一种基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法及其抄表方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法，所述异构网络系统以宽带载波协议栈为主，微功率无线协议栈为辅，并加以混合Mesh路由协议构建而成；所述异构网络系统在宽带载波方式未能成功入网，或者在代理变更未完成时，通过宽带载波与无线形成的混合拓扑路径进行通信，在节点以载波方式重新入网或者代理变更完成后，继续使用宽带载波路径进行通信。本发明专利技术依托宽带载波协议栈为主，融合低速微功率无线协议栈为辅，将宽带载波通信方案与低速微功率无线通信方案中的物理层形成优劣势互补，并结合混合Mesh路由协议，提高了网络的容错性，减轻了网络拥塞，最终形成一条稳定的通信链路，达到任意节点在任意时刻都能正常通信。正常通信。正常通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法及其抄表方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及了通信融合体系结构和异构网络的混合路由算法。

技术介绍

[0002]在新兴业务场景下，对通信可靠性、通信速率提出更高要求。典型的双向互动服务包括大客户业务、居民用户业务、移动营销业务、分布式发电和储能业务和电动汽车运营业务等。双向互动服务的基础是电网中广泛分布的智能终端设备，包括智能电表、电能信息采集终端、电动汽车充电桩和分布式发电监测系统等。双向互动业务信息通信的需求既包括用户侧设备“向上”的数据采集信息，也包括双向互动服务平台“向下”的负荷控制和需求侧管理等信息。
[0003]目前，最常用的本地通信方案有电力线载波通信方案、微功率无线通信方案、RS
‑
485通信方案、M
‑
Bus通信方案、CAN通信方案等。载波通信方案与微功率无线通信方案目前是市场上的主流方案。
[0004]一、载波通信方案
[0005]1、电力线载波通信是一种使用电力线进行数据传输的通信技术，利用现有的电网作为信号的传输介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据传输。根据所使用频段的不同低压电力线载波通信一般分为窄带电力线载波通信和宽带电力线载波通信，两者主要体现在通信速率、抗噪声干扰和通信距离等几个方面的差异。
[0006]宽带载波通信参数如下：
[0007]载波频段：0.7～12MHz(支持频段可调)
[0008]通信速率：PLC速率最高达2Mbps
[0009]调制方式：BPSK/QPSK/8QAM/16QAM/64QAM/256QAM
[0010]接收动态范围：
‑
70dBm～25dBm
[0011]窄带载波通信参数如下：
[0012]载波频段：303.13kHz～357.81kHz
[0013]通信速率：5.6kbps～45kbps(forG3
‑
PLC)
[0014]调制方式：OFDM
[0015]输入信号的动态范围：10uVrms～1Vrms
[0016]2、载波通信方案在实际应用中的常见问题
[0017]低压电力线噪声在低频区域的噪声幅度较高，而随着频率的升高，噪声幅度有降低的趋势，但频率继续升高到中频400Khz之后，降低的趋势将变缓。同时由于各类电力、电器设备的工作频率覆盖几乎全载波通信频带(10khz到20Mhz)，即窄带、宽带载波通信均可能出现相同通信频率的干扰噪声，导致实际应用通信效果受影响。载波通信同时也受到电设备负载变化的影响，由于阻抗的变化，进而影响载波通信距离及稳定性，最终导致个别时
间段载波通信单元通信不畅。
[0018]在传输距离方面，目前窄带电力线载波通信技术常用FSK技术进行模拟信号调制，宽带通信技术一般使用OFDM技术进行模拟信号调制。通信单元的功耗在有限情况下，FSK将发射功率集中到单点频率上，OFDM技术将发射功率分散到各频率上，在高噪声环境下，多频点发送降低了点对点的有效通讯距离。当窄带电力线载波通信点对点传输的相同位置，宽带电力线载波通信可能需要一甚至多级转发。
[0019]二、微功率无线通信方案
[0020]无线通信就是在信息传输过程中不需要依靠线缆介质，而是通过无线传输的形式实现信息传输。通过电磁波传输，不像电力线载波通信受电力谐波影响，因此传输距离远，而且无线通信有较好的适应性和扩展性，维护方便等特点。但是便捷的无线网络也存在不足，随着城镇化进展，在特定的楼宇应用场景下传输距离受限，随着生活中无线电子设备的增多，容易受到外界的多种因素干扰，稳定性相比载波通信较差。
[0021]微功率无线通信参数如下：
[0022]无线频段：工作于470MHz～510MHz
[0023]通信速率：10kbps
[0024]调制方式：GFSK
[0025]另一个典型的无线网络是ZigBee，ZigBee技术特点主要包括以下几点：首先工作频段灵活。功耗低。成本低，协议栈简单，降低了研发成本。数据传输速率低，只有10kb/s～250kb/s，专注于低数据量传输应用。网络容量适中，每个ZigBee网络最多可支持255个设备。传输距离较远，有效覆盖范围100～750m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定。
[0026]三、当前市场上常见的双模通信方案架构分析
[0027]1、宽带双模双网方案
[0028]以某厂商A为代表，其与另一厂商B合作的宽带与微功率无线双协议栈方案中，以厂商B提供载波方案，厂商A提供无线方案，两个方案应用层合二为一，网络层独立，形成融合通信体系，应用于配电物联网。类似于手机的双卡双待模式，协议栈之间完全独立，通信时要么用宽带载波协议栈进行通信，要么用微功率无线协议栈进行通信，在一次完整的通信链路中使用的通信介质只能选择其一，载波协议栈不通的时候切换到无线协议栈进行通信，或者无线协议栈不通的时候，使用载波协议栈进行通信。
[0029]虽然能满足大部分场景，增强了通信方案的可靠性，但是在某些特殊场景时，比如载波协议栈在链路前半部分可以正常通信，后半部分链路受用户使用的电器负载影响而导致载波不通，因此整个链路在载波协议栈上是无法正常通信的。而如果这时恰好无线协议栈在通信链路前半部分受小区物业对讲机或者无线停车桩等影响导致不通，在链路后半部分是稳定的、不受影响的，但是在整个无线链路上也是不通的。在这种情况下，由于双模双网协议栈在整个通信链路的某一跳上没有选择合适的通信方式，双模双网方案仍然无法有效解决此种类型的问题。因此，只有结合前半部分的载波通信与后半部分的无线通信才能通信成功。
[0030]案例分析背景介绍：由于电力的“发、输、变、配、用”经历各个环节，本地通信方案主节点以台区变电站为中心，本地从节点按照分支配电线路依次展开，在输电线路上形成
层级关系，这种在地理位置上的层级关系基本与载波网络和无线网络上的层级关系近似一致，但是由于输电线缆的类型，表箱安装位置，楼宇房屋错落分布等，实际中载波拓扑网络与无线拓扑网络基本不会是一致的，甚至是差别很大。同一个从节点在载波网络中属于3级节点，但是在无线网络中可能属于1级或者2级节点。
[0031]参见图1所示，举例1，假如载波拓扑和无线拓扑是对等的：中心节点A到D1，载波拓扑路径A
→
B1
→
C1
→
D1，无线拓扑A≈B1≈C1≈D1，假设C1到D1载波不通，A到B1无线不通，只有将载波与无线拓扑路径融合才能解决当前载波通信与无线通信故障，即：A
→
B1
→
C1≈D1。而B1到C1优先选择用宽带载波，是因为宽带载波的通信速率高。
[0032]举例2，假如载波拓扑和无线拓扑不对等：中心节点A到叶子节点D3的载波拓扑路径是A
→
B1
→<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法，其特征在于：所述异构网络系统以宽带载波协议栈为主，微功率无线协议栈为辅，并加以混合Mesh路由协议构建而成；所述异构网络系统在宽带载波方式未能成功入网，或者在代理变更未完成时，通过宽带载波与无线形成的混合拓扑路径进行通信，在节点以载波方式重新入网或者代理变更完成后，继续使用宽带载波路径进行通信。2.根据权利要求1所述的基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法，其特征在于：所述无线协议栈优化，包括以下物理层参数的调整：1)提高无线通信速率：20Kbps
‑
50Kbps；2)不再进行跳频，缩短前导字符到25字节；3)增加支持的包长度：512字节
‑
1k字节；4)提高CSMA性能。3.根据权利要求1或2所述的基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法，其特征在于，所述混合Mesh路由协议的策略如下：当源节点需要向目的节点发送数据时，它首先查找自己的路由表，如果存在到目的节点的路由，则进行转发；否则，源节点首先把数据发送到根节点；由于根节点掌握整个Mesh网络内的所有节点信息，故在根节点处，根节点通过查找路由表和桥接表判断是发往网内还是发往网外的节点，并根据不同的情况选择发送回网络还是发往邻居网络；当根节点发现目的节点在网络内，则打上个标记，然后通过下行路由把数据发送给目的节点；目的节点收到数据后，知道源节点在网络内，向源节点发起PREQ路由请求，从而建立双向路由，然后两节点将按这一路由进行传输。4.根据权利要求3所述的基于融合通信体系的异构网络系统的构建方法，其特征在于：所述混合拓扑路径的多径路由树的建立过程如下：1)首先由配置为网关的IGW周期性地广播IGW_N，目的地址为全网广播地址，其级别为0，路由权值也为0；2)当中间节点收到多个IGW_N后，计算到IGW的路由开销，选取路由开销最小的节点作为默认父节点，并且其级别值+1；如果收到的IGW_N中存在与默认父节点同一级别的节点，则将该节点设置为备份父节点；如果不存在，则将其他IGW_N忽略；根据选择的父节点建立到达IGW的一条或多条路由；3)中间节点单播P_N消息给父节点，包括默认父节点与备份父节点，父节点收到P_N后，将中间节点注册在子节点列表中，并建立到达该子节点的路由。4)父节点单播C_N消息给自己的父节点，包括默认父节点与备份父节点，通知到达子节点的路由；5)重复步骤4，直到到达IGW，这样就建立了网关IGW到网内节点的多条路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升亮，张国军，郑德官，
申请(专利权)人：苏州卓智创芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：