据采集时，通过通信模式切换模块控制切换启动高速载波通信模块以通过高速载波通信信道传输数据，或启动微功率无线通信模块以通过微功率无线通信信道传输数据，实现用电信息数据的双模通信。本发明能够充分发挥高速载波通信与微功率无线通信的优势，实现用电信息采集系统的双模式通信，提高各类应用场景下用电信息采集的效率、可靠性以及灵活性。

Description

一种基于双模通信的用电信息采集系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统用电信息采集技术领域，尤其涉及一种基于双模通信的用电信息采集系统及方法。

背景技术

电力系统中数据通信存在多种通信方式，如电力线载波通信(Power LineCommunication，PLC、ZigBee(WPAN无线个域网)、WiFi(WLAN无线局域网)、Wi-SUN、LORA、SigFox(LPWA低功耗无线广域网)、NB-IOT(移动通信网)等，针对电力用户抄表系统在从电表或采集终端到抄表集中器的本地通信方式，目前即主要均是采取485布线、窄带低频电力线载波或无线的通信方式，但是随着智能设备的多样化以及应用场景的复杂化，现有的任何单一模式有线(电力线)或射频无线技术在实际应用中都有各种的局限性，如：

1、485布线方式构建的抄表系统要施工量太大，不方便大范围实施；

2、窄带低频电力线载波受电力线负载特性的影响较大，导致通信信道的不稳定不可靠；

3、高速载波通信作为利用低压电力线传输载波信号的技术，具有较宽的可用带宽，可实现较高的数据速率，利用现有电力线组建宽带网络，实现宽带数据和多媒体信号传输，能够提供1Mbit/s以上的数据传输速率，但是单独采用高速载波通信仍然存在可靠性问题，在载波通道发生故障或发生停电事件等即无法实现通信，且实现高速载波通信的成本较高，尤其是在台区拓扑结构复杂的情况下；

4、无线通信方式的通信实现简单、通信速度快，可以满足日益增长的各种对通信实时性和通信速率较高的智慧物联通信业务的需求，但是无线通信方式中点与点之间的通信距离较短，且通信效果易受楼宇分布、建筑格局与墙砖材质、集中器和电表安装位置等环境的影响。

且上述各类通信方式共同存在的缺陷都是过窄带宽、过低速率、实时性差、以及不能实现双向快速通信等，因而实际无论是单独采用电力线载波还是单独采用无线技术构建抄表网络，电力数据采集的成功率都难以突破。

综上，现有的用电信息采集系统的单一通信方式已不能满足现实的需求，亟需提供一种能够融合不同通信技术同时实现不同模式数据通信的用电信息采集系统，以满足当前多样化智能设备和应用场景的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、信息采集效率以及可靠性高、灵活性强的基于双模通信的用电信息采集系统及方法，能够充分发挥高速载波通信与微功率无线通信的优势，实现用电信息采集系统的双模式通信，提高不同应用场景下用电信息采集的效率以及可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于双模通信的用电信息采集系统，所述采集系统中各节点处配置高速载波通信模块、微功率无线通信模块以及分别与所述高速载波通信模块、微功率无线通信模块连接的通信模式切换模块，所述采集系统的各节点进行数据采集时，通过所述通信模式切换模块控制切换启动所述高速载波通信模块以通过高速载波通信信道传输数据，或启动所述微功率无线通信模块以通过微功率无线通信信道传输数据，实现用电信息数据的双模通信。

进一步的，所述采集系统中各节点具体配置为形成以CCO(中央协调器)为中心、PCO(代理协调器)为中继以及STA节点为网络末梢的网络结构，以及各节点还配置为具有发现以及维持其他节点路由的路由器功能，并形成RF mesh组网的网络拓扑结构。

进一步的，具体在CCO、PCO以及能够覆盖载波且稳定的STA节点处分别配置所述高速载波通信模块、微功率无线通信模块以及通信模式切换模块，以使得CCO与PCO之间、PCO与STA之间以及PCO与STA之间进行高速载波通信、微功率无线通信的双模通信，部分载波不能覆盖载波或不稳定的STA节点处配置所述微功率无线通信模块以进行微功率无线通信。

进一步的，所述采集系统中各节点处还配置有与所述通信模式切换模块连接的故障检测模块，用于检测载波信道的通信故障状态以及节点的故障状态，输出给所述通信模块切换模块；所述采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动所述高速载波通信模块以通过高速载波通信信道传输数据，当所述故障检测模块检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，所述通信模式切换模块控制切换启动所述微功率无线通信模块以通过微功率无线通信信道传输数据。

进一步的，所述采集系统中各节点处还配置有与所述通信模式切换模块连接的信道状态检测估计模块，用于检测并估计节点之间高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，输出给所述通信模块切换模块，所述通信模块切换模块根据检测到的信道状态控制所切换启动所述高速载波通信模块通过高速载波通信信道传输数据或启动所述微功率无线通信模块通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换。

进一步的，所述采集系统中各节点处还设置有分别与所述高速载波通信模块、微功率无线通信模块连接的自适应调制模块，用于根据启动所述高速载波通信模块时高速载波通信信道、启动微功率无线通信模块时微功率无线通信信道的状态，自适应选取对应的调制解调方式对待发送数据进行调制解调。

进一步的，所述自适应调制模块包括用于对高速载波通信信道中数据进行调制的自适应OFDM模块，具体包括分别与通信信道连接的调制子模块、解调子模块以及自适应控制子模块，所述自适应控制子模块分别与所述调制子模块、解调子模块连接，所述调制子模块包括依次连接的用于对输入数据进行串并转换的第一串并转换单元、用于对子载波进行调整的子载波调制单元、用于进行IFFT变换以及并行转串行变换的IFFT与并串转换单元、用于添加循环前缀的加循环前缀单元，所述解调子模块包括依次连接的用于去除循环前缀的去循环前缀单元、用于执行串行转并行变换以及FFT变换的串并转换与FFT变换单元以及用于执行串并转换后输出数据的第二串并转换单元，所述自适应控制子模块包括相互连接的用于对通信信道状态进行估计的传输给信道估计单元以及用于分配子载波比特数的子载波比特分配单元，所述子载波比特分配单元分别与所述子载波调制单元、子载波解调单元连接。

一种基于双模通信的用电信息采集方法，该方法包括：

步骤S1.为用电信息采集系统中各节点配置实现高速载波通信方式的高速载波通信通道、以及实现微功率无线通信方式的微功率无线通信信道；

步骤S2.所述采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动高速载波通信信道进行数据传输，当检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，控制切换启动微功率无线通信信道进行数据传输，以实现高速载波通信优先模式；或检测节点之间所述高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，根据检测到的信道状态控制所切换通过高速载波通信信道传输数据或启动通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换模式。

进一步的，所述步骤S1中还包括实现高速载波通信方式与微功率无线通信方式协议栈融合的配置步骤，具体步骤为：在物理层以及MAC层为高速载波通信方式、微功率无线通信方式分别配置独立的协议栈层级，即MAC层同时包含微功率无线通信MAC层和高速载波通信MAC层两部分，并为网络层提供统一接口，在网络层对配置的各协议栈进行融合，即由网络层统一分配各节点的通信地址及调度网络路由，屏蔽各节点中包括连接方式与信道接入方式的差异。

进一步的，所述步骤S2中当实现高速载波通信优先模式时，包括：

当载波信道异常时，当前节点启动微功率无线通信，通过判定启动报文发送目的地址，根据无线路由表计算出报文发送的下一跳目的站点，将报文转换为无线报文格式发送，下一跳站点接收到无线报文后，再次判断启用的路由模式，继续发送给下一跳目的站点；

当网络节点出现停电时，组建停电事件上报报文，启动微功率无线通信，将报文的目的站点设置为CCO，根据无线路由发给下一跳的路由站点；

当整个网络由载波网络进入载波信道异常时，CCO启动无线网络的组网与维护，网络中所有站点启动无线报文字段结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过在用电信息采集系统中各节点处分别配置高速载波通信模块、微功率无线通信模块以及通信模式切换模块，使得用电信息采集系统中各节点之间可以实现高速载波通信、微功率无线通信的双模通信，各节点之间能够依据不同应用场景灵活的切换所适用的通信方式，充分发挥高速载波通信与微功率无线通信两种通信方式的优势，从而有效提高信息采集效率以及可靠性。

2、本发明进一步融合电力线网络以及RF Mesh组网结构，通过各节点形成CCO为中心、PCO为中继以及STA节点为网络末梢的网络结构的同时，各节点还分别作为路由器，各节点均具有发现以及维持其他节点路由的路由器功能，形成RF mesh网络结构，能够汲取各个网络的优点与不足而实现优势互补形成动态组合组网，提高组网灵活性，可以依据不同场景适用不同的通信方式。

3、本发明进一步通过配置双模切换模式，当采用高速载波通信优先模式时，优先使用高速载波通信方式，通过检测载波信道的通路异常、节点故障状态，仅当检测到故障时，再切换至使用微功率无线通信方式，可以确保正常状态以及故障状态下的高速数据通信；当采用自适应双模切换模式时，在数据发送前通过检测估计各信道的实时信道状态，由各信道的实时信道状态自适应选取信道进行数据传输，可以依据实时信道状态自适应调整传输信道，确保数据传输的实时可靠性及效率。

4、本发明综合考虑高速载波通信与微功率无线通信方式的特性，进一步微功率无线与高速载波通信采用松融合方式，通过将两种方式的物理层与MAC层不进行协议栈融合，各自配置独立的协议栈层级，在网络层进行协议栈融合，由网络层统一分配各站点通信地址及调度网络路由，能够微功率无线与高速载波通信采用松融合方式，可以实现两种通信协议的自由无缝切换，同时降低融合实现复杂度。

附图说明

图1是本实施例基于双模通信的用电信息采集系统的结构示意图。

图2是电力线网络的网络拓扑结构示意图。

图3是无线Mesh网络的网络拓扑结构示意图。

图4是本实施例用电信息采集系统的网络拓扑结构示意图。

图5是本实施例中自适应OFDM模块的具体结构原理示意图。

图6是本实施例中采用的协议栈结构示意图。

图7是本实施例采用的信道模型结构示意图。

图8是本实施实现信道划分的具体流程示意图。

图例说明：1、高速载波通信模块；2、微功率无线通信模块；3、通信模式切换模块；4、故障检测模块；5、信道状态检测估计模块；6、自适应调制模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例基于双模通信的用电信息采集系统中各节点处配置高速载波通信模块1、微功率无线通信模块2以及分别与高速载波通信模块1、微功率无线通信模块2连接的通信模式切换模块3，采集系统的各节点进行数据采集时，通过通信模式切换模块3控制切换启动高速载波通信模块1以通过高速载波通信信道传输数据，或启动微功率无线通信模块2以通过微功率无线通信信道传输数据，以实现用电信息数据的双模通信。

电力线通信技术可直接利用电力线为媒介，无须重新布线，组网简单快捷、成本较低廉，应用范围广，同时保障信息安全，高速载波通信(通信速率在1Mbps以上，使用频段范围为1-40MHz)则具有可用带宽较宽、数据速率较高等优点，能够提供1Mbit/s以上的数据传输速率，微功率无线是使用433MHz/470MHz/780MHz/2.4GHz频率发射功率小于等于50mW的无线射频通信，具有通信实现简单，不需要额外铺设电缆，可以实现跨电压等级跨台区抄表，且通信速度快、通信实时性较高以及具有网络化、智能化、高可靠性等优点，本实施例综合高速载波通信与微功率无线通信两种通信方式的优势，通过在用电信息采集系统中各节点处分别配置高速载波通信模块1、微功率无线通信模块2以及通信模式切换模块3，使得用电信息采集系统中各节点之间可以实现高速载波通信、微功率无线通信的双模通信，各节点之间能够依据不同应用场景灵活的切换所适用的通信方式，充分发挥高速载波通信与微功率无线通信两种通信方式的优势，从而有效提高信息采集效率以及可靠性，确保各类应用场景下系统中数据均能够实时、快速、可靠、稳定的通信传输。

本实施例中，采集系统中各节点具体配置为形成以CCO为中心、PCO为中继以及STA节点为网络末梢的网络结构，以及各节点还配置为具有发现以及维持其他节点路由的路由器功能，并形成RF mesh组网的网络拓扑结构。

单一的电力线网络如图2所示，即是以树形网络拓扑的方式进行局域网组网，以CCO为中心、PCO为中继、STA为网络末梢的网络结构形式。基于RF Mesh的高速无线网络是利用分布式思想构建动态自组织的无线多跳网络，让处于该网络覆盖范围内的用户在任何时间、任何地点都可以对互联网进行高速无线访问，在RF Mesh的高速无线网络中，发送端通过发射天线发送一定频率的射频信号，当接收端进入发射天线工作区域时产生感应电流，接收端获得能量被激活；接收端将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统原发送端天线接收到从原接收端发送来的载波信号，经天线调节器传送到发送端，发送端对接收到返回的信号进行解调，解码然后送到后台主系统进行相关处理，由此完成交数据通信交互。相比传统的无线接入技术采用点到点或者点到多点的拓扑结构，在无线Mesh网络中，是采用网状Mesh拓扑结构，Mesh网状型拓扑结构如图3所示，即为是多点到多点的网络拓扑结构。

本实施例通过将上述RF的一对多或一对一的无线通信模式与mess网络模型融合形成的网状拓扑无线通信系统网络结构，与上述宽带电力线的树型有线通信系统网络结构进行融合，各节点形成CCO为中心、PCO为中继以及STA节点为网络末梢的网络结构，同时由于在无线自组网中，节点无线覆盖范同的有限性，两个无法直接连接的节点需要借助于其它节点的分组转发才能通信，采集系统中各节点还分别作为路由器，各节点均具有发现以及维持其他节点路由的路由器功能形成RF mesh网络结构，构成双模通信系统网络结构，能够汲取各个网络的优点与不足而实现优势互补形成动态组合组网，使得可以实现高速载波通信方式以及微功率无线通信方式的双模通信。

如图4所示，本实施例中具体在CCO、PCO以及能够覆盖载波且稳定的STA节点处分别配置高速载波通信模块1、微功率无线通信模块2以及通信模式切换模块3，以使得CCO与PCO之间、PCO与STA之间以及PCO与STA之间进行高速载波通信(PLC)、微功率无线通信(WLS)的双模通信，部分载波不能覆盖载波或不稳定的STA节点处配置微功率无线通信模块2以进行微功率无线通信(WLS)，使得载波能够覆盖以及载波不能覆盖的节点之间均能够保证数据通信，同时对于载波能够覆盖的节点能够实现高速载波通信以及微功率无线通信的双模式通信，使得可以灵活依据不同场景切换适用的通信方式。

在具体应用实施例中，本发明上述系统实现双模式切换可以采用以下两种模式：

第一种：高速载波优先切换模式

为实现该模式，采集系统中各节点处具体还配置有与通信模式切换模块3连接的故障检测模块4，用于检测载波信道的通信故障状态以及节点的故障状态，输出给通信模块切换模块3；采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动高速载波通信模块1以通过高速载波通信信道传输数据，当故障检测模块4检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，通信模式切换模块1控制切换启动微功率无线通信模块2以通过微功率无线通信信道传输数据，实现高速载波优先的切换模式。

该模式中，优先使用高速载波通信方式，通过配置故障检测模块4来检测载波信道的通路异常、节点故障状态，仅当检测到故障时，再切换至使用微功率无线通信方式，同时确保故障状态时仍然能够正常数据通信。

第二种：自适应切换模式

为实现该模式，采集系统中各节点处还配置有与通信模式切换模块3连接的信道状态检测估计模块5，用于检测并估计节点之间高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，输出给通信模块切换模块3，通信模块切换模块3根据检测到的信道状态控制所切换启动高速载波通信模块1通过高速载波通信信道传输数据或启动微功率无线通信模块2通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换。

该模式中，在数据发送前通过信道状态检测估计模块5检测估计各信道的实时信道状态，由各信道的实时信道状态自适应选取信道参数(如信道质量、信道传输速率等)满足要求的信道进行数据传输，如优先发送通信信道较好的信号或通信速率较快的信号，缩短重发测试及信号发送时间，可以确保数据传输的实时可靠性及效率，同时还可以达到降低功耗的目的。

上述两种切换模式具体可根据所应用的场景、实际需求等选取配置，当然还可以配置为其他切换模式。

本实施例中，采集系统中各节点处还设置有分别与高速载波通信模块1、微功率无线通信模块2连接的自适应调制模块6，用于根据启动高速载波通信模块1时高速载波通信信道、启动微功率无线通信模块2时微功率无线通信信道的状态，自适应选取对应的调制解调方式对待发送数据进行调制解调，确保不同通信方式下均能够高效的实现调制解调。

如图5所示，本实施例中自适应调制模块6包括用于对高速载波通信信道中数据进行调制的自适应OFDM模块，自适应OFDM模块具体包括分别与电力线信道(高速载波通信信道)连接的调制子模块、解调子模块以及自适应控制子模块，自适应控制子模块分别与调制子模块、解调子模块连接，调制子模块包括依次连接的用于对输入数据进行串并转换的第一串并转换单元、用于对子载波进行调整的子载波调制单元、用于进行IFFT变换以及并行转串行变换的IFFT与并串转换单元、用于添加循环前缀的加循环前缀单元，解调子模块包括依次连接的用于去除循环前缀的去循环前缀单元、用于执行串行转并行变换以及FFT变换的串并转换与FFT变换单元以及用于执行串并转换后输出数据的第二串并转换单元，自适应控制子模块包括相互连接的用于对电力线信道状态进行估计的传输给信道估计单元以及用于分配子载波比特数的子载波比特分配单元，子载波比特分配单元分别与子载波调制单元、子载波解调单元连接。

通过利用基于正交频分复用调制(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)的自适应调制方式，能够实现较好的信道编码和纠错，同时使用覆盖范围最为广泛的电力线作为高速数据通信的载体，能够有效地克服电力线信道的噪声和频率选择衰落问题，可以免布线、低成本实现用户的数据终端接入宽带通信网络。

在具体应用实施例中，首先发送端获取子载波的信道状态信息要由接收端做信道估计通知发送端，然后发送端根据指定算法确定各个子载波分配的比特数，进行相应的星度点映射后，经FFT变换、并串转换和添加循环前缀，同时传送的还有作为信令信息的各子载波的调制方式；接收端根据信道估计得到的信令和状态信息，对各子载波解调以得到相应的数据比特。

对于用户模拟信号，经AD转换后变成二进制数据，二进制数据首先进行串并转换，然后被送入自适应子载波调制模块；数据在自适应载波模块中根据比特分配算法对各个子信道采取相应方式的调制；根据电平数不同可采用BPSK，20AM；4QAM，16QAM,64QAM.调制后的数据经IFFT变换，将N列的数据序列变换为时域的信号；插入保护间隔可以有效地消除符号间干扰SD；在接收端，接收到的信号经去除保护间隔和分路后进行FFT变换，得到N列并行信号，送入各子信道解制器，其中解调参数由比特分配信息模块给定；解调后的数据再经并/串和D/A转换还原成用户数据。在信道估计单元中，具体接收的导频信号可对数据子信道的冲激响应进行估计，估计的结果可用来确定每个子信道的信噪比，根据不同的算法确定各子信道下一次传输所采用的基带调制方式，如果信道条件好时，则采用高阶的调制方式，如果信道条件差就采用低阶的调制方式，从而实现多载波方式下的自适应调制。

本实施例进一步包括基于双模通信的用电信息采集方法，该方法的步骤包括：

步骤S1.为用电信息采集系统中各节点配置实现高速载波通信方式的高速载波通信通道、以及实现微功率无线通信方式的微功率无线通信信道；

步骤S2.采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动高速载波通信信道进行数据传输，当检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，控制切换启动微功率无线通信信道进行数据传输，以实现高速载波通信优先模式；或检测节点之间高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，根据检测到的信道状态控制所切换通过高速载波通信信道传输数据或启动通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换模式。

通过上述方法，可以实现高速载波通信、微功率无线通信的双模通信，能够依据用电信息采集系统不同应用场景灵活的按照高速载波通信优先模式或双模自适应切换模式来选择所适用的通信方式，能够充分发挥高速载波通信与微功率无线通信两种通信方式的优势，有效提高信息采集效率以及可靠性。

本实施例步骤S1中还包括实现高速载波通信方式与微功率无线通信方式协议栈融合的配置步骤，具体步骤为：在物理层以及MAC层为高速载波通信方式、微功率无线通信方式分别配置独立的协议栈层级，在网络层对配置的各协议栈进行融合，即由网络层统一分配各节点的通信地址及调度网络路由，屏蔽各节点中包括连接方式与信道接入方式的差异。本实施例微功率无线与高速载波通信采用松融合方式，即二者的MAC层、物理层完全独立，仅在网络层与应用层实现融合，通过松融合方式实现两种通信协议的自由切换，首先对两种通信的MAC层进行信道质量评估和通信成功率统计，可优先采用电力线载波物理层通道进行数据发送，电力线载波发送失败时，切换到微功率无线物理层通道，继续实现与目的信息节点的物理连接，两种通信方式在MAC层实现无缝切换，MAC层同时包含微功率无线MAC层和电力线载波的MAC层两部分内容，且能实现两协议的切换调度，并为网络层提供统一接口。

双模通信系统的协议栈由应用层、网络层、MAC层、PHY层及相应的层间接口组成，具体如图6所示，高速载波通信与高速无线通信两种方式在信号波形、传输模式、传输速率上有较大的区别，也导致了与物理层交互的MAC层协议存在差别，本实施例综合考虑两种通信方式的特性，将物理层与MAC层不进行协议栈融合，即两种技术各自拥有其独立的协议栈层级，而在网络层对上述两种技术进行协议栈融合，即由网络层统一分配各站点通信地址及调度网络路由，忽略各站点间连接方式与信道介入方式的差异。

本实施例中，步骤S2中实现双模自适应切换模式的具体步骤为：

S21.智能电能表在发送数据前，首先分别向高速载波通信通道、微功率无线通信信道发送测试信道质量的数据，对应设备接收数据后返回对应数据，通过经过各通信信道的接收数据、发送数据检测出各通信信道的状态；

S22.智能电能表通过对信道质量值的对比作出判断，选取高速载波通信通道、微功率无线通信信道中信道状态较好(如信道质量平均值较高、两次测试信道质量值相差较小)的信道作为当前通信信道，将待发送数据加密后发送到对应设备。

微功率无线或者电力线载波的信道都可能会受到各方面因素的影响，会发生一定的变化。上述执行过程中，进一步还可以配置周期性测试信道质量值，其中周期为一个数据接收周期。通过周期性对信道进行质量测试，可以保证每次数据上传时均是由此时状态最好的信道来进行数据传输。

本实施例具体通过将微功率无线通信与高速载波通信在信道模型中实现了融合，基于融合模型对微功率无线信道、高速载波通信(电力线载波)的信道进行划分，信道模型具体如图7所示，包括请求处理模块、双模(无线、电力线载波)交换模块单元以及无线传输信道(无线MAC、无线PHY)、电力线载波通道(无线MAC、电力线通道PHY)，请求处理模块分别与连接TCP/IP网络的SOAP/HTTP接口、IEC60870-5-104接口连接，以及与IEC60870-5-101网络连接的IEC60870-5-101接口连接，通过请求处理模块接收两个通道或两个网络的数据，经双模交换模块单元转换后发送给对应的网络或通道。

如图8所示，在具体应用实施例中采用上述自适应双模切换模式时，信道划分具体由智能表分别对高速载波通信信道、RF mesh高速通信信道质量进行质量分析对比，选取出信道状态较好的信道后将信号进行加密发送给对应设备，控制周期性对信道质量进行测试，以实时最终进行信道选择，确保实时选择的信道状态最好。

本实施例步骤S2中实现高速载波通信优先模式时，具体包括以下几种工况：

无线中继：当载波信道异常时，节点启动RF mesh高速无线通信，通过判定启动报文发送目的地址，根据RF mesh高速无线路由表计算出报文发送的下一跳目的站点，将报文转换为RF mesh高速无线报文格式发送，下一跳站点接收到RF mesh高速无线报文后，再次判断启用的路由模式，继续发送给下一跳目的站点，此时的无线路由起到报文转发中继作用。

停电上报：当网络节点出现停电时，组建停电事件上报报文，启动RF mesh高速无线通信，将报文的目的站点设置为cco，根据RF mesh高速无线的路由，发给下一跳的路由站点。如STAG停电，根据无线路由表查询，报文下一跳目的站点即为STA7，其余站点停电事件可类推。

应急自组网：当整个网络由载波网络进入载波信道异常的时候，CCO启动无线网络的组网与维护，网络中所有站点启动RF mesh高速无线的报文字段结构。

在通信系统中，路由的维护往往伴随着额外的网络报文开销，本实施例通过在混合路由条件下按照上述方式进行节点间路由，能够同时维护两套路由系统而不引入过大的网络开销，能够在网络稳定可靠与增加报文开销之间找到一个动态平衡点，使其既能够保证路由的可达性，又不会占据太多的信道时间，增加系统功耗。

本实施例步骤S2中进行数据传输时，还包括根据高速载波通信信道、微功率无线通信信道的状态，自适应选取对应的调制解调方式对待发送数据进行调制解调的自适应调制解调步骤，具体原理如上述自适应调整解调模块所述。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述采集系统中各节点处配置高速载波通信模块(1)、微功率无线通信模块(2)以及分别与所述高速载波通信模块(1)、微功率无线通信模块(2)连接的通信模式切换模块(3)，所述采集系统的各节点进行数据采集时，通过所述通信模式切换模块(3)控制切换启动所述高速载波通信模块(1)以通过高速载波通信信道传输数据，或启动所述微功率无线通信模块(2)以通过微功率无线通信信道传输数据，实现用电信息数据的双模通信。

2.根据权利要求1所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述采集系统中各节点具体配置为形成以CCO为中心、PCO为中继以及STA节点为网络末梢的网络结构，以及各节点还配置为具有发现以及维持其他节点路由的路由器功能，并形成RF mesh组网的网络拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：具体在CCO、PCO以及能够覆盖载波且稳定的STA节点处分别配置所述高速载波通信模块(1)、微功率无线通信模块(2)以及通信模式切换模块(3)，以使得CCO与PCO之间、PCO与STA之间以及PCO与STA之间进行高速载波通信、微功率无线通信的双模通信，部分载波不能覆盖载波或不稳定的STA节点处配置所述微功率无线通信模块(2)以进行微功率无线通信。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述采集系统中各节点处还配置有与所述通信模式切换模块(3)连接的故障检测模块(4)，用于检测载波信道的通信故障状态以及节点的故障状态，输出给所述通信模块切换模块(3)；所述采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动所述高速载波通信模块(1)以通过高速载波通信信道传输数据，当所述故障检测模块(4)检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，所述通信模式切换模块(1)控制切换启动所述微功率无线通信模块(2)以通过微功率无线通信信道传输数据。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述采集系统中各节点处还配置有与所述通信模式切换模块(3)连接的信道状态检测估计模块(5)，用于检测并估计节点之间高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，输出给所述通信模块切换模块(3)，所述通信模块切换模块(3)根据检测到的信道状态控制所切换启动所述高速载波通信模块(1)通过高速载波通信信道传输数据或启动所述微功率无线通信模块(2)通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述采集系统中各节点处还设置有分别与所述高速载波通信模块(1)、微功率无线通信模块(2)连接的自适应调制模块(6)，用于根据启动所述高速载波通信模块(1)时高速载波通信信道、启动微功率无线通信模块(2)时微功率无线通信信道的状态，自适应选取对应的调制解调方式对待发送数据进行调制解调。

7.根据权利要求6所述的基于双模通信的用电信息采集系统，其特征在于：所述自适应调制模块(6)包括用于对高速载波通信信道中数据进行调制的自适应OFDM模块，具体包括分别与通信信道连接的调制子模块、解调子模块以及自适应控制子模块，所述自适应控制子模块分别与所述调制子模块、解调子模块连接，所述调制子模块包括依次连接的用于对输入数据进行串并转换的第一串并转换单元、用于对子载波进行调整的子载波调制单元、用于进行IFFT变换以及并行转串行变换的IFFT与并串转换单元、用于添加循环前缀的加循环前缀单元，所述解调子模块包括依次连接的用于去除循环前缀的去循环前缀单元、用于执行串行转并行变换以及FFT变换的串并转换与FFT变换单元以及用于执行串并转换后输出数据的第二串并转换单元，所述自适应控制子模块包括相互连接的用于对通信信道状态进行估计的传输给信道估计单元以及用于分配子载波比特数的子载波比特分配单元，所述子载波比特分配单元分别与所述子载波调制单元、子载波解调单元连接。

8.一种基于双模通信的用电信息采集方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1.为用电信息采集系统中各节点配置实现高速载波通信方式的高速载波通信通道、以及实现微功率无线通信方式的微功率无线通信信道；

步骤S2.所述采集系统的各节点进行数据采集时，优先启动高速载波通信信道进行数据传输，当检测到载波信道的通路异常或节点出现故障时，控制切换启动微功率无线通信信道进行数据传输，以实现高速载波通信优先模式；或检测节点之间所述高速载波通信信道、微功率无线通信信道的信道状态，根据检测到的信道状态控制所切换通过高速载波通信信道传输数据或启动通过微功率无线通信信道传输数据，以实现双模自适应切换模式。

9.根据权利要求8所述的基于双模通信的用电信息采集方法，所述步骤S1中还包括实现高速载波通信方式与微功率无线通信方式协议栈融合的配置步骤，具体步骤为：在物理层以及MAC层为高速载波通信方式、微功率无线通信方式分别配置独立的协议栈层级，即MAC层同时包含微功率无线通信MAC层和高速载波通信MAC层两部分，并为网络层提供统一接口，在网络层对配置的各协议栈进行融合，即由网络层统一分配各节点的通信地址及调度网络路由，屏蔽各节点中包括连接方式与信道接入方式的差异。

10.根据权利要求8或9所述的双模通信的用电信息采集方法，其特征在于，所述步骤S2中当实现高速载波通信优先模式时，包括：

当载波信道异常时，当前节点启动微功率无线通信，通过判定启动报文发送目的地址，根据无线路由表计算出报文发送的下一跳目的站点，将报文转换为无线报文格式发送，下一跳站点接收到无线报文后，再次判断启用的路由模式，继续发送给下一跳目的站点；

当网络节点出现停电时，组建停电事件上报报文，启动微功率无线通信，将报文的目的站点设置为cco，根据无线路由发给下一跳的路由站点；

当整个网络由载波网络进入载波信道异常时，CCO启动无线网络的组网与维护，网络中所有站点启动无线报文字段结构。

Images