一种基于G3‑PLC的双向交互通信方法与流程

本发明涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种基于g3-plc的双向交互通信方法。

背景技术：

传统基于fsk电力线载波通信技术由于物理层传输速率限制和多种静态路由机制的缺陷，无法实现双向数据实时互动，而且其改进方法复杂、硬件互动机制和运维成本高，效果不理想。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：

本发明提供一种基于g3-plc的双向交互通信方法，应用于电力集抄系统中，以解决传统基于fsk电力线载波通信技术无法实现双向数据实时互动的问题，从而提高电表响应和事件上报的实时性，实现营销主站与用电侧的双向数据实时互动。

本发明的技术方案是：

一种基于g3-plc的双向交互通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：网状网络组网，组成多跳网状拓扑网；

步骤2：在多跳网状拓扑网中采用下一代轻量级按需距离矢量路由算法，建立双向动态路由。

步骤1所述的网状网络组网，组成多跳网状拓扑网，其步骤包括：

步骤1.1集中器g3-plc模块上电初始化并创建一个子网；

步骤1.2从模块上电流程初始化。

步骤2所述的在多跳网状拓扑网中采用一代轻量级按需距离矢量路由算法建立双向动态路由，其步骤包括：

步骤2.1集中器g3-plc模块在6lowpan层实现下一代轻量级按需距离矢量路由算法；

步骤2.2分阶段建立双向动态路由。

在电力集抄系统中的应用包括以下步骤：

步骤4.1：集中器发送抄表请求数据包；

步骤4.2：电表对抄表请求进行应答；

步骤4.3：电表事件数据包经电表从节点主动上报给集中器。

步骤4.1所述的集中器发送抄表请求数据包，包括以下步骤：

步骤4.1.1集中器发送抄表数据请求帧传输至主节点，主节点解析该请求帧获取集中器目的抄表地址；

步骤4.1.2主节点检查路由表中是否有到该目的电表的路径；

步骤4.1.3下一跳节点检查目的表地址是否与自身地址相同，循环直至抄表帧到达目的电表。

步骤4.2所述的电表对抄表请求进行应答，包括以下步骤：

步骤4.2.1电表解析抄表报文并响应请求的数据，将应答数据发送到电表端载波从节点；

步骤4.2.2从节点将电表应答的抄表数据传回主节点；

步骤4.2.3主节点将目的电表节点返回的数据发送给集中器。

步骤4.3所述的电表事件数据包经电表从节点主动上报给集中器，包括以下步骤：

步骤4.3.1电表将事件数据包发送给电表从节点，从节点利用现有路径或建立新路径将电表将事件数据包发给下一跳节点；

步骤4.3.2下一跳节点将事件数据包上报到达集中器。

本发明的有益效果：

本发明提供一种基于g3-plc的双向交互通信方法，应用于电力集抄系统中,克服了传统基于fsk电力线载波通信技术无法实现双向数据实时互动的问题，解决了对入网新能源发电诸如出力曲线等参数的控制等技术问题，实现营销主站与用电侧的双向数据实时互动，提高电表响应和事件上报的实时性。

附图说明

图1路由请求过程示意图；

图2路由应答过程示意图；

图3集中器节点上电创建网络流程图；

图4电表上电加入集中器创建的网络流程图。

具体实施方式

一种基于g3-plc的双向交互通信方法，它包括以下步骤：

步骤1：网状网络组网，组成多跳网状拓扑网；

步骤2：在多跳网状拓扑网中采用下一代轻量级按需距离矢量路由算法，建立双向动态路由。

步骤1所述的网状网络组网，组成多跳网状拓扑网，其步骤包括：

步骤1.1集中器g3-plc模块上电初始化并创建一个子网，创建过程如下：

(1)集中器模块上电复位；

(2)集中器设置主模块的网络标识符(子网标识符)，网络标识符规定为两个字节，且不能重复。

(3)主模块设置自己的模块设备标示符为十六进制的0000。

(4)集中器将自己管理的电表档案下发给集中器模块,构成集中器模块的“白名单”，其中电表档案必须包括电表地址，电表状态在初始时都为“无效”，如下所示：

(5)主模块创建子网，等待从模块发起注册。

(6)当有从模块来注册时，检查从模块注册时携带的对应电表的表地址是否在映射表中，如在则说明该表是本集中器负责管理的一块表，接收申请并将表地址对应的模块设备标识符分配给从模块,连接状态从默认状态“有效”改为“激活”。否则拒绝从模块加入子网申请。

步骤1.2从模块上电流程初始化，初始化流程如下：

(1)从模块上电复位。

(2)从模块扫描子网,发现全部网络标识符,首先选择信号最好的pan网加入，如被拒绝将继续选择其它的pan网加入,如此偱环。

(3)从模块携带对应的电表或设备地址发起加入子网申请。

(4)加入子网后，主模块分配一个模块设备标识符(两个字节)给从模块，从模块根据网络标识符与设备标识符唯一标识自己。

步骤2所述的在多跳网状拓扑网中采用一代轻量级按需距离矢量路由算法建立双向动态路由，其步骤包括：

步骤2.1集中器g3-plc模块在6lowpan层实现下一代轻量级按需距离矢量路由算法；

g3-plc在6lowpan层实现了下一代轻量级按需距离矢量路由算法，路由算法包括相邻表、路由表和路由请求表；相邻表记录了与当前节点在物理上能进行通信的相邻节点的信息，路由表记录了当前节点要到达目的节点，要经过的下一跳节点的地址等信息，路由请求表为临时表，用于发现路由和用来保持某次路由查找消息的跟踪。

步骤2.2分阶段建立双向动态路由；

第1阶段：路由请求

路由请求包(后称rreq)是指一个从源节点s发出的广播包，如果有中间节点收到，中间节点将重新广播它一次，如此反复，直到它到达目的节点d，路由请求过程如下：

(1)源节点s产生一条新的rreq消息，并将其广播到它的邻居节点；

(2)如果邻居节点在它的路由请求表里发现有路由请求id和源地址都相同的rreq，那么放弃本条rreq消息，反之这个节点将在路由请求表中插入该rreq消息，同时在路由表里创建一个到原节点的路由路径记录,然后由该邻居节点将本条rreq消息重新广播出去；

(3)其它中间节点重复步骤(2)步；

(4)当目标节点d接收到本条rreq消息后，它将在其对应的路由请求表中检查是否有路由请求id和源地址都相同的rreq消息存在，如果有则比较这两条rreq消息的路由代价(路有代价＝前向路由成本+经过的弱势链路总条数)，优先比较前向路由成本，若前向路由成本相同，则经过的弱势链路总条数小的路由代价更小，若后者路由代价更小，将更新前者的前向路由成本和经过的弱势链路总条数，若后者路由代价更大则保留前者，即路由保持最佳路径，并同时更新目标节点路由表中的反向路由地址；

第二阶段：路由应答

路由应答包(后称rrep)是指一个由目的节点d发出的单播包，通过中间节点沿着查找路径转发到源节点s，路由应答过程如下：

(1)中间节点接收到单播包，检查该中间节点的路由表中是否有到源节点s的路径，若没有则丢弃该条rrep消息；

(2)中间节点检查其路由请求表中是否有路由请求id和源地址都相同的rrep，若没有则放弃该条rrep消息，若有则中间节点比较这两条rrep消息的反向路由成本，如果后者rrep中的反向路由成本更大则丢弃该rrep，反之更新路由请求表中的反向路由成本，且该rrep消息被该中间结点转发到它路由请求表与路由请求id和源地址都相同的消息记录的反向路由地址所在的节点；

(3)与此同时若rrep所经过的链路为弱势链路，则需在该rrep消息的弱势链路经过条数值的基础上加1，且该rrep从目的地址转发回到源地址的路径上，反向路由成本的值逐跳被累加，最后中间节点依据rrep在它的路由表中加上一条其到目的节点路径记录；

此时，源节点s与目的节点d都可以主动发送数据包经过这条路径到达对端，即源节点s到目的节点d所经过的中间节点的路由表中有到源节点s的路径，也有到目的节点d的路径，因此建立了双向动态路由，实现双向数据实时互动。在电力集抄系统中的应用包括以下步骤：

步骤4.1：集中器发送抄表请求数据包；

集中器发送抄表请求数据包，抄表请求数据包经过本地串口传输至集中器端的载波主节点，载波主节点经g3-plc载波通信网络将抄表请求数据包传输到电表端；

步骤4.2：电表对抄表请求进行应答；

电表对抄表请求进行应答，并经本地串口将应答数据包传输到电表端的载波从节点上，载波从节点将应答的数据包经g3-plc载波通信网络传输到集中器端；

步骤4.3：电表事件数据包经电表从节点主动上报给集中器。

步骤4.1所述的集中器发送抄表请求数据包，包括以下步骤：

步骤4.1.1集中器发送抄表数据请求帧传输至主节点，主节点解析该请求帧获取集中器要目的抄表地址：

集中器发送抄表数据请求帧，经本地串口传输至集中器主节点，主节点解析该请求帧，获取集中器要目的抄表地址；

步骤4.1.2主节点检查路由表中是否有到该目的电表的路径：

主节点检查路由表中是否有到该目的电表的路径，若有则转发抄表帧到该路径的下一跳节点，若无则进行路由发现，建立到目的表路径，转发给到目的节点路径的下一跳节点。

步骤4.1.3下一跳节点检查目的表地址是否与自身地址相同，循环直至抄表帧到达目的电表：

下一跳节点收到主节点转发的抄表帧，检查目的表地址是否与自身地址相同，若相同则转发给自己所在表，若不同则转发至下一跳节点。循环直至抄表帧到达目的电表。

步骤4.2所述的电表对抄表请求进行应答，包括以下步骤：

步骤4.2.1电表解析抄表报文并响应请求的数据并将应答数据经本地串口发送到电表端载波从节点；

步骤4.2.2从节点将电表应答的抄表数据传回主节点；

从节点依据主节点创建好的双向路由路径，将电表应答的抄表数据经载波通信网络传回主节点，若之前创建的路由因各种原因发生中断，则由从节点重新发起路由发现，创建一条到达主节点的新路径；

步骤4.2.3主节点将目的电表节点返回的数据通过本地串口发送给集中器。步骤4.3所述的电表事件数据包经电表从节点主动上报给集中器，包括以下步骤：

步骤4.3.1电表将事件数据包发送给电表从节点，从节点利用现有路径或建立新路径将电表将事件数据包发给下一跳节点：

电表将事件数据包经本地串口发送给电表从节点，从节点检查路由表中是否有到主节点的路径，若有则转发抄表帧到该路径的下一跳节点，若无则进行路由发现，建立到主节点的路径，路径建立完成后，再转发给到达主节点路径的下一跳节点；

步骤4.3.2下一跳节点将事件数据包上报到达集中器：

下一跳节点收到要上报事件的电表节点转发来的事件上报数据包后，检查目的节点地址是否与自己的地址相同(即自己是否是主节点)，若相同则将事件上报数据包通过本地串口转发给集中器，若不同则转发至下一跳节点，循环反复，直至事件上报数据包到达集中器。