无线用电信息采集自组网的组网方法

本发明涉及一种自组网的组网方法，特别是一种无线用电信息采集自组网的组网方法，主要适用于用电信息的无线采集技术领域。

随着我国社会公用事业的飞速发展，人民生活水平的提高、住宅商品化的发展，居民住宅的质量和档次越来越高，住户对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。对电力部门和用户来说，传统的抄表收费方式存在的弊病越来越突出，抄表收费难也成了经营管理上的问题。

在远程抄表系统中，如果采用铺设线路，铺设线路建设成本太高，而且受地域限制过大；若采用电话线拨号接入只支持轮流查询，监控范围较小，而且实时性和反控性较差。

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种组网速度快的无线用电信息采集自组网的组网方法，利用该方法组建的树形结构的无线网络自动路由、网络容量大的特点。

本发明所采用的技术方案是：无线用电信息采集自组网的组网方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、网络中心协调点建网，确定网络编号和工作信道；

S2、未入网的子节点在八个信道分别发送信标请求，搜索网络中心协调点或已经入网的子节点，网络中心协调点或已经入网的子节点收到信标请求后对其进行应答；

S3、搜索网络的未入网子节点记录在各个信道上收到的应答，按照级别优先、信号次之，同级别，信号优先的原则，选择网络中心协调点或已经入网的子节点作为自己的上级节点，并向其发送入网请求；

S4、所述上级节点收到入网请求后，给申请入网的子节点分配一个入网地址，并将该子节点作为自己的下级节点；

S5、申请入网的子节点收到分配的入网地址后，将该入网地址和自身固定地址发送至网络中心协调点；

S6、网络中心协调点根据建网模式及申请入网的子节点的信息，判定是否同意入网，若同意，则向申请入网的子节点返回同意入网信息，该申请入网的子节点成功入网，若不同意，则向申请入网的子节点返回拒绝入网信息，申请入网的子节点收到拒绝入网信息后，依次执行步骤S2-S6，直到成功入网为止。

所述网络中心协调点通过串口与集中器相连，各子节点均具有路由功能，并分别与采集器和/或电表一一对应相连形成具有路由功能的终端。

所述建网包括以下步骤：

S101、网络中心协调点上电后，向集中器申请网络编号，并读取集中器的固定地址，作为自己的固定地址；

S102、集中器判定建网模式，并将网络编号及建网模式告知网络中心协调点，若建网模式为验证模式，则执行步骤S103，若建网模式为登记模式，则执行步骤S104；

S103、网络中心协调点向集中器申请下载允许入网的子节点固定地址；

S104、网络中心协调点进行信道能量扫描，并选取一条最干净的信道作为工作信道；

S105、网络中心协调点主动扫描，查看获取的网络编号是否与其他已建网络的标号有冲突，若有冲突，则将网络编号加一，直至无冲突，完成建网，若无冲突，则建网成功。

步骤S6中，当建网模式为验证模式时，网络中心协调点将申请入网的子节点的固定地址与下载的允许入网的子节点固定地址进行比对，若两者一致则通过验证，网络中心协调点记录该申请入网的子节点信息，并返回同意入网信息，若两者不一致，网络中心协调点不记录该申请入网的子节点信息，并返回拒绝入网信息；当建网模式为登记模式时，网络中心协调点记录该申请入网的子节点信息，并返回同意入网信息。

所述申请入网的子节点的固定地址获取方法为，通过读取与之相连的采集器或电表的固定地址作为该子节点的固定地址，或者通过串口人工设置得到。

所述申请入网的子节点读取采集器或电表的固定地址时，若连续读取三次后还未收到回复，则采用该子节点自身出厂时的6个字节的出厂地址作为自己的固定地址申请入网。

完成入网的子节点每隔一段时间检测自己是否受到干扰，若无干扰则继续在原来的工作信道上工作，若有干扰则启动信道扫描，搜索并选择一个最干净的信道，对外广播自己要跳到新的信道工作的信息，然后跳到新信道上工作；该子节点的上级和下级节点收到广播信息后，记录该信息，在需要和该被干扰子节点通讯时，将自己的信道跳到前述新信道进行通讯，通讯完毕后，跳回原来的工作信道继续工作。

被干扰子节点定时到原来工作信道检测干扰是否消除，如果没有消除，继续到自己选择的新信道上工作，如果消除，跳到原来的工作信道上工作，并广播自己回到原来工作信道工作的信息；被干扰子节点的上级和下级节点收到被干扰子节点的广播信息，记录该信息，通过信道对比，得知该被干扰子节点的干扰状态解除，再与该被干扰子节点通讯时，信道不再切换。

完成入网的子节点每隔一段时间向上级节点发送心跳包，上级节点收到心跳包后，回复确认包；如果上级节点在指定的时间内未收到某一下级节点的心跳包，则主动呼叫该下级节点，如果未收到回应，则判定该节点为故障节点，并主动上报给网络中心协调点。

发送心跳包的子节点在指定时间内未收到上级节点的确认包，则重新搜索网络申请入网。

本发明的有益效果是：1、各子节点上电后自动寻网络并主动申请入网，组网速度快，组网成功后形成树形网络结构，结构清晰，网络容量大。2、对于干扰源来说，其覆盖范围总是有限的，对于整个网络来说，受到干扰的总是局部的，那么就不需要整个网络进行跳频，只需要受到干扰的部分和这些部分相关的节点跳频处理也就可以解决其正常通讯的问题；本发明建立局部跳频机制，即完成入网的子节点每隔一段时间检测自己是否受到干扰，若有干扰则启动信道扫描，搜索并选择一个最干净的信道，并跳到新信道上工作，该子节点的上级和下级节点收到广播信息后，记录该信息，在需要和该被干扰子节点通讯时，将自己的信道跳到前述新信道进行通讯，使得网络在受到同频干扰时也能够正常通讯，保证了网络的稳定性，同时也不会影响其他未受到干扰子节点的正常工作。3、建立心跳侦测机制，即完成入网的子节点每隔一段时间向上级节点发送心跳包，上级节点收到心跳包后，回复确认包；如果上级节点在指定的时间内未收到某一下级节点的心跳包，则主动呼叫该下级节点，如果未收到回应，则判定该下级节点为故障节点；利用该机制可以有效的检查网络节点的工作情况，及时发现网络中的故障节点，也可以对无效的路径进行及时的修复，确保网络可靠稳定的工作。4、采用验证模式建网，可以有效限制加入网络的节点，包括其总量和编号，从而解决相邻地区安装同样的网络，边缘节点的网络加入的问题。

图1是本发明中网络中心协调点建网流程图。

图2是本发明自动组网流程示意图。

图3是本发明组网方法形成自组网的第一种结构示意图。

图4是本发明组网方法形成自组网的第二种结构示意图。

图5是本发明组网方法形成自组网的第二种结构示意图。

如图1、图2所示，本实施例组网方法包括以下步骤：

S1、网络中心协调点（通过串口与集中器相连）建网，确定网络编号和工作信道。

S2、未入网的子节点（分别与采集器和/或电表一一对应相连，且各子节点均具有路由功能）在八个信道分别发送信标请求，搜索网络中心协调点或已经入网的子节点；网络中心协调点或已经入网的子节点收到信标请求后对其进行应答，告知搜索网络的未入网子节点自己已经入网。

S3、搜索网络的未入网子节点记录在各个信道上收到的应答，按照级别优先、信号次之，同级别，信号优先的原则，选择网络中心协调点或已经入网的子节点作为自己的上级节点（即优先选择路由级别高、信号强度好的网络中心协调点或已经入网的子节点作为上级节点），并向其发送入网请求，申请加入网络。

S4、步骤S3中所述上级节点收到入网请求后，给申请入网的子节点分配一个入网地址，并将该子节点作为自己的下级节点；然后将该信息返回给申请入网的子节点；

S5、申请入网的子节点收到分配的入网地址后，将该入网地址和自身固定地址发送至网络中心协调点。所述申请入网的子节点的固定地址获取方法为，读取与之相连的采集器或电表的固定地址作为该子节点的固定地址，若连续读取三次后还未收到回复，则采用该子节点自身出厂时的6个字节的出厂地址作为自己的固定地址申请入网。为了满足客户的多样化需求，也可以事先通过串口以人工方式对子节点进行地址设置，这样节点上电后，就不会再执行读地址操作，而是直接使用设置地址作为自身固定地址。

S6、网络中心协调点根据建网模式（包括验证模式和登记模式，其中验证模式指建网之前需要指定可以入网的子节点，非指定节点不允许入网，登记模式指入网的子节点不受限制，凡是可以入网的节点都接受入网）及申请入网的子节点的信息，判定是否同意入网。当建网模式为验证模式时，网络中心协调点将申请入网的子节点的固定地址与下载的允许入网的子节点固定地址进行比对，若两者一致则通过验证，网络中心协调点记录该申请入网的子节点信息，并返回同意入网信息；若两者不一致，网络中心协调点不记录该申请入网的子节点信息，并返回拒绝入网信息；当建网模式为登记模式时，网络中心协调点记录该申请入网的子节点信息，并返回同意入网信息。

S7、申请入网的子节点收到网络中心协调点返回的信息后，如果同意入网，则该子节点成功加入网络；如果不同意入网，则依次执行步骤S2-S7，重新搜索网络申请入网，直到成功入网为止。

子节点入网成功后，网络中心协调点向集中器发送相应子节点入网成功的命令，以通知集中器都有哪些子节点加入了网络。

步骤S1中建网包括以下步骤：

S101、网络中心协调点上电后，向集中器申请网络编号，并读取集中器的固定地址，作为自己的固定地址；

S102、集中器判定建网模式，并将网络编号及建网模式告知网络中心协调点，若建网模式为验证模式，则执行步骤S103，若建网模式为登记模式，则执行步骤S104；

S103、网络中心协调点向集中器申请下载允许入网的子节点固定地址；

S104、网络中心协调点进行信道能量扫描，并选取一条最干净的信道作为工作信道；

S105、网络中心协调点主动扫描，查看获取的网络编号是否与其他已建网络的标号有冲突，若有冲突，则将网络编号加一，直至无冲突，完成建网，若无冲突，则建网成功；建网成功后，网络中心协调点向集中器发送建网成功标志，网络可以接受子节点加入网络。

完成入网的子节点每隔一段时间检测（相当于周期性检测，例如1个小时检测一次，该周期可以根据需要进行设置）自己是否受到同频干扰（节点根据空间信号强度的持续性和信号的可识别性来判断），若无干扰则继续在原来的工作信道（建网时确定的工作信道）上工作，若有干扰则实施局部跳频抗干扰程序。本例以中间一级的子节点受到干扰为例（跟该子节点相关的有上级和下级路由节点均需跳频）进行说明：

完成入网的子节点发现自己受到同频干扰后，启动信道扫描，搜索并选择一个最干净的信道，对外广播自己要跳到新的信道工作的信息，然后跳到新信道上工作；该子节点的上级和下级节点收到广播信息后，记录该信息，在需要和该被干扰子节点通讯时，先广播自己要进行信道跳转，告诉其他节点自己跳转的时间，然后将自己的信道跳到前述新信道进行通讯，通讯完毕后，跳回原来的工作信道继续工作；被干扰子节点定时到原来工作信道检测干扰是否消除，如果没有消除，继续到自己选择的新信道上工作，如果消除，跳到原来的工作信道上工作，并广播自己回到原来工作信道工作的信息；被干扰子节点的上级和下级节点收到被干扰子节点的广播信息，记录该信息，通过信道对比，得知该被干扰子节点的干扰状态解除，再与该被干扰子节点通讯时，信道不再切换，即在原来的工作信道上工作即可。利用该局部调频机制，使得网络在受到同频干扰时也能够正常通讯，保证了网络的稳定性，同时也不会影响其他未受到干扰节点的正常工作。

此外，完成入网的子节点每隔一段时间向上级节点发送心跳包，上级节点收到心跳包后，回复确认包；如果上级节点在指定的时间内未收到某一下级节点的心跳包，则主动呼叫该下级节点，如果未收到回应，则判定该节点为故障节点，并主动上报给网络中心协调点，以有效的检查网络节点的工作情况，及时发现网络中的故障节点。发送心跳包的子节点在指定时间内未收到上级节点的确认包，则重新搜索网络申请入网，以便及时修复路径。

利用前述组网方法形成的自组网是一种树形网络结构的智能低速传感器网络，根据实际情况的不同，所成自组网结构略有不同。

如图3所示，自组网由网络中心协调点、集中器、子节点和采集器组成，其中网络中心协调点与集中器相连，是整个自组网络的中心，由它建立网络并负责网络的管理和维护，子节点与采集器相连，主动搜索网络加入，负责对网络中相关数据的路由和采集；即当某个子节点与某一数据传输路径终点的采集器相连时，则该子节点实际上为一终端节点，用于读取采集器的数据并将该数据上传；当该子节点与该数据传输路径中间的采集器相连时，则该子节点实际上为一中间节点，用于路由数据；也就是说各子节点既可以作为终端节点又可以作为中间节点。

如图4所示，自组网由网络中心协调点、集中器、子节点和电表组成，其工作原理与图3所述自组网相同，区别仅在于采用电表代替采集器。

如图5所示，自组网由网络中心协调点、集中器、子节点、采集器和电表组成，其工作原理与图3所述自组网相同，区别仅在于与子节点相连的既包括采集器也包括电表，所有子节点既可以作为终端节点又可以作为中间节点。

所述网络中心协调节点和子节点分别采用上海桑锐电子科技有限公司生产的，型号为SRWF-3E68和SRWF-4E88的无线模块。

本实施例所述自组网数据传输的波特率选择在2.4－9.6KB/s范围内，这种数据传输的低速率，要求系统必须减少数据传输，才能组成一个高效的网络。树形结构网络，结构清晰，组网速度快，传输数据少，满足网络要求。

所述自组网能够实现以下功能：1、数据透明上报，节点收到接口数据后，将数据透明发送到网络中心协调点，再经网络中心协调点发送至集中器，兼容各种协议。2、数据透明下发，网络中心协调点收到集中器的接口数据，可以将数据透明下发到指定的终端节点，兼容各种协议。3、数据自动路由，节点收到数据，会根据指定的路径自动继续转发。4、自动修复路径，节点原来的路径不通时，可以寻新的路径连接网络。5、抗干扰，系统可以在工作频率受到干扰时，跳到另外的信道继续工作。6工作模式灵活，系统可以设置为登记模式和验证模式两种组网方式。7、系统可以组成7级网络（现场节点大多都在3、4级分布），每个节点下面可以带16个节点（为了均衡节点负载，避免大量的终端节点通过其中的一个节点进行数据传输），网络容量巨大。

实际应用中，在现场安装好所有的相关系统硬件（即无线表具终端、集中器等）和设置好各种抄表设备的相关参数后，建立好基础档案，就可以远程管理和自动采集数据，而无需人的干预即可实现信息的互联与共享，管理者可以实时了解、控制用户的使用情况。集中器需要抄表或者查询时，按照标准645协议指令或无线透明传输的协议格式，将指令发送给网络中心协调点；网络中心协调点将该指令下发给表计对应的子节点，该子节点将该指令发送给表计，表计根据指令返回信息给子节点，子节点收到表计返回的信息后上传给网络中心协调点；网络中心协调点收到抄表返回的内容，将数据通过串口输送给集中器即可。