一种微功率无线网络快速恢复的方法与流程

本发明涉及用电信息采集领域，尤其指一种微功率无线网络快速恢复的方法。

背景技术：

在电力公司的用电信息采集系统下，很多现场的抄表是采用微功率无线的方式，微功率无线的中心节点是集中器内部集成的微功率无线通信单元cac，子节点就是具有微功率无线通信单元的电能表或者采集器。作为中心节点的cac单元，每次上电启动之后会先进行信道扫描，确定正常跳频的信道列表，随后进行发送信标帧、信道监听、等待子节点申请入网等一系列组网的操作。子节点每次启动后要经过网络发现、父节点选择、入网申请操作等步骤才能完成入网操作；其中网络发现就是先在mac层按照一定的时序进行所有频点的信道驻留（慢跳频）监听，监听发现网络后通知网络层，即完成了网络发现同步操作；父节点选择就是根据周围邻居发出的信标帧的通信情况，根据链路质量等指标选出最优的节点作为父节点从而向中心节点申请入网。如果遇到整个台区停电等异常情况，供电恢复之后，中心节点和子节点完成上述的重新组网操作需要耗费很长的时间，而且随着网络容量的增大，所耗费时间会成倍的增加。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种微功率无线网络快速恢复的方法，以达到提高停电等异常情况下网络恢复速度的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种微功率无线网络快速恢复的方法，微功率无线网络用于集中器与采集器或电能表之间的通信，微功率无线的中心节点是集中器内部集成的微功率无线通信单元cac，子节点就是具有微功率无线通信单元的电能表或者采集器；其特征在于：微功率无线网络快速恢复的方法包括台区全部掉电恢复功能流程、中心节点掉电恢复工作流程、子节点掉电恢复工作流程；

1)台区全部掉电恢复功能流程包括以下步骤：

11)台区集体上电之后，中心节点和子节点等所有设备都在固定频点工作，并维持一段时间，以此增加子节点接收信标的概率；

12)所有子节点接收到本网信标后，立即进行正常流程的入网操作，同时启动一次心跳上报流程，以便中心节点建立路由表；

13)完成心跳上报流程之后，开始转发信标，加速整个网络的恢复；

14)全网在第4个超帧的第一个时隙开始，按照正常跳频列表开始跳频通信；

2)中心节点掉电恢复工作流程包括以下步骤：

21)中心节点上电后就执行台区全部掉电恢复功能流程；

22)持续多个超帧之后，进入正常状态跳频；

3)子节点掉电恢复工作流程包括以下步骤：

31)上电后执行主动入网操作;

32）若主动入网成功，则结束子节点掉电恢复工作流程；若主动入网失败，则执行台区全部掉电恢复功能流程；

33）若子节点在执行台区全部掉电恢复功能流程中掉电恢复成功，则结束子节点掉电恢复工作流程；若子节点在执行台区全部掉电恢复功能流程中掉电恢复失败则进入正常慢跳频，此时扫描中心节点的强制入网信标，当子节点扫描到强制入网信标时，所有未入网的子节点都需要无条件向该信标所属中心节点发起入网过程。

本技术方案通过台区全部掉电恢复功能流程、中心节点掉电恢复工作流程、子节点掉电恢复工作流程有效提高中心节点、子节点的入网速度。去除部分步骤，且多个任务同时执行，使网络快速恢复，减少停电带来的损失。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，在步骤22）中，中心节点持续3个超帧之后，在第4个超频帧进入正常状态跳频。

进一步的，待中心节点、子节点入网后，子节点执行子节点最优网络选择流程:子节点在所属中心节点的网络中做正常的跳频通信时，利用同步网络每个时隙中的空闲时间，进入周边网络扫描，即子节点在每个接收时隙进行双频点扫描，通过长时间的周边网络扫描，获取基本完整的周边邻居网络信息，综合比较与自身网络条件的优劣，做出是否切换至其他网络的决定；若邻居网络优于本网络，则执行网关相关操作。

进一步的，节点最优网络选择流程包括以下步骤：

41）在接收时隙时启动最优网络选择工作；

42）判断是否在超时时间内检测到本网络信标前导，若在超时时间内检测到本网络信标前导，则等待本网络报文，若超时时间内检测到本网络报文，则接收本网络报文，若超时时间内未检测到本网络报文，则切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；在接收本网络报文后和超时时间内未检测到本网络信标前导时，也切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；

43）持续接收报文，如果是有效信标，则记录邻居网络信息；

44）判断时隙是否结束，若没有结束，则继续步骤13）；若时隙结束，则比较邻居网络与本网络链路质量信息；

45）判断邻居网络是否优于本网络，包括网络层级、链路质量、网络规模因素；

46）若邻居网络优于本网络，则执行入网相关操作，否则结束，等待下次的接收时隙开始。

进一步的，待中心节点、子节点入网后，执行全网感知流程：子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站；

进一步的，全网感知流程包括以下步骤：

51）子节点侦听邻居信标信息；

52）判断是否收到邻居信息，若没有收到邻居信息，则继续执行步骤51）侦听邻居信标信息；若收到邻居信息，则进入下一步骤23）；

53）计算收到邻居节点的时间间隔；

54）判断时间间隔是否超过限值；若时间间隔超过限值，则上报中心节点，该邻居可能离线，若时间间隔没有超过限值，则继续执行步骤51）侦听邻居信标信息。

55）中心节点侦听子节点上报信息，若收到子节点上报邻居离线信息，则对被上报的子节点点名；

56）判断子节点是否应答，若子节点没应答，则上报集中器该子节点离线，若子节点应答则继续执行步骤55）侦听子节点上报信息。

进一步的，待中心节点、子节点入网后，执行批量变动流程及主动同步上报流程；

批量变动流程：中心节点周期性的在每天的t1时刻执行搜索子节点操作，接下来在每天的t2时刻同步归属关系到集中器，进而同步到采集系统主站；

主动同步上报流程：中心节点发现有新增子节点时，实时地进行搜索该子节点的操作，并仅将该子节点的归属关系实时地同步到集中器，集中器向上同步到采集系统主站，由采集系统主站根据同步上报时间的先后顺序确定子节点的新归属关系；集中器每次上报同步归属关系到采集系统主站后的m分钟之内，无论归属关系是否发生变更均不再次上报，m分钟后如有归属关系变化，则继续上报。

进一步的，主动同步上报流程包括中心节点cac与集中器之间的同步和集中器与采集系统主站之间的同步；

61）中心节点cac与集中器之间的同步：当有新节点加入网络时，判断是否需要搜表，若需要则启动单点搜表，若不需要则直接上报给集中器，当收到确认应答后，完成中心节点cac与集中器之间同步过程；

62）集中器与采集系统主站之间的同步：集中器获取到cac上报的新增子节点信息后进行档案同步更新，同时上报参数变更记录事件erc3，数据内容中变更参数数据单元标识为测量点状态参数f150，将集中器内部档案参数变更标识上报至采集系统主站。

有益效果：

1、本技术方案通过台区全部掉电恢复功能流程、中心节点掉电恢复工作流程、子节点掉电恢复工作流程有效提高中心节点、子节点的入网速度。去除部分步骤，且多个任务同时执行，使网络快速恢复，减少停电带来的损失。

2、本技术方案待中心节点、子节点入网后，再进行下一步的调整，在提高掉电恢复的同时，也提高了工作的稳定性。

3、通过全网感知步骤，使得子节点离网能及时发现，及时修改中心节点与子节点的对应关系，避免数据丢失情况等发生；

4、本技术方案借助mac层周期性更短的信标帧，子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，以及时发现邻居节点的离网，有利于快速发现、修复异常情况，提高用电信息采集系统工作的准确性、稳定性，可靠性。

5、通过子节点最优网络选择步骤，使得子节点可以在自身网络正常通信状态下，进行周边网络的扫描，不影响正常的工作，一旦出现网络不理想、断网等情况，可以及时转网，避免出现数据丢失的情况。

6、批量变动步骤和主动同步上报步骤,保证中心节点与子节点间的档案对应关系准确，以保证中心节点及时地能与子节点通信。

附图说明

图1是本发明的台区掉电恢复功能流程图。

图2是本发明的中心节点掉电恢复流程图。

图3是本发明的子节点掉电恢复流程图。

图4是本发明的子节点最优网络选择流程图。

图5是本发明的全网感知步骤的子节点处理流程图。

图6是本发明的全网感知步骤的中心节点处理流程图。

图7是本发明的中心节点cac与集中器之间的同步流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

用电信息采集系统采用两级网络通信，三个通信节点从上到下依次是采集系统主站、集中器、采集器或电能表，集中器采用微功率无线方式与采集器或电能表通信，以远程读取采集器或者电能表的数据，集中器设通信单元cac，其为微功率无线网络的中心节点，采集器或电能表所在的通信单元就是子节点；两级网络通信的第一级网络是采集系统主站与集中器之间采用远程通信方式；第二级是中心节点与子节点之间的微功率无线通信方式，中心节点负责组建网络，子节点执行入网申请操作，在组建的网络中，中心节点要管理其到所有子节点的路由表。

微功率无线网络快速恢复的方法包括台区全部掉电恢复功能流程、中心节点掉电恢复工作流程、子节点掉电恢复工作流程:

1)台区全部掉电恢复功能流程,如图1所示,其包括以下步骤：

11)台区集体上电之后，中心节点和子节点等所有设备都在固定频点工作，并维持一段时间，以此增加子节点接收信标的概率；

12)所有子节点接收到本网信标后，立即进行正常流程的入网操作，同时启动一次心跳上报流程，以便中心节点建立路由表；

13)完成心跳上报流程之后，开始转发信标，加速整个网络的恢复；

14)全网在第4个超帧的第一个时隙开始，按照正常跳频列表开始跳频通信；

2)中心节点掉电恢复工作流程，如图2所示，其包括以下步骤：

21)中心节点上电后就执行台区全部掉电恢复功能流程；

22)中心节点持续3个超帧之后，在第4个超频帧进入正常状态跳频；

3)子节点掉电恢复工作流程，如图3所示，其包括以下步骤：

31)上电后执行主动入网操作;

32）若主动入网成功，则结束子节点掉电恢复工作流程；若主动入网失败，则执行台区全部掉电恢复功能流程；

33）若子节点在执行台区全部掉电恢复功能流程中掉电恢复成功，则结束子节点掉电恢复工作流程；若子节点在执行台区全部掉电恢复功能流程中掉电恢复失败则进入正常慢跳频，此时扫描中心节点的强制入网信标，当子节点扫描到强制入网信标时，所有未入网的子节点都需要无条件向该信标所属中心节点发起入网过程。

本技术方案通过台区全部掉电恢复功能流程、中心节点掉电恢复工作流程、子节点掉电恢复工作流程有效提高中心节点、子节点的入网速度。去除部分步骤，且多个任务同时执行，使网络快速恢复，减少停电带来的损失。

待中心节点、子节点入网后，还包括执行以下流程：

一、子节点最优网络选择流程，如图4所示，

节点最优网络选择流程包括以下步骤：

41）在接收时隙时启动最优网络选择工作；

42）判断是否在超时时间内检测到本网络信标前导，若在超时时间内检测到本网络信标前导，则等待本网络报文，若超时时间内检测到本网络报文，则接收本网络报文，若超时时间内未检测到本网络报文，则切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；在接收本网络报文后和超时时间内未检测到本网络信标前导时，也切换至目标扫描频点，启动慢跳频扫描；

43）持续接收报文，如果是有效信标，则记录邻居网络信息；

44）判断时隙是否结束，若没有结束，则继续步骤13）；若时隙结束，则比较邻居网络与本网络链路质量信息；

45）判断邻居网络是否优于本网络，包括网络层级、链路质量、网络规模因素；

46）若邻居网络优于本网络，则执行入网相关操作，否则结束，等待下次的接收时隙开始。

子节点在所属中心节点的网络中做正常的跳频通信时，利用同步网络每个时隙中的空闲时间，进入周边网络扫描，即子节点在每个接收时隙进行双频点扫描，通过长时间的周边网络扫描，获取基本完整的周边邻居网络信息，综合比较与自身网络条件的优劣，做出是否切换至其他网络的决定；若邻居网络优于本网络，则执行网关相关操作。

二、全网感知流程，如图5、6所示，

全网感知流程包括以下步骤：

51）子节点侦听邻居信标信息；

52）判断是否收到邻居信息，若没有收到邻居信息，则继续执行步骤51）侦听邻居信标信息；若收到邻居信息，则进入下一步骤23）；

53）计算收到邻居节点的时间间隔；

54）判断时间间隔是否超过限值；若时间间隔超过限值，则上报中心节点，该邻居可能离线，若时间间隔没有超过限值，则继续执行步骤51）侦听邻居信标信息。

55）中心节点侦听子节点上报信息，若收到子节点上报邻居离线信息，则对被上报的子节点点名；

56）判断子节点是否应答，若子节点没应答，则上报集中器该子节点离线，若子节点应答则继续执行步骤55）侦听子节点上报信息。

子节点侦听自己的邻居子节点发送的信标帧，如果发现某个邻居子节点超过1个超帧没有发信标，则发信息给中心节点报告该子节点这个超帧没发信标，中心节点收到信息后可以发点名帧确认一下该邻居子节点是否在网，如果没有收到点名确认帧，则把离网情况实时同步给集中器，由集中器实时上报给采集系统主站；

三、执行批量变动流程及主动同步上报流程；

批量变动流程：中心节点周期性的在每天的t1时刻执行搜索子节点操作，接下来在每天的t2时刻同步归属关系到集中器，进而同步到采集系统主站；

主动同步上报流程：中心节点发现有新增子节点时，实时地进行搜索该子节点的操作，并仅将该子节点的归属关系实时地同步到集中器，集中器向上同步到采集系统主站，由采集系统主站根据同步上报时间的先后顺序确定子节点的新归属关系；集中器每次上报同步归属关系到采集系统主站后的m分钟之内，无论归属关系是否发生变更均不再次上报，m分钟后如有归属关系变化，则继续上报。

其中，主动同步上报流程包括中心节点cac与集中器之间的同步和集中器与采集系统主站之间的同步；

61）中心节点cac与集中器之间的同步：当有新节点加入网络时，判断是否需要搜表，若需要则启动单点搜表，若不需要则直接上报给集中器，当收到确认应答后，完成中心节点cac与集中器之间同步过程；如图7所示；

62）集中器与采集系统主站之间的同步：集中器获取到cac上报的新增子节点信息后进行档案同步更新，同时上报参数变更记录事件erc3，数据内容中变更参数数据单元标识为测量点状态参数f150，将集中器内部档案参数变更标识上报至采集系统主站。

以上图1-7所示的一种微功率无线网络快速恢复的方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。