一种低压电力载波通信的路由配置方法及系统

本发明涉及低压电力线载波通信技术。

在多种行业中（如电力、地震、大气与水环境监测等），需要对各监测点数据进行定期采集。由于低压电力线网络覆盖面广，现场只要取得电源，无需另外布线，不占用其它有线或无线通讯资源，无通讯费用，使得该种通信方式在通讯数据流量不大的远程数据采集应用中起到减少建设投资，降低设备运行与维护成本等作用，受到了越来越广泛的应用。

目前大多数电力线载波抄表系统应用中，系统设计为：在一个配电变压器范围内，装设一台集中器及多台远方终端，远方终端通过低压电力载波通信方式将数据传送给集中器，集中器通过专用或公用数据网络将采集的数据发回系统主站。因低压电力线载波通讯的信道具有高衰减、干扰与阻抗时变性强等特点，因此完成一个远离数据传输多数时候需要多级远方终端进行接力通讯，即中继。传统模式中，在通信之前,需要先在集中器上建立各远方终端通信的路由地址表。在通信过程中，各终端处于被动态，监听线路上的通信包，当收到集中器发出通信包的路由地址与自己地址相同时，即转发该通信包的指令内容。该方式也称“链表”式路由通信方案。由于终端始终处于被动态，当系统初始化集中器未生成各远方终端的路由链表时或拓扑结构发生变化导致路由表上路由节点失效时，集中器无法与多级远方终端建立数据链路，终端数据将无法抄收。通常为了解决这个问题，集中器必须按照一些优化遍历算法建立各远方终端的路由链表，此种方法建立路由链一般需要较长时间，且集中器向线路发送遍历轮询带来附加的通信流量从而增加线路繁忙程度，同时也无法真正适应运行过程中拓扑关系复杂多变的情况。因此对终端与集中器之间的路由表进行动态配置有着一定的困难及较大工作量。

本发明的目的在于提出一种低压电力载波通信的路由配置方法，其能解决路由配置难度大的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种低压电力载波通信的路由配置方法，其包括以下步骤：

步骤1、多个已注册节点与集中器建立通信；

步骤2、每一个已注册节点在预设的积分时间片内对与其连接的电力线载波通信线路上的注册帧进行累计，所述注册帧来自于未被集中器响应的待注册节点；

步骤3、每一个已注册节点在路由申请时间片内向所述集中器发送申请路由报文，所述申请路由报文包括注册帧的数量；

步骤4、集中器在路由申请时间片结束时，向注册帧的数量最多的已注册节点发送路由设置报文，以使所述注册帧的数量最多的已注册节点成为路由节点，所述路由节点用于对集中器与待注册节点之间的往来数据进行中继。

优选的，在步骤4中，在路由申请时间片结束时，所有已注册节点记录的注册帧的数量均清零。

优选的，在步骤3中，所述申请路由报文还包括与已注册节点对应的地址码。

本发明还提出一种实现如上所述的路由配置方法的路由配置系统，其包括以下模块：

通信模块，设于每一个已注册节点，用于与集中器建立通信；

累计模块，设于每一个已注册节点，用于在预设的积分时间片内对与其连接的电力线载波通信线路上的注册帧进行累计，所述注册帧来自于未被集中器响应的待注册节点；

申请模块，设于每一个已注册节点，用于在路由申请时间片内向所述集中器发送申请路由报文，所述申请路由报文包括注册帧的数量；

设置路由模块，设于集中器，用于在路由申请时间片结束时，向注册帧的数量最多的已注册节点发送路由设置报文，以使所述注册帧的数量最多的已注册节点成为路由节点，所述路由节点用于对集中器与待注册节点之间的往来数据进行中继。

优选的，在设置路由模块中，在路由申请时间片结束时，所有已注册节点记录的注册帧的数量均清零。

优选的，在申请模块中，所述申请路由报文还包括与已注册节点对应的地址码。

本发明具有如下有益效果：

不需要人工确定复杂的路由列表，系统会自动到最佳的路由路径，由于所有路由节点在正常通信中都会侦听无响应的请求报文，使系统可以自动适应线路的动态调整，并重建新的路由拓扑结构。

图1为现有的电力线载波抄表系统的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的低压电力载波通信的路由配置方法的原理流程图；

图3为本发明较佳实施例的低压电力载波通信的路由配置方法的应用示例流程图。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

如图1所示，在一个配电变压器范围内，装设一台集中器及多个远方终端，远方终端通过低压电力载波通信以及路由组网技术将数据传送给集中器。图中A、B、C、D、E、F为远方现场数据采集终端（即节点），I为远方集中器， G为远方现场低压电力线载波通信线路，H为远方现场配电变压器。

如图2所示，一种低压电力载波通信的路由配置方法，其包括以下步骤：

步骤S1、多个已注册节点与集中器建立通信。待注册节点与集中器建立通信的过程为：所有待注册节点在上电一段时间后，会自动向集中器发送注册帧，集中器收到注册帧后回复响应帧，待注册节点收到响应帧后，就表示成功与集中器建立通信，并成为已注册节点。已注册节点与集中器建立通信后，即自动进入路由侦听状态。

步骤S2、每一个已注册节点在预设的积分时间片（如2-3小时）内对与其连接的电力线载波通信线路上的注册帧进行累计，并且所述电力线载波通信线路上没有与所述注册帧对应的响应帧。所述注册帧来自于未被集中器响应的待注册节点。

步骤S3、每一个已注册节点在路由申请时间片内向所述集中器发送申请路由报文，所述申请路由报文包括与已注册节点对应的地址码和注册帧的数量。

步骤S4、集中器在路由申请时间片结束时，向注册帧的数量最多的已注册节点发送路由设置报文，以使所述注册帧的数量最多的已注册节点成为路由节点，所述路由节点用于对集中器与待注册节点之间的往来数据进行中继。同时，在路由申请时间片结束时，所有已注册节点记录的注册帧的数量均清零。

本实施例还提出一种路由配置系统，其包括以下模块：

通信模块，设于每一个已注册节点，用于与集中器建立通信；

累计模块，设于每一个已注册节点，用于在预设的积分时间片内对与其连接的电力线载波通信线路上的注册帧进行累计，所述注册帧来自于未被集中器响应的待注册节点；

申请模块，设于每一个已注册节点，用于在路由申请时间片内向所述集中器发送申请路由报文，所述申请路由报文包括与已注册节点对应的地址码和注册帧的数量； 

设置路由模块，设于集中器，用于在路由申请时间片结束时，向注册帧的数量最多的已注册节点发送路由设置报文，以使所述注册帧的数量最多的已注册节点成为路由节点，所述路由节点用于对集中器与待注册节点之间的往来数据进行中继；在路由申请时间片结束时的同时，所有已注册节点记录的注册帧的数量均清零。

为了便于理解本发明的技术方案，结合图3所示，以具体的例子对本发明的技术方案进行详细说明。

节点A（相当于已注册节点）已经与集中器节点成功建立通信连接。

节点B（相当于待注册节点）上电一段时间后（步骤1），开始自动向集中器发送注册帧R（步骤2）。

如集中器收不到，则注册帧R无回复。

节点A收到注册帧R后，监测线路L（即电力线载波通信线路）是否有集中器的响应帧。如果没有，则节点A的路由积分C加1（步骤3）。所述路由积分C即为注册帧的数量。

节点C上电一段时间后，开始自动向集中器发送注册帧R（步骤4）。节点C与节点B为了避免冲突，发送注册R的时间不同，实现冲突避让。

如集中器收不到，则注册帧R无回复。

节点A收到注册帧R后，监测线路L上是否有集中器的响应帧。如果没有，则节点A的路由积分C加1（步骤5）。

当路由积分时间片T结束后，节点A开始向集中器发送申请路由报文Q（步骤6）。申请路由报文Q内包含有节点A的地址码与C积分值等数据。

在路由申请时间片Y结束后，集中器判断哪个节点的C值最大（步骤7），然后将该节点设置为路由节点（步骤8）。同时其它节点C值全部清零。

节点A收到路由设置帧S后，将自身设置为路由工作状态（步骤9）。

节点B在上次注册失败一段时间后，开始重新向集中器发送注册帧R（步骤10）。

节点A收到注册帧R后，将R转发给集中器（步骤11）。

集中器收到注册帧R后，进行注册记录操作，然后发送响应帧Re（步骤12）。

节点A收到响应帧Re后，将响应帧Re转发给线路L（步骤13）。

节点B在发送注册帧R后，就一直处在监听线路L状态，当从线路L上读取到集中器发给节点B的响应帧Re后，节点B注册成功，进入正常工作状态（步骤14）。

本发明路由的核心概念是：每个终端（即节点）都可以被自动配置成其他节点的中继器。当终端能与集中器建立正常通信的通道后，该终端即自动进入路由侦听方式：对未被集中器响应的请求报文进行统计。当统计到足够数量的无响应请求报文时，终端将在路由申请时间片（典型间隔一般为2-3小时）向集中器发送申请路由报文，集中器将向选择统计数最多的节点发送路由设置报文，设置终端成路由节点。如此类推。同时所有数据报文带有转发可信值，可信值由路由级数确定，由可信值来保证数据转发只到集中器截止，避免造成数据风暴。由于采用上述的带可信值及竞争的路由模式，本发明不需要再由人工确定复杂的路由列表，系统会自动到最佳的路由路径。由于所有节点在正常通信中都会侦听无响应的请求报文，使系统可以自动适应线路的动态调整，并重建新的路由拓扑结构。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。