一种用电信息采集传输的方法及系统与流程

1.本发明涉及通信技术领域，具体地涉及一种用电信息采集传输的方法和系统。


背景技术：

2.传统的电力线载波信息采集传输方法采用集中器模块和电表模块之间一问一答交互通信的方式，每一个数据项采集需要两次通信过程，且电表串口波特率较低，命令接收和应答等待的时间较长，进一步降低了信息采集的速率。
3.现有的改进办法包括并发抄表的方法，即采用多个命令同时一对一发送给多个电能表模块，等待电能表模块逐一应答的方式，将多个电表命令接收和应答等待的时间由序列化变成并行化，进一步提高了采集效率；但是，并发抄表的方式每一组电表数据抄读需要多次下行和多次上行通信，一旦通信不成功需要不断重发补抄，导致信道拥挤和影响采集效率。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种用电信息采集传输的方法和系统，该用电信息采集传输的方法和系统可以减少信息采集过程中命令发送和数据应答的次数，提高信息采集传输效率。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用电信息采集传输的方法，该方法基于采集终端节点以及多个电能表节点形成的n层树形拓扑结构，所述树形拓扑结构包括多个集合，每个集合包括一个根节点和至少一个子节点，所述一个根节点为所述采集终端节点或第n层以外的一个电能表节点，所述至少一个子节点为与所述根节点连接的下一层级的所有电能表节点，该方法包括：第一集合中所有子节点根据所述采集终端节点发送的用电信息采集命令帧进行采集，并将所采集的用电信息发送至所述第一集合的根节点，所述第一集合为所述多个集合中的任一集合；所述第一集合的根节点将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点。
6.优选地，该方法还包括：所述采集终端节点发送用电信息采集命令帧至所述第一集合的根节点；所述第一集合的根节点发送所接收到的用电信息采集命令帧至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点。
7.优选地，该方法还包括：所述采集终端节点按照拓扑连接关系对1
‑
n层级中的所有电能表节点进行排序分组，将所述采集终端节点或一个电能表节点以及与所述采集终端节点或一个电能表节点连接的下一层级的所有电能表节点组成一个集合，以将所述采集终端节点和所有电能表节点组成多个集合。
8.优选地，该方法还包括：所述采集终端节点将通信信道划分成至少一个上行时隙和至少一个下行时隙，其中，所述至少一个下行时隙用于下发所述用电信息采集命令帧并指定所述至少一个上行时隙的信息。
9.优选地，该方法还包括：所述采集终端节点将同一集合中的所有子节点的采集任
务列表排列在一起。
10.优选地，该方法还包括：所述采集终端节点将1
‑
n层级中的所有子节点的采集任务列表从低层级开始依序进行排列。
11.优选地，所述用电信息采集命令帧包含：所述第一集合中每个子节点的采集任务列表；以及所述第一集合的根节点将所述数据帧发送给所述采集终端节点的上行时隙的起始时间和持续时间。
12.优选地，所述用电信息采集命令帧的同一数据帧包括预设数量的子节点的采集任务列表以及所述上行时隙，其中所述预设数量根据所述数据帧的长度确定。
13.优选地，所述第一集合的根节点发送所接收到的用电信息采集命令帧至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点包括：所述第一集合的根节点通过至少一次广播，将所接收到的用电信息采集命令帧发送至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点；与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点进行重复数据过滤，使接收到的用电信息采集命令帧不重复。
14.优选地，所述第一集合中所有子节点根据所接收到的用电信息采集命令帧进行采集包括：所述第一集合中所有子节点根据所接收到的用电信息采集命令帧进行并行采集。
15.优选地，所述第一集合的根节点组装的同一数据帧包括预设数量的子节点采集的用电信息，其中所述预设数量根据所组装的数据帧的长度确定。
16.优选地，该方法还包括：在所述采集终端节点和所述第一集合的根节点之间的通信链路有进行中继的至少一个根节点时，所述采集终端节点和所述第一集合的根节点在通信过程中通过所述进行中继的至少一个根节点进行逐级中继以及逐级ack应答；在发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点未收到所述ack应答时，发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点重新发送数据。
17.优选地，在所述第一集合的根节点将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点之后，该方法还包括：针对未返回用电信息的子节点，所述采集终端节点发送包含新的采集任务列表的用电信息采集命令帧至所述未返回用电信息的子节点所在集合的根节点，以使所述未返回用电信息的子节点重新采集用电信息。
18.本发明实施例还提供一种用电信息采集传输的系统，该系统包括形成n层树形拓扑结构的采集终端节点以及多个电能表节点，所述树形拓扑结构包括多个集合，每个集合包括一个根节点和至少一个子节点，所述一个根节点为所述采集终端节点或第n层以外的一个电能表节点，所述至少一个子节点为与所述根节点连接的下一层级的所有电能表节点，其中，第一集合中所有子节点用于根据所述采集终端节点发送的用电信息采集命令帧进行采集，并将所采集的用电信息发送至所述第一集合的根节点，所述第一集合为所述多个集合中的任一集合；所述第一集合的根节点用于将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点。
19.优选地，所述采集终端节点用于发送用电信息采集命令帧至所述第一集合的根节点；所述第一集合的根节点用于发送所接收到的用电信息采集命令帧至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点。
20.优选地，所述采集终端节点还用于：按照拓扑连接关系对1
‑
n层级中的所有电能表节点进行排序分组，将所述采集终端节点或一个电能表节点以及与所述采集终端节点或一个电能表节点连接的下一层级的所有电能表节点组成一个集合，以将所述采集终端节点和所有电能表节点组成多个集合。
21.优选地，所述采集终端节点还用于：将通信信道划分成至少一个上行时隙和至少一个下行时隙，其中，所述至少一个下行时隙用于下发所述用电信息采集命令帧并指定所述至少一个上行时隙的信息。
22.优选地，所述采集终端节点还用于将同一集合中的所有子节点的采集任务列表排列在一起。
23.优选地，所述采集终端节点还用于将1
‑
n层级中的所有子节点的采集任务列表从低层级开始依序进行排列。
24.优选地，所述用电信息采集命令帧包含：所述第一集合中每个子节点的采集任务列表；以及所述第一集合的根节点将所述数据帧发送给所述采集终端节点的上行时隙的起始时间和持续时间。
25.优选地，所述用电信息采集命令帧的同一数据帧包括预设数量的子节点的采集任务列表以及所述上行时隙，其中所述预设数量根据所述数据帧的长度确定。
26.优选地，所述第一集合的根节点还用于通过至少一次广播，将所接收到的用电信息采集命令帧发送至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点；与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点还用于进行重复数据过滤，使接收到的用电信息采集命令帧不重复。
27.优选地，所述第一集合中所有子节点还用于根据所接收到的用电信息采集命令帧进行并行采集。
28.优选地，所述第一集合的根节点组装的同一数据帧包括预设数量的子节点采集的用电信息，其中所述预设数量根据所组装的数据帧的长度确定。
29.优选地，在所述采集终端节点和所述第一集合的根节点之间的通信链路有进行中继的至少一个根节点时，所述采集终端节点和所述第一集合的根节点用于在通信过程中通过所述进行中继的至少一个根节点进行逐级中继以及逐级ack应答；在发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点未收到所述ack应答时，发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点用于重新发送数据。
30.优选地，针对未返回用电信息的子节点，所述采集终端节点用于发送包含新的采集任务列表的用电信息采集命令帧至所述未返回用电信息的子节点所在集合的根节点，以使所述未返回用电信息的子节点重新采集用电信息。
31.通过上述技术方案，采用本发明实施例提供的用电信息采集传输的方法和系统，采用树形拓扑结构，将一个节点及其末端分支的节点作为一集合，将多个子节点的采集应答数据组装成数据帧进行上报，从而减少信息采集过程中数据应答的次数，达到提高信息采集传输效率的目的。
32.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
33.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：图1是本发明一实施例提供的树形拓扑结构的示意图；图2a是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图；图2b是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图；图3是本发明一实施例提供的采集用电信息的示意图；图4是本发明一实施例提供的子节点采集的用电信息的数据帧的示意图；图5a
‑
5b是本发明一实施例提供的通信信道划分示意图；图6是本发明一实施例提供的用电信息采集命令的数据帧的示意图；图7是本发明一实施例提供的通信方式的示意图；图8是本发明另一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图；图9是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的整体流程示意图。
具体实施方式
34.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
35.图1是本发明一实施例提供的树形拓扑结构的示意图。如图1所示，该n层树形拓扑结构包括采集终端节点（cco）以及多个电能表节点（sta），所述采集终端节点和多个电能表节点组成多个集合，每个集合包括一个根节点和至少一个子节点，所述一个根节点为所述采集终端节点或第n层以外的一个电能表节点，所述至少一个子节点为与所述根节点连接的下一层级的所有电能表节点。
36.采集终端节点对应的采集终端和多个电能表节点对应的电能表节点组成电力线载波网络，采集终端具有台区所有站点的档案信息，在该树形拓扑结构中，优选n小于15。采集终端按照拓扑连接关系对档案进行排序分组，具体原则是，从第0层级的采集终端节点开始，找出下一层级中和采集终端节点连接的所有子节点sta1‑1…
sta1‑
j
，连同采集终端节点作为一个集合1；依次选择层级2中和上一层级同一节点连接的所有子节点sta2‑1…
sta2‑2，连同该节点sta
i
‑1作为一个集合2，找出层级2中和上一层级另一个同一节点连接的所有子节点sta2‑
k
…
sta2‑
o
，连同该节点sta1‑
j
作为一个集合3。依此类推，找出1
‑
n层级内具有相同根节点的子节点连同根节点一起分别作为独立集合1
‑
l。这样在n层树形拓扑结构中，大多电能表节点即是子节点，也是根节点。通过该拓扑关系的建立，采集终端节点可以获知所有子节点同一集合内的根节点，从而在需要某些集合内的子节点采集用电信息时，直接可以向该集合内的根节点发送命令即可，具体如下文详述。
37.图2a是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图。如图2a所示，该方法包括：步骤s201，第一集合中所有子节点根据所述采集终端节点发送的用电信息采集命令帧进行采集，并将所采集的用电信息发送至所述第一集合的根节点；例如，例如，需要说明的是，第一集合表示任意的集合，并非用于特指某一集合。用
电信息采集命令帧包括采集任务列表，其中包括子节点的采集任务，具体采集任务列表的相关内容将在下文详述。
38.第一集合内的所有子节点根据采集任务列表，依次向电能表采集读取数据，并组成应答数据帧，随后将采集后的数据上报给第一集合的根节点。第一集合内的所有子节点可以并行采集以提高采集的效率。如图3所示，子节点sta
x
‑1和sta
x
‑2并行采集电能表。
39.步骤s202，所述第一集合的根节点将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点。
40.例如，如图4所示，第一集合的根节点在接收到第一集合内所有子节点上报的用电信息之后，可以根据上行数据帧格式进行编排并缓存。优选地，上行数据帧包括预设数量的子节点采集的用电信息，其中所述预设数量根据上行数据帧的长度确定。在帧长度允许的前提下，第一集合内所有子节点采集的用电信息应当位于同一数据帧中，确保第一集合的根节点接收一帧数据中的采集应答数据信息完整。然后，第一集合的根节点根据之前用电信息采集命令帧中的上行时隙的安排，在对应的上行时隙将缓存的第一集合内所有子节点上报的用电信息上报给采集终端节点。
41.在此，将多个子节点的采集应答数据组装成数据帧进行上报，从而可以减少信息采集过程中数据应答的次数，达到提高信息采集传输效率的目的。并且，上行的应答中每个数据帧携带第一集合内所有子节点采集的用电信息，能够避免抄读数据量大小不等，而载波物理层载荷数据量固定，导致需要传输大量的无效填充数据，影响传输效率的问题。
42.图2b是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图。如图2b所示，该方法包括：步骤s203，所述采集终端节点发送用电信息采集命令帧至所述第一集合的第一集合的根节点；首先，主站向采集终端节点下发所有电能表节点的数据采集任务参数，节点的数据采集任务可以有1
‑
t项，以形成采集任务列表。
43.在一实施例中，优选地采集任务列表按照集合1
‑
l进行排序组合，从低层级开始，在同一集合的子节点及其采集任务依次排列在一起，如下表1所示：表1随后采集终端节点开启数据采集任务，优选地，可以按照集合1
‑
l的顺序，依次对集合内的子节点进行数据采集，但不限于此。以需要采集集合3中的子节点为例，sta1‑
j
是集合3中的子节点的根节点，因此采集终端节点会生成针对集合3中的所有子节点的用电信息采集命令帧，并发送给该集合3中的根节点sta1‑
j
。
44.在一实施例中，所述用电信息采集命令帧具体包含：1、所述第一集合中每个子节点的采集任务列表；举例来说，在需要集合1中的子节点采集用电信息的时候，集合1中的根节点是采集终端节点自身，用电信息采集命令帧中包含集合1中的所有子节点sta1‑1‑
sta1‑
j
的采集任务列表。
45.在此，将同一集合内的多个子节点的采集任务通过一个用电信息采集命令帧进行下发，从而减少信息采集过程中采集命令帧下发的次数，达到提高信息采集传输效率的目的。
46.所述用电信息采集命令帧具体还包含：2、所述第一集合的根节点将所述数据帧发送给所述采集终端节点的上行时隙的起始时间和持续时间。
47.具体地，采集终端将通信信道划分成动态管理的上行和下行时隙，下行时隙用于下发用电信息采集命令帧并指定上行时隙信息，下发的用电信息采集命令帧包含上行时隙的起始时间点和持续时间，多个下行时隙或上行时隙可以依次组合排列，如图5a所示，或者间隔组合排列，如图5b所示。
48.在此，下行和上行时隙可以根据电表采集数据通信需要的时间定义时隙的长短，保证时间高效合理利用；另外，下行时隙和上行时隙可以组合，下行时隙发送命令帧后，需要等待子节点执行后收集数据再上行，中间等待的时间可以下发使其他的集合中的子节点进行采集的下行时隙或者上行时隙。
49.在一实施例中，如图6所示，用电信息采集命令帧的同一数据帧包括预设数量的子节点的采集任务列表以及所述上行时隙，其中预设数量根据数据帧的长度确定。即，在帧长度允许的前提下，所述每个子节点的采集任务列表以及所述上行时隙都应位于所述用电信息采集命令帧的同一数据帧中，确保节点接收一帧数据中的采集任务信息完整。
50.在此，下行的用电信息采集命令帧每个数据帧携带第一集合内所有子节点的多条采集任务信息，能够避免抄读数据量大小不等，而载波物理层载荷数据量固定，导致需要传输大量的无效填充数据，影响传输效率的问题。
51.步骤s204，所述第一集合的根节点发送所接收到的用电信息采集命令帧至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点；例如，第一集合的根节点在接收到用电信息采集命令帧之后，本地广播给第一集合内的所有子节点，随后收到用电信息采集命令帧的子节点选取属于自己的采集任务列表执行。不同于采集终端节点发送数据给第一电能表根结点时的单播方式，第一集合的根节点本地广播采用多次广播方式，确保第一集合内的子节点正确收到广播帧数据，子节点具有对重复数据过滤功能，确保不执行重复的采集任务列表。如图7所示，在第一集合的根节点是sta1‑
i
时，采集终端节点cco单播发送用电信息采集命令帧给sta1‑
i
，然后sta1‑
i
广播用电信息采集命令帧给连接的子节点sta
x
‑1和sta
x
‑2。
52.另外，在所述采集终端节点和所述第一集合的根节点之间的通信链路有进行中继的至少一个根节点时，所述采集终端节点和所述第一集合的根节点在通信过程中通过所述进行中继的至少一个根节点进行逐级中继以及逐级ack应答；在发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点未收到所述ack应答时，发
送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点重新发送数据。
53.例如，如图1所示，如果第一集合的根节点是sta2‑
o
，其与cco之间还有中继节点，即根节点sta1‑
j
，此时，如果cco向第一集合的根节点sta2‑
o
发送信息，或者第一集合的根节点sta2‑
o
向cco发送信息，则需要用根节点sta1‑
j
进行中继。即先发送信息给sta1‑
j
，再由sta1‑
j
进行转发。并且，在此过程中还可以进行ack应答。例如在cco发送信息给sta1‑
j
之后，等待sta1‑
j
返回ack应答，如果未收到sta1‑
j
返回的ack应答，则默认sta1‑
j
未收到所发送的信息，此时将重新发送信息。可以理解的是，如果第一集合的根节点与cco之间有多个根节点，则需要中继多次，也需要进行多次ack应答，在此不再赘述。
54.在此，上下行信息传输采用逐级传输确认的机制，避免由于中间传输过程中断而导致需要整个链路重新传输，保障线路通信成功率和传输效率。
55.图8是本发明另一实施例提供的用电信息采集传输的方法的流程图。如图8所示，步骤s801
‑
s804与上文步骤s201
‑
步骤s204类似，在此不再赘述。在步骤s804的所述第一集合的根节点将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点之后，该方法还包括：步骤s805，针对未返回用电信息的子节点，所述采集终端节点发送包含新的采集任务列表的用电信息采集命令帧至所述未返回用电信息的子节点所在集合的根节点，以使所述未返回用电信息的子节点重新采集用电信息。
56.例如，如图1所示，sta
n
‑1和sta
n
‑2没有返回用电信息，则cco可以发送仅包含sta
n
‑1和sta
n
‑2的采集任务的采集任务列表给sta
m
‑
k
，使sta
n
‑1和sta
n
‑2重新采集用电信息。
57.图9是本发明一实施例提供的用电信息采集传输的方法的整体流程示意图。如图9所示，cco下发下行的用电信息采集命令帧，即下行命令帧，由根节点sta1和stan进行中继，直到集合x的根节点，随后集合x的根节点进行广播，将下行命令帧发送给集合x的子节点。集合x的子节点采集之后上报采集的数据，集合x的根节点进行数据缓存，并在适当上行时隙发送上行数据帧，通过根节点sta1和stan进行中继，直到cco。在cco、进行中继的节点以及用电信息采集命令帧对应的节点传输数据的过程中，进行ack应答。
58.本发明还提供一用电信息采集传输的系统的实施例。该系统包括形成n层树形拓扑结构的采集终端节点以及多个电能表节点，所述树形拓扑结构包括多个集合，每个集合包括一个根节点和至少一个子节点，所述一个根节点为所述采集终端节点或第n层以外的一个电能表节点，所述至少一个子节点为与所述根节点连接的下一层级的所有电能表节点，第一集合中所有子节点用于根据所接收到的用电信息采集命令帧进行采集，并将所采集的用电信息发送至所述第一集合的根节点；所述第一集合的根节点用于将所接收到的所述第一集合中所有子节点采集的用电信息组装成数据帧发送给所述采集终端节点。
59.优选地，所述采集终端节点用于发送用电信息采集命令帧至所述第一集合的根节点；所述第一集合的根节点用于发送所接收到的用电信息采集命令帧至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点；优选地，所述采集终端节点还用于：按照拓扑连接关系对1
‑
n层级中的所有电能表节点进行排序分组，将所述采集终端节点或一个电能表节点以及与所述采集终端节点或一个电能表节点连接的下一层级的所有电能表节点组成一个集合，以将所述采集终端节点和
所有电能表节点组成多个集合。
60.优选地，所述采集终端节点还用于：将通信信道划分成至少一个上行时隙和至少一个下行时隙，其中，所述至少一个下行时隙用于下发所述用电信息采集命令帧并指定所述至少一个上行时隙的信息。
61.优选地，所述采集终端节点还用于将同一集合中的所有子节点的采集任务列表排列在一起。
62.优选地，所述采集终端节点还用于将1
‑
n层级中的所有子节点的采集任务列表从低层级开始依序进行排列。
63.优选地，所述用电信息采集命令帧包含：所述第一集合中每个子节点的采集任务列表；以及所述第一集合的根节点将所述数据帧发送给所述采集终端节点的上行时隙的起始时间和持续时间。
64.优选地，所述用电信息采集命令帧的同一数据帧包括预设数量的子节点的采集任务列表以及所述上行时隙，其中所述预设数量根据所述数据帧的长度确定。
65.优选地，所述第一集合的根节点还用于通过至少一次广播，将所接收到的用电信息采集命令帧发送至与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点；与所述第一集合的根节点连接的第一集合中的所有子节点还用于进行重复数据过滤，使接收到的用电信息采集命令帧不重复。
66.优选地，所述第一集合中所有子节点还用于根据所接收到的用电信息采集命令帧进行并行采集。
67.优选地，所述第一集合的根节点组装的同一数据帧包括预设数量的子节点采集的用电信息，其中所述预设数量根据所组装的数据帧的长度确定。
68.优选地，在所述采集终端节点和所述第一集合的根节点之间的通信链路有进行中继的至少一个根节点时，所述采集终端节点和所述第一集合的根节点用于在通信过程中通过所述进行中继的至少一个根节点进行逐级中继以及逐级ack应答；在发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点未收到所述ack应答时，发送数据的所述采集终端节点、所述进行中继的至少一个根节点或所述第一集合的根节点用于重新发送数据。
69.优选地，针对未返回用电信息的子节点，所述采集终端节点用于发送包含新的采集任务列表的用电信息采集命令帧至所述未返回用电信息的子节点所在集合连接的根节点，以使所述未返回用电信息的子节点重新采集用电信息。
70.上文所述的用电信息采集传输的系统的实施例与上文所述的用电信息采集传输的方法的实施例类似，在此不再赘述。
71.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
72.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、
改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。