本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線抄表方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的人工入戶抄表方式，弊端眾多，人力工作強(qiáng)度大，效率低，管理成本高，存在讀數(shù)誤差等，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于抄表系統(tǒng)得到廣泛的研究和應(yīng)用，使用無線抄表的方式可以有效解決人工入戶抄表的弊端。

目前在水表、氣表等遠(yuǎn)程抄表行業(yè)中，進(jìn)行遠(yuǎn)程無線抄表是眾所周知的一大難題。因為沒有市電，只能采用電池進(jìn)行供電，而目前應(yīng)用得較多的是采用基于FSK的433/470MHz頻段的微功率無線技術(shù)，利用CC1100或SI1000射頻模塊，構(gòu)成單通道的無線抄表系統(tǒng)。但是是這種單通道的無線抄表系統(tǒng)容易受到環(huán)境干擾影響，抗干擾能力差、傳輸距離有限、通訊鏈路繁雜，以致通訊穩(wěn)定性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于公開一種無線抄表方法及系統(tǒng)，以構(gòu)成多通道的無線抄表系統(tǒng)并避免表計被頻繁喚醒而影響功耗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開一種無線抄表方法，包括：

表計與采集器或集中器之間的第一鏈路采用第一頻點進(jìn)行無線通信；

表計與采集器或集中器之間的第二鏈路采用第二頻點進(jìn)行無線通信；

采集器之間及采集器與集中器之間的第三鏈路采用第三頻點進(jìn)行無線通信。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還公開一種無線抄表系統(tǒng)，包括以無線方式傳輸數(shù)據(jù)的表計，還包括采用無線方式通信的采集器和集中器，其中，表計與采集器或集中器之間的第一鏈路采用第一頻點進(jìn)行無線通信；表計與采集器或集中器之間的第二鏈路采用第二頻點進(jìn)行無線通信；采集器之間及采集器與集中器之間的第三鏈路采用第三頻點進(jìn)行無線通信。

本發(fā)明具有以下有益效果：

采集器與采集器和集中器之間的第三鏈路，以及采集器與表計之間的第一和第二鏈路，由于各鏈路組成的多通道采用不同的頻點進(jìn)行數(shù)據(jù)報文的傳輸，從而可以有效避免表計被誤喚醒，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約表計功耗的效果。

下面將參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例公開的無線抄表系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實施例公開的集中器和采集器混合組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實施例公開的表計及集中器和采集器的部分結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

實施例1

本發(fā)明實施例首先公開一種無線抄表方法，該方法應(yīng)用于集中器和采集器混合組網(wǎng)的系統(tǒng)中。該系統(tǒng)中，集中器、采集器及表計采用無線方式通信，相應(yīng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中采集器和集中器都可以作為某個子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)收集該子網(wǎng)內(nèi)的表計數(shù)據(jù)；而在集中器和采集器之間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，如圖2所示，集中器可視為整個系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，而各采集器根據(jù)與網(wǎng)關(guān)之間的跳數(shù)分別確定各自在該系統(tǒng)中隸屬于哪級節(jié)點。

在本實施例公開的無線抄表方法中，采用多通道、多頻點的通信方式。具體包括以下三方面：

一方面，表計與采集器或集中器之間的第一鏈路采用第一頻點進(jìn)行無線通信。

一方面，表計與采集器或集中器之間的第二鏈路采用第二頻點進(jìn)行無線通信。

一方面，采集器之間及采集器與集中器之間的第三鏈路采用第三頻點進(jìn)行無線通信。

其中，上述第一、第二及第三頻點采用的是不同的頻點，第一頻點可用于喚醒表計及表計被喚醒之后的通信，可用于實現(xiàn)抄表、閥控、遠(yuǎn)程預(yù)付費等功能；第二頻點用于表計主動上報數(shù)據(jù)，例如：疑似漏氣，欠費關(guān)閥等事件出現(xiàn)時，應(yīng)及時上報；第三頻點則用于集中器和采集器之間的組網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸，各頻點分工明確，從而可以有效避免表計被誤喚醒，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約表計功耗的效果。

隨著居民生活水平的不斷提高，人們的安全意識越來越高，對公用事業(yè)服務(wù)要求也越來越高，一些新的需求也逐步提出。比如許多燃?xì)夤咎岢鰺o線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗響?yīng)支持事件主動上報，比如當(dāng)檢測到燃?xì)獗硪伤坡?，客戶欠費關(guān)閥等事件出現(xiàn)時，表計應(yīng)立即主動上報異常事件至后臺抄表系統(tǒng)，以及時通知燃?xì)夤竞陀脩舨扇∠鄳?yīng)措施。而采用傳統(tǒng)的周期性喚醒抄表的無線抄表系統(tǒng)，由于在實時性上存在先天缺陷，故很難滿足上述需求，而在本實施例第二頻點的作用下，即可有效的解決該問題。

在實際的應(yīng)用中，考慮第一頻點傳送數(shù)據(jù)和第二頻點傳送數(shù)據(jù)的時間可以錯開，為了節(jié)約資源及簡化系統(tǒng)各節(jié)點的設(shè)計，上述的第一鏈路和第二鏈路可以為同一鏈路。

在本實施例公開的無線抄表方法中，優(yōu)選的，表計采用電池供電，采集器與集中器采用市電供電。藉此，則，采集器與集中器不用考慮低功耗，表計不用實現(xiàn)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)簡單，功耗易于控制。在具體實現(xiàn)時，如圖3所示，在表計端采用一個SX1276模塊，喚醒和喚醒后的通信頻點為f₀，主動上報頻點f₁；在集中器及采集器端，采用2個SX1276模塊A和B；模塊B一方面用來和表計通信，喚醒表計和喚醒后通信頻點為f₀，另一方面用來和采集器和集中器通信，發(fā)送和接收頻點都為f₂；模塊A僅用于接收表計主動上報數(shù)據(jù)，頻點為f₁。

由于表計上報數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，對應(yīng)的集中器或采集器端須時時等待，在資源允許情況下，該集中器或采集器可以設(shè)置2個以上模塊，并設(shè)定不同接收頻率，供表計端隨機(jī)選擇，這樣可進(jìn)一步減少碰撞幾率。

模塊A用于集中器與采集器收發(fā)通信(頻率為f₂)和與表計通信(頻率為f₀)。正常情況下模塊A用f₂與采集器通信，當(dāng)集中器/采集器需與表計通信或需響應(yīng)表計上報信息時集中器主動臨時切換頻率至f₀。

目前市場上的常見無線抄表系統(tǒng)，大多采用周期性睡眠喚醒機(jī)制，使節(jié)點在不工作的情況下進(jìn)入周期性睡眠喚醒狀態(tài)，以延長節(jié)點電池使用壽命。目前較常用的喚醒模式有主動喚醒機(jī)制、異步喚醒機(jī)制和同步喚醒機(jī)制。周期性喚醒雖然一度程度上降低了功耗，但無線模塊頻繁周期收發(fā)數(shù)據(jù)時消耗的電能占據(jù)了整個設(shè)備電量消耗的大部分，因此電池的使用壽命并沒有得到有效的改善。為此，本實施例在進(jìn)行抄表處理時，表計根據(jù)廣播抄表命令進(jìn)行數(shù)據(jù)報文發(fā)送，其中該廣播抄表命令由采集器或集中器發(fā)出，具體可采用下述方案：

下行抄表采用廣播抄表方案，即集中器或采集器主動發(fā)起廣播抄表命令，所有表計收到廣播抄表命令后，根據(jù)表計編號計算一延時時間，并在該延時時間結(jié)束后判斷信道是否空閑，如果空閑，再啟動數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；若信道被占用(其典型情況是其他表計正在和集中器進(jìn)行通信，可通過CAD進(jìn)行檢測)，則產(chǎn)生一隨機(jī)數(shù)，例如，該隨機(jī)數(shù)可以在1s-20s之間隨機(jī)產(chǎn)生，并以該隨機(jī)數(shù)循環(huán)檢測信道是否空閑，待信道空閑后，再啟動數(shù)據(jù)報文的發(fā)送。關(guān)于延時時間的具體計算，可等待自己表尾數(shù)后兩位*300ms的延時。在同一個組網(wǎng)系統(tǒng)中，各表計的編號都是唯一的，該編號通常可作為該無線網(wǎng)絡(luò)中的通信地址，該通信地址可手動波動相應(yīng)的地址位進(jìn)行設(shè)定，也可以通過系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。

同理，表計與采集器或集中器之間的第二鏈路采用第二頻點進(jìn)行無線通信時，也可以設(shè)定主動上報數(shù)據(jù)給集中器或采集器的時間，例如，表計約定每天0：15分開始，主動上報數(shù)據(jù)給集中器/采集器；并在上述設(shè)定時間到來后，根據(jù)表計編號計算一延時時間，并在該延時時間結(jié)束后判斷信道是否空閑，如果空閑，再啟動數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；若信道被占用，則產(chǎn)生一隨機(jī)數(shù)，例如，該隨機(jī)數(shù)可以在1s-20s之間隨機(jī)產(chǎn)生，并以該隨機(jī)數(shù)循環(huán)檢測信道是否空閑，待信道空閑后，再啟動數(shù)據(jù)報文的發(fā)送。關(guān)于延時時間的具體計算，可等待表計尾數(shù)后四位*1s的延時，如表尾數(shù)為2410，則等待2410*1s＝2410s。可選的，表計可使用廣播地址主動上報數(shù)據(jù)。對應(yīng)的，當(dāng)采集器接收到主動上報信息后，不存儲數(shù)據(jù)，采集器根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)該信息至集中器，采集器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)頻點為f₂。

本實施例中，采集器與集中器之間的組網(wǎng)路由策略包括：新加入的采集器發(fā)送注冊申請幀，并等待集中器返回的注冊確認(rèn)幀，當(dāng)該采集器與集中器之間需要其他采集器進(jìn)行中繼時，由中繼的采集器進(jìn)行注冊申請幀的轉(zhuǎn)發(fā)；集中器在返回的注冊幀中確定該新加入采集器的跳數(shù)及主備兩條路由信息。參照圖2，具體的組網(wǎng)策略如下(其中下述所述的網(wǎng)關(guān)，指代的是集中器，節(jié)點指代的是采集器)：

集中器接入表計最大為4096戶；最大支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量32個(含2級和3級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接入表計數(shù)為2048戶。每個節(jié)點需要存儲2條路由。網(wǎng)關(guān)存儲所有節(jié)點的路由信息，節(jié)點自身也要保存主備兩條(至網(wǎng)關(guān))的路由，以在網(wǎng)絡(luò)故障時，主動進(jìn)行主備路由的切換。節(jié)點路由動態(tài)生成，修復(fù)。新節(jié)點主動搜尋網(wǎng)關(guān)并注冊，只有注冊到網(wǎng)關(guān)的節(jié)點才能進(jìn)行后續(xù)通訊。

組網(wǎng)完成后，為了保持節(jié)點之間鏈路通信正常，節(jié)點之前需要有心跳機(jī)制；如果在節(jié)點之前沒有通信的情況下，每隔固定時間(具體心跳周期可設(shè)置)節(jié)點之前發(fā)送一次心跳報文。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上電后第一件事是“注冊”到“網(wǎng)關(guān)”。當(dāng)節(jié)點附近有多個網(wǎng)關(guān)收到注冊幀并回應(yīng)時，節(jié)點應(yīng)選擇信號強(qiáng)度最好的網(wǎng)關(guān)注冊。

假設(shè)某網(wǎng)關(guān)最多支持32個節(jié)點，那么這32個節(jié)點如何處理沖突就變得至關(guān)重要了。換句話說，由于初始狀態(tài)下，所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都沒有注冊到網(wǎng)關(guān)，那么就存在n個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點同時發(fā)送“注冊幀”的可能，這時就要設(shè)計一種簡單、有用的“沖突避讓”機(jī)制來處理這個問題了?？梢哉f一種好的“沖突避讓”算法是整個組網(wǎng)算法的關(guān)鍵。

開始時，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢查自己有沒有注冊到相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，若沒有，則準(zhǔn)備向空中發(fā)送“注冊”申請幀。

發(fā)送“注冊申請幀”之前，節(jié)點通過CAD(Channel Activity Detection，通道活性檢測)檢測鏈路是否空閑，若鏈路忙，則隨機(jī)延時一段時間(1到10秒)，然后再判斷鏈路是否忙。若鏈路不忙，則立即發(fā)送注冊申請。

網(wǎng)關(guān)如果收到某一級節(jié)點的注冊申請，首先判斷該節(jié)點是否是非法的節(jié)點。若不是非法地址，則判斷信號強(qiáng)度是否足夠強(qiáng)。若鏈路質(zhì)量足夠好，則立即向該節(jié)點回應(yīng)“注冊確認(rèn)幀”，告訴這個節(jié)點已注冊成功，并告訴他距網(wǎng)關(guān)是第一跳節(jié)點。

節(jié)點若成功收到注冊確認(rèn)幀，則表示自己已注冊，并記錄自身距網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)hop_count，以及(至網(wǎng)關(guān))的路由信息。節(jié)點每15秒鐘檢查是否收到注冊確認(rèn)幀，否則就要重新發(fā)送注冊申請，直到確認(rèn)注冊為止。

相鄰節(jié)點收到其他節(jié)點的注冊申請怎么辦？分幾種情況。第一種情況是節(jié)點已注冊成功，則該節(jié)點收到的報文可能來自需要它幫助做中繼轉(zhuǎn)發(fā)的下一級節(jié)點，此時該節(jié)點要存儲該注冊幀，以便在合適的時候向上一級轉(zhuǎn)發(fā)，直到到達(dá)網(wǎng)關(guān)為止。也就是說每個節(jié)點要有一個注冊申請幀的緩存隊列，該隊列的注冊幀是需要向上一級轉(zhuǎn)發(fā)的。該緩存隊列總是保存距該節(jié)點最近(如信號強(qiáng)度最強(qiáng))的32個鄰居節(jié)點的注冊申請。另一種情況是節(jié)點未注冊成功，即節(jié)點自身還沒有至網(wǎng)關(guān)的路由，則此時該節(jié)點忽略其他節(jié)點的注冊申請幀。

網(wǎng)關(guān)和鄰居節(jié)點有可能同時收到某節(jié)點的注冊申請幀，此時如何處理？

第一種情況，上級節(jié)點收到了子節(jié)點的注冊申請幀。比如A節(jié)點(n級節(jié)點)收到了來自B節(jié)點(n+1級節(jié)點)的注冊幀，A并不知道自身的上級節(jié)點n-1級節(jié)點是否也收到來自B的申請。這里也有兩種情況：

第一種情況是，n-1節(jié)點(也就是A的父節(jié)點)也能直接收到B的注冊申請，且鏈路足夠好，那么B也是n級節(jié)點，可能不需要A這個同級節(jié)點(兄弟節(jié)點)做中繼轉(zhuǎn)發(fā)。不管怎樣，這種情況下A節(jié)點和A的父節(jié)點都要存儲B節(jié)點的路由信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)，由后者判斷其B節(jié)點是否已經(jīng)有足夠路由信息(對于所有節(jié)點都保存兩條路由信息)，若節(jié)點路由信息表已滿，則不做回應(yīng)，否則回應(yīng)節(jié)點B的注冊確認(rèn)應(yīng)答給節(jié)點A,節(jié)點A收到后再轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)節(jié)點B,目標(biāo)節(jié)點自身也要保存兩條到網(wǎng)關(guān)的路徑，以實現(xiàn)異常事件主動上報。

第二種情況是，第n+1級節(jié)點C已經(jīng)注冊完成，但n級節(jié)點由于某種原因還未完成注冊。假設(shè)B發(fā)出的注冊幀被C收到，則C也要存儲轉(zhuǎn)發(fā)該注冊信息，由網(wǎng)關(guān)判斷是否這條路由信息有效。

總之，已注冊成功的n級節(jié)點，對于收到的鄰居節(jié)點的注冊信息，不管(事實上也不可能知道)源節(jié)點是其上級，同級還是下級節(jié)點，都要存儲而且轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)必須判斷n級節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的這條路由是否有效，或者是否比現(xiàn)有的2級路由更優(yōu)，如果滿足這兩個條件，則利用該路由信息向目標(biāo)節(jié)點回應(yīng)注冊確認(rèn)幀。

存儲在節(jié)點緩存中的注冊幀只被轉(zhuǎn)發(fā)一次，以盡可能地減少無線通信次數(shù)，降低通信沖突幾率，即便該轉(zhuǎn)發(fā)幀沒有被網(wǎng)關(guān)收到。節(jié)點每隔一定的周期就會檢測自身是否注冊成功，否則重新發(fā)起注冊流程。

綜上，本實施例公開的無線抄表方法及系統(tǒng)，使用多通道、多頻點技術(shù)，避免表計誤喚醒，從而降低表計功耗，延長電池使用壽命。大部分情況下，集中器直接抄讀表計數(shù)據(jù)，不需要中繼和復(fù)雜的組網(wǎng)過程，不需要下設(shè)表計邏輯地址。表計端支持事件主動上報，如燃?xì)獗硪伤坡?，欠費關(guān)閥等事件出現(xiàn)時，表計端主動上報，系統(tǒng)及時響應(yīng)。通過實施本方案，在多個燃?xì)夤具M(jìn)行試點，均能做到抄表成功率100％，同時表計事件主動上報成功率100％，實時性也滿足用戶要求。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。