一种基于无线传感器网络的抄表系统及抄表方法与流程

本发明属于工业互联网领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的抄表系统及抄表方法。

背景技术：

现有的智能电表除了具备用电量的计量功能以外，还具有双向多费率计量、用户端本地或远程控制、多种模式的双向数据通信、防窃电等功能。

然而，伴随着社会的高速发展，智能电表的种类及数量不断增加，同一地点会存在海量的智能电表。智能电表在发送用电数据时，如果多个智能电表同时检测到同一个信道繁忙，且在等待一段时间之后，多个智能电表选取同一个退避时长作为竞争窗口，则不可避免地会出现因多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况，从而使得各用电数据相互干扰，这样，用电数据在传输的过程中容易丢失，影响了用电数据的可靠传输，不利于提高用电数据的传输效率。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种基于无线传感器网络的抄表系统，旨在解决现有抄表系统中，用电数据在传输的过程中容易丢失，不利于提高用电数据的传输效率的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种基于无线传感器网络的抄表系统，包括管理服务器、协调器和多个智能电表，所述智能电表内置有ZigBee模块和为所述ZigBee模块供电的锂电池，所述智能电表通过ZigBee模块接入无线传感器网络；

所述智能电表获取用电数据；

所述智能电表在预设时间段内，随机选取时间间隔，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数；

所述智能电表根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数；

所述智能电表根据预先建立的退避时长生成模型、所述信道负载指数、预设的退避指数初始值以及预设的退避指数最大值，生成退避时长；

所述智能电表每隔所述退避时长执行一次信道检测，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道；

所述智能电表通过所述信道将所述用电数据发送到所述协调器；

所述协调器接收所述用电数据后，通过互联网将所述用电数据传送给所述管理服务器；

其中，所述退避时长生成模型，具体为：

其中，BY为退避时长，M表示信道为忙的次数，N表示信道为空闲的次数，表示网络负载指数，PresetBE表示预设的退避指数初始值，MaxBE表示预设的退避指数最大值，Timeslot为时隙。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述抄表系统还包括：

设置在所述智能电表内，对当前位置进行定位，生成GPS坐标的GPS模块。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述ZigBee模块与所述GPS模块相连接，所述ZigBee模块还用于通过所述协调器，向管理服务器发送所述GPS坐标。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述抄表系统还包括：

设置在所述智能电表内，对当前位置进行定位，生成北斗坐标的北斗定位模块。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述ZigBee模块与所述北斗定位模块相连接，所述ZigBee模块还用于通过所述协调器，向管理服务器发送所述北斗坐标。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述信道检测模式为载波检测模式。

进一步地，在所述的抄表系统中，所述信道检测模式为能量门限检测模式。

本发明实施例的第二方面在于提供一种基于上述抄表系统的抄表方法，应用于所述智能电表，包括：

获取用电数据；

在预设时间段内，随机选取时间间隔，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数；

根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数；

根据预先建立的退避时长生成模型、所述信道负载指数、预设的退避指数初始值以及预设的退避指数最大值，生成退避时长；

每隔所述退避时长执行一次信道检测，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道；

通过所述信道将所述用电数据发送到所述协调器，以使所述协调器通过互联网将所述用电数据传送给所述管理服务器；

其中，所述退避时长生成模型，具体为：

其中，BT为退避时长，M表示信道为忙的次数，N表示信道为空闲的次数，表示网络负载指数，PresetBE表示预设的退避指数初始值，MaxBE表示预设的退避指数最大值，Timeslot为时隙。

进一步地，所述方法中，在所述通过所述信道将所述用电数据发送到所述协调器，以使所述协调器通过互联网将所述用电数据传送给所述管理服务器之后，所述方法还包括：

检测所述用电数据中的用电量是否达到预设阈值，当所述用电量达到预设阈值时，即时断电。

进一步地，所述方法中，在所述检测所述用电数据中的用电量是否达到预设阈值，当所述用电量达到预设阈值时，即时断电之后，所述方法还包括：

产生报警信号。

本发明的有益效果在于三方面，详述如下：

第一方面，信道负载指数与退避时长为正相关，信道负载指数的减小，退避时长也减少，在信道负载指数增大时，退避时长也增大，这样的好处是提高信道的网络吞吐量；

第二方面，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数，根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数，由于处于随机选取的时间间隔内，因此，每个智能电表的信道负载指数一般不同，因此，每个智能电表的退避指数一般也不同，因此，能有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况；

第三方面，随机选取退避指数，使得每个智能电表的退避时长更不同，因此，能进一步有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况，从而减少各用电数据相互干扰，进而提高用电数据的传输效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的抄表系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的抄表方法的实施流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1是本发明实施例提供的抄表系统的结构框图，详述如下：

一种基于无线传感器网络的抄表系统，包括管理服务器、协调器和多个智能电表，所述智能电表内置有ZigBee模块和为所述ZigBee模块供电的锂电池，所述智能电表通过ZigBee模块接入无线传感器网络；

所述智能电表获取用电数据；

所述智能电表在预设时间段内，随机选取时间间隔，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数；

所述智能电表根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数；

所述智能电表根据预先建立的退避时长生成模型、所述信道负载指数、预设的退避指数初始值以及预设的退避指数最大值，生成退避时长；

所述智能电表每隔所述退避时长执行一次信道检测，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道；

所述智能电表通过所述信道将所述用电数据发送到所述协调器；

所述协调器接收所述用电数据后，通过互联网将所述用电数据传送给所述管理服务器；

其中，所述退避时长生成模型，具体为：

其中，BT为退避时长，M表示信道为忙的次数，N表示信道为空闲的次数，表示网络负载指数，PresetBE表示预设的退避指数初始值，MaxBE表示预设的退避指数最大值，Timeslot为时隙。

其中，所述智能电表在预设时间段内，随机选取时间间隔，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数，能产生的技术效果为：由于处于随机选取的时间间隔内，因此每个智能电表的信道负载指数一般不同，每个智能电表的退避指数一般也不同，因此，每个智能电表选取相同退避时长的概率减少，因此，能有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况。

为便于说明，以预设时间段为3600ms，时间间隔为800ms为例，详述如下：

所述智能电表在1至3600ms内，随机选取800ms，在所述800ms内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数。

例如，所述智能电表在1至3600ms内，选取200至1000ms作为时间间隔，或者，选取600至1400ms作为时间间隔，在所述800ms内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数。

其中，管理服务器可以是网关，也可以是物联网接入点。网关又称网间连接器、协议转换器。

其中，从退避时长生成模型可知，BT和是正相关关系，信道负载指数的越小，退避时长越小在信道负载指数越大时，退避时长也越大，能产生的技术效果为：提高信道的网络吞吐量。

为便于说明，M表示信道为忙的次数，设为18；N表示信道为空闲的次数，设为10；为1.8；PresetBE表示预设的退避指数初始值，设为2；MaxBE表示预设的退避指数最大值，设为8，举例如下：

BT＝(2^{random{INT(1.8*2)，8}}-1)*Timeslot；

其中，random函数在3至8内，随机选取一个数，当选择的是3时，退避时长为7个时隙。时隙的大小为用户自设，或者系统设定，优先地，时隙设为0.5ms。这样，退避时长就为3.5ms。

其中，所述智能电表每隔所述退避时长执行一次信道检测，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道，具体为：

所述智能电表每隔所述退避时长执行一次信道检测，同时检测退避计时器的时间是否减小到零，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道。

其中，退避计时器的时间为用户自设，或者系统设定，在此不做限制。

其中，每个ZigBee模块都有一个唯一的国际移动用户识别码，在无线传感器网络中，协调器通过国际移动用户识别码识别不同的ZigBee模块，进而识别不同的智能电表。

其中，所述信道检测模式为载波检测模式或能量门限检测模式。由于载波检测模式或能量门限检测模式为常见的信道检测模式，具体实施过程，在此不做赘述。

信道负载指数就是智能电表根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，用于描述信道的负荷情况。

在本发明实施例中，有益效果在于三方面，详述如下：

第一方面，信道负载指数与退避时长为正相关，信道负载指数的减小，退避时长也减少，在信道负载指数增大时，退避时长也增大，能产生的技术效果为：提高信道的网络吞吐量；

第二方面，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数，根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数，由于处于随机选取的时间间隔内，因此每个智能电表的信道负载指数一般不同，每个智能电表的退避指数一般也不同，因此，每个智能电表选取相同退避时长的概率减少，因此，能有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况；

第三方面，随机选取退避指数，使得每个智能电表的退避时长更不同，因此，能进一步有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况，从而减少各用电数据相互干扰，进而提高用电数据的传输效率。

实施例二

图2是本发明实施例提供的抄表方法的实施流程图，详述如下：

S201，获取用电数据；

S202，在预设时间段内，随机选取时间间隔，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数；

S203，根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数；

S204，根据预先建立的退避时长生成模型、所述信道负载指数、预设的退避指数初始值以及预设的退避指数最大值，生成退避时长；

S205，每隔所述退避时长执行一次信道检测，若检测到信道空闲且退避计时器的时间减小到零时，就接入所述信道；

S206，通过所述信道将所述用电数据发送到所述协调器，以使所述协调器通过互联网将所述用电数据传送给所述管理服务器；

其中，所述退避时长生成模型，具体为：

其中，BT为退避时长，M表示信道为忙的次数，N表示信道为空闲的次数，表示网络负载指数，PresetBE表示预设的退避指数初始值，MaxBE表示预设的退避指数最大值，Timeslot为时隙。

在本发明实施例中，有益效果在于三方面，详述如下：

第一方面，信道负载指数与退避时长为正相关，信道负载指数的减小，退避时长也减少，在信道负载指数增大时，退避时长也增大，能产生的技术效果为：提高信道的网络吞吐量；

第二方面，在随机选取的时间间隔内，采用预设的信道检测模式，检测无线传感器网络的信道，得到信道为忙的次数与信道为空闲的次数，根据信道为忙的次数与信道为空闲的比值，生成信道负载指数，由于处于随机选取的时间间隔内，因此每个智能电表的信道负载指数一般不同，每个智能电表的退避指数一般也不同，因此，每个智能电表选取相同退避时长的概率减少，因此，能有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况；

第三方面，随机选取退避指数，使得每个智能电表的退避时长更不同，因此，能进一步有利于减少多个智能电表同时发送用电数据而发生用电数据碰撞的情况，从而减少各用电数据相互干扰，进而提高用电数据的传输效率。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现。所述的程序可以存储于可读取存储介质中，所述的存储介质，如随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。