电力线载波网络抄表方法与流程

本发明属于低压电力线扩频载波通信技术领域，尤其涉及一种基于数据统计的电力线载波网络抄表方法。

背景技术：

近年来，低压电力线扩频载波通信由于具有投资少、见效快、与电网建设同步等优点，已在智能电表抄表领域大量应用，但采用电力线载波通信抄表还存在以下问题：

1、电网内所接入的用电设备的使用情况会影响电网阻抗，从而影响点对点通信距离，不同用电环境下载波点对点通信距离存在较大偏差；

2、目前的电力线载波抄表网络中，由载波路由模块(主节点)负责从节点路由的通信资源的分配和管理，从节点不计算路由路径，只负责接收和转发抄表通信报文，通信方式单一；

3、电力线扩频载波通信速率较低，通过路径尝试组建电力线载波抄表路由网络需要花费很大的时间代价。

基于以上因素，电力线载波抄表网络是一种时变的、当环境变化时难以及时调整的网络，环境的变化会影响整个网络的抄表成功率，而重新适应的时间周期会很长，对于从节点数量比较大的电力线载波抄表网络尤其如此。

图1和图2所示为环境良好以及环境恶劣时的路由网络的示意图，下面以从节点1、2、3为例对网络通信情况进行说明。环境良好时，从节点1、2、3都能与主节点(路由模块)直接通信，其中，从节点3最靠近直抄圈，通过其作为中继节点，可以有效的抄回数量最多的需要一级中继的从节点，从节点2次之，从节点1再次之；但是当环境恶劣时，从节点3可能无法与路由模块直接通信，以其作为中继节点的一级中继从节点也因此而无法抄读回来，由于从节点3及以从节点3为中继的一级中继从节点无法按原有路径与主节点通信，网络部分节点的路径失效，需要重新寻找新的中继路径，花费很大的时间代价，从而导致电力线载波抄表网络的抄表成功率随环境变化产生较大的波动。

从节点1最靠近主节点，其与路由模块直接通信的成功率和RSSI值都是最佳的，受环境变动的影响也最小，因此与主节点的通信成功率是从节点1最优，从节点2次之，从节点3再次之。如果以最靠近主节点的从节点1作为中继节点，由于其与直抄圈距离较远，只能中继抄读回来一小部分紧挨着直抄圈的一级中继从节点，甚至一个从节点也无法中继抄读回来，如果以其作为中继节点去探索中继路径，可能会损失大量时间，从而影响电力线载波网络的组建和维系效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可提高抄表稳定性和网络自修复速度的电力线载波网络抄表方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电力线载波网络抄表方法，包括以下步骤：

S100、主节点与所有从节点直接通信K次，记录每个与主节点直接通信成功的从节点的RSSI值以及该从节点与主节点的通信成功次数，并根据通信成功次数计算出每个通信成功的从节点的抄表成功率，对各直接通信成功的从节点的RSSI值及抄表成功率进行加权平均计算，依据计算出来的加权平均值将各直抄从节点进行分级，并更新RANK[LEVEL_0]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，m＝1,…,M；

从RANK表中选取加权平均值等级较高的从节点作为N级中继节点，执行下一步，此时N＝1；

S200、N级中继节点与所有未与N-1级中继节点成功通信的从节点进行N级中继通信，记录每个中继通信成功的从节点的RSSI值及该从节点与N级中继节点的通信成功次数，并根据通信成功次数计算出每个通信成功的从节点的抄表成功率，同时记录每个中继通信成功的从节点作为中继节点探索未知路径上从节点的中继成功率，对各通信成功的从节点的RSSI值、抄表成功率及中继成功率进行加权平均计算并分级，更新RANK[LEVEL_N]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，执行下一步；

S300、判断是否N＞7或者所有从节点是否都已经纳入电力线载波抄表网络，只要满足以上任意一个条件，则结束；否则令N＝N+1，从RANK表中选取等级较高的从节点作为N级中继节点，返回步骤S200，继续组网抄表。

进一步的，当N-1＝0时N-1级中继节点为路由模块。

进一步的，所述步骤S100中RSSI值和抄表成功率的权重分别为50％、50％。

进一步的，所述步骤S200中中继成功率、RSSI值及抄表成功率的权重分别为50％、25％、25％。

进一步的，所述步骤S100中选取加权平均值等级为1、2、3级的从节点作为N级中继节点。

进一步的，所述步骤S300中选取加权平均值等级为1、2、3级的从节点作为N级中继节点。

由以上技术方案可知，本发明的抄表方法通过数据统计，在主节点寻找中继路径抄表时，充分考虑了各从节点的RSSI值、历史抄表成功率、历史中继成功率，并通过加权平均计算，使得最合适的路由中继节点总会被最优先的选取，既充分考虑了电力线复杂多变的特点，使得路由模块组建的电力线载波抄表网络具有很强的适应性，也充分考虑了过往数据，使得路由模块运行性能会随着运行时间的增加而变得越来越优异，具有优异的学习能力。本发明的抄表方法解决了目前电力线窄带载波路由因通信速率慢、只支持点对点主从式通信、易受电网用电设备干扰等缺陷导致的电力线载波网络稳定性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为环境良好时路由网络的示意图；

图2为环境恶劣时路由网络的示意图；

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

本发明方法的基本思路是：在电力线扩频载波路由运行的过程中，在选择中继节点时，综合各从节点的RSSI值、抄表成功率和中继成功率这三个因素，通过数据统计出优先考虑的中继节点，既兼顾到链路的稳定性，又兼顾到未知路径探索的效率，从而提高电力线载波抄表网络的稳定性。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图3为本发明方法的流程图，下面结合流程图对本发明方法进行详细说明。如图3所示，本发明抄表方法的步骤如下：

S100、主节点与所有从节点直接通信K次(K可为任意整数)，记录每个与主节点直接通信成功的从节点的RSSI值以及该从节点与主节点的通信成功次数(即抄表成功次数)，并根据通信成功次数计算出每个通信成功的从节点的抄表成功率，对各直接通信成功的从节点(直抄从节点)的RSSI值及抄表成功率进行加权平均计算，将各直抄从节点依据计算出来的加权平均值进行分级，更新RANK[LEVEL_0]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，m＝1,…,M，M可为任意整数，本实施例的M＝5，1级为加权平均值最高的级别，5级为加权平均值最低的级别，将节点进行分级时分为几级以及每个级别的加权平均值的范围可根据网络情况及节点数量进行调整，步骤S100的RSSI值和抄表成功率的权重分别为50％、50％；本发明的RSSI值是指从节点作为目的节点时的接收信号强度值，加权平均计算时从节点的RSSI值可为多次通信的平均值；

从RANK表的RANK[LEVEL_N-1]中选取加权平均值等级较高的从节点作为N级中继节点，执行下一步，此时N＝1；例如可选取加权平均值等级为1、2、3级的从节点作为N级中继节点，从1级的从节点开始优先尝试；

S200、N级中继节点与所有未与N-1级中继节点成功通信的从节点进行K次N级中继通信，记录每个中继通信成功的从节点的RSSI值以及该从节点与N级中继节点的通信成功次数，并根据通信成功次数计算出每个通信成功的从节点的抄表成功率，同时记录每个中继通信成功的从节点作为中继节点探索未知路径上从节点的中继成功率，对各通信成功的从节点的RSSI值、抄表成功率及中继成功率进行加权平均计算并分级，更新RANK[LEVEL_N]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，执行下一步；当N-1＝0时，所述N-1级中继节点为路由模块；

例如，当N＝1执行步骤S200时，选取步骤S100得到的RANK[LEVEL_0]表中加权平均值等级为1、2、3级的从节点作为1级中继节点，从加权平均值等级为1的从节点开始优先尝试，1级中继节点与所有未和路由模块直接通信成功的从节点进行1级中继通信，记录下每个与1级中继节点通信成功的从节点作为目的节点时的RSSI值以及与1级中继节点通信成功的次数，计算出抄表成功率，同时以1级中继通信成功的从节点作为中继节点对未知路径上的从节点进行探测，记录从节点的中继成功率，将1级中继通信成功的从节点的中继成功率、RSSI值及抄表成功率进行加权平均计算，并分级，更新RANK[LEVEL_1]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，加权平均计算时，中继成功率、RSSI值及抄表成功率的权重分别为50％、25％、25％；

当N＝2执行步骤S200时，从RANK[LEVEL_1]表中选取加权平均值等级为1、2、3级的从节点作为2级中继节点，同样从等级为1的从节点开始优先尝试，2级中继节点与所有未和1级中继节点直接通信成功的从节点进行2级中继通信，记录下每个与2级中继节点通信成功的从节点作为目的节点时的RSSI值以及与2级中继节点通信成功的次数，计算出抄表成功率，同时以2级中继通信成功的从节点作为中继节点对未知路径上的从节点进行探测，记录从节点的中继成功率，将2级中继通信成功的从节点的中继成功率、RSSI值及抄表成功率同样按50％、25％、25％的权重进行加权平均计算，并分级，更新RANK[LEVEL_2]＝[r₁,…,r_m,…,r_M]至RANK表，以此类推；

S300、判断是否N＞7或者所有从节点是否都已经纳入电力线载波抄表网络，只要满足以上任意一个条件，则结束；否则令N＝N+1，从RANK表的RANK[LEVEL_N-1]中选取等级较高的从节点作为N级中继节点，返回步骤S200，继续组网抄表。

本发明综合考虑节点的历史通信成功率、中继通信成功率和节点的RSSI值，对中继从节点的选择更合理，避开了临界范围段内的不稳定从节点，使得电力线载波抄表网络的路由构建更加合理。而且，随着运行过程的持续增长，路由模块对电力线载波环境的变化的适应能力会得到持续增强，从而达到提高电力线载波网络的抄表稳定性、网络故障修复及时性和网络抄表成功率的目的，同时对于电力线载波抄表网络的组建与维护也会显著的缩小耗时，对于从节点数量较大的网络尤其明显。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。