一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法与流程

本发明涉及微功率无线通信技术、路由技术领域，具体地说是一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法。

背景技术：

当前，智能电网建设正在规范有序的进行，在电力用户用电信息采集系统的通讯方式方面，微功率无线自组织网络早已超过千万的应用节点，目前已经升级为微功率无线互联互通标准。基于微功率无线的路由抄表效率是影响这一网络成败的重要因素。

实际长期应用中，路由抄表效率受各种环境因素的影响：影响范围小的如个别电表故障、个别位置地物变化；影响范围大的如阶段性天气变化、特定频率的无线电磁干扰、现场环境多台区互干扰等；还有一些软件程序相关因素，如信标帧转发不充分、表端模块异常离网、采集器模块地址变化等。一种特定因素对抄表的产生影响可能是小概率事件，但是总有某种因素影响正常抄表却是大概率事件。

现有的路由算法，主要基于组网路径，或图论相关的算法路径，循环进行抄表尝试。这类算法应对多变因素缺乏灵活性，并且往往忽略了中继路径和通讯信道的关联性，不能迅速的适应环境的突然变化，容易丢弃因偶然因素失败的有效路径，过于频繁的替换本来有效的路径，导致抄表链路越来越长，效率越来越低。随着微功率无线网络应用范围越来越大，对抄表的效率和稳定性要求不断增强。

技术实现要素：

本发明旨在针对现场环境中易发生影响抄表的各种偶然因素的特点，为保证网络的稳定性，抄表效率的高可持续性，提供了一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法。

本发明采用的技术方案如下：一种适应多变因素的集中器主动抄表路由方法，包括以下步骤：

a、路由通过组网阶段获取所有从节点的邻居表信息；

b、集中器通过本地接口协议下发抄表任务给路由，并给定一个预设时间；当集中器收到成功数据、上报失败或超时信息后，重新下发新的抄表任务；

c、在任务的预设时间内，路由发送无线抄表数据帧，然后上报成功数据或上报失败状态；

步骤a中，组网的过程包括:转发信标帧、收集邻居场强、配置子节点。

进一步的，所述组网的过程还包括：

路由将所有从节点配置到特定的私有信道组；

将配置子节点帧的路径作为相应目标从节点的主路径，设置主父节点；

选择多个信号优良的邻居节点做为备用父节点。(选择备用父节点要考虑的因素包括：目标节点与邻居节点的双向场强，邻居节点的深度层次，邻居节点是否配置成功等)

进一步的，所述步骤c中抄表的过程包括；

路由为每个从节点设置每次抄表的抄表属性；所述抄表属性包括抄表轮次、抄表阶段、抄表次数和抄表信道；针对一个目标从节点，路由每一次发送无线抄表数据帧，都依据抄表属性的不同，选择特定的链路和通讯信道。(抄表成功后，路由记录从节点的成功属性，包括：成功路径、成功信道、成功次数等。)

所述抄表轮次是指，路由设定一个预设时间的抄表动作为一个轮次。例如30秒为一轮，则一分钟为2轮。轮次是一个不断累加的过程，轮次结束抄表失败，则轮次加1，抄表成功则轮次清零。

所述抄表阶段是指，在每个轮次内，抄表策略分为多个阶段，最多包括5个阶段。每个阶段按照不同的策略选择链路，选择的无线通讯信道和抄表次数也各不相同。这些都可以根据经验值进行调整。抄表阶段也是一个不断累加的过程，并且可跨越不同轮次，相当于第二轮可以接着第一轮的阶段继续抄表。抄表成功，阶段清零。超过阶段5，也清零重新开始。

所述抄表次数是指，在当前抄表阶段，重复抄表的次数。每个抄表阶段都从零开始计数，重复抄表则累加，抄表成功则清零。

进一步的，所述抄表阶段包括五个阶段：

阶段一，主父节点阶段：以目标从节点的主父节点为末端中继节点，再选择中继节点的主父节点，依次递归至中心节点，得到完整链路；在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧，允许重复特定的次数；

阶段二，上次成功路径阶段：依据从节点的成功属性，使用成功路径、成功信道，发送无线抄表数据帧，允许重复特定的次数；

阶段三，备用父节点阶段：以目标从节点的备用父节点为末端中继节点，再选择中继节点的主父节点，依次递归至中心节点，得到完整链路；在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧，允许重复特定的次数；当目标从节点有多个备用父节点时，依次轮循这些节点，按照上述方法抄表；

阶段四，主父节点的最短路径阶段：以目标节点的主父节点为末端中继节点，中心节点为源点，采用单源最短路径算法，得到完整链路；在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧，允许重复特定的次数；

阶段五，备用父节点的最短路径阶段：以目标节点的备用父节点为末端中继节点，中心节点为源点，采用单源最短路径算法，得到完整链路；在当前信道组每个信道发送无线抄表数据帧，允许重复特定的次数；当目标从节点有多个备用父节点时，依次轮循这些节点，按照上述方法抄表。

进一步地，上述的单源最短路径算法具体包括以下步骤：

1)以Dijkstra(迪杰斯特拉)算法为原型，建立无向图G＝(V,E)，中心节点为源点，各从节点为顶点；

2)各边的长度通过从节点的双向邻居场强按照特定的方法换算得来；

3)计算中心节点至各从节点的最短路径，形成一个最短路径的数组，记录各从节点的最短路径父节点序号；后续读取路径时，通过递归的方法得到中心节点至各从节点的整条链路。

以上各个抄表阶段，允许重复的特定次数，可以根据经验值进行调整。为了避免偶然因素造成的抄表失败，一般重试不少于2次。当主父节点阶段失败时，不立即更换主父节点，而是记录当前成功路径的成功次数，如果连续成功3次，则将该路径末端中继节点设置为主父节点。

按照以上多个阶段的方案，既通过多次尝试排除了偶然因素的影响，保证了链路的稳定性；又通过不同的中继路径，排除了存在故障节点造成的影响；并且优先选用组网过程中的可用路径，补充使用路径算法获取的理论路径，理论与实际相结合，极大地提高了抄表成功率和及时性。

进一步的，所述抄表信道是指路由发送无线抄表数据帧时使用的通讯信道。(微功率无线互联互通标准的通讯信道包括一个公共信道组，32个私有信道组。每个信道组又分为高频点和低频点共2个信道，二者之间相差了8MHz的频率带宽。所以，即使同一个信道组，不同的频点抄表效率也可能大不相同。)

进一步的，所述抄表信道的选择包括如下步骤：

1)首先判断抄表阶段是否为上次成功路径阶段，如果是，就采用上次成功信道；否则进入下一步；

2)如果抄表轮次为0时，有两种情况，如果存在上次成功路径，采用成功信道；从未成功的，采用私有信道组；

3)抄表轮次大于0，且为6的倍数时，采用公共信道组；否则采用私有信道组；以此基本保持私有信道与公共信道次数5:1；

4)在当前轮次的各个抄表阶段，重复尝试信道组的高、低频点。

如此，在现场环境较好时，路由基本只在私有信道抄表，减少在公共信道对其他台区的干扰，保证了相邻台区的网络稳定性；当环境不稳定时，包括从节点异常离网、信道组高低频点背景干扰不同等情况时，路由也能在较短时间内抄回数据，保证了抄表效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明抄表阶段的流程图；

图2为本发明抄表信道的流程图；

图3为模拟环境中抄表过程可用路径选择的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明抄表阶段的详细步骤如下：

1)开始抄读从节点，设定抄表任务有效时间为30秒，默认进入S1主父节点阶段。以目标从节点的主父节点获取的中继链路抄表；单次抄读失败，在当前信道组每个信道循环尝试；抄读成功，上报抄表数据；尝试4次后仍然失败，进入步骤S2；

2)S2上次成功路径阶段，如果目标从节点曾经抄读成功，则使用成功路径、成功信道开始抄读；单次抄读失败，在成功信道反复尝试；抄读成功，上报抄表数据；尝试2次后仍然失败，进入步骤S3；

3)S3备用父节点阶段，以目标从节点的备用父节点获取的中继链路抄表；当目标从节点有多个备用父节点时，依次轮循这些节点；单次抄读失败，在当前信道组每个信道循环尝试；抄读成功，上报抄表数据；所有备用父节点均尝试4次后仍然失败，进入步骤S4；

4)S4主父节点的最短路径阶段，以目标从节点的主父节点获取的最短路径为中继抄表；单次抄读失败，在当前信道组每个信道循环尝试；抄读成功，上报抄表数据；尝试2次后仍然失败，进入步骤S5；

5)S5备用父节点的最短路径阶段，以目标从节点的备用父节点获取的最短路径为中继抄表；当目标从节点有多个备用父节点时，依次轮循这些节点；单次抄读失败，在当前信道组每个信道循环尝试；抄读成功，上报抄表数据；所有备用父节点均尝试4次后仍然失败，进入下一步；

6)每次发出抄读无线数据帧前，都应判断抄表任务的有效时间，如果超时，则上报失败状态，结束本次抄表；如果未超时，则继续操作；在步骤S5之后，如果任务继续有效，则重新进入步骤S1主父节点阶段。

如图2所示，假设路由支持在4个信道上发送无线抄表数据帧，公共信道组高低频点的索引值为0、1，私有信道组高低频点的索引值为2、3，本发明抄表信道的选择详细步骤如下：

1)首先判断抄表阶段是否S2，如果是，进入步骤B2；如果不是，跳至步骤B4；

2)进入步骤B2后，再判断是否存在上次成功路径，如果存在，采用上次成功信道的索引，跳至步骤B7；如果不存在，采用私有信道组，进入步骤B3；

3)进入步骤B3后，判断抄表次数是否为偶数，如果是，采用信道索引2；如果不是，采用信道索引3；两种情况均进入步骤B7；

4)若进入步骤B4，先判断抄表轮次是否为0，如果是，回跳至步骤B2；如果不是，进入步骤B5；

5)若进入步骤B5，先判断抄表轮次是否大于0，并且是6的倍数，如果是，采用公共信道组，进入步骤B6；如果不是，采用私有信道组，回跳至步骤B3；

6)若进入步骤B6，先判断抄表次数是否为偶数，如果是，采用信道索引0；如果不是，采用信道索引1；两种情况均进入步骤B7；

7)若进入步骤B7，则返回信道索引，退出流程。

下面结合一具体实施例对本发明的方法进行详细说明。

如图3所示，假设中心节点为S，网络中存在地址分别为1至9的9个从节点，组网结束后，得到图示的邻居关系。实线表示主路径，虚线表示备用路径，线条上的字母表示信号场强的转换值(其中a＝1，b＝2，c＝3，d＝4)。地址7为本次抄读目标从节点，假设为初次抄表，即所有抄表属性均清零。虽然该从节点可能一次就能抄读成功，为了说明本发明的实现过程，假定抄读一直失败，以便列举出所有可能的路径选择：

抄表阶段S1，地址7的主父节点为地址3，因此完整链路为S->1->3->7；

抄表阶段S2，该阶段无可用路径，继续下一步；

抄表阶段S3，地址7的备用父节点为地址4、5，因此完整链路有两条，分别是S->1->4->7和S->2->5->7；

抄表阶段S4，地址7的主父节点为地址3，地址3的最短路径是S->1->3，因此完整链路为S->1->3->7；

抄表阶段S5，地址7的备用父节点为地址4、5，地址4的最短路径是S->2->4，地址5的最短路径是S->1->5，因此完整链路有两条，分别是S->2->4->7和S->1->5->7；

以上各阶段，抄表轮次为0，无上次成功路径，因此采用私有信道组，交替使用信道索引2、3。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。