一种HPLC和微功率无线设备混装的抄表网络及方法与流程

一种hplc和微功率无线设备混装的抄表网络及方法
技术领域
1.本发明属于用电信息采集及物联网领域，具体涉及一种hplc和微功率无线设备混装的抄表网络及方法。


背景技术：

2.现在低压电力配网上应用的通信模块分单模和双模两大类，单模主要是hplc载波和微功率无线rf这两种方案，双模主要是hplc/rf双通道单网和hplc/rf双协议栈双网这两种方案。
3.微功率无线rf单模方案属于上一代产品，逐渐被市场淘汰，并被hplc载波单模方案和双模方案取代。这些方案在实现抄表前都必须先组网，通信模块只有入网后才可实现抄读功能，并且无法实现对原有微功率rf设备的完美兼容。
4.hplc载波单模方案如图1所示，图1中h代表hplc，黑实线代表hplc网络，cco和sta1~sta6是hplc单模模块，sta7~sta8是标准微功率无线rf单模模块。由于hplc载波单模方案只支持hplc协议，因此sta1~sta6通过hplc都能入网实现抄表，但是sta7~sta8无法入网，无法实现抄表。
5.hplc/rf双通道单网方案如图2所示，图2中h代表hplc，r代表微功率无线rf，黑实线代表hplc网络，虚线代表无线信号，cco和sta1~sta6是hplc/rf双通道双模模块，sta7~sta8是标准微功率无线rf单模模块。sta1~sta6通过hplc都能入网实现抄表，在hplc信号被干扰的情况下才使用微功率无线rf信号进行转发hplc数据，实现抄表。由于hplc/rf双通道单网方案不支持标准微功率无线协议，从而导致sta7~sta8无法入网，无法实现抄表。
6.hplc/rf双协议栈双网方案如图3所示，图3中h代表hplc，r代表微功率无线，黑实线代表hplc网络，虚线代表无线信号，cco和sta1~sta6是hplc/rf双协议栈双模模块，sta7~sta8是标准微功率无线rf单模模块。sta1~sta6可以通过hplc和微功率rf入网，sta7~sta8可以通过微功率rf入网，实现抄表。但当sta1~sta6之间距离超过微功率无线rf通信距离时，微功率无线rf网络将组建不完整，从而导致sta7~sta8也无法入网抄表。
7.由此可以看出，上述现有的通信方案存在以下几个缺陷：（1）hplc载波单模方案只能组具有hplc协议栈的模块入网，实现抄表，对于原本支持微功率rf设备，则无法进行组网抄表，需要全部更换微功率设备，施工难，费用高；（2）hplc/rf双通道单网方案无法解决与微功率无线rf的互联互通，且位于通信两端的模块都需要更换，现场施工难度大；（3）hplc/rf双协议栈双网方案由于微功率覆盖范围小，因此对于距离远信号弱等场景无法实现微功率无线rf完全入网；（4）为了抄读分散的微功率无线rf模块数据，需要搭建相应的环境使模块入网，难度大，费用高。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种hplc和微功率无线设备混装的抄表网络及方法，在组建hplc网络的基础上结合微功率无线技术对混装但未入网的微功率模块进行数据读写，实现载波与微功率的低成本融合。
9.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hplc和微功率无线设备混装的抄表网络，包括hplc中央协调器、hplc单模模块、hplc/rf双模模块和rf单模模块；所述hplc中央协调器支持标准单模hplc协议栈，并且支持ii型采集器设备类型的连接；所述hplc单模模块支持标准的单模hplc协议栈；所述hplc/rf双模模块支持hplc和rf双模协议栈，具有标准hplc协议与标准微功率无线之间的数据转发的功能；所述rf单模模块支持标准单模微功率rf协议栈；所述hplc中央协调器启动组网，所述hplc单模模块、所述hplc/rf双模模块通过hplc协议入网，且所述hplc/rf双模模块以ii型采集器的设备类型入网，所述hplc中央协调器直接管理已入网的所述hplc单模模块和所述hplc/rf双模模块，同时，所述hplc中央协调器通过所述hplc/rf双模模块管理所述hplc/rf双模模块周围未入网的所述rf单模模块，所述rf单模模块作为所述hplc/rf双模模块下挂载的设备。
10.进一步的，所述hplc中央协调器直接通过所述hplc/rf双模模块管理所述hplc/rf双模模块周围未入网的所述rf单模模块；或所述hplc中央协调器经过至少一个所述hplc单模模块后，再通过所述hplc/rf双模模块管理所述hplc/rf双模模块周围未入网的所述rf单模模块。
11.进一步的，所述hplc中央协调器同时支持hplc透传抄表和并发抄表。
12.进一步的，所述hplc/rf双模模块所具有的标准hplc协议与标准微功率无线之间的数据转发的功能，具体体现为，具有分别与标准hplc模块和标准微功率模块进行数据交互的能力，具有识别广播地址抄表和单播地址抄表的能力，具有数据帧的拆分与重组的能力，以及具有标准hplc协议和标准微功率无线协议之间的数据转换的能力，实现标准hplc模块和标准微功率模块的互通。
13.进一步的，所有入网的所述hplc/rf双模模块均通过hplc协议直接在网内与所述hplc中央协调器通信，受所述hplc中央协调器的直接管理；在某个所述hplc/rf双模模块因线路受干扰未能入网，从而暂时形成未入网hplc/rf双模模块时，所述未入网hplc/rf双模模块先通过微功率无线协议与就近的一个入网的所述hplc/rf双模模块通信，再由该个入网的所述hplc/rf双模模块通过hplc协议在网内与所述hplc中央协调器通信，受所述hplc中央协调器的间接管理。
14.进一步的，所述hplc中央协调器安装在小区的配电室或控制室中，所述hplc/rf双模模块安装在小区每家用户的智能电表中，或者选择性地安装在部分用户的智能电表中，所述rf单模模块安装在小区每家用户的智能水表、智能气表及其他计量表中，以及安装在未安装所述hplc/rf双模模块的智能电表中，且安装所述hplc/rf双模模块的智能电表与安装rf单模模块的智能电表的距离在标准微功率无线协议的通信范围内。
15.一种hplc和微功率无线设备混装抄表方法，包括以下步骤：1）同步档案后，hplc中央协调器发起标准hplc组网流程，hplc单模模块通过hplc协议入网，hplc/rf双模模块以ii型采集器的设备类型通过hplc协议入网，rf单模模块未入网；2）由于所述rf单模模块作为支持标准单模微功率rf协议栈的微功率模块而未能入网，因此在首次抄读所述rf单模模块时，所述hplc中央协调器采用hplc协议发起广播抄表，向周围在网络的发出hplc广播抄表帧；3）hplc广播抄表帧经过所述hplc单模模块到达所述hplc/rf双模模块后，所述hplc/rf双模模块会把hplc抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并在微功率rf公共信道上转发该微功率抄表帧；4）所述rf单模模块收到微功率抄表帧后，根据抄读地址判断是否为自己的表地址，若不是自己的表地址则不作应答，若是自己的表地址则向所述hplc/rf双模模块发送微功率回复数据，应答抄表数据；5）所述hplc/rf双模模块在收到所述rf单模模块应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据并转发应答给所述hplc中央协调器；6）所述hplc中央协调器在收到所述hplc/rf双模模块转发的hplc回复数据后，建立所述hplc/rf双模模块与所述rf单模模块之间的对应关系，将所述rf单模模块挂载到所述hplc/rf双模模块下进行管理；7）再次抄读所述rf单模模块时，所述hplc中央协调器根据所述hplc/rf双模模块与所述rf单模模块之间的对应关系，直接采用hplc协议发起单播抄表，向对应的所述hplc/rf双模模块发送hplc单播抄表帧；8）hplc单播抄表帧到达对应的所述hplc/rf双模模块后，对应的所述hplc/rf双模模块会把hplc单播抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并发送给挂载在其下的所述rf单模模块；9）需要抄读的所述rf单模模块在收到微功率抄表帧后，向其所属的所述hplc/rf双模模块发送微功率回复数据；10）所述hplc/rf双模模块在收到其下挂载的所述rf单模模块应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据，并转发应答给所述hplc中央协调器。
16.进一步的，某些所述hplc/rf双模模块会因线路受到干扰无法入网，从而暂时作为未入网hplc/rf双模模块，进而在抄读所述未入网hplc/rf双模模块时，所述hplc中央协调器经所述hplc单模模块后，通过就近的一个所述hplc/rf双模模块对所述未入网hplc/rf双模模块进行抄表。
17.进一步的，在首次抄读所述未入网hplc/rf双模模块时，具体步骤如下：1）所述hplc中央协调器采用hplc协议发起广播抄表，向周围发出hplc广播抄表帧；2）hplc广播抄表帧经过所述hplc单模模块到达入网的所述hplc/rf双模模块后，所述hplc/rf双模模块会把hplc抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并在微功率rf公共信道上转发该微功率抄表帧；3）所述未入网hplc/rf双模模块收到微功率抄表帧后，根据抄读地址判断是否为
自己的表地址，若不是自己的表地址则不作应答，若是自己的表地址则向就近的一个所述hplc/rf双模模块发送微功率回复数据，应答抄表数据；4）就近的所述hplc/rf双模模块在收到所述未入网hplc/rf双模模块应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据并转发应答给所述hplc中央协调器；5）所述hplc中央协调器在收到对应的所述hplc/rf双模模块转发的hplc回复数据后，建立该个所述hplc/rf双模模块与所述未入网hplc/rf双模模块之间的对应关系，将所述未入网hplc/rf双模模块暂时挂载到就近的该个所述hplc/rf双模模块下进行管理。
18.进一步的，在再次抄读所述未入网hplc/rf双模模块时，具体步骤如下：1）所述hplc中央协调器根据所述hplc/rf双模模块与所述未入网hplc/rf双模模块之间的对应关系，直接采用hplc协议发起单播抄表，向对应的所述hplc/rf双模模块发送hplc单播抄表帧；2）hplc单播抄表帧到达对应的所述hplc/rf双模模块后，对应的所述hplc/rf双模模块会把hplc单播抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并发送给挂载在其下的所述未入网hplc/rf双模模块；3）需要抄读的所述未入网hplc/rf双模模块在收到微功率抄表帧后，向其所属的所述hplc/rf双模模块发送微功率回复数据；4）所述hplc/rf双模模块在收到其下挂载的所述未入网hplc/rf双模模块应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据，并转发应答给所述hplc中央协调器。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用符合国网技术规范标准的hplc通信技术构建hplc网络，并在某些hplc单模模块上增加微功率rf协议栈，形成hplc/rf双模模块，这一方面充分发挥了hplc传输速度快、传输距离远的优势，另一方面则利用hplc/rf双模模块可以完成hplc协议数据与微功率rf协议数据的相互转换，从而实现hplc中央协调器对hplc网络外围的rf单模模块的数据交互。
20.具体应用在小区电表的升级改造时，只需选择合适位置的电表，将其hplc单模模块升级更换为hplc/rf双模模块即可，这样升级后的电表既可以使用hplc网络抄读电表数据，又可以通过微功率rf转发抄取周围家庭中智能水、气表的数据。因此本发明的方案只需在维持原有小区网络的基础上，更换部分模块即可实现，无需更换cco和其它配置，施工简单方便，成本低，同时也可以解决部分电表无法更换hplc模块导致的无法抄读问题，以最小的成本解决了台区内部分rf单模模块的混装问题，有利于推广智能电网、物联网和大数据应用。
21.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
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，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单模网络示意图；
图2为现有技术中hplc/rf双通道单网方案组网示意图；图3为现有技术中hplc/rf双协议栈双网方案组网示意图；图4为本发明第一种实施例的hplc/rf双协议组网示意图；图5为本发明第二种实施例的hplc/rf双协议组网示意图；图6为本发明第三种实施例的hplc/rf双协议组网示意图；图7为本发明的hplc/rf双协议组网流程图。
具体实施方式
23.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
24.参见图4-5所示，一种hplc和微功率无线设备混装的抄表网络，包括hplc中央协调器cco、hplc单模模块sta1、hplc/rf双模模块sta2和rf单模模块sta3；图4和图5中，h代表hplc，r代表微功率无线，黑实线代表hplc网络，虚线代表无线信号；所述hplc中央协调器cco支持标准单模hplc协议栈，以及同时支持hplc透传抄表和并发抄表，并且支持ii型采集器设备类型的连接；所述hplc单模模块sta1支持标准的单模hplc协议栈；所述hplc/rf双模模块sta2支持hplc和rf双模协议栈，具有标准hplc协议与标准微功率无线之间的数据转发的功能；其具体表现为：具有分别与标准hplc模块和标准微功率模块进行数据交互的能力，具有识别广播地址抄表和单播地址抄表的能力，具有数据帧的拆分与重组的能力，以及具有标准hplc协议和标准微功率无线协议之间的数据转换的能力，实现标准hplc模块和标准微功率模块的互通；所述rf单模模块sta3支持标准单模微功率rf协议栈；所述hplc中央协调器cco启动组网，所述hplc单模模块sta1、所述hplc/rf双模模块sta2通过hplc协议入网，且所述hplc/rf双模模块sta2以ii型采集器的设备类型入网，所述hplc中央协调器cco直接管理已入网的所述hplc单模模块sta1和所述hplc/rf双模模块sta2，同时，所述hplc中央协调器cco直接通过所述hplc/rf双模模块sta2管理所述hplc/rf双模模块sta2周围未入网的所述rf单模模块sta3；或所述hplc中央协调器cco经过至少一个所述hplc单模模块sta1后，再通过所述hplc/rf双模模块sta2管理所述hplc/rf双模模块sta2周围未入网的所述rf单模模块sta3，所述rf单模模块sta3作为所述hplc/rf双模模块sta2下挂载的设备。
25.参见图4-5所示，在线路没有受到干扰的情况下，所有入网的所述hplc/rf双模模块sta2均通过hplc协议直接在网内与所述hplc中央协调器cco通信，受所述hplc中央协调器cco的直接管理。参见图6所示，当在某个所述hplc/rf双模模块sta2因线路受干扰未能入网时，此时这些所述hplc/rf双模模块sta2暂时转变为未入网hplc/rf双模模块sta4，图6中，h代表hplc，r代表微功率无线，黑实线代表hplc网络，虚线代表无线信号；所述未入网hplc/rf双模模块sta4先通过微功率无线协议与就近的一个入网的所述hplc/rf双模模块sta2通信，再由该个入网的所述hplc/rf双模模块sta2通过hplc协议在网内与所述hplc中央协调器cco通信，受所述hplc中央协调器cco的间接管理。
26.在实际应用中，所述hplc中央协调器cco可以安装在小区的配电室或控制室中，所述hplc/rf双模模块sta2则安装在小区每家用户的智能电表中，所述rf单模模块sta3则安
装在小区每家用户的智能水表、智能气表及其他计量表中，或者直接是智能水表、智能气表或其他计量表中原有的标准微功率模块。
27.所述hplc/rf双模模块sta2也可以选择性地安装在一部分用户的智能电表中，换装所述hplc/rf双模模块sta2的智能电表需要挑选合适的位置，即需要位于若干个原有采用标准微功率模块的电表的中间位置，且在标准微功率无线协议的通信范围内。
28.参见图7所示，一种hplc和微功率无线设备混装抄表方法，包括以下步骤：1）同步档案后，hplc中央协调器cco发起标准hplc组网流程，hplc单模模块sta1通过hplc协议入网，hplc/rf双模模块sta2以ii型采集器的设备类型通过hplc协议入网，rf单模模块sta3未入网；2）由于所述rf单模模块sta3作为支持标准单模微功率rf协议栈的微功率模块而未能入网，因此在首次抄读所述rf单模模块sta3时，所述hplc中央协调器cco采用hplc协议发起广播抄表，向周围在网络的发出hplc广播抄表帧；3）hplc广播抄表帧经过所述hplc单模模块sta1到达所述hplc/rf双模模块sta2后，所述hplc/rf双模模块sta2会把hplc抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并在微功率rf公共信道上转发该微功率抄表帧；4）所述rf单模模块sta3收到微功率抄表帧后，根据抄读地址判断是否为自己的表地址，若不是自己的表地址则不作应答，若是自己的表地址则向所述hplc/rf双模模块sta2发送微功率回复数据，应答抄表数据；5）所述hplc/rf双模模块sta2在收到所述rf单模模块sta3应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据并转发应答给所述hplc中央协调器cco；6）所述hplc中央协调器cco在收到所述hplc/rf双模模块sta2转发的hplc回复数据后，建立所述hplc/rf双模模块sta2与所述rf单模模块sta3之间的对应关系，将所述rf单模模块sta3挂载到所述hplc/rf双模模块sta2下进行管理；7）再次抄读所述rf单模模块sta3时，所述hplc中央协调器cco根据所述hplc/rf双模模块sta2与所述rf单模模块sta3之间的对应关系，直接采用hplc协议发起单播抄表，向对应的所述hplc/rf双模模块sta2发送hplc单播抄表帧；8）hplc单播抄表帧到达对应的所述hplc/rf双模模块sta2后，对应的所述hplc/rf双模模块sta2会把hplc单播抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并发送给挂载在其下的所述rf单模模块sta3；9）需要抄读的所述rf单模模块sta3在收到微功率抄表帧后，向其所属的所述hplc/rf双模模块sta2发送微功率回复数据；10）所述hplc/rf双模模块sta2在收到其下挂载的所述rf单模模块sta3应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据，并转发应答给所述hplc中央协调器cco。
29.11）某些所述hplc/rf双模模块sta2会因线路受到干扰无法入网，从而暂时作为未入网hplc/rf双模模块sta4，在首次抄读所述未入网hplc/rf双模模块sta4时，所述hplc中央协调器cco采用hplc协议发起广播抄表，向周围发出hplc广播抄表帧；12）hplc广播抄表帧经过所述hplc单模模块sta1到达入网的所述hplc/rf双模模块sta2后，所述hplc/rf双模模块sta2会把hplc抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并在微功率rf公共信道上转发该微功率抄表帧；
13）所述未入网hplc/rf双模模块sta4收到微功率抄表帧后，根据抄读地址判断是否为自己的表地址，若不是自己的表地址则不作应答，若是自己的表地址则向就近的一个所述hplc/rf双模模块sta2发送微功率回复数据，应答抄表数据；14）就近的所述hplc/rf双模模块sta2在收到所述未入网hplc/rf双模模块sta4应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据并转发应答给所述hplc中央协调器cco；15）所述hplc中央协调器cco在收到对应的所述hplc/rf双模模块sta2转发的hplc回复数据后，建立该个所述hplc/rf双模模块sta2与所述未入网hplc/rf双模模块sta4之间的对应关系，将所述未入网hplc/rf双模模块sta4暂时挂载到就近的该个所述hplc/rf双模模块sta2下进行管理。
30.16）在再次抄读所述未入网hplc/rf双模模块sta4时，所述hplc中央协调器cco根据所述hplc/rf双模模块sta2与所述未入网hplc/rf双模模块sta4之间的对应关系，直接采用hplc协议发起单播抄表，向对应的所述hplc/rf双模模块sta2发送hplc单播抄表帧；17）hplc单播抄表帧到达对应的所述hplc/rf双模模块sta2后，对应的所述hplc/rf双模模块sta2会把hplc单播抄表帧重组、转换为微功率抄表帧，并发送给挂载在其下的所述未入网hplc/rf双模模块sta4；18）需要抄读的所述未入网hplc/rf双模模块sta4在收到微功率抄表帧后，向其所属的所述hplc/rf双模模块sta2发送微功率回复数据；19）所述hplc/rf双模模块sta2在收到其下挂载的所述未入网hplc/rf双模模块sta4应答的微功率回复数据后，再重组、转换为hplc回复数据，并转发应答给所述hplc中央协调器cco。
31.以一个居民小区为例，原来小区每家用户电表箱内装的都是标准微功率模块，每家用户家里还使用了支持微功率协议的智能水表、智能气表等计量表，使用微功率网络已经实现了各种智能表的抄表功能。
32.但随着技术的更新换代，该小区也逐步把老旧设备进行淘汰升级，小区每家用户原有电表箱内的标准微功率无线模块被替换为标准hplc模块，这就导致小区每家用户原有的支持微功率协议的智能水表、智能气表的数据无法抄读。
33.现有的解决方案主要是在台区内同时使用支持hplc协议和支持微功率协议的两个集中器cco，支持hplc协议的集中器负责换装标准hplc模块的电表的抄读，支持微功率协议的集中器负责例如支持微功率协议的智能水表、智能气表以及其它微功率无线表的抄读，维护双网络成本较高。
34.本发明采用符合国网技术规范标准的hplc通信技术构建hplc网络，并在某些hplc单模模块sta1上增加微功率rf协议栈，形成hplc/rf双模模块sta2，从而实现hplc协议与微功率rf协议之间的数据转发，达到hplc中央协调器cco对hplc网络外围的rf单模模块sta3的数据抄读。
35.本发明一方面充分发挥hplc传输速度快、传输距离远的优势，组建hplc网络，另一方面在hplc网络边缘利用hplc/rf双模模块sta2，完成hplc协议数据与微功率rf协议数据的相互转换，从而实现hplc中央协调器cco对hplc网络外围的rf单模模块sta3的数据交互。
36.hplc/rf双模模块sta2是以ii型采集器的设备类型组入hplc网络的，而与hplc/rf
双模模块sta2进行数据交互的rf单模模块sta3则被视作ii型采集器下挂载的设备，hplc中央协调器cco通过这些位于hplc网络边缘的hplc/rf双模模块sta2实现对位于hplc网络外围的rf单模模块sta3的管理，进而实现hplc网络对末端分散无法入网的微功率无线模块的抄读。
37.在升级改造的小区里，只需选择合适位置的电表，将其hplc单模模块升级更换为hplc/rf双模模块，这样升级后的电表既可以使用hplc网络抄读电表数据，又可以通过微功率rf转发抄取周围家庭中智能水、气表的数据。因此本发明的方案在维持原有网络的基础上，更换部分模块即可实现，无需更换cco和其它配置，施工简单方便，成本低，同时也可以解决部分电表无法更换hplc模块导致的无法抄读问题，以最小的成本解决了台区内部分rf单模模块的混装问题。
38.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。