一种数据采集和发送的方法与流程

本发明涉及一种电力通信网络，尤其涉及一种通过网络进行数据采集和数据发送的方法。

背景技术：

当前，电力系统的电表终端抄表方式有窄带电力线载波抄表、RS485铜线通信方式抄表、无线抄表和宽带载波抄表实现电表终端的抄表等方式，但这些抄表方式均存在各自的缺陷，不能完全满足对电表终端抄表的各项指标要求。窄带载波抄表系统设备容易受电磁干扰，在用电高峰表现出载波抄表系统不稳的问题。而且，目前很多公司都无法解决载波抄表系统的通信能力不稳定的问题。其中继通过组网来实现，而组网过程费时较长，造成配电网电源污染。同时，通信速率偏低，无法实现实时通信。RS485抄表由于在室外布线使用金属通信导线，容易受到各种空间感应的干扰，遇有强电或雷击的环境很容易造成大面积电子器件的损坏。失去抄表功能，故障排除困难。无线抄表也需通过组网和中继来完成抄表，且对空间，环境等因素的变化反应敏感，无法实现实时抄表功能。宽带载波抄表在电力线上传输距离过短，实用性较差，大规模推广不现实。石英光纤通信具有安全可靠、保密性高等特点，但是目前用于电力EPON抄表应用的通信模块价格偏高、功耗大，技术异常复杂。

另一方面，随着技术进步，光纤数据通信的应用越来越广泛，安全的数据传输和实时在线的特点，使光纤通信在工业控制、道路交通等行业的应用具有无可比拟的性价比优势，传统的电表终端抄表通信介质使用的是铜线线缆，容易受到电磁场、电磁波等干扰，使通信质量严重下降，在雷雨天气还容易遭受雷击。

塑料光纤作为一种新型的有线通信材料，完全不受电磁干扰、无线电干扰和噪音的影响，不产生辐射，且数据通信的可靠性高。目前塑料光纤的传输速度已经超过125Mbps，能够满足现在和未来很长一段时间内高速数据通信的需求。塑料光纤采用聚合物成熟的简单拉制工艺，故而成本低廉，质地柔软、坚韧，接续损耗较低，且塑料光纤的连接器件和安装成本也比较低，可以有效降低系统成本。

目前关于塑料光纤的抄表系统及方法的研究有：

申请号为CN2013100454724，名称为《一种电表终端抄表方法、系统及塑料光纤分合路器》的发明专利，公开了一种电表终端抄表方法。所述方法包括以下步骤：接收局端侧发送的光信号抄表指令；将所述光信号抄表指令转换为相同的多路光信号抄表指令；将所述多路光信号抄表指令发送至用户侧；接收用户侧发送的根据接收到的光信号抄表指令确定的抄表信息；将所述抄表信息发送至局端侧。发明还公开了用于实现所述方法的包括局端侧、塑料光纤分合路器和用户侧，并通过塑料光纤相互连接的系统。该技术方案克服了石英光纤抄表系统单点信号传输的缺点，降低系统造价，同时具有高性能、实时性和低功耗的特点。

申请号为CN201120566144.5，名称为《一种基于POF塑料光纤自愈双环网的电力抄表模块及系统》的实用新型专利，公开了一种基于POF塑料光纤自愈双环网的电力抄表模块，该技术方案采用了双环网互联，并具有自愈功能，提高了通信的可靠性。

申请号为CN201410018906，名称为《一种基于塑料光纤的抄表系统及方法》的发明专利，公开了一种基于塑料光纤的抄表系统及方法，所述抄表系统包括集中器、局端侧通信单元和至少一个用户侧塑料光纤通信环。该技术方案能够满足系统的一定可靠性需求。

上述现有抄表方案还至少存在以下的不足：一，光纤分合路器与集中器间单端口连接，存在单点失效而中断下挂全部电表通信的风险。二，光纤分合路器需要单独取电，不易解决，且增加了成本和故障点，一旦故障影响全部通信。三，光纤分合路器与下挂的子环间单点连接，单点故障即会导致子环上电表通信全部中断。四、抄表网络故障点多，一旦故障就很难快速准确分析和定位，网络恢复时间长，不满足数分钟间隔的数据采集要求。五、环上电表维护或更换通信模块，则全部电表数据采集中断，无法实现高频度数据采集的大数据应用或精确费控。

总的来说，现有的抄表方案在出现单点故障后的故障检修以及后期维护上存在一定的不足，会导致故障定位麻烦，维护成本高，中断时间长等情况出现。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数据采集和发送的方法，用于解决现有技术在获取抄表数据时存在可靠性不高、故障定位麻烦、维护成本高、中断时间长等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种数据采集方法，包括以下步骤：在数据采集侧设备上通过第一数据发送端口和第二数据发送端口在通信网络中所接入的路径来同时发送数据请求；在所述数据采集侧设备上通过第一数据接收端口和第二数据接收端口在所述通信网络中所接入的路径来同时接收由连接在所述通信网络上的若干外部设备于接收到所述数据请求后所响应发送的数据响应；其中，所述通信网络为包括多条路径的半网状网络拓扑结构，所述数据请求和数据响应在所述通信网络的路径上为单向传输。

优选地，至少所述数据请求或/和数据响应中包含有唯一序列标志。

优选地，在所述数据采集侧设备上同时接收到所述数据响应后，还包括以下步骤：判断所述数据响应中是否包括多个具有相同唯一序列标志的数据响应：若有，则至多保留所述多个具有相同唯一序列标志的数据响应中的一个；其中，至少各所述外部设备发送的所述数据响应中包含有所述唯一序列标志。

优选地，所述通信网络为光纤网络。

此外，本发明还提供一种数据发送方法，需要说明的是，为了避免与上述方案中的数据端口描述和理解造成混淆，以下将对数据发送侧设备上的数据端口进行区别描述，所述数据发送方法包括以下步骤：在数据发送侧设备上通过第三数据接收端口或第四数据接收端口在通信网络中所接入的路径来接收数据请求；在所述数据发送侧设备上通过第三数据发送端口和/或第四数据发送端口在所述通信网络中所接入的路径发送响应所述数据请求所得到的数据响应；其中，所述通信网络为包括多条路径的半网状网络拓扑结构，所述数据请求和数据响应在所述通信网络的路径上为单向传输。

优选地，至少所述数据请求或/和数据响应中包含有唯一序列标志。

优选地，在所述数据发送侧设备上所发送的所述数据请求包括心跳报文。

优选地，在所述数据发送侧设备上接收所述数据请求包括：侦听是否在连续指定时间内从所述第三数据接收端口在所述通信网络中所接入路径上接收到心跳报文：若是，则默认/恢复从所述第三数据接收端口上接收所述数据请求；若否，则从所述第四数据接收端口上接收所述数据请求。

优选地，在所述数据发送侧设备上发送所述数据响应包括：通过所述第三数据发送端口和第四数据发送端口向其各自在所述通信网络中接入的路径同时发送所述数据响应。

优选地，所述通信网络为光纤网络。

如上所述，本发明至少具有以下有益效果：1、通过半网状网络连接方式，避免了单点失效风险，提高了网络在单点或部分多点故障下的生存能力；

2、通过集中器作为采集侧设备和电表终端作为发送侧设备进行直接连接，省却了独立的光纤分合路器设备，不用再考虑设备取电和安装的难题，也少了一个可能的故障点；

3、通过网络分段保护，在出现单点或部分多点故障时，网络拓扑仍然能在后台主站软件上显示出来，能够把故障点标识在某个网段内，提高了定位故障的速度，可以快速恢复网络；

4、由于具备分段保护能力，故在动态增加、拆除或维护电表时，其他有保护网段内的电表仍然能正常通信，不受变动影响，这对开发智能电表的大数据相关应用或电表费控的业务尤为关键，这些业务要求数分钟就采集一次电表数据。

附图说明

图1为本发明提供的一种数据采集方法的一实现流程图。

图2为本发明中通信网络的一种原理图。

图3为本发明提供的一种数据采集方法的另一实现流程图。

图4为本发明提供的一种数据发送方法的一实现流程图。

图5为本发明提供的数据发送侧设备上的数据端口原理图。

图6为本发明在实际抄表应用中的一种实施方式原理图。

附图标号说明

1 通信网络

10 数据采集侧设备

101/201 第一数据发送端口

102/202 第二数据发送端口

103/203 第一数据接收端口

104/204 第二数据接收端口

20 数据发送侧设备

S101-S103 步骤

S201-S202 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

请结合图1，本实施例提供了一种数据采集方法，其实现过程可以包括以下步骤：

步骤S101，在数据采集侧设备上通过第一数据发送端口和第二数据发送端口在通信网络中所接入的路径来同时发送数据请求；

步骤S102，在所述数据采集侧设备上通过第一数据接收端口和第二数据接收端口在所述通信网络中所接入的路径来同时接收由连接在所述通信网络上的若干外部设备在接收到所述数据请求后所响应发送的数据响应；

其中，所述通信网络为包括多条路径的半网状网络拓扑结构，所述数据请求和数据响应在所述通信网络中的路径上为单向传输。

通过上述数据采集方法来采集连接在通信网络中的外部设备上数据，这种通信网络的网络拓扑结构和数据在该网络拓扑结构中路径上的单向传输可以保证即便是在通信网络出现故障的情况下，仍能实现对多数该外部设备上数据的采集。

具体的，下面再对上述通信网络的原理进行详细说明，请参见图2，如图所示，通信网络1由一个数据采集侧设备和多个外部设备(1#-19#)组建形成，其网络拓扑结构为半网状，即从数据采集侧设备上发出的数据请求可以沿着该半网状的通信网络1中的不同路径进行发送，且数据在路径上为单向传输，最后再从数据采集侧设备上进行接收。

结合上述方法进行阐述，按照上述步骤S101，在发送数据请求时，将通过在数据采集侧设备10上的两个数据端口(即第一数据发送端口101和第二数据发送端口102)在通信网络1中所接入路径进行发送，那么连接在通信网络1中的外部设备1#和6#将第一个接收到该数据请求。之后，按照上述步骤S102，在接收数据响应时，将通过在数据采集侧设备10上的两个数据端口(即第一数据接收端口103和第二数据接收端口104)在通信网络1中所接入路径进行接收，即最后从连接在通信网络1中的外部设备19#和15#将第一个接收到该数据请求。根据外部设备1#和19之间以及在外部设备6#和15之间的其它外部设备在通信网络1中所接入路径的不同可以形成不同的数据传输路径，更为详细的说，连接在通信网络1上的外部设备中，有的外部设备的输入是同时连接在两条不同的路径上，例如外部设备6#、11#、17#、18#，有的外部设备的输入则只是连接在一条路径上，例如外部设备1#、2#…5#、9#…14#、15#…等，而有的外部设备的输出同样可以连接在两条不同的路径上，例如外部设备4#、9#、13#、15#，而有的外部设备的输出则同样只连接在一条路径上，例如外部设备1#、2#、…5#、…10#、…17#、18#、19#等。

从上述通信网络1的描述可以看出，这样即便网络中某个设备或者路径出现故障，其它路径上的外部设备仍可以正常工作，从而保证了数据采集的可靠性。

在具体实施中，还可以通过上述通信网络的拓扑结构来实现故障的快速定位。具体的，可以至少在所述数据请求或/和数据响应中添加唯一序列标志。这样在连接于数据采集侧设备的上层系统中可以依据该唯一序列标志来判断网络是否正常，因为，如果某个外部设备或者某两个外部设备之间的链路出现故障，那么其将无法接收数据请求或者数据响应，那么在上层系统中也就可以依据唯一序列标志来判断那些外部设备的数据响应没有被接收到，从而实现故障的快速定位。

进一步的来说，在数据采集侧设备上发送的数据情况可以包括心跳报文，可以通过在数据采集侧设备上向通信网络来周期性发送心跳报文来具体检测通信网络的故障，具体的方案可以见下文的实施例2。

在具体实施中，在数据采集侧设备上是通过双收(即同时通过第一数据接收端口和第二数据端口来进行接收)的方式来对数据响应进行接收的。那么就可能出现数据重复接收的情况，为了避免数据的重复以及数据过大占用过多的信道资源，本发明在上述数据采集方法中的在所述数据采集侧设备上同时接收到所述数据响应后，见图3，还可以通过以下步骤来克服上述问题。

步骤S103，判断所述数据响应中是否包括多个具有相同唯一序列标志的数据响应：若有，则至多保留所述多个具有相同唯一序列标志的数据响应中的一个；其中，至少各所述外部设备发送的所述数据响应中包含有所述唯一序列标志。

需要理解的是，上述步骤S103中，在若无的情况下，可以根据具体应用情况，来做相应的处理，例如直接对接收到的数据响应进行上传，这并不是本发明的关注点。

在具体实施中，为了进一步保证通信网络的数据传输速度以及传输的可靠性，通信网络可以采用光纤网络，如果考虑到成本问题，可以优选塑料光纤网络。

实施例2

本实施例将从数据的发送的角度来对本发明的技术方案进行阐述，请参见图4，如图所示，数据发送方法包括以下步骤：

步骤S201，在数据发送侧设备上通过第一数据接收端口201或第二数据接收端口202在通信网络中所接入的路径来接收数据请求；

步骤S202，在所述数据发送侧设备上通过第一数据发送端口203和/或第二数据发送端口在所述通信网络中所接入的路径发送响应所述数据请求所得到的数据响应；

其中，所述通信网络为包括多条路径的半网状网络拓扑结构，所述数据请求和数据响应在所述通信网络的路径上为单向传输。

本实施例中的通信网络与实施例1中的通信网络一样，为避免赘述，这里就不在对通信网络的结构作说明。

此外，为便于理解，本实施例还提供了一种数据发送侧设备上数据端口的原理图，如图5所示，在数据发送侧设备20上包括第一数据接收端口201或第二数据接收端口202；以及第一数据发送端口203和第二数据发送端口204，在实际应用中，第一数据接收端口201、第二数据接收端口202、第一数据发送端口203和第二数据发送端口204分别连接一可编程控制器205来实现上述方法。

另外，由于本实施例是从数据发送侧设备20来进行阐述的，在对数据发送侧设备20上的数据端口的描述上已经可以与实施例1中有关对数据采集侧设备上数据端口的描述形成差别，故于本实施例中对数据发送侧设备20上的数据端口不做区别描述。

在具体实施中，本实施例是从上述实施例1中的外部设备的角度来进行说明的，其中，用于将外部设备连接在通信网络中的数据接口，也与数据采集侧设备上的接口设置类似，即在数据发送侧上也可以设置第一数据接收端口201、第二数据接收端口202、第一数据发送端口203和第二数据发送端口204。这只是从物理接口的角度来说，二者之间的区别在于数据发送和接收机制上的不同，也即是对数据收发的控制上存在差异。

在具体实施中，在同样上述实施例1中的方案一样，可以至少在所述数据请求或/和数据响应中包含有即唯一序列标志，例如唯一源设备节点号和报文序列标志，通过这种方式可以来实现数据筛选和网络故障检测。

具体的，在所述数据采集侧设备上所发送的所述数据请求可以包括心跳报文，可以通过在数据采集侧设备上向通信网络来周期性发送心跳报文来具体检测通信网络的故障，具体原理为：由于数据在通信网络中是单向传输，数据请求从数据采集侧设备上发送至通信网络中的数据发送侧设备以后，数据发送侧设备会将数据响应连同该数据请求一同下发给路径上的下一数据发送侧设备，这样在数据采集侧设备上最后接收到的数据响应中就包括了所有数据发送侧设备所发送的数据响应，通过数据采集侧设备将数据响应上传至上层系统中进行分析，根据唯一序列标志可以清楚了解到通信网络的拓扑结构，从而可以轻松地判断出没有收到哪些数据发送侧设备的数据响应，从而来确定故障位于哪个节点(即数据发送侧设备)或者哪个节点段。

在具体实施中，数据发送侧设备20可以依据设置在其上的第一数据接收端口201、第二数据接收端口202、第一数据发送端口203和第二数据发送端口204来选择接入通信网络的方式，例如其输入可以同时连接在两条不同的路径上，或者只连接在一条路径上；而同样其输出也可以同时连接在两条不同的路径上，或者只连接在一条路径上，具体的接入方式可以根据具体的组网需要来进行选择。

具体的，通过上述接口，数据发送侧设备可以在同时接入两条不同路径时，对数据请求实行选收机制，即步骤S201可以包括以下步骤：

步骤S201，侦听是否在连续指定时间内从所述第一数据接收端口201在所述通信网络中所接入路径上接收到心跳报文：

步骤S201-1，若是，则默认/恢复从所述第一数据接收端口201上接收所述数据请求；

步骤S201-2，若否，则从所述第二数据接收端口202上接收所述数据请求。

通过上述步骤可以实现对数据请求的选择接收，为数据发送侧设备在数据接收上提供了可选择性，这也是避免故障造成网络瘫痪的基础。

进一步的，在数据发送侧设备的输出发送数据响应上，如果其输出也是同时连接在不同的路径上，那么将通过所述第一数据发送端口203和第二数据发送端口204向其各自在所述通信网络中接入的路径同时发送所述数据响应，也即是对数据响应实行双发。

当然，数据发送侧设备也可以输入只连接在一条路径上，而数据发送侧设备也可以输出只连接在一条路径上，那么就不存在选收和双发的情况。

在具体实施中，为了进一步保证通信网络的数据传输速度以及传输的可靠性，通信网络可以采用光纤网络，如果考虑到成本问题，可以优选塑料光纤网络。

综合上述实施例1和2来看，在实际应用中，可以将本发明的技术方案应用到抄表技术中，那么，上述的数据采集侧设备可以采用集中器，而数据发送侧设备可以采用智能电表(以下简称电表)，请参见图6，可以将集中器10和多个电表20按照上述图6所给方式进行连接组成一个通信网络30，并按照上述实施例1和2所给方法来实现抄表。需要理解的是图6与上述图2所给的通信网络为相同的网络拓扑结构，只不过在物理结构上更为复杂，其通信原理是一致的，同样遵循上述实施例1和实施例2中的方法。

更为具体地来说，上述图6所给实施例的工作机制可以为具体描述为：

1)集中器10在主用端口上周期(如2秒)发送心跳报文。

2)每个电表20根据一定时间内接收到的心跳报文数量来判断工作路径的好坏，若连续指定时间内未收到一个心跳报文，则判断为工作路径故障，随即延迟一定时间(须大于一个短的时间，小于一个较大的时间，避免网络震荡，如大于100ms，小于1s)后改为从保护路径上接收报文。若物理层发现光信号丢失，则延迟一定时间(避免误倒换或频繁倒换)后立即改为从保护路径上接收数据。若工作路径上在指定时间内收到了一定数量的心跳报文，则认为工作路径恢复了正常，则改为从工作路径上接收报文。

3)对于配置为双发的电表在其所连接的两路路径上双发两份相同的报文。

4)集中器两路端口同时接收数据，根据数据报文中携带的源节点号和报文序号(即唯一序列标志)决定是否丢弃后收到的报文。

5)在数据通信系统中，每个电表所在节点本身有唯一识别码，后台主站软件给每个电表自动分配一个网络中唯一的节点ID号。根据后台主站软件从集中器交互过程中获得的心跳检测结果，则可以很方便地在后台主站软件中生成并以图形方式显示出集中器和电表间的连接拓扑图，便于对网络维护和管理。一旦网络故障，则根据集中器的心跳检测结果，并经过一定的算法计算处理，则可以在后台主站软件拓扑图上标识出故障点所在的网段，以及当前实际工作的通信路径。

将本发明应用到抄表中时，所述数据请求应当理解为包括正常数据请求和心跳报文等。

相比现有技术，将本发明应用到抄表中，其至少具有以下优点：

1，通过半网状网络连接方式，避免了单点失效风险，提高了网络在单点或部分多点故障下的生存能力；

2，通过集中器和电表间直接连接组大网，省却了独立的光纤分合路器设备，不用再考虑设备取电和安装的难题，也少了一个可能的故障点；

3，通过网络分段保护，在出现单点或部分多点故障时，网络拓扑仍然能在后台主站软件上显示出来，能够把故障点标识在某个网段内，提高了定位故障的速度，可以快速恢复网络；

4，由于具备分段保护能力，故在动态增加、拆除或为维护电表时，其他有保护网段内的电表仍然能正常通信，不受变动影响，这对开发电表终端的大数据相关应用或电表费控的业务尤为关键，这些业务要求数分钟就采集一次电表数据。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。