一種基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法與流程

2023-05-14 03:48:46 1

本發明涉及智能儀表通信技術，尤其是一種基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法。

背景技術：

隨著網絡通信技術發展，應用於電力抄表、水熱氣抄表、工廠自動化生產線等各類智能儀表的通信網絡速度也越來越快，信息帶寬不斷提升。但目前此類信息系統抄讀一次臺區內全部表計數據的速度仍然很慢，其主要瓶頸已經不再是網絡本身的傳輸速度，而是表計上的節點通信模塊與表計之間所採用的串口等本地通信方式訪問速度較慢，或者表計響應抄讀命令並回複數據具有較大的處理延時。

公開號為cn105139629a的中國專利文件公開了一種提高低壓電力線寬帶載波數據採集效率的方法，在該方法中，集中器分別與採集器和電能表通訊連接，集中器運行以下步驟：物理拓撲關係構建步驟、並發採集步驟和採集器遍歷步驟；當物理拓撲關係表未建立時，採用傳統的數據採集方案進行數據採集；當物理拓撲關係表建立後，以不同採集器所接的電能表同時並發抄表處理技術和異步通訊技術，從而實現了集中器同時採集同一臺區下多個採集器外接的電能表數據。但是，該專利文件描述的方法仍存在以下不足：1、該方法僅僅涉及集中器、採集器、電能表，沒有主節點通信模塊和從節點通信模塊的配合，缺乏可行性；2、沒有說明啟動並發抄表和結束並發抄表的流程；3、沒有描述清楚並發抄表報文組成要素，沒有區分不同類型、不同規約的表計；4沒有給出同時抄讀多隻表計時通信規約，無法解決通信應答衝突。

技術實現要素：

本發明提供了一種基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法，用於解決現有技術中表計訪問接口速度慢，與寬度網絡較高的通信速度不匹配，導致臺區抄表時間長的問題。

為了解決上述問題，本發明提供一種基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法，包括集中器、採集器和臺區數據採集終端，所述臺區數據採集終端通過所述集中器與所述採集器進行信息傳輸，所述集中器上設有主節點通信模塊，所述採集器或表計上設有從節點通信模塊，還包括以下步驟：

s100、所述臺區數據採集終端通知所述主節點通信模塊啟動表計數據快速抄讀；

s200、所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以多播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括抄讀指定表計標誌、要抄讀的表計總數量和每個表計的抄讀配置數據，其中的所述抄讀配置數據包括表計地址、數據接口協議類型、要抄讀的數據項總數和數據項訪問標識；

s300、所述從節點通信模塊接收所述並發抄讀表計下行命令報文並確認需要抄讀與其相連的表計時，依據所述數據接口協議類型、所述數據項訪問標識生成訪問對應每個數據項的表計數據讀取報文並以對話方式逐一發送給與其相連的表計，接收表計反饋的每個數據項的數據回復報文；所述從節點通信模塊將接收的每個數據項的數據回復報文在不超過寬帶網絡數據包最大長度限制下進行數據合併打包處理，並依據寬帶網絡協議生成並發抄讀表計上行數據報文；

s400、所述主節點通信模塊為進行表計數據抄讀的所述從節點通信模塊分配從節點並發相應時段，且所述從節點並發相應時段之間還設置有主節點並發命令時段；已生成並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊按照所述主節點通信模塊分配的從節點並發響應時段將所述並發抄讀表計上行數據報文通過寬帶網絡發送給所述主節點通信模塊；所述主節點通信模塊在主節點並發命令時段下發包含未抄讀和抄讀失敗的表計地址的並發抄讀表計下行命令報文；

s500、所述主節點通信模塊將接收到的並發抄讀表計上行數據報文進行數據分解解析處理以獲取對應表計的各數據項數據，並依據所述臺區數據採集終端的接口協議格式生成表計數據終端上報報文，依據所述臺區數據採集終端的接口協議格式將所述表計數據終端上報報文發送給所述臺區數據採集終端。

本發明提供的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法還具有以下技術特徵：

進一步地，所述步驟s200還包括s210：所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以廣播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括抄讀臺區全部表計標誌、數據接口協議類型總數量和每個協議類型的抄讀配置數據。

進一步地，所述步驟s200還包括s220：所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以單播輪詢方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括1個表計地址、對應的表計的數據接口協議類型、要抄讀的數據項總數和數據項訪問標識。

進一步地，所述步驟s300中，所述從節點通信模塊將接收的每個數據項的數據回復報文進行數據合併打包處理的過程包括數據合併、數據加密和數據打包。

進一步地，所述步驟s500中，所述主節點通信模塊將接收到的並發抄讀表計上行數據報文進行數據分解解析處理的過程包括報文解析、數據解密和數據分解。

進一步地，所述步驟s400還包括s410，當所述臺區數據採集終端需要停止抄讀臺區內全部表計時，所述臺區數據採集終端通過所述主節點通信模塊在主節點並發命令時段下通過所述主節點通信模塊對準備發送並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊下發並發抄錶停止命令，收到並發抄錶停止命令的從節點通信模塊中止和表計的通信，並放棄已經準備發送的並發抄讀表計上行數據報文。

本發明具有如下有益效果：通過採用主節點通信模塊以多播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文，每個從節點通信模塊連接一個待抄讀的表計，可提高抄讀效率，快速完成對臺區內所有表計的抄讀；主節點通信模塊為進行表計數據抄讀的從節點通信模塊分配從節點並發相應時段，且從節點並發相應時段之間還設置有主節點並發命令時段，由此可避免載波從節點應答衝突，保證信息採集、傳輸的可靠性。

附圖說明

圖1為本發明實施例的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法的流程圖；

圖2是本發明的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀方法的流程框圖；

圖3是本發明的中的從節點通信模塊數據合併打包處理流程圖；

圖4是本發明中的主節點通信模塊數據分解解析處理流程圖；

圖5是本發明中的臺區數據採集終端與主節點通信模塊間並發幀定義；

圖6是本發明中的645-2007/645-1997並發幀內容定義；

圖7是本發明中的透明轉發並發幀內容定義；

圖8是本發明中的抄表系統的拓撲結構圖；

圖9是本發明中的從節點通信模塊響應流程圖；

圖10是本發明中的主節點通信模塊協議解析流程圖。

具體實施方式

下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

如圖1所示的本發明的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法的一個實施例中，該基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法包括集中器、採集器和臺區數據採集終端，所述臺區數據採集終端通過所述集中器與所述採集器進行信息傳輸，其特徵在於，所述集中器上設有主節點通信模塊，所述採集器或表計上設有從節點通信模塊，還包括以下步驟：

s100、所述臺區數據採集終端通知所述主節點通信模塊啟動表計數據快速抄讀；

s200、所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以多播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括抄讀指定表計標誌、要抄讀的表計總數量和每個表計的抄讀配置數據，其中的所述抄讀配置數據包括表計地址、數據接口協議類型、要抄讀的數據項總數和數據項訪問標識；

s300、所述從節點通信模塊接收所述並發抄讀表計下行命令報文並確認需要抄讀與其相連的表計時，依據所述數據接口協議類型、所述數據項訪問標識生成訪問對應每個數據項的表計數據讀取報文並以對話方式逐一發送給與其相連的表計，接收表計反饋的每個數據項的數據回復報文；所述從節點通信模塊將接收的每個數據項的數據回復報文在不超過寬帶網絡數據包最大長度限制下進行數據合併打包處理，並依據寬帶網絡協議生成並發抄讀表計上行數據報文；

s400、所述主節點通信模塊為進行表計數據抄讀的所述從節點通信模塊分配從節點並發相應時段，且所述從節點並發相應時段之間還設置有主節點並發命令時段；已生成並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊按照所述主節點通信模塊分配的從節點並發響應時段將所述並發抄讀表計上行數據報文通過寬帶網絡發送給所述主節點通信模塊；所述主節點通信模塊在主節點並發命令時段下發包含未抄讀和抄讀失敗的表計地址的並發抄讀表計下行命令報文；

s500、所述主節點通信模塊將接收到的並發抄讀表計上行數據報文進行數據分解解析處理以獲取對應表計的各數據項數據，並依據所述臺區數據採集終端的接口協議格式生成表計數據終端上報報文，依據所述臺區數據採集終端的接口協議格式將所述表計數據終端上報報文發送給所述臺區數據採集終端。

本發明的上述實施例中的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法，通過採用主節點通信模塊以多播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文，每個從節點通信模塊連接一個待抄讀的表計，可提高抄讀效率，快速完成對臺區內所有表計的抄讀；主節點通信模塊為進行表計數據抄讀的從節點通信模塊分配從節點並發相應時段，且從節點並發相應時段之間還設置有主節點並發命令時段，由此可避免載波從節點應答衝突，保證信息採集、傳輸的可靠性。具體而言，在基於寬帶網絡的臺區數據採集系統中，如果假設臺區數據採集終端發送抄讀表計下行命令報文給主節點通信模塊的耗時為t1，主節點通信模塊將該報文發送給從節點通信模塊的耗時為t2，從節點通信模塊發送抄表報文到表計的耗時為t3，隨後，表計經過t4時間將數據回復報文發送給從節點通信模塊，從節點通信模塊進一步經過t5時間將數據回復報文傳送至主節點通信模塊，主節點通信模塊最終又經過t6時間回復臺區數據採集終端；在寬帶網絡條件下，網絡上數據傳輸速度快，所需的t2和t4時間很短，遠小於t1、t3、t4和t6；特別是表計通常需要具有較強的抗幹擾能力以應對較複雜的現場環境，表計處理器性能通常低於臺區數據採集終端，導致從節點通信模塊和表計之間通信速度最慢，t3和t4時間最長；因此，系統在一個數據項抄完再接著抄讀另一個數據項的情況下，整體抄讀效率主要受制於t3和t4；本發明通過利用t1、t2的快速性來提高抄讀效率，同時下發多個抄讀命令給多個從節點通信模塊，讓這些從節點通信模塊同時進行數據抄讀。系統抄讀不必等待一個數據項返回再抄讀另一個數據項；如果同時有n個從節點抄讀，則平均一個數據項的抄讀時間變為(t3+t4)/n，n越大平均速度越快；可以通過採用壓縮方式下發採集報文來進一步提高抄讀效率，目前臺區數據採集終端與主節點通信模塊間的通信速度t1、t6，比表計t3快很多，但是比寬帶載波低很多；因為t3＝4t1＝4t6，所以當上述n大於4的時候，臺區數據採集終端與主節點通信模塊間的通信速度t1、t6成為系統的抄讀效率瓶頸。在寬帶載波速度富餘的情況下，臺區數據採集終端與主節點通信模塊間採用壓縮方式下發採集報文，用字節中的一位表示一個從節點，抄讀數據項相同的從節點編為一組，按組下發抄讀數據項，臺區數據採集終端不組抄讀幀，由從節點通信模塊進行組幀，有效解決t1的瓶頸問題，例如，如果臺區有500個電錶，同時抄讀同一個數據項，這種方式壓縮t1近500倍，基本消除t1的限制；主節點通信模塊上報抄讀結果時，合併多表數據上傳，減少重複數據和幀間時間間隔，儘可能降低t6的影響，由此可提高抄讀效率。載波從節點應答衝突主要是因為，載波從節點應答抄讀結果時要進行信道競爭，衝突避免後才能佔用信道通信，如果同時多個從節點競爭，則衝突機率增大，總線利用率降低；因為載波通信信號具有區域性，節點相間較遠時，相互沒有幹擾，而同一個代理節點下的從節點相互幹擾更多；相互沒有幹擾的從節點是可以同時發送數據的；為降低總線競爭，在本發明實施例中，主節點發起並發抄表時，儘量不安排相同中繼級別、相同代理節點的從節點同時抄表，而是儘量均衡到不同中繼級別、不同代理節點下的從節點同時抄表，由此避免載波從節點應答衝突。

在上述實施例中，基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法還具有以下技術特徵：

優選地，所述步驟s200還包括s210：所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以廣播方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括抄讀臺區全部表計標誌、數據接口協議類型總數量和每個協議類型的抄讀配置數據。所述步驟s200還包括s220：所述主節點通信模塊基於寬帶網絡以單播輪詢方式向從節點通信模塊下發並發抄讀表計下行命令報文；所述並發抄讀表計下行命令報文包括1個表計地址、對應的表計的數據接口協議類型、要抄讀的數據項總數和數據項訪問標識。

優選地，所述步驟s300中，所述從節點通信模塊將接收的每個數據項的數據回復報文進行數據合併打包處理的過程包括數據合併、數據加密和數據打包。所述步驟s500中，所述主節點通信模塊將接收到的並發抄讀表計上行數據報文進行數據分解解析處理的過程包括報文解析、數據解密和數據分解。所述步驟s400還包括s410，當所述臺區數據採集終端需要停止抄讀臺區內全部表計時，所述臺區數據採集終端通過所述主節點通信模塊在主節點並發命令時段下通過所述主節點通信模塊對準備發送並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊下發並發抄錶停止命令，收到並發抄錶停止命令的從節點通信模塊中止和表計的通信，並放棄已經準備發送的並發抄讀表計上行數據報文。

為了便於理解本發明的實質內容，舉例說明如下。本發明的基於寬帶網絡的表計數據快速抄讀的方法，用於抄讀臺區內多塊表計的多項數據。抄表系統包括集中器，採集器，數據採集終端，集中器一方面完成與採集器的數據通信功能，向採集器或電錶上使用的本地通信模塊下達讀取電量數據命令，另一方面根據要求完成與數據採集終端的通信，接收數據採集終端的命令將電量數據上傳給數據採集終端。採集器主要用來完成對用戶電能表數據採集、存儲，並通過低壓電力線將電量數據傳送到集中器。抄表系統的拓撲結構圖如圖8所示，主節點通信模塊指集中器上使用的本地通信模塊，從節點通信模塊指i型採集器和電錶上使用的本地通信模塊。臺區數據採集終端通過撥號或者別的方式連接到集中器，集中器可以同時並發抄讀多塊電錶，並且每幀報文中可以包括多個645幀。集中器向主節點通信模塊發送暫停路由命令，使主節點通信模塊退出主動模式，由集中器自動控制抄表交互流程。集中器連續發送多個afn＝f1h讀表幀給主節點通信模塊，啟動表計數據快速抄讀的命令。

主節點通信模塊基於寬帶網絡下發並發抄讀表計下行命令報文，其中的並發抄讀表計下行命令報文包含抄讀指定表計標誌、要抄讀的表計總數量和每個表計的抄讀配置數據，其中每個表計的抄讀配置數據包括表計地址、數據接口協議類型、要抄讀的數據項總數以及每個數據項訪問標識。對常用的電錶規約dl645，按照圖6的格式組幀。

例如：68430001000000000000f1013434393804000000004400000000004500000000004600000000004700000000e516

-「01」表示通信協議類型，其值為「01」，即dlt645-2007通信規約；

-「34343938」表示數據標識，其值為「38393434」，減33h處理以後為「05060101」表示當前正向有功電能數據塊，包含總、費率1、費率2……的當前正向有功電能數據；

-「04000000」表示電能表個數，其值為「00000004」；

-「004400000000004500000000004600000000004700000000」表示電能表地址；

-「1a」表示校驗碼cs，其值為「1a」。

從節點通信模塊始終處於被動狀態，隨時準備響應來自主節點通信模塊的通信請求，其響應流程圖，如圖9所示。從節點通信模塊接收到並發抄讀表計下行命令報文，在確認需要抄讀本節點通信模塊所連接的表計之後，再依據數據接口協議類型和數據項訪問標識，生成訪問對應每個數據項的若干表計數據讀取報文，以對話方式逐一發送給所連接的表計，並接收表計回復的每個數據項的數據回復報文，從節點通信模塊將若干條數據回復報文在不超過寬帶網絡數據包最大長度限制下進行數據合併打包處理，並依據寬帶網絡協議生成並發抄讀表計上行數據報文。從節點通信模塊生成並發抄讀表計上行數據報文的數據合併打包處理分為數據合併、數據加密、數據打包三步處理，如圖3所示。

例如：686b0081040000000000022000682119000000000000f101343439387997333337333333bb3c3333ca4733338a6c33338097435637433311bb3c3322ca4733668a6c33777597333337333333cc3cbb33ca4733338a6d3333798133433733dd33bb3c3333ca4733338a6c33332f16

-「01」表示通信協議類型，其值為「01」，即dlt645-2007通信規約；

-「34343938」表示數據標識，其值為「38393434」，減33h處理以後為「05060101」表示當前正向有功電能數據塊，包含總、費率1、費率2……的當前正向有功電能數據；

-「7997333337333333bb3c3333ca4733338a6c33338097435637433311bb3c3322ca4733668a6c33777597333337333333cc3cbb33ca4733338a6d3333798133433733dd33bb3c3333ca4733338a6c3333」表示數據內容；

-「2f」表示校驗碼cs，其值為「2f」。

主節點通信模塊為進行表計數據抄讀的從節點通信模塊分配從節點並發響應時段，並且從節點並發響應時段之間設置有主節點並發命令時段；準備好並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊按照主節點通信模塊分配的從節點並發響應時段將並發抄讀表計上行數據報文通過寬帶網絡發送給主節點通信模塊；主節點通信模塊在主節點並發命令時段下發包含表計數據終端尚未抄讀和抄讀失敗表計地址的並發抄讀表計下行命令報文；

主節點通信模塊將接收到的並發抄讀表計上行數據報文進行數據分解解析處理，獲得對應表計的數據項數據，依據臺區數據採集終端接口的協議格式，生成表計數據終端上報報文，依據臺區數據採集終端接口通信規則將表計數據終端上報報文發送給臺區數據採集終端。主節點通信模塊對並發抄讀表計上行數據報文的數據分解解析處理包括報文解析、數據解密和數據分解，如圖4所示。報文解析流程如圖10所示。

當臺區數據採集終端需要停止抄讀臺區內全部表計時，臺區數據採集終端通過主節點通信模塊在主節點並發命令時段下，通過主節點通信模塊對準備並發抄讀表計上行數據報文的從節點通信模塊下發並發抄錶停止命令，收到命令的從節點通信模塊中止和表計的通信，放棄已經準備發送的並發抄讀表計上行數據報文。

例如：

-上行：680f004300005f000000120200b616；

-下行：681500830000000000000001000000000000008416。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。