一种无线智能抄表系统的组网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线智能抄表系统的组网方法，应用于无线智能抄表领域，为无线智能抄表系统提供组网即通信支持。本发明专利技术方法总共包含三个部分：组网、通信和维护。在组网阶段，本发明专利技术采用双重地址管理算法（子网地址和全网地址），集中器维护一张全网地址映射表，另外，集中器和采集器都维护一张子网地址映射表，从而，大大节省了采集器的通信模块的存储空间。在通信阶段，全网地址又可以作为节点的路由进行解析，通过对全网地址的操作，实现上下行数据通信。在维护阶段，本发明专利技术采用集中器对在网节点的点名机制，定期对网络中节点进行查询，确保网络稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线智能抄表领域，特别涉及一种树状拓扑采集网络中的双重地址管理算法。
技术介绍
目前，我国普遍将用户计量仪表即电表、水表、燃气表、热表安装在室内，抄表人员走家串户，手工抄表采集数据。这种计量方式由于用户面广、量大，极易造成差错。人工抄表不但效率低，且不利于科学管理，给城市管理网的建模、分析、规划等都带来很大的困难。抄表自动化的研究与应用开展于20世纪90年代，但是由于有线计量表的安装和维护困难等原因，有线抄表自动化的应用未能推广。进入21世纪，随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统(SOC, System on Chip)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络技术。无线传感器网络的研究与发展，使得无线抄表系统的应用和推广成为可能。无线智能抄表系统具有使用方便、灵活，无需重新布线的优点，大大提高了抄表效率和准确性。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供，我国的电能计量方式采取的是一户一表制，这就决定了电表集抄系统的两个基本特点系统数据采集点多，成千上万，数据量大；系统是一个覆盖面很广的通信网络，采集点具有分散性。对这样规模的网络进行管理需要处理大量网络信息，通过算法合理分配信息存储空间，将大大节省通信模块的硬件成本。 技术方案本专利技术的无线智能抄表系统的组网方法所面向的无线抄表系统网络是由一个集中器为树根和多个电表数据采集器为叶节点组成的树状采集网络，应用于智能电表抄读系统以及同类数据采集网络，网络中的采集器节点在上电之后向集中器节点申请加入网络，并在加入网络之后集中器需要通过所分配的网络地址进行寻址才能对网络中的采集器节点进行数据抄读；该组网方法采用双重地址管理算法对网络中的无线通信节点进行管理，双重地址指的全网地址和子网地址，子网地址是采集器节点A在申请入网时由其父节点B分配的，父节点B同样有自己申请入网时其父节点C为其分配的子网地址，这样，节点A的全网地址就是从节点A起始逐跳向树根的链路上所有节点的子网地址逆向拼接而成，另外，为实现数据通信，全网地址还包含有当前网络深度和数据上下行标识位。所述的集中器，该集中器维护一张全网地址映射表，将允许入网的节点的MAC地址和其在入网过程中分配的全网地址进行一一映射，另外集中器和采集器都要维护一张子网地址映射表，将自己的一跳子节点的MAC地址和其子网地址映射起来。网络中的采集器节点在上电之后向集中器节点申请加入网络，包括如下步骤1.)采集器节点A上电之后广播申请入网信息REQ，其中包含有节点A的MAC地址；2.)集中器上电即是已入网状态，已经入网的节点侦听到该REQ信息之后，会回复一个邀请入网信息INV，该INV信息中包含有本节点的网络深度、当前一跳子节点数目和自己的MAC地址信息；3.)节点A收到周围节点回复的INV信息之后，会根据其中携带的网络深度和子节点数目以及自己接收的信号强度选举最优节点B作为自己的父节点，然后发送一个父子关系确认信息FAT给节点B ；4.)节点B收到节点A的FAT信息之后，把当前子节点数加I作为A的子网地址，逐跳向树根发送一个入网认证信息，入网认证信息包含有节点A的MAC地址，入网认证信息在逐跳向上发送时也逐跳拼接出节点A的全网地址；5.)集中器节点C作为树根节点收到入网认证信息之后，在预先存入的允许入网的MAC地址中查找核对其MAC地址，如果确有节点A的MAC地址，则将A节点的全网地址填入全网地址映射表并向节点B逐跳发送一个认证成功帧，否则，发送一个认证失败帧； 6.)节点B收到认证成功帧之后，将A列为自己的子节点，并继续向A发送该认证成功帧；如果节点B收到认证失败帧，则删去节点A的相关信息，并继续向A发送认证失败帧；7.)节点A如果收到认证成功帧，则修改自己的网络状态为已入网状态，并允许其他节点加入自己的子网；节点A如果收到认证失败帧，则进行相应的错误处理。在所述的步骤2中，为了防止申请入网节点广播REQ后，周围已入网节点的INV信息同时回复导致碰撞引起申请入网节点无法接收到所有的INV信息，在发送INV信息是采用随机退避延时退避发送，使申请节点可以接收到周围所有已入网节点发送的INV信息。所述已经入网的节点，要实现下行数据通信，由集中器发给采集器，集中器会查找全网地址映射表，将目的节点的全网地址填入网络层，其中全网地址中的网络深度填入自己的网络深度，数据流向标识位填为下行，然后逐跳向下发送，链路上每一条的节点接收到该数据之后通过首先查看数据流向为下行，然后根据对网络深度位加1，并根据加I后的指示找到下一跳的子网地址，再根据自己的子网地址映射表找到下一跳节点的MAC地址，继续向下发送，依次类推，直到到达目的节点。所述的已经入网的节点，要实现上行数据通信，由采集器发给集中器，采集器要根据自己的网络深度将自己的子网地址填入全网地址对应的子网地址空间，数据流向位置为上行，其余位全为0，然后发送给其父节点，父节点接收到该数据之后，检测到是上行数据，继续在全网地址对应位填入自己的子网地址，继续向上发送，这样传到集中器时，全网地址恰好填满，集中器通过查找全网地址映射表即可以知道发送数据的源节点的MAC地址。有益效果在本专利的设计中，只有集中器需要维护一张全网地址映射表。全网地址映射表是以表征网络中节点的MAC地址与其全网地址一一映射关系的表项为单位，包含有网络中所有节点的地址映射关系的数据表。因此该映射表的数据量很大，通过对集中器增加内存可以满足该设计要求。而网络中的采集器则只需要保存子网地址映射表，即表征一跳子节点MAC地址与其子网号的一一映射关系，表项大小随设计参数可调，建议最大参数为59，因此占用很小的空间。这样本设计方案，通过只增加集中器的内存(而集中器全网中只有一个)，却大大减小了采集器的路由信息存储负担，从而也大大降低了智能抄表系统的硬件成本。附图说明图1为子网地址和全网地址关系示意图；图2为采集器运行流程图；图3为入网过程示意图；图4为通信帧格式示意图；图5为通信场景示例图；图6为下行数据示意图；图7为上行数据示意图。具体实施例方式本专利技术的无线智能抄表系统的组网方法，区分网络中的节点为集中器和采集器。集中器负责接收用户组网、抄表等指令，并通过无线方式与网络中的采集器进行通信。采集器负责读取表具上的数据，并将数据发送给集中器。本专利技术方案采用双重地址管理算法管理网络，并采集中器点名机制维护网络稳定性。集中器上电之后建立一张允许入网的采集器MAC地址和其全网地址的映射表，其中MAC地址由用户输入，网 络地址由采集器入网时按照地址分配算法分配得到。采集器在上电之后，开始申请入网。每一个入网的采集器都有允许其他节点加入网络的权限，并且建立一张其一跳子节点的MAC地址和对应子网地址的映射表。子网地址和全网地址有这样的关系节点A的全网地址就是从节点A起始逐跳向树根的链路上所有节点的子网地址逆向拼接而成，另外，为实现数据通信，全网地址还包含有当前网络深度和数据上下行标识位。如附图1所示。对于下行的数据(由集中器发给采集器)，集中器会查找全网地址映射表，将目的节点的全网地址填入网络层,其中全网地址中的网络深度填入自己的网络深度,数据流向标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线智能抄表系统的组网方法，其特征在于，该方法所面向的无线抄表系统网络是由一个集中器为树根和多个电表数据采集器为叶节点组成的树状采集网络，应用于智能电表抄读系统以及同类数据采集网络，网络中的采集器节点在上电之后向集中器节点申请加入网络，并在加入网络之后集中器需要通过所分配的网络地址进行寻址才能对网络中的采集器节点进行数据抄读；该组网方法采用双重地址管理算法对网络中的无线通信节点进行管理，双重地址指的全网地址和子网地址，子网地址是采集器节点A在申请入网时由其父节点B分配的，父节点B同样有自己申请入网时其父节点C为其分配的子网地址，这样，节点A的全网地址就是从节点A起始逐跳向树根的链路上所有节点的子网地址逆向拼接而成，另外，为实现数据通信，全网地址还包含有当前网络深度和数据上下行标识位。

【技术特征摘要】
1.一种无线智能抄表系统的组网方法，其特征在于，该方法所面向的无线抄表系统网络是由一个集中器为树根和多个电表数据采集器为叶节点组成的树状采集网络，应用于智能电表抄读系统以及同类数据采集网络，网络中的采集器节点在上电之后向集中器节点申请加入网络，并在加入网络之后集中器需要通过所分配的网络地址进行寻址才能对网络中的采集器节点进行数据抄读； 该组网方法采用双重地址管理算法对网络中的无线通信节点进行管理，双重地址指的全网地址和子网地址，子网地址是采集器节点A在申请入网时由其父节点B分配的，父节点B同样有自己申请入网时其父节点C为其分配的子网地址，这样，节点A的全网地址就是从节点A起始逐跳向树根的链路上所有节点的子网地址逆向拼接而成，另外，为实现数据通信，全网地址还包含有当前网络深度和数据上下行标识位。2.根据权利要求1所述的无线智能抄表系统的组网方法，其特征在于所述的集中器，该集中器维护一张全网地址映射表，将允许入网的节点的MAC地址和其在入网过程中分配的全网地址进行一一映射，另外集中器和采集器都要维护一张子网地址映射表，将自己的一跳子节点的MAC地址和其子网地址映射起来。3.根据权利要求1所述的无线智能抄表系统的组网方法，其特征在于网络中的采集器节点在上电之后向集中器节点申请加入网络，包括如下步骤 1.)采集器节点A上电之后广播申请入网信息REQ，其中包含有节点A的MAC地址； 2.)集中器上电即是已入网状态，已经入网的节点侦听到该REQ信息之后，会回复一个邀请入网信息INV，该INV信息中包含有本节点的网络深度、当前一跳子节点数目和自己的MAC地址信息； 3.)节点A收到周围节点回复的INV信息之后，会根据其中携带的网络深度和子节点数目以及自己接收的信号强度选举最优节点B作为自己的父节点，然后发送一个父子关系确认信息FAT给节点B ； 4.)节点B收到节点A的FAT信息之后，把当前子节点数加I作为A的子网地址，逐跳向树根发送一个入网认证信息，入网认证信息包含有节点A的MAC地址，入网认证信息在逐跳向上发送时也逐跳拼接出节点A的全网地址； 5.)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，李帅，蒋富龙，吴建辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：