一種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的集抄系統(tǒng)采用電力線載波通信，優(yōu)點(diǎn)是不用重新鋪設(shè)線路，利用現(xiàn)有的電力線作為介質(zhì)進(jìn)行信號傳輸，但系統(tǒng)信道容易受現(xiàn)場伺服電機(jī)、大功率馬達(dá)、變頻空調(diào)等設(shè)備的影響，電力線信號傳輸存在高削減和高變形。近年來逐漸發(fā)展起來的微功率無線集抄系統(tǒng)，利用空間電磁場傳輸電磁波信號，無需考慮線路狀況，但其在高樓間、屏蔽場所及有電磁干擾的環(huán)境信號衰減很大，系統(tǒng)抄表成功率也不高。
[0003]目前全國電力系統(tǒng)在用電信息采集系統(tǒng)，下行通信中用得較多的通信技術(shù)有低壓載波或微功率無線兩種，這兩個通信方式都存在著明顯的弊端:低壓電力線路的通信環(huán)境惡劣，載波通信容易受電網(wǎng)阻抗變化、噪聲、諧波等影響，造成通信不可靠，一次實抄率僅為96% ;微功率無線通信受傳輸距離、建筑物阻擋、無線干擾等原因影響，抄表成功率也較低。由于電力線上負(fù)載動態(tài)變化范圍大，信號衰減嚴(yán)重，噪聲頻譜成分復(fù)雜，從而導(dǎo)致目前電力載波通信穩(wěn)定性差，其中載波通訊中的“孤島”現(xiàn)象，就是一個比較突出的問題，從目前來看，載波還沒有卓有成效的技術(shù)手段，可以避免線路上存在的這些問題。在尋求載波技術(shù)取得突破的同時，我們也在嘗試載波與其他通道相結(jié)合的方案。
[0004]微功率無線通信受傳輸距離、建筑物阻擋、無線干擾等原因影響，抄表成功率也比較低。隨著新業(yè)務(wù)對采集質(zhì)量要求的不斷提升，三層采集結(jié)構(gòu)的采集穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和高效性都不能滿足實際業(yè)務(wù)需求，而改變采集結(jié)構(gòu)則需要投入大量人力、物力和財力。為了解決成功率的問題，采用窄帶高速載波與微功率無線相結(jié)合的通信方式，同時以電力線與無線信道為媒介，充分利用雙通道的互補(bǔ)特性，實現(xiàn)低壓電力用戶信息傳輸、交互、匯集的通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了雙網(wǎng)絡(luò)解決方案。為了解決通訊成功率問題，采用低壓載波與微功率無線相結(jié)合的通信方式，以低壓載波為主，微功率無線為輔，兩者互相協(xié)調(diào)，自動切換，構(gòu)成雙模的解決方案，克服了低壓載波與微功率無線的缺陷，可極大的提高抄表成功率，使用電信息采集系統(tǒng)真正走向?qū)嵱谩?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)，將兩個功能集成在一個模塊中，使其具有了電力線載波和微功率無線兩種方式的通信功能，從而實現(xiàn)雙模雙網(wǎng)絡(luò)通信，克服了電力線載波與微功率無線的缺陷，提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)低壓電力用戶信息的傳輸，交互和匯集，極大的提高了通信的可靠性和通信效率。作為采集終端與電表之間的信息傳輸媒介，載波信道存在干擾信號失真或通信不成功時，路由控制策略自動嘗試微功率無線通信，兩種通信方式自動切換，取長補(bǔ)短，自動選擇優(yōu)質(zhì)信道傳輸數(shù)據(jù)，高效高質(zhì)的完成采集終端與電表的交互，解決三層采集結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)、傳輸瓶頸問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0007]—種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)，包括主站、集中器、采集器、智能電表等組成部分。主站通過公用通信網(wǎng)絡(luò)連接集中器，集中器上連接有多個三相智能電表、臺區(qū)考核總表、單相智能電表和采集器，采集器上連接有多個RS485智能電表；集中器、采集器、單相智能電表和三相智能電表之間采用無線通信網(wǎng)絡(luò)或者載波通信網(wǎng)絡(luò)連接，使雙模的集中器路由模塊和雙模的電表模塊協(xié)同工作，通過組網(wǎng)、路由發(fā)現(xiàn)過程建立本臺區(qū)下的完全覆蓋的雙通道通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的雙通道多任務(wù)的雙模通信系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)中，載波通信中的載波芯片輸出端連接有無線芯片和信號放大濾波電路，信號放大濾波電路輸出端連接有信號耦合電路，信號耦合電路上外接有過零檢測電路，無線芯片中設(shè)置有無線信號發(fā)射接收電路；載波芯片上還連接有接口電路及指示燈和接收濾波電路。
[0009]進(jìn)一步地，該通信系統(tǒng)組網(wǎng)過程為:通過中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)中的白名單對終端節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證，及網(wǎng)絡(luò)短地址分配過程，網(wǎng)絡(luò)組建過程需I次，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)在被分配網(wǎng)絡(luò)短地址后除事件上報外沒有再主動發(fā)起通信的需求。中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)在上電后發(fā)送信標(biāo)請求幀，目的是識別相鄰網(wǎng)絡(luò)，確保網(wǎng)絡(luò)ID的唯一，相鄰網(wǎng)絡(luò)的中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)收到此信標(biāo)請求后和自身的網(wǎng)絡(luò)ID進(jìn)行比對，如果發(fā)現(xiàn)ID相同，則認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)沖突，啟動網(wǎng)絡(luò)ID協(xié)調(diào)過程。如果確定網(wǎng)絡(luò)ID為唯一的，則發(fā)送信標(biāo)幀。節(jié)點(diǎn)通過信標(biāo)幀中的網(wǎng)絡(luò)號來決定是否需要進(jìn)行注冊，中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過白名單對申請注冊的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行身份認(rèn)證，如果認(rèn)證成功，中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)將給申請節(jié)點(diǎn)回應(yīng)注冊成功報文分配一個全網(wǎng)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址給申請節(jié)點(diǎn)，否則應(yīng)答注冊失敗報文。
[0010]進(jìn)一步地，該通信網(wǎng)絡(luò)中的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制為，路由發(fā)現(xiàn)過程發(fā)生在本地沒有達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)的路由信息或通信存在斷路的情況下，路由發(fā)現(xiàn)過程的目的是重新建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由信息。路由請求發(fā)起節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求，并等待目的節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答，如果請求失敗，發(fā)起節(jié)點(diǎn)記錄相關(guān)信息，并擇機(jī)再次發(fā)送請求。中間節(jié)點(diǎn)收到請求后，首先在檢索本地存儲信息，如果此請求存在，則不再次轉(zhuǎn)發(fā)此請求，但會優(yōu)化通信路徑。否則，在路由表中建立一條反向鏈接記錄，并在請求表中加入此請求信息。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到一個請求，則在本地路由請求表中查找是否有此記錄，如果存在，則評價此次路徑是否優(yōu)于已存儲的，如果是，則用此次請求的源節(jié)點(diǎn)代替原有反向節(jié)點(diǎn)，否則，丟棄此請求?；貜?fù)傳輸?shù)铰酚烧埱蟀l(fā)起節(jié)點(diǎn)時，如果此節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)，那么將回復(fù)幀轉(zhuǎn)換為點(diǎn)抄幀并回復(fù)給最終源節(jié)點(diǎn)。
[0011]進(jìn)一步地，上述雙模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有以下功能特點(diǎn):
[0012](I)雙模網(wǎng)絡(luò):兼容基于OFDM的低壓電力線載波信道和基于GFSK的微功率無線信道，兩個信道相互獨(dú)立，兩個信道同時收發(fā)，微功率無線通信技術(shù)和電力線載波通信技術(shù)互補(bǔ)，構(gòu)成了雙模網(wǎng)絡(luò)；
[0013](2)利用CSMA載波偵聽多路訪問:在發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)；在發(fā)送數(shù)據(jù)時，邊發(fā)送邊繼續(xù)監(jiān)聽；若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；等待一段隨機(jī)時間，再重新嘗試；CSMA保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽糠€(wěn)定，但其算法需要精準(zhǔn)和尚效;
[0014](3)雙模通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平等:雙模通信網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)都具有存儲和轉(zhuǎn)發(fā)和路由等功能終端節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位平等；
[0015](4)按需路由策略:節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間以一種松散的方式組合，采用按需路由策略可以組建并適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0016](5)雙信道并行任務(wù):確定雙模通信網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都具有雙信道的配置后，則可以同時在兩個信道上執(zhí)行不同的匯集任務(wù)，并可以限定每個任務(wù)只能在制定的信道中運(yùn)行，而不能跨信道；
[0017](6)輔助信道:在進(jìn)行點(diǎn)抄時，查找路由表并確定下一跳節(jié)點(diǎn)，如果PLC發(fā)送后，無線作為輔助信道緊跟著發(fā)送，目的節(jié)點(diǎn)在收到報文后，此節(jié)點(diǎn)具有雙信道，那么以相同的信道應(yīng)答ACK ;如果目的節(jié)點(diǎn)從兩個信道都收到報文，根據(jù)相同報文過濾規(guī)則也只會響應(yīng)通過快速信道傳輸來的報文，因此兩個信道速率無需匹配；
[0018](7)并行信道:在進(jìn)行組網(wǎng)或數(shù)據(jù)匯集時，雙信道沒有主從之分，代理節(jié)點(diǎn)往往要承載著較多的傳輸任務(wù)，原則是哪個信道空閑則使用哪個信道通信。首先代理節(jié)點(diǎn)會掃描兩個信道，當(dāng)有一個信道檢測空閑時，代理節(jié)點(diǎn)會查找緩沖區(qū)中待發(fā)的報文，通過下一跳地址來查找路由表確定其是否具有雙信道配置，且通過歷史記錄評價此信道的成功概率，并使用此信道發(fā)送。通過通信結(jié)果成功與否的反饋，最終在一段時間內(nèi)可獲得到某節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)信道，為下次選擇提供參考依據(jù)。
[0019](8)路由發(fā)現(xiàn):路由發(fā)現(xiàn)過程發(fā)生在本地沒有達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)的路由信息或通信存在斷路的情況下，路由發(fā)現(xiàn)過程的目的是重新建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，并使相關(guān)節(jié)點(diǎn)記錄最優(yōu)路徑。
[0020]該發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明中的雙模通信系統(tǒng)克服了載波在有些區(qū)域受電力線噪聲干擾的缺陷，也彌補(bǔ)了微功率無線對于障礙物、鐵質(zhì)表殼、商場超多電感式白熾燈等特殊場所信號差及干擾大的缺陷。系統(tǒng)收到集中器發(fā)出的抄表指令后，首先對兩個信道的通信成功率進(jìn)行預(yù)判，然后選擇通信成功率較高的信道發(fā)送，若兩個信道干擾都較大，則兩個信道同時發(fā)送，提高通信成功的概率。本發(fā)明的低壓電力線和微功率無線在通訊信道上，通過平衡算法，多種通信模式互補(bǔ)短板，解決線路信號衰減或距離過遠(yuǎn)導(dǎo)致的通信失敗的問題，極大地提高了通信成功率和通信效率。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明專利具體實施例中的采集系統(tǒng)框圖。
[0022]圖2是本發(fā)明專利具體實施例中的模塊系統(tǒng)框圖。
[0023]圖3是本發(fā)明專利具體實施例中從節(jié)點(diǎn)注冊流程示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明專利具體實施例中路由發(fā)現(xiàn)流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0026]實施例
[0027]本發(fā)明的提供一種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)，將兩個功能集成在一個模塊中，使其具有了電力線載波和微功率無線兩種方式的通信功能，從而實現(xiàn)雙模雙網(wǎng)絡(luò)通信，克服了電力線載波與微功率無線的缺陷，提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)低壓電力用戶信息的傳輸，交互和匯集，極大的提高了通信的可靠性和通信效率。
[0028]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0029]如圖1所示的基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構(gòu)通信系統(tǒng)，包括主站，主站上利用通信線路連接有集中器，集中器上連接有多個三相智能電表、臺區(qū)考核總表、單相智能電表和采集器，采集器上連接有多個RS485智能電表；集中器、采集器、單相智能電表和三相智能電表之間采用無線通信網(wǎng)絡(luò)或者載波通信網(wǎng)絡(luò)連接，使雙模的集中器路由模塊和雙模的電表模塊協(xié)同工作，建立本臺區(qū)下完全覆蓋的雙模通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的雙通道多任務(wù)的雙模通信系統(tǒng)。