一種基于wia-pa技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)組網(wǎng)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于用電信息采集技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于WIA-PA技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)組網(wǎng)通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的用電信息采集系統(tǒng)，包括主站、分站、智能電表以及它們之間的通信網(wǎng)絡(luò)。其中分站主要包括集中器和采集器。分層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，本地網(wǎng)絡(luò)(LAN)連接智能電表和集中器，而集中器則通過(guò)廣域網(wǎng)(WAN)和主站相連。主站通常按省或某一地區(qū)進(jìn)行集中部署，主站系統(tǒng)與集中器通信獲取智能電表采集任務(wù)，集中器采集數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中集中器上行和下行的通信都需要經(jīng)過(guò)集中器中的應(yīng)用程序解析電力專(zhuān)用規(guī)約。廣域網(wǎng)常見(jiàn)的通信方式為電力光纖專(zhuān)網(wǎng)或2G/3G公共通信網(wǎng)絡(luò)。其中本地網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的通信方式為基于有線連接的總線通信、低壓電力線通信(PLC)及微功率無(wú)線射頻網(wǎng)絡(luò)等。與現(xiàn)場(chǎng)總線等有線技術(shù)相比，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能夠顯著地減少現(xiàn)場(chǎng)布線成本和安裝維護(hù)費(fèi)用，并且其抗干擾能力強(qiáng)、低功耗、實(shí)時(shí)通信等特點(diǎn)是較其它無(wú)線技術(shù)所特有的。例如由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、北科大、浙大、重慶郵電大學(xué)等機(jī)構(gòu)提出的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)作為過(guò)程和監(jiān)控自動(dòng)化控制的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將WIA-PA技術(shù)應(yīng)用到目前的用電信息采集領(lǐng)域，對(duì)于解決工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)性、可靠性和抗干擾性等一系列問(wèn)題具有關(guān)鍵的作用。
[0003]同時(shí)，在智能設(shè)備中嵌入IPv6技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)也是市場(chǎng)的強(qiáng)烈需求。若在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中引入IPv6技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間的相互連通，為解決節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，地址管理困難的問(wèn)題提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)而言，可將其已有的各種技術(shù)和成熟應(yīng)用直接延伸至WIA-PA網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)而言，可通過(guò)信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把所有電網(wǎng)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交互和通信，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的智能化監(jiān)控和管理。但是，面對(duì)數(shù)量龐大的用電信息采集網(wǎng)絡(luò)，如何將工業(yè)無(wú)線WIA-PA技術(shù)與用電信息采集系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)基于WIA-PA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)、地址分配等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)在無(wú)線通訊網(wǎng)上基于WIA-PA技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，并有效的解決現(xiàn)有抄表系統(tǒng)中的相關(guān)難題，是目前亟需解決的問(wèn)題。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201410495837.8，名稱(chēng)為:一種基于IPv6的用電信息采集系統(tǒng)及其方法，該方法提出了一種新的基于IPv6的具有路由、交換等功能的智能采集路由器代替現(xiàn)有的集中器。該設(shè)備在智能電表與采集主站之間構(gòu)建一個(gè)支持IPv6標(biāo)準(zhǔn)化的端到端的采集量測(cè)網(wǎng)絡(luò)。其從大體上概述了具有IPv6網(wǎng)絡(luò)的用電信息采集系統(tǒng)的基本通信原理，對(duì)于設(shè)備地址分配策略，網(wǎng)絡(luò)路由算法等方面并未有相關(guān)涉及。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201210518304.8，名稱(chēng)為:一種適用于用電信息采集的光無(wú)線組網(wǎng)通信系統(tǒng)及其方法，該發(fā)明利用光無(wú)線組網(wǎng)進(jìn)行通信，將無(wú)線基站分離為基帶單元與射頻單元，實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)拉遠(yuǎn)，大大提高了配電網(wǎng)中數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，但由于設(shè)備成本因素，該技術(shù)在用電網(wǎng)中并不適用。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201410076180.1，名稱(chēng)為:無(wú)線用電信息采集自組網(wǎng)的組網(wǎng)方法，該方法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)上電后快速組建大型樹(shù)形用電采集網(wǎng)絡(luò)，并且結(jié)合相應(yīng)調(diào)頻技術(shù)有效解決了網(wǎng)絡(luò)局部干擾問(wèn)題，但是對(duì)于無(wú)線的用電采集網(wǎng)絡(luò)而言，構(gòu)建的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)中若中間節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，勢(shì)必會(huì)造成后繼節(jié)點(diǎn)受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于WIA-PA技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)組網(wǎng)通信方法，該方法通過(guò)結(jié)合IPv6和基于WIA-PA的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)、地址分配等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)在無(wú)線通訊網(wǎng)上具有IPv6報(bào)文傳輸能力的工業(yè)無(wú)線WIA-PA用電采集通信網(wǎng)絡(luò)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于WIA-PA技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)組網(wǎng)通信方法，包括以下步驟:
[0008]S1:網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備類(lèi)型，為整個(gè)用電信息采集網(wǎng)絡(luò)分配相應(yīng)的IPv6地址；
[0009]S2:結(jié)合WIA-PA技術(shù)的組網(wǎng)方法和用電信息采集網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)，構(gòu)建支持IPv6報(bào)文傳輸?shù)挠秒娦畔⒉杉到y(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)子網(wǎng)；
[0010]S3:網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)構(gòu)建的用電信息采集網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶的用電信息進(jìn)行采集。
[0011]進(jìn)一步，步驟S1具體包括以下步驟:
[0012]S11:每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(包括路由設(shè)備和普通設(shè)備)上電后，讀取并獲得電表地址，將其作為自身的設(shè)備ID(3byte)，并與廠商ID(3byte)和設(shè)備類(lèi)型(2byte)結(jié)合組成設(shè)備的IEEE EU1-64 地址；
[0013]S12:當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)設(shè)備定期發(fā)送的組網(wǎng)信標(biāo)幀后，將回復(fù)具有EU1-64地址的加入請(qǐng)求指令；
[0014]S13:網(wǎng)關(guān)設(shè)備收到該命令后，將其中路由設(shè)備的EU1-64中設(shè)備ID字段提取，并會(huì)根據(jù)路由設(shè)備的入網(wǎng)順序，分配相對(duì)應(yīng)的路由ID，并在網(wǎng)關(guān)路由表項(xiàng)中將當(dāng)前設(shè)備ID與其對(duì)應(yīng)的路由ID進(jìn)行一一映射；同時(shí)回復(fù)帶有全局路由前綴、網(wǎng)絡(luò)PANID及路由ID的加入相應(yīng)命令幀；
[0015]S14:路由設(shè)備收到后，將自身的設(shè)備ID、網(wǎng)絡(luò)PANID、全局路由前綴、網(wǎng)關(guān)分配的路由ID以及相應(yīng)填充字段相結(jié)合成為路由設(shè)備的128位的IPv6地址，至此完成路由設(shè)備IP地址分配；
[0016]S15:當(dāng)已加入網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備在分配了相應(yīng)的IPv6地址后，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建度量閾值時(shí)間T，會(huì)周期發(fā)送帶有路由節(jié)點(diǎn)ID的信標(biāo)幀，當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)收到后發(fā)送具有自身EU1-64地址的加入請(qǐng)求到路由設(shè)備，路由設(shè)備按照同樣方式為普通節(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)節(jié)點(diǎn)ID并建立映射表，同時(shí)發(fā)送加入相應(yīng)，節(jié)點(diǎn)設(shè)備收到后按照同樣方式進(jìn)行結(jié)合完成自身IPv6地址配置。
[0017]進(jìn)一步，步驟S3具體包括:
[0018]S31:當(dāng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備在達(dá)到網(wǎng)絡(luò)時(shí)間度量閾值T后仍沒(méi)有節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，則將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志位置為“組網(wǎng)完成”，并向集中器發(fā)送組網(wǎng)完成指令；
[0019]S32:當(dāng)集中器接收到該指令后，將會(huì)啟動(dòng)模塊認(rèn)證、節(jié)點(diǎn)地址加載等功能，并下發(fā)抄表指令；
[0020]S33:網(wǎng)關(guān)設(shè)備收到指令后，解析相應(yīng)的控制域和用戶數(shù)據(jù)域，若為設(shè)置或檢測(cè)指令，則直接由網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行并回復(fù)相關(guān)確認(rèn)幀，若為路由查詢或數(shù)據(jù)抄讀等指令，則轉(zhuǎn)到S34 ；
[0021]S34:網(wǎng)關(guān)設(shè)備首先將指令中的目的地址位取出，與路由表中的長(zhǎng)地址進(jìn)行映射，得到目的表計(jì)上的節(jié)點(diǎn)IPv6地址，并將該地址填入網(wǎng)絡(luò)層的目的地址數(shù)據(jù)位中，同時(shí)將指令中的相關(guān)數(shù)據(jù)位作為應(yīng)用層載荷，封裝應(yīng)用層幀頭、傳輸層頭、互聯(lián)網(wǎng)層頭、WIA-PA網(wǎng)絡(luò)層頭、數(shù)據(jù)鏈路子層頭和MAC頭，并發(fā)送到基于WIA-PA技術(shù)的用電信息采集網(wǎng)絡(luò)中；
[0022]S35:當(dāng)路由設(shè)備收到該指令后，根據(jù)IPv6地址中的路由ID位，判斷路由表中是否有到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的路徑，如存在則直接通過(guò)相關(guān)路徑進(jìn)行發(fā)送，若不存在轉(zhuǎn)S36 ;
[0023]S36:路由設(shè)備啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，同時(shí)抄收相關(guān)數(shù)據(jù)并返回集中，完成當(dāng)次用電信息數(shù)據(jù)采集。
[0024]進(jìn)一步，步驟S36中所述的路由建立過(guò)程還包括以下步驟:
[0025]S361:路由設(shè)備啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程并發(fā)送帶有層次搜索度量閾值TTL_SEARCH的H-RREQ消息，并等待RREQ_LIVE_TIME毫秒H-RREP消息回復(fù)時(shí)間，其中H-RREP消息帶有路由層次記錄標(biāo)志位LAYER字段；
[0026]S362:當(dāng)該路由設(shè)備節(jié)點(diǎn)在一個(gè)RREQ_LIVE_HME時(shí)間內(nèi)收到H-RREP回復(fù)，則路由建立成功；若未收到回復(fù)，則將LAYER增加1，并將搜索閾值按照層次環(huán)的冪次遞增原則設(shè)置為T(mén)TL_SEARCH*LAYER，H-RREP消息等待時(shí)間同樣增加，循環(huán)上述步驟，直到路由建立為止。
[0027]進(jìn)一步，步驟S2中所述的具有IPv6報(bào)文傳輸能力的WIA-PA用電采集網(wǎng)絡(luò)具體包括以下特性:
[0028]1)所構(gòu)建的用電信息采集網(wǎng)絡(luò)為Mesh+Star拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是具有傳輸IPv6報(bào)文能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；
[0029]2)其中Mesh主干網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中，由網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送組網(wǎng)信標(biāo)，路由設(shè)備偵聽(tīng)信標(biāo)并回復(fù)，最終加入網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)已加入的路由設(shè)備具有轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)信標(biāo)和其他路由設(shè)備信標(biāo)回復(fù)的功能；
[0030]3)具有IPv6報(bào)文傳輸能力的WIA-PA用電采集網(wǎng)絡(luò)，其主干網(wǎng)絡(luò)采用基于改進(jìn)的A0DV環(huán)形層次路由搜索策略進(jìn)行路徑尋址；
[0031]4)子網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中，首先由標(biāo)識(shí)為“未入網(wǎng)”的普通設(shè)備節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送帶有特殊字段Q的RREQ消息，已入網(wǎng)的路由設(shè)備接收到該消息后將會(huì)啟動(dòng)廣播網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀，這將降低路由設(shè)備周期廣播信標(biāo)幀帶來(lái)的過(guò)多能量損耗。
[0032]進(jìn)一步，步驟S15中所述的路由設(shè)備不具有為路由設(shè)備分配短地址的權(quán)限，只具有為普通節(jié)點(diǎn)設(shè)備分配IP的權(quán)限，同時(shí)路由設(shè)備需要完成相應(yīng)的Star子網(wǎng)構(gòu)建；當(dāng)路由