一種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構通信系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[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通信系統(tǒng)，屬于通信技術領域。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的集抄系統(tǒng)采用電力線載波通信，優(yōu)點是不用重新鋪設線路，利用現(xiàn)有的電力線作為介質進行信號傳輸，但系統(tǒng)信道容易受現(xiàn)場伺服電機、大功率馬達、變頻空調等設備的影響，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。由于電力線上負載動態(tài)變化范圍大，信號衰減嚴重，噪聲頻譜成分復雜，從而導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手段，可以避免線路上存在的這些問題。在尋求載波技術取得突破的同時，我們也在嘗試載波與其他通道相結合的方案。
[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)務對采集質量要求的不斷提升，三層采集結構的采集穩(wěn)定性、準確性和高效性都不能滿足實際業(yè)務需求，而改變采集結構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，構成了雙網(wǎng)絡解決方案。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，自動切換，構成雙模的解決方案，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)真正走向實用。
【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，取長補短，自動選擇優(yōu)質信道傳輸數(shù)據(jù)，高效高質的完成采集終端與電表的交互，解決三層采集結構的組網(wǎng)、傳輸瓶頸問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。
[0007]—種基于低壓電力線和微功率無線的雙模異構通信系統(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)絡或者載波通信網(wǎng)絡連接，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，從而實現(xiàn)全網(wǎng)絡的雙通道多任務的雙模通信系統(tǒng)。
[0008]進一步地，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]進一步地，該通信系統(tǒng)組網(wǎng)過程為:通過中央?yún)f(xié)調節(jié)點中的白名單對終端節(jié)點的認證，及網(wǎng)絡短地址分配過程，網(wǎng)絡組建過程需I次，當終端節(jié)點在被分配網(wǎng)絡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)調節(jié)點在上電后發(fā)送信標請求幀，目的是識別相鄰網(wǎng)絡，確保網(wǎng)絡ID的唯一，相鄰網(wǎng)絡的中央?yún)f(xié)調節(jié)點收到此信標請求后和自身的網(wǎng)絡ID進行比對，如果發(fā)現(xiàn)ID相同，則認為是網(wǎng)絡沖突，啟動網(wǎng)絡ID協(xié)調過程。如果確定網(wǎng)絡ID為唯一的，則發(fā)送信標幀。節(jié)點通過信標幀中的網(wǎng)絡號來決定是否需要進行注冊，中央?yún)f(xié)調節(jié)點通過白名單對申請注冊的終端節(jié)點進行身份認證，如果認證成功，中央?yún)f(xié)調節(jié)點將給申請節(jié)點回應注冊成功報文分配一個全網(wǎng)唯一的網(wǎng)絡地址給申請節(jié)點，否則應答注冊失敗報文。
[0010]進一步地，該通信網(wǎng)絡中的路由發(fā)現(xiàn)機制為，路由發(fā)現(xiàn)過程發(fā)生在本地沒有達到目的節(jié)點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目的節(jié)點的路由信息。路由請求發(fā)起節(jié)點發(fā)送請求，并等待目的節(jié)點的應答，如果請求失敗，發(fā)起節(jié)點記錄相關信息，并擇機再次發(fā)送請求。中間節(jié)點收到請求后，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。當目的節(jié)點收到一個請求，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)點代替原有反向節(jié)點，否則，丟棄此請求?；貜蛡鬏?shù)铰酚烧埱蟀l(fā)起節(jié)點時，如果此節(jié)點為中繼節(jié)點，那么將回復幀轉換為點抄幀并回復給最終源節(jié)點。
[0011]進一步地，上述雙模異構網(wǎng)絡具有以下功能特點:
[0012](I)雙模網(wǎng)絡: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，兩個信道相互獨立，兩個信道同時收發(fā)，微功率無線通信技術和電力線載波通信技術互補，構成了雙模網(wǎng)絡；
[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，但其算法需要精準和尚效;
[0014](3)雙模通信網(wǎng)絡節(jié)點平等:雙模通信網(wǎng)絡中的終端節(jié)點都具有存儲和轉發(fā)和路由等功能終端節(jié)點在網(wǎng)絡中的地位平等；
[0015](4)按需路由策略:節(jié)點與節(jié)點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各種網(wǎng)絡拓撲結構；
[0016](5)雙信道并行任務:確定雙模通信網(wǎng)絡中所有節(jié)點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，并可以限定每個任務只能在制定的信道中運行，而不能跨信道；
[0017](6)輔助信道:在進行點抄時，查找路由表并確定下一跳節(jié)點，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)點在收到報文后，此節(jié)點具有雙信道，那么以相同的信道應答ACK ;如果目的節(jié)點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)點往往要承載著較多的傳輸任務，原則是哪個信道空閑則使用哪個信道通信。首先代理節(jié)點會掃描兩個信道，當有一個信道檢測空閑時，代理節(jié)點會查找緩沖區(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)生在本地沒有達到目的節(jié)點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目的節(jié)點的路由信息，并使相關節(jié)點記錄最優(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，也彌補了微功率無線對于障礙物、鐵質表殼、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行預判，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，多種通信模式互補短板，解決線路信號衰減或距離過遠導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]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，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)明解決其技術問題所采用的技術方案是這樣實現(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)絡或者載波通信網(wǎng)絡連接，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，從而實現(xiàn)全網(wǎng)絡的雙通道多任務的雙模通信系統(tǒng)。