CN1182661C - 一种用于无线抄表系统的互为中继方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种初始化无线抄表系统的方法。本发明应用于由中心站、集中器、终端组成的无线自动抄表系统。首先，人工编制从集中器到所有终端的通信路由表；然后，测试上述路由表的可靠性，通过中心站以有线或无线的方式将路由表发送至集中器，由集中器按照已经存储的路由表逐个向所有的终端发出测试帧，验证人工编制的路由表是否可靠；第三，针对那些不能与集中器可靠通信的故障终端修改路由表，直到建立全部终端的路由表。本发明实现了集中器与所属终端之间的自动无线通信，大大减少了人工劳动，降低了管理费用，提高了自动化程度。

Description

一种用于无线抄表系统的互为中继方法

技术领域：本发明属于电子技术领域，涉及一种无线抄表系统建立通信路由的方法。

背景技术：目前已经出现的自动抄表装置是半自动的，在某个小区或某片区域内，每个住户的电表或水表、气表都被改造成可以输出脉冲的方式，以电表为例，每个电表上标有一个脉冲常数，脉冲常数代表表盘转多少圈为一度电。假设720是脉冲常数，就表示电表表盘转了720圈后，表字即电度数会增加1度电。光电探头的作用就是把表盘的机械转数转换为电脉冲数，也就是电表表盘每转一圈就会使光电探头产生一个电脉冲，此脉冲就会由传输线传送给采集终端。目前每个采集终端可以连接16个表计，即最多用16根传输线与16个表计连接。采集终端带有CPU和存储器。采集终端可同时采集16个表计脉冲。终端可根据脉冲常数将脉冲数据转换为电度数。如从某根传输线上即某块表计传来的脉冲数累计达到了720个。那么在终端的存储器中某个存储单元的数字就加1。这个数字和电表上的数字是一致的。此数据在终端掉电后可以保存十年以上。但是终端从各个表计收集的数据还要传输到一个中心计算机进行储存和处理，如何解决数据从终端到中心计算机的传输，目前有两种方案，一种是人工法，一种是无线自动通信法。人工法是由人工手持数据收集器，到每一个终端所在地一一读取数据，然后到中心计算机房，把数据输入计算机。这种方法劳民伤财。无线自动通信法是在中心计算机与所有终端之间建立一个无线通信系统，通过无线方式实现数据的自动传输。图1显示了洛阳卓飞技术开发有限公司自主开发的无线抄表系统的基本方案，系统中集中器的型号为3YD-DCU，已经申请了专利，申请号为01229317.2；系统中抄表终端的型号为RMRS-2，专利申请号为01229319.9，此处不再对终端和集中器做详细介绍。由于受无线电管理委员会规定的限制，采集终端的无线模块的功率较小。即两个无线模块互相通信的最大距离仅为100米左右。再远就互相收不到了。要把数据传送到远方，就得采用接力的方式进行传送。即每间隔100米或者小于100米都分布着N1，N2，N3......Nn个终端。N1把数据传送给N2，N2收到后再传送给N3，这样就能一直传送给Nn，这叫存储传发。为什么在中心计算机和终端之间需要增加集中器呢？这是因为中心计算机离各个用户小区所安装的终端的距离都大大超过了100米，终端与中心计算机直接通过无线传输是不可能的，因此每个小区除了有采集终端外，还需要一个集中器，集中器与该小区所有终端之间通过无线信道的方式交换数据。每个集中器与距离不超过100米的终端是有可能直接通信的，而与集中器距离超过100米的终端与集中器的通信，就要通过那些能与集中器直接通信的终端为中继端，以互为中继、存储转发的方式进行，就像上面介绍过的通过N1到Nn接力的方式进行。集中器通过无线信道、以互为中继的方式可以把整个小区所有终端的数据收集起来，存储在本身的大容量存储器中。而集中器与中心计算机的通信可以通过电话线以有线方式进行。因此，中心计算机与集中器之间的通信可以不受距离限制，甚至可以从远方拨叫长途电话实现和集中器的通信。简言之，上述无线抄表系统中，从中心计算机到集中器的通信使用有线方式；每个集中器到其下属的各个终端之间的通信采用无线方式。因此，集中器与其下属的各个终端之间就必须建立通信的路由。目前，还没有解决此问题的技术方案出现。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在上述无线抄表系统中，实现集中器和下属终端建立通信路由的方法，在集中器和各个终端之间建立可靠的无线通信联系。

本发明的技术方案是，一种用于自动无线抄表系统的互为中继方法，它应用于由一个中心站、隶属于中心站的多个集中器、隶属于各个集中器的大量终端、与各个终端通过有线方式连接的若干用户表计组成的无线自动抄表系统，该系统中的每个集中器和终端都具有发射/接收无线信号的能力，其传输距离不大于100米，其特征在于，

(1)实地考察集中器和下属所有终端的实际安装位置，根据射频范围及目视物理距离，人工编制从集中器到所有终端的通信路由联系图，确保从集中器到达每个终端都有一条确定的路径，形成一个包含全部路径完整路由表，

(2)测试上述路由表的可靠性，通过中心站以有线或无线的方式将路由表发送至集中器，在集中器和所有的终端的存储器中都包括一个第一地址表和一个第二地址表，其中，第一地址表用来存储自身地址，第二地址表用来存储要生成的路由表，集中器的第二地址表存储着上述的完整路由表，每个终端的第二地址表存储如下内容：存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址；存储该终端下行所有分支路径上各个终端的地址，由集中器按照已经存储的路由表逐个向所有的终端发出测试帧，验证人工编制的路由表是否可靠，其步骤是：

a.集中器依次向所有的终端发出测试帧，其中含有作为源地址的集中器的地址、中继终端地址、和作为目标地址的目的终端地址、路由表、以及要求目的终端应答的指令，在每两个测试帧之间留出供被测目的终端应答的足够的时间间隔，

b.当被测试的终端接收到集中器发出的测试帧后，立即向集中器发出应答帧，其中包含作为源地址的本终端地址、中继终端地址、和作为目标地址的集中器地址、及应答代码，

c.集中器接收到来自被测试终端的应答后，确认与该终端的连接可靠，被测终端在自己的第二地址表中存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，同时，位于集中器与被测终端之间的中继终端要存储与该中继终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储能与该中继终端通信的下行所有分支路径上各个终端的地址，

d.若在预定的时间内，未接收到来自被测试终端的应答，则表示该终端的路由编制错误，将该终端标识为故障终端，

e.经过第一轮测试，可能有一部分终端被确认能按照路由表与集中器可靠通信，而剩余的终端按照预定的路由表不能与集中器可靠通信，

(3)修改路由表，针对那些不能与集中器可靠通信的故障终端，重新勘察终端的安装现场，对预定的路由表的路径进行调整，这些调整仅限于对故障终端路由的改变，对于那些已经能够与集中器可靠通信的终端，其在路由表中的位置必须保持原样不变，

(4)将新的路由表存入集中器的第二地址表中，

(5)再次进行测试，其步骤是：

a.集中器按照修改后的路径依次向所有的故障终端发出测试帧，其中含有作为源地址的集中器的地址、中继终端地址、和作为目标地址的目的终端地址、路由表、以及要求目的终端应答的指令，在每两个测试帧之间留出供被测目的终端应答的足够的时间间隔，

b.当被测试的终端接收到集中器发出的测试帧后，立即向集中器发出应答帧，其中包含作为源地址的本终端地址、中继终端地址、和作为目标地址的集中器地址、及应答代码，

c.集中器接收到来自被测试终端的应答后，确认与该终端的连接可靠，被测终端在自己的第二地址表中存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，同时，位于集中器与被测终端之间的中继终端要存储与该中继终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储能与该中继终端通信的下行所有分支路径上各个终端的地址，

d.若在预定的时间内，未接收到来自被测试终端的应答，则表示该终端的路由编制仍旧错误，再次将该终端标识为故障终端，

e.经过第二轮测试，可能有一部分原来的故障终端被确认能按照新路由表与集中器可靠通信，而剩余的故障终端按照新的路由表仍然不能与集中器可靠通信，

(6)针对仍然存在的故障终端，重复上述(4)、(5)、(6)三个步骤，直到所有的终端都能与集中器可靠通信为止，最后将生成的路由表存入集中器的第二地址表，此时所有的终端的第二地址表均存储了与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储了该终端下行所有分支路径上各个终端的地址。

测试完成以后，数据传输时数据帧中就不再包含中继终端地址，只需包含源地址和目的终端地址，这样一来数据帧的长度就会比测试时大大缩短，传送效率会更高。

本发明的有益效果是，实现了集中器与所属终端之间的自动无线通信，不需安排抄表员到各用户终端抄表，可以随时、自动地收集各个用户的数据，大大减少了人工劳动，降低了管理费用，提高了自动化程度。

附图说明：

图1是无线抄表系统的组成示意图。其中表计是安装在各个用户所在地的计量装置，例如电表、水表、气表等。图中的终端可以采用中国专利申请01229319.9中所公开的装置，或者是具有类似功能的装置。图中的集中器可以采用中国专利申请01229317.2中所公开的装置，或者是具有类似功能的装置。中心计算机设置在数据管理机关的所在地，例如电业局。图中仅画了一个集中器，事实上可以有多个集中器与中心计算机有线连接。

图2是集中器的软件流程图。

图3是终端的软件流程图。

具体实施方式：下面通过举例，进一步详细说明本发明的实施方式。

本发明设计思想的主要核心就是人工编制路由表，路由表的编制以上说的很清楚，也很容易理解。关键是对路由表进行测试及将路由表在测试过程中分别发送给各个终端，也就是每个终端中第二地址表中存储的地址是在测试过程中由集中器发送的，因为每个终端在测试前第二地址表中是没有存储地址的，因此进行测试时测试帧中除了源地址和目的地址外还包含有中继终端地址，并且包含有应发给目的终端的路由表，即目的终端第二存储地址中应存储的地址，一旦测试完成即所有终端第二存储地址中的路由表均在此过程中存储了，那么下一次的数据传送就不再需要包含中继终端地址了，测试时和数据传送时的帧格式是不一样的，终端是可以区分的，不会搞混淆的。数据传送时帧中不包含有中继终端地址，则帧的长度会缩短，传送的效率会更高，测试时包含有中继终端是必须的，也是没有办法的。路由表是由中心站发送给集中器的，路由表测试的结果可通过中心站对集中器进行查询得到，即哪些终端可连接上，哪些终端连接不上，对连接不上的终端修改其路由，发送给集中器，再进行测试直到成功为止。

假设在某个小区内安装着15个抄表终端，其代号分别为1至15，每个终端通过有线方式连接若干用户表计。该小区内还有一个集中器，代号为0。上述15个终端的实际安装地点到集中器的距离不尽相同，有的在100米之内，也有的在100米之外。怎样在集中器0与终端1～15之间建立通信路由呢？根据本发明的方法，其步骤如下：

第一步，人工编制路由表。实地考察集中器和下属所有终端的实际安装位置，根据射频范围及目视物理距离，人工编制从集中器到所有终端的通信路由联系图，确保从集中器到达每个终端都有一条确定的路径，形成一个包含全部路径完整路由表。假设通过人工勘察编制了包含如下6条路由的路由表：

①0→1→4→5→6

②0→1→2→3

③0→1→7→8→9

④0→1→7→8→10→11

⑤0→1→7→8→12

⑥0→1→13→14→15

该路由表显示，集中器0仅与终端1在100米范围之内，可以直接通信；终端1与终端2、4、7、13都在100米范围之内，都可以直接通信；依次类推。这只是一个大概的判断。上面①～⑥所表示的路由表要存储在集中器和所有的终端内，在集中器和所有的终端的存储器中都包括一个第一地址表和一个第二地址表，其中，第一地址表用来存储自身地址，第二地址表用来存储要生成的路由表，集中器的存储器中存储着上述完整的路由表，每个终端的第二地址表存储如下内容：存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址；存储该终端下行所有分支路径上各个终端的地址。

第二步，测试上述路由表的可靠性。由集中器按照已经存储的路由表逐个向所有的终端发出测试帧，验证人工编制的路由表是否可靠，其步骤是：

a.集中器依次向所有的终端发出测试帧，其中含有作为源地址的集中器的地址、中继终端地址、和作为目标地址的目的终端地址，路由表、以及要求目的终端应答的指令，在每两个测试帧之间留出供被测目的终端应答的足够的时间间隔。

b.当被测试的终端接收到集中器发出的测试帧后，立即向集中器发出应答帧，其中包含作为源地址的本终端地址、中继终端地址、和作为目标地址的集中器地址、及应答代码。

c.集中器接收到来自被测试终端的应答后，确认与该终端的连接可靠，可靠连接的终端地址被存储在集中器中特定的存储区域，可以通过显示设备显示出来或通过中心站对其查询。被测终端在自己的第二地址表中存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，同时，位于集中器与被测终端之间的中继终端要存储与该中继终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储能与该中继终端通信的下行所有分支路径上各个终端的地址。

d.若在预定的时间内，未接收到来自被测试终端的应答，则表示该终端的路由编制错误，将该终端标识为故障终端，故障终端的地址被存储在集中器中特定的存储区域，以备通过显示设备显示出来或通过中心站对其查询就可知道。

e.经过第一轮测试，可能有一部分终端被确认能按照路由表与集中器可靠通信，而剩余的终端按照预定的路由表不能与集中器可靠通信。

举例来说，假设集中器0向终端15发出测试帧，根据上述路由⑥0→1→13→14→15，必须通过终端1、13、和14转发才能到达15。具体过程是：

首先集中器0以无线方式发出一串代码，代码形式是这样的：终端地址1+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+下行代码+路由表+测试代码。

终端1收到该代码后，根据头一个终端地址1判断出命令是给自己的；再根据第1中继地址1后面的代码为第2中继地址13，将命令变为如下形式：终端地址13+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+下行代码+路由表+测试代码，然后将修改后的代码发出。

终端13收到该代码后，根据头一个终端地址13判断出命令是给自己的；再根据第2中继地址13后面的代码为第3中继地址14，将命令变为如下形式：终端地址14+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+下行代码+路由表+测试代码，然后将修改后的代码发出。

终端14收到该代码后，根据头一个终端地址14判断出命令是给自己的；再根据第1中继地址14后面目的地址15，将命令变为如下形式：终端地址15+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+下行代码+路由表+测试代码，然后将修改后的代码发出。

当终端15收到由终端14发出的上述代码后，判断出目的地址15与自身地址相同，将路由表存储在自身的第二地址表中，将代码变成如下形式进行发送：终端地址14+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+上行代码+响应代码。

终端14收到代码后根据头一个代码中的址址14判断出命令是给自己的，再根据上行代码判断出是上传的。因此将代码变为如下形式发出：终端地址13+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+上行代码+响应代码。依次类推，经终端1转发后的命令就变为：集中器地址0+源地址0+第1中继地址1+第2中继地址13+第3中继地址14+目的地址15+上行代码+响应代码。

集中器收到从终端1转发的代码后，就验证了从集中器0到终端15能进行可靠通信，并且将路由表成功发送到终端15。

经过测试，可能有一些终端不能与集中器进行通信，称为故障终端，需要对预定的路由进行修改，以解决故障终端的问题。

第三步，修改路由表，针对那些不能与集中器可靠通信的故障终端，重新勘察终端的安装现场，对预定的路由表的路径进行调整，这些调整仅限于对故障终端路由的改变，对于那些已经能够与集中器可靠通信的终端，其在路由表中的位置必须保持原样不变。

假设终端15没有应答，则假定经过现场勘察修改确定了一条新的路径比如0→1→2→3→15再按上述的步骤进行一遍，若终端15应答，则本路径修改成功。

以上均为测试过程，测试过程若无问题则招测数据就按照下面的原理进行。

在所有终端中存储的路由表应存储与该终端最近的上行终端的地址和该终端下行的所有分支路径的终端的地址。例如，对于终端8来说，它位于三条路径中，

③0→1→7→8→9

④0→1→7→8→10→11

⑤0→1→7→8→12

因此，在终端8中要存储上行终端7的地址，并存储3条下行分支路径：8→9，8→10→11，8→12。而对于终端7来说，要存储上行终端1的地址，并存储3条下行分支路径：7→8→9，7→8→10→11，7→8→12。

本发明方法招测数据时的路由过程如下：例如，集中器0要向终端10索要数据，经过查询自身存储的路由表，找出包含终端10的路径为0→1→7→8→10→11。据此，它发出的命令帧包含两个地址，一个是目的终端地址10，另一个是转发终端地址1，即1，10，命令；终端1收到命令后，查询到目的地址与自身地址不匹配，则要进行转发。它根据目的地址10在自己存储的路由表中进行查询，查询出路由为7→8→10→11，则它发出的命令帧包含两个地址，目的终端地址10，转发终端地址改为7，即7，10，命令；终端7收到命令后，按同样程序发往终端10；到达终端10后，命令帧变为10，10，命令，终端10发现目的地址与自己的地址匹配，立即响应命令，并将帧格式改为8，1，将该命令进行上行传输即可传给集中器0。

集中器的软件流程图见图2。集中器的软件用PLM96高级语言编制，编写容易，可靠性高。硬件初始化对基本的硬件资源进行初始化，如串口、定时器、中断等。集中器通过无线信道或有线信道(电话线)从96单片机串口收到中心站发来的设置命令后，经校验无误后，将终端的数量及路由表存储在自身的存储器中，作为下一步进行路由表测试的依据。当96单片机收到中心站发来的测试命令后，就使用另一个扩展串口通过微功率数传信道开始进行路由表测试工作。测试过程中将没有响应的终端地址存储下来，以备中心站进行查询及修改该终端的路由。这样反复直到测试成功。集中器收到中心站的招测数据命令后，对相应的终端发出命令，若收到数据将数据发回主站，若无数据向主站发回否认桢。

终端的软件流程图见图3。终端的软件用PLM51高级语言编制，编写容易，可靠性高。硬件初始化对基本的硬件资源进行初始化，如串口、定时器、中断等。终端平时进行采集脉冲工作，以中断方式通过微功率数传信道从单片机串口接收集中器发来的测试命令后，经校验无误后，发回响应，并将测试命令中的路由信息存储下来，作为下一步招测数据进行互为中继的依据，当终端收到集中器发来的招测数据命令后，根据存储器中的路由信息进行路由，将数据回传给集中器。

Claims (1)

1、一种用于自动无线抄表系统的互为中继方法，它应用于由一个中心站、隶属于中心站的多个集中器、隶属于各个集中器的大量终端、与各个终端通过有线方式连接的若干用户表计组成的无线自动抄表系统，该系统中的每个集中器和终端都具有发射/接收无线信号的能力，其传输距离不大于100米，其特征在于，

(1)实地考察集中器和下属所有终端的实际安装位置，根据射频范围及目视物理距离，人工编制从集中器到所有终端的通信路由联系图，确保从集中器到达每个终端都有一条确定的路径，形成一个包含全部路径完整路由表，

(2)测试上述路由表的可靠性，通过中心站以有线或无线的方式将路由表发送至集中器，在集中器和所有的终端的存储器中都包括一个第一地址表和一个第二地址表，其中，第一地址表用来存储自身地址，第二地址表用来存储要生成的路由表，集中器的第二地址表存储着上述的完整路由表，每个终端的第二地址表存储如下内容：存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址；存储该终端下行所有分支路径上各个终端的地址，由集中器按照已经存储的路由表逐个向所有的终端发出测试帧，验证人工编制的路由表是否可靠，其步骤是：

a.集中器依次向所有的终端发出测试帧，其中含有作为源地址的集中器的地址、中继终端地址、和作为目标地址的目的终端地址、路由表、以及要求目的终端应答的指令，在每两个测试帧之间留出供被测目的终端应答的足够的时间间隔，

b.当被测试的终端接收到集中器发出的测试帧后，立即向集中器发出应答帧，其中包含作为源地址的本终端地址、中继终端地址、和作为目标地址的集中器地址、及应答代码，

c.集中器接收到来自被测试终端的应答后，确认与该终端的连接可靠，被测终端在自己的第二地址表中存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，同时，位于集中器与被测终端之间的中继终端要存储与该中继终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储能与该中继终端通信的下行所有分支路径上各个终端的地址，

d.若在预定的时间内，未接收到来自被测试终端的应答，则表示该终端的路由编制错误，将该终端标识为故障终端，

e.经过第一轮测试，可能有一部分终端被确认能按照路由表与集中器可靠通信，而剩余的终端按照预定的路由表不能与集中器可靠通信，

(3)修改路由表，针对那些不能与集中器可靠通信的故障终端，重新勘察终端的安装现场，对预定的路由表的路径进行调整，这些调整仅限于对故障终端路由的改变，对于那些已经能够与集中器可靠通信的终端，其在路由表中的位置必须保持原样不变，

(4)将新的路由表存入集中器的第二地址表中，

(5)再次进行测试，其步骤是：

a.集中器按照修改后的路径依次向所有的故障终端发出测试帧，其中含有作为源地址的集中器的地址、中继终端地址、和作为目标地址的目的终端地址、路由表、以及要求目的终端应答的指令，在每两个测试帧之间留出供被测目的终端应答的足够的时间间隔，

b.当被测试的终端接收到集中器发出的测试帧后，立即向集中器发出应答帧，其中包含作为源地址的本终端地址、中继终端地址、和作为目标地址的集中器地址、及应答代码，

c.集中器接收到来自被测试终端的应答后，确认与该终端的连接可靠，被测终端在自己的第二地址表中存储与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，同时，位于集中器与被测终端之间的中继终端要存储与该中继终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储能与该中继终端通信的下行所有分支路径上各个终端的地址，

d.若在预定的时间内，未接收到来自被测试终端的应答，则表示该终端的路由编制仍旧错误，再次将该终端标识为故障终端，

e.经过第二轮测试，可能有一部分原来的故障终端被确认能按照新路由表与集中器可靠通信，而剩余的故障终端按照新的路由表仍然不能与集中器可靠通信，

(6)针对仍然存在的故障终端，重复上述(4)、(5)、(6)三个步骤，直到所有的终端都能与集中器可靠通信为止，最后将生成的路由表存入集中器的第二地址表，此时所有的终端的第二地址表均存储了与该终端最近的一个上行终端或集中器的地址，并存储了该终端下行所有分支路径上各个终端的地址。

Images