一种基于HPLC和微功率无线的双模组网方法与流程

本发明涉及一种双模组网技术，具体涉及一种基于hplc和微功率无线的双模组网方法，应用于用电信息采集及物联网领域。

背景技术：

现有的双模产品（双协议栈网络）主要有两种方案：一种是同时支持hplc和rf微功率的hplc/rf双协议栈方案，双栈各自组网，抄读数据时微功率为主，hplc为辅；另一种是hplc双通道方案，只支持hplc协议，借助微功率无线实现双通道通讯，抄读数据时使用hplc协议，某些节点抄读失败时使用微功率无线转发一下hplc数据帧，此方案不支持rf微功率标准协议。

hplc/rf双协议栈方案的组网如图1所示。图1中，h代表hplc，r代表微功率无线，黑实线为hplc网络，虚线为微功率rf网络。从图1中可以看出，sta1~sta6都已入网hplc网络，sta1~sta3可以顺利入网rf网络，当sta4~sta6距离sta1~sta3较远时，微功率无线rf无法覆盖导致无法入网。在抄读数据时优先使用微功率rf，抄读sta4~sta6失败后会使用hplc补抄，rf速度10k相较于hplc速度1m慢。

hplc双通道方案的组网如图2所示。图2中，h代表hplc，黑实线为hplc网络，虚线为无线信号。从图2中可以看出，sta1~sta6都已入网hplc网络，但是当通过hplc抄读sta4~sta6数据时因信号干扰不稳定导致失败时，sta1~sta3会尝试使用无线协助转发一下hplc数据帧，如果距离太远，无线也无法正常通讯。并且要求sta1~sta6支持hplc双通道方案的模块，互联互通性差。

由此可见，以上这两种方案都存在各自的不足和缺点。其中，hplc/rf双协议栈方案只能在双网覆盖好的条件下补抄数据，但无法弥补微功率覆盖范围小的缺陷，且以微功率为主速度比较慢；而hplc双通道方案则不支持微功率标准协议，无法做到与微功率标准模块互联互通，且两端模块都需要更换，现场施工难度大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种基于hplc和微功率无线的双模组网方法，在现有hplc以及微功率无线标准协议的基础上，充分发挥hplc传输速度快、传输距离远的优势，结合微功率不受输电线路限制和大功率用电设备干扰影响小的特点，组建优势互补的双协议栈网络。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于hplc和微功率无线的双模组网方法，包括以下步骤：

1）同步档案后，集中器首先发起标准hplc组网流程，所有支持标准hplc协议的子节点都入网，组成hplc网络；

2）然后发起微功率无线rf组网流程，所述集中器先通过无线rf发信标帧，同时在组好的hplc网络里广播信标帧；

3）所有支持微功率无线rf协议的子节点在收到信标后，会在自己的时隙里发送再生信标，支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈的子节点会在无线rf和hplc网络里同时发送再生信标；

4）接着进行收集场强，支持微功率无线rf协议的子节点通过无线rf进行正常收发，支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈的子节点会同时在微功率无线rf网络和hplc网络里进行收发，负责收集场强过程中的微功率无线rf网络和hplc网络之间的通信转换；

5）最后进行配置子节点，支持微功率无线rf协议的子节点通过无线rf进行正常收发，支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈的子节点会同时在微功率无线rf网络和hplc网络里进行收发，负责配置子节点过程中的微功率无线rf网络和hplc网络之间的通信转换；

6）整个网络组网后，所有支持标准hplc协议的子节点在hplc网络中，所有支持微功率无线rf协议的子节点都在微功率无线rf网络中，持标准hplc和微功率无线rf双协议栈的子节点作为中继，同时在hplc网络和微功率无线rf网络中。

进一步的，为了保持对现有hplc和微功率无线rf的兼容性和互联互通性，以现有hplc和微功率rf协议为基础，在hplc协议的应用层增加一个报文端口号类型进行数据类型区分，例如增加类型0x13；

现有端口号类型有0x12为升级业务，0x11为其它业务，现在新增0x13为hplc与rf数据包互转业务；把rf数据包整体作为hplc的应用层数据进行封装，端口号设置为0x13，使用sof包在hplc网络里传输。

进一步的，所述集中器作为中心，所述子节点布设在所述集中器周边的一定范围内，所述集中器支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈。

进一步的，所述子节点根据其所支持的通信协议以及与所述集中器的距离，可以分为支持微功率无线rf协议的第一子节点、支持标准hplc协议的第二子节点、支持标准hplc和微功率无线rf双协议的第三子节点和支持微功率无线rf协议的第四子节点这四种不同种类的子节点；所述第一子节点位于所述集中器的微功率无线rf协议通信范围之内，所述第一子节点与所述集中器通过微功率无线rf网络实现近距离通信，所述第二子节点和所述第三子节点均位于所述集中器的hplc协议通信范围之内，所述第二子节点和所述第三子节点均与所述集中器通过hplc网络实现远距离通信，所述第四子节点位于所述集中器的微功率无线rf协议通信范围之外，但位于所述第三子节点的微功率无线rf协议通信范围之内，所述第四子节点与所述第三子节点通过微功率无线rf网络实现近距离通信，并且所述集中器通过所述第三子节点中继微功率无线rf协议与所述第四子节点实现远距离通信，从而扩大了微功率无线rf的覆盖范围，解决了混合台区的组网问题。

需要说明的是，所述第四子节点与所述第一子节点可以是相同的仅支持rf协议模块，只是两者与所述集中器的距离存在位置差异。

进一步的，hplc组网的流程为，所述集中器将所有支持标准hplc协议的所述第二子节点和所述第三子节点都入hplc网络，从而完成hplc网络的组网。

进一步的，微功率无线rf组网的具体流程为：

1）所述集中器通过无线rf向外发出无线信标帧，同时在hplc网络里广播无线信标帧；

2）所述第一子节点通过无线rf收到无线信标后，会在其时隙里通过无线rf向所述集中器直接发送再生信标；

3）所述第三子节点通过hplc网络收到信标帧后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器发送再生信标，另一方面会经过通信协议的转换，改由无线rf向所述第四子节点转发再生信标；

4）所述第四子节点通过无线rf收到再生信标后，会在其时隙里通过无线rf向所述第三子节点发送再生信标，从而完成微功率无线rf网络的信标转发。

进一步的，收集场强的具体流程为：

1）所述集中器通过微功率无线rf网络向外发出收集场强信号，同时在hplc网络里单播收集场强信号；

2）所述第一子节点通过微功率无线rf网络收到收集场强信号后，会通过微功率无线rf网络对所述集中器直接做出收集场强应答；

3）所述第三子节点通过hplc网络收到收集场强信号后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器做出收集场强应答，另一方面会经过通信协议的转换，改由微功率无线rf网络向所述第四子节点转发收集场强信号；

4）所述第四子节点通过微功率无线rf网络收到收集场强信号后，会通过微功率无线rf网络向所述第三子节点做出收集场强应答；

5）所述第三子节点通过微功率无线rf网络收到所述第四子节点的收集场强应答后，会经过通信协议的转换，改由hplc网络向所述集中器转发所述第四子节点的收集场强应答，从而完成收集场强。

进一步的，配置子节点的具体流程为：

1）进行配置子节点流程，所述集中器通过微功率无线rf网络向外发出配置子节点信号，同时在hplc网络里单播配置子节点信号；

2）所述第一子节点通过微功率无线rf网络收到配置子节点信号后，会通过无线rf对所述集中器直接做出配置子节点应答；

3）所述第三子节点通过hplc网络收到配置子节点信号后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器做出配置子节点应答，另一方面会经过通信协议的转换，改由微功率无线rf网络向所述第四子节点转发配置子节点信号；

4）所述第四子节点通过微功率无线rf网络收到配置子节点信号后，会通过微功率无线rf网络向所述第三子节点做出配置子节点应答；

5）所述第三子节点通过微功率无线rf网络收到所述第四子节点的配置子节点应答后，会经过通信协议的转换，改由hplc网络向所述集中器转发所述第四子节点的配置子节点应答，从而完成配置子节点。

进一步的，整个网络组网后，所述集中器通过标准hplc协议把所述第二子节点和所述第三子节点组入hplc网络中，所述集中器则通过微功率无线rf协议把所述第一子节点组入微功率无线rf网络中，同时所述集中器将所述三子节点作为中继，通过微功率无线rf协议把所述第三子节点和所述第四子节点组入微功率无线rf网络中。

进一步的，所述集中器的路径选择策略以hplc网络为优先，微功率无线rf网络为补充的原则，即在抄写子节点数据时，首先使用高速的hplc网络进行通信，如果失败若干次后会使用微功率无线rf网络进行补抄写数据；在远距离微功率无线rf网络无法通讯的情况下，使用hplc网络中转无线rf数据，以实现微功率无线rf网络覆盖范围的有效扩展。

也就是说，支持标准hplc和微功率无线rf双协议的子节点如果同时在hplc和微功率无线rf两张网络里时，则该子节点会优先选择速度更快的hplc网络进行通信，只有在多次尝试通信失败后，才会再选择微功率无线rf网络进行通信。

本发明采用的hplc通信技术，通信码率高于1mbps，使用输电线传输距离远；本发明采用微功率无线rf通信技术，不受输电线路限制，大功率用电设备噪音影响小。本发明将这两种通信技术以hplc优先，微功率无线rf补充的原则进行结合，发挥各自优势，从而组建稳定的双协议栈通信网络。

现有的双网方案都是独立的双网，hplc网络只能在电力线上传输组网，rf也只能使用无线传输组网，没有传输方式和协议之间的转换。而本发明在现有hplc网络的基础上，使微功率无线rf网络借助hplc协议及电力线进行传输转发传输，实现微功率无线rf的有线传输，不但范围扩大了，而且速度更快。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在现有hplc以及微功率无线标准协议的基础上，充分发挥hplc传输速度快、传输距离远的优势，结合微功率无线不受输电线路限制和大功率用电设备干扰影响小的特点，采用hplc网络优先，微功率无线rf网络作为补充的路径选择策略，组建稳定的双协议栈网络，从而实现双网优势互补，发挥各自优势。

因此本发明所组建的hplc和微功率无线双协议栈网络，具有覆盖范围广，通信速度快，稳定性好，互联互通性强，现场施工难度小等优点，有望在智能电网、物联网和大数据等领域进行大力推广，具有良好的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面以本发明的较佳实施例，并结合附图进行详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中hplc/rf双协议栈方案组网示意图；

图2为现有技术中hplc双通道方案组网示意图；

图3为本发明基于hplc和微功率无线的双模组网流程图；

图4为本发明的一种组网示意图；

图5为本发明的另一种组网示意图；

图6为本发明应用于住宅小区的组网示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图3所示，一种基于hplc和微功率无线的双模组网方法，包括以下步骤：

1）设置一个集中器cco，所述集中器cco支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈，并且以所述集中器cco作为中心，在其周边的一定范围内布设在多个能与所述集中器cco通信的子节点sta；

所述子节点sta根据其所支持的通信协议以及与所述集中器cco的距离，可以分为第一子节点sta1、第二子节点sta2、第三子节点sta3和第四子节点sta4这四种不同种类的子节点；其中，

所述第一子节点sta1支持微功率无线rf协议，位于所述集中器cco的微功率无线rf协议通信范围之内；

所述第二子节点sta2支持标准hplc协议，位于所述集中器cco的hplc协议通信范围之内；

所述第三子节点sta3支持标准hplc和微功率无线rf双协议，位于所述集中器cco的hplc协议通信范围之内；

所述第四子节点sta4支持微功率无线rf协议，位于所述集中器cco的微功率无线rf协议通信范围之外，但位于所述第三子节点sta3的微功率无线rf协议通信范围之内；

需要说明的是，所述第四子节点sta4与所述第一子节点sta1可以是相同的仅支持rf协议模块，只是两者与所述集中器cco的距离存在位置差异。

为了保持对现有hplc和微功率无线rf的兼容性和互联互通性，以现有hplc和微功率rf协议为基础，在hplc协议的应用层增加一个报文端口号类型进行数据类型区分，例如增加类型0x13。现有端口号类型有0x12为升级业务，0x11为其它业务，现在新增0x13为hplc与rf数据包互转业务；把rf数据包整体作为hplc的应用层数据进行封装，端口号设置为0x13，使用sof包在hplc网络里传输。

2）同步档案后，所述集中器cco首先发起标准hplc组网流程，所有支持标准hplc协议的所述第二子节点sta2和所述第三子节点sta3都入网，从而完成hplc网络的组网；

3）然后发起微功率无线rf组网流程，其具体流程为：

3.1）所述集中器cco通过无线rf向外发出无线信标帧，同时在hplc网络里广播无线信标帧；

3.2）所述第一子节点sta1通过无线rf收到无线信标后，会在其时隙里通过无线rf向所述集中器cco直接发送再生信标；

3.3）所述第三子节点sta3通过hplc网络收到信标帧后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器cco发送再生信标，另一方面会经过通信协议的转换，改由无线rf向所述第四子节点sta4转发再生信标；

3.4）所述第四子节点sta4通过无线rf收到再生信标后，会在其时隙里通过无线rf向所述第三子节点sta3发送再生信标，从而完成微功率无线rf网络的信标转发；

4）接着进行收集场强，其具体流程为：

4.1）所述集中器cco通过微功率无线rf网络向外发出收集场强信号，同时在hplc网络里单播收集场强信号；

4.2）所述第一子节点sta1通过微功率无线rf网络收到收集场强信号后，会通过微功率无线rf网络对所述集中器cco直接做出收集场强应答；

4.3）所述第三子节点sta3通过hplc网络收到收集场强信号后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器cco做出收集场强应答，另一方面会经过通信协议的转换，改由微功率无线rf网络向所述第四子节点sta4转发收集场强信号；

4.4）所述第四子节点sta4通过微功率无线rf网络收到收集场强信号后，会通过微功率无线rf网络向所述第三子节点sta3做出收集场强应答；

4.5）所述第三子节点sta3通过微功率无线rf网络收到所述第四子节点sta4的收集场强应答后，会经过通信协议的转换，改由hplc网络向所述集中器cco转发所述第四子节点sta4的收集场强应答，从而完成收集场强;

5）最后进行配置子节点，其具体流程为：

5.1）进行配置子节点流程，所述集中器cco通过微功率无线rf网络向外发出配置子节点信号，同时在hplc网络里单播配置子节点信号；

5.2）所述第一子节点sta1通过微功率无线rf网络收到配置子节点信号后，会通过无线rf对所述集中器cco直接做出配置子节点应答；

5.3）所述第三子节点sta3通过hplc网络收到配置子节点信号后，一方面会在通过hplc网络直接向所述集中器cco做出配置子节点应答，另一方面会经过通信协议的转换，改由微功率无线rf网络向所述第四子节点sta4转发配置子节点信号；

5.4）所述第四子节点sta4通过微功率无线rf网络收到配置子节点信号后，会通过微功率无线rf网络向所述第三子节点sta3做出配置子节点应答；

5.5）所述第三子节点sta3通过微功率无线rf网络收到所述第四子节点sta4的配置子节点应答后，会经过通信协议的转换，改由hplc网络向所述集中器cco转发所述第四子节点sta4的配置子节点应答，从而完成配置子节点；

6）整个网络组网后，所述集中器cco通过标准hplc协议把所述第二子节点sta2和所述第三子节点sta3组入hplc网络中，所述集中器cco则通过微功率无线rf协议把所述第一子节点sta1组入微功率无线rf网络中，同时所述集中器cco将所述三子节点sta作为中继，通过微功率无线rf协议把所述第三子节点sta3和所述第四子节点sta4组入微功率无线rf网络中。

7）设置所述集中器cco的路径选择策略，采用以hplc网络为优先，微功率无线rf网络为补充的原则，即在抄写子节点数据时，首先使用高速的hplc网络进行通信，如果失败若干次后会使用微功率无线rf网络进行补抄写数据；在远距离微功率无线rf网络无法通讯的情况下，使用hplc网络中转无线rf数据，以实现微功率无线rf网络覆盖范围的有效扩展。

也就是说，支持标准hplc和微功率无线rf双协议的子节点如果同时在hplc和微功率无线rf两张网络里时，则该子节点会优先选择速度更快的hplc网络进行通信，只有在多次尝试通信失败后，才会再选择微功率无线rf网络进行通信。

作为优选的实施例，参见图4所示，组网后，所述集中器cco一方面通过微功率无线rf网络与所述第一子节点sta1-1，sta1-2通信连接，所述集中器cco另一方面通过hplc网络同时与所述第二子节点sta2-1，sta2-2和所述第三子节点sta3通信连接，所述第三子节点sta3通过微功率无线rf网络与所述第四子节点sta4-1，sta4-2，sta4-3通信连接，所述第三子节点sta3作为中继，负责hplc与rf转换，实现所述集中器cco与所述第四子节点sta4-1，sta4-2，sta4-3的远距离通信连接。

作为优选的实施例，参见图5所示，可以在图4实施例的基础上，选择其中一个或多个所述第二子节点sta2-3作为一级中继，并将所述第三子节点sta3作为二级中级。这样一来，可以在双模网络中增加第五子节点sta5-1，sta5-2，所述第五子节点sta5-1，sta5-2同样仅支持标准hplc协议，位于所述集中器cco的标准hplc协议通信范围之外，但位于所述集中器cco的hplc协议通信范围之内。

参见图5所示，组网后，所述集中器cco一方面通过微功率无线rf网络与所述第一子节点sta1-1，sta1-2通信连接，所述集中器cco另一方面通过hplc网络与所述第二子节点sta2-1，sta2-2，sta2-3通信连接，其中作为一级中继的那个所述第二子节点sta2-3除了可以通过hplc网络与一个或多个所述第三子节点sta3通信连接外，还可以继续通过hplc网络与一个或多个所述第五子节点sta5-1，sta5-2通信连接，所述第五子节点sta5-1，sta5-2通过与之对应的所述第二子节点sta2-3作为一级中继，实现与所述集中器cco的远距离通信连接，所述第三子节点sta3通过微功率无线rf网络与所述第四子节点sta4-1，sta4-2，sta4-3通信连接，所述第四子节点sta4-1，sta4-2，sta4-3通过对应的所述第三子节点sta3和对应的所述第二子节点sta2-3的两级中继，实现与所述集中器cco的远距离通信连接。

根据图5实施例的原理，本发明还可以在作为一级中继的那个所述第二子节点sta2-3和所述第三子节点sta3之间设置多层中继，从而满足更大的覆盖范围。

本发明采用的hplc通信技术，通信码率高于1mbps，使用输电线传输距离远；本发明采用微功率无线rf通信技术，不受输电线路限制，大功率用电设备噪音影响小。本发明将这两种通信技术以hplc优先，微功率无线rf补充的原则进行结合，发挥各自优势，从而组建稳定的双协议栈通信网络。

现有的双网方案都是独立的双网，hplc网络只能在电力线上传输组网，rf也只能使用无线传输组网，没有传输方式和协议之间的转换。而本发明在现有hplc网络的基础上，使微功率无线rf网络借助hplc协议及电力线进行传输转发传输，实现微功率无线rf的有线传输，不但范围扩大了，而且速度更快。

本发明的总体设计思想如下：

1、集中器cco和第三子节点sta3都支持标准hplc和微功率无线rf双协议栈，并支持各自协议独立组网，能与其它厂家标准hplc模块或微功率rf模块互联互通。

2、扩展hplc协议，使集中器cco和第三子节点sta3都具有使用hplc协议封装透传收发无线rf数据的能力。

3、组建微功率无线rf网络时，rf的数据包使用无线收发的同时，在hplc网络里使用hplc协议封装后进行同步收发，利用hplc传输距离和速度优势完善微功率无线rf网络。

以一个住宅小区为例，小区内有多栋单元楼，原来电表箱内装的是微功率无线rf模块，集中器每栋楼都至少需要安装一个，从而组建微功率无线rf网络。

参见图6所示，对现有的住宅小区进行改造，使用本发明的基于hplc和微功率无线的双模网络替换原有的微功率无线rf网络。自此，集中器cco被移到楼外的配电室内，单元楼内大部分用户电表的通信模块被替换为hplc通信模块，如用户电表1~3，只有一小部分用户电表可能由于各种原因无法替换，需要仍旧使用微功率无线rf模块，如用户电表5~7。并且在每栋楼中挑选至少一户位置适中的用户电表，在加装hplc通信模块的同时保留原有的微功率无线rf模块，使其作为中继，如用户电表4。

在图6中，用户电表1和2选用第五子节点sta5-1，sta5-2的模块，用户电表3选用第二子节点sta2的模块，并将其作为一级中继，用户电表1和2通过用户电表3与集中器cco通信，用户电表4选用第三子节点sta3的模块，并将其作为二级代理，用户电表5-7选用第四子节点sta4-1，sta4-2，sta4-3的模块，且用户电表5-7通过用户电表4的二级中继和用户电表3的一级中继与集中器cco通信。

改造完毕后，小区每栋楼内支持hplc协议的用户电表和支持微功率无线rf协议的用户电表实现混装，集中器距离支持hplc协议的用户电表的最近距离可以超过120米以上，同时维护hplc和微功率无线rf两张网络，且集中器将同时支持hplc/微功率无线rf双协议的那个用户电表作为中继，负责扩展无线rf网络的覆盖范围，实现双网优势互补，从而解决现有组网方案无法解决的覆盖范围小，通信速度慢，稳定性差等问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。