一種適應多變因素的集中器主動抄表路由方法與流程
2023-05-21 22:46:36 1
本發明涉及微功率無線通信技術、路由技術領域，具體地說是一種適應多變因素的集中器主動抄表路由方法。
背景技術：
當前，智能電網建設正在規範有序的進行，在電力用戶用電信息採集系統的通訊方式方面，微功率無線自組織網絡早已超過千萬的應用節點，目前已經升級為微功率無線互聯互通標準。基於微功率無線的路由抄表效率是影響這一網絡成敗的重要因素。
實際長期應用中，路由抄表效率受各種環境因素的影響：影響範圍小的如個別電錶故障、個別位置地物變化；影響範圍大的如階段性天氣變化、特定頻率的無線電磁幹擾、現場環境多臺區互幹擾等；還有一些軟體程序相關因素，如信標幀轉發不充分、表端模塊異常離網、採集器模塊地址變化等。一種特定因素對抄表的產生影響可能是小概率事件，但是總有某種因素影響正常抄表卻是大概率事件。
現有的路由算法，主要基於組網路徑，或圖論相關的算法路徑，循環進行抄表嘗試。這類算法應對多變因素缺乏靈活性，並且往往忽略了中繼路徑和通訊信道的關聯性，不能迅速的適應環境的突然變化，容易丟棄因偶然因素失敗的有效路徑，過於頻繁的替換本來有效的路徑，導致抄表鏈路越來越長，效率越來越低。隨著微功率無線網絡應用範圍越來越大，對抄表的效率和穩定性要求不斷增強。
技術實現要素：
本發明旨在針對現場環境中易發生影響抄表的各種偶然因素的特點，為保證網絡的穩定性，抄表效率的高可持續性，提供了一種適應多變因素的集中器主動抄表路由方法。
本發明採用的技術方案如下：一種適應多變因素的集中器主動抄表路由方法，包括以下步驟：
a、路由通過組網階段獲取所有從節點的鄰居表信息；
b、集中器通過本地接口協議下發抄表任務給路由，並給定一個預設時間；當集中器收到成功數據、上報失敗或超時信息後，重新下發新的抄表任務；
c、在任務的預設時間內，路由發送無線抄表數據幀，然後上報成功數據或上報失敗狀態；
步驟a中，組網的過程包括:轉發信標幀、收集鄰居場強、配置子節點。
進一步的，所述組網的過程還包括：
路由將所有從節點配置到特定的私有信道組；
將配置子節點幀的路徑作為相應目標從節點的主路徑，設置主父節點；
選擇多個信號優良的鄰居節點做為備用父節點。(選擇備用父節點要考慮的因素包括：目標節點與鄰居節點的雙向場強，鄰居節點的深度層次，鄰居節點是否配置成功等)
進一步的，所述步驟c中抄表的過程包括；
路由為每個從節點設置每次抄表的抄表屬性；所述抄表屬性包括抄表輪次、抄表階段、抄表次數和抄表信道；針對一個目標從節點，路由每一次發送無線抄表數據幀，都依據抄表屬性的不同，選擇特定的鏈路和通訊信道。(抄表成功後，路由記錄從節點的成功屬性，包括：成功路徑、成功信道、成功次數等。)
所述抄表輪次是指，路由設定一個預設時間的抄表動作為一個輪次。例如30秒為一輪，則一分鐘為2輪。輪次是一個不斷累加的過程，輪次結束抄表失敗，則輪次加1，抄表成功則輪次清零。
所述抄表階段是指，在每個輪次內，抄表策略分為多個階段，最多包括5個階段。每個階段按照不同的策略選擇鏈路，選擇的無線通訊信道和抄表次數也各不相同。這些都可以根據經驗值進行調整。抄表階段也是一個不斷累加的過程，並且可跨越不同輪次，相當於第二輪可以接著第一輪的階段繼續抄表。抄表成功，階段清零。超過階段5，也清零重新開始。
所述抄表次數是指，在當前抄表階段，重複抄表的次數。每個抄表階段都從零開始計數，重複抄表則累加，抄表成功則清零。
進一步的，所述抄表階段包括五個階段：
階段一，主父節點階段：以目標從節點的主父節點為末端中繼節點，再選擇中繼節點的主父節點，依次遞歸至中心節點，得到完整鏈路；在當前信道組每個信道發送無線抄表數據幀，允許重複特定的次數；
階段二，上次成功路徑階段：依據從節點的成功屬性，使用成功路徑、成功信道，發送無線抄表數據幀，允許重複特定的次數；
階段三，備用父節點階段：以目標從節點的備用父節點為末端中繼節點，再選擇中繼節點的主父節點，依次遞歸至中心節點，得到完整鏈路；在當前信道組每個信道發送無線抄表數據幀，允許重複特定的次數；當目標從節點有多個備用父節點時，依次輪循這些節點，按照上述方法抄表；
階段四，主父節點的最短路徑階段：以目標節點的主父節點為末端中繼節點，中心節點為源點，採用單源最短路徑算法，得到完整鏈路；在當前信道組每個信道發送無線抄表數據幀，允許重複特定的次數；
階段五，備用父節點的最短路徑階段：以目標節點的備用父節點為末端中繼節點，中心節點為源點，採用單源最短路徑算法，得到完整鏈路；在當前信道組每個信道發送無線抄表數據幀，允許重複特定的次數；當目標從節點有多個備用父節點時，依次輪循這些節點，按照上述方法抄表。
進一步地，上述的單源最短路徑算法具體包括以下步驟：
1)以Dijkstra(迪傑斯特拉)算法為原型，建立無向圖G＝(V,E)，中心節點為源點，各從節點為頂點；
2)各邊的長度通過從節點的雙向鄰居場強按照特定的方法換算得來；
3)計算中心節點至各從節點的最短路徑，形成一個最短路徑的數組，記錄各從節點的最短路徑父節點序號；後續讀取路徑時，通過遞歸的方法得到中心節點至各從節點的整條鏈路。
以上各個抄表階段，允許重複的特定次數，可以根據經驗值進行調整。為了避免偶然因素造成的抄表失敗，一般重試不少於2次。當主父節點階段失敗時，不立即更換主父節點，而是記錄當前成功路徑的成功次數，如果連續成功3次，則將該路徑末端中繼節點設置為主父節點。
按照以上多個階段的方案，既通過多次嘗試排除了偶然因素的影響，保證了鏈路的穩定性；又通過不同的中繼路徑，排除了存在故障節點造成的影響；並且優先選用組網過程中的可用路徑，補充使用路徑算法獲取的理論路徑，理論與實際相結合，極大地提高了抄表成功率和及時性。
進一步的，所述抄表信道是指路由發送無線抄表數據幀時使用的通訊信道。(微功率無線互聯互通標準的通訊信道包括一個公共信道組，32個私有信道組。每個信道組又分為高頻點和低頻點共2個信道，二者之間相差了8MHz的頻率帶寬。所以，即使同一個信道組，不同的頻點抄表效率也可能大不相同。)
進一步的，所述抄表信道的選擇包括如下步驟：
1)首先判斷抄表階段是否為上次成功路徑階段，如果是，就採用上次成功信道；否則進入下一步；
2)如果抄表輪次為0時，有兩種情況，如果存在上次成功路徑，採用成功信道；從未成功的，採用私有信道組；
3)抄表輪次大於0，且為6的倍數時，採用公共信道組；否則採用私有信道組；以此基本保持私有信道與公共信道次數5:1；
4)在當前輪次的各個抄表階段，重複嘗試信道組的高、低頻點。
如此，在現場環境較好時，路由基本只在私有信道抄表，減少在公共信道對其他臺區的幹擾，保證了相鄰臺區的網絡穩定性；當環境不穩定時，包括從節點異常離網、信道組高低頻點背景幹擾不同等情況時，路由也能在較短時間內抄回數據，保證了抄表效率。
附圖說明
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：
圖1為本發明抄表階段的流程圖；
圖2為本發明抄表信道的流程圖；
圖3為模擬環境中抄表過程可用路徑選擇的示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
如圖1所示，本發明抄表階段的詳細步驟如下：
1)開始抄讀從節點，設定抄表任務有效時間為30秒，默認進入S1主父節點階段。以目標從節點的主父節點獲取的中繼鏈路抄表；單次抄讀失敗，在當前信道組每個信道循環嘗試；抄讀成功，上報抄表數據；嘗試4次後仍然失敗，進入步驟S2；
2)S2上次成功路徑階段，如果目標從節點曾經抄讀成功，則使用成功路徑、成功信道開始抄讀；單次抄讀失敗，在成功信道反覆嘗試；抄讀成功，上報抄表數據；嘗試2次後仍然失敗，進入步驟S3；
3)S3備用父節點階段，以目標從節點的備用父節點獲取的中繼鏈路抄表；當目標從節點有多個備用父節點時，依次輪循這些節點；單次抄讀失敗，在當前信道組每個信道循環嘗試；抄讀成功，上報抄表數據；所有備用父節點均嘗試4次後仍然失敗，進入步驟S4；
4)S4主父節點的最短路徑階段，以目標從節點的主父節點獲取的最短路徑為中繼抄表；單次抄讀失敗，在當前信道組每個信道循環嘗試；抄讀成功，上報抄表數據；嘗試2次後仍然失敗，進入步驟S5；
5)S5備用父節點的最短路徑階段，以目標從節點的備用父節點獲取的最短路徑為中繼抄表；當目標從節點有多個備用父節點時，依次輪循這些節點；單次抄讀失敗，在當前信道組每個信道循環嘗試；抄讀成功，上報抄表數據；所有備用父節點均嘗試4次後仍然失敗，進入下一步；
6)每次發出抄讀無線數據幀前，都應判斷抄表任務的有效時間，如果超時，則上報失敗狀態，結束本次抄表；如果未超時，則繼續操作；在步驟S5之後，如果任務繼續有效，則重新進入步驟S1主父節點階段。
如圖2所示，假設路由支持在4個信道上發送無線抄表數據幀，公共信道組高低頻點的索引值為0、1，私有信道組高低頻點的索引值為2、3，本發明抄表信道的選擇詳細步驟如下：
1)首先判斷抄表階段是否S2，如果是，進入步驟B2；如果不是，跳至步驟B4；
2)進入步驟B2後，再判斷是否存在上次成功路徑，如果存在，採用上次成功信道的索引，跳至步驟B7；如果不存在，採用私有信道組，進入步驟B3；
3)進入步驟B3後，判斷抄表次數是否為偶數，如果是，採用信道索引2；如果不是，採用信道索引3；兩種情況均進入步驟B7；
4)若進入步驟B4，先判斷抄表輪次是否為0，如果是，回跳至步驟B2；如果不是，進入步驟B5；
5)若進入步驟B5，先判斷抄表輪次是否大於0，並且是6的倍數，如果是，採用公共信道組，進入步驟B6；如果不是，採用私有信道組，回跳至步驟B3；
6)若進入步驟B6，先判斷抄表次數是否為偶數，如果是，採用信道索引0；如果不是，採用信道索引1；兩種情況均進入步驟B7；
7)若進入步驟B7，則返回信道索引，退出流程。
下面結合一具體實施例對本發明的方法進行詳細說明。
如圖3所示，假設中心節點為S，網絡中存在地址分別為1至9的9個從節點，組網結束後，得到圖示的鄰居關係。實線表示主路徑，虛線表示備用路徑，線條上的字母表示信號場強的轉換值(其中a＝1，b＝2，c＝3，d＝4)。地址7為本次抄讀目標從節點，假設為初次抄表，即所有抄表屬性均清零。雖然該從節點可能一次就能抄讀成功，為了說明本發明的實現過程，假定抄讀一直失敗，以便列舉出所有可能的路徑選擇：
抄表階段S1，地址7的主父節點為地址3，因此完整鏈路為S->1->3->7；
抄表階段S2，該階段無可用路徑，繼續下一步；
抄表階段S3，地址7的備用父節點為地址4、5，因此完整鏈路有兩條，分別是S->1->4->7和S->2->5->7；
抄表階段S4，地址7的主父節點為地址3，地址3的最短路徑是S->1->3，因此完整鏈路為S->1->3->7；
抄表階段S5，地址7的備用父節點為地址4、5，地址4的最短路徑是S->2->4，地址5的最短路徑是S->1->5，因此完整鏈路有兩條，分別是S->2->4->7和S->1->5->7；
以上各階段，抄表輪次為0，無上次成功路徑，因此採用私有信道組，交替使用信道索引2、3。
以上實施例僅為充分公開而非限制本發明，凡基於本發明的創作主旨、未經創造性勞動的等效技術特徵的替換，應當視為本申請揭露的範圍。