基於寬帶載波通信的抄表系統及抄表方法與流程

2023-11-30 08:31:56

本發明屬於電力線寬帶載波通信技術領域，尤其涉及一種基於寬帶載波通信的並行抄表系統及並行抄表方法。

背景技術：

近年來，各廠家相繼推出應用於能源管理和家庭自動化的電力線寬帶載波晶片，使得電力線寬帶載波技術以更穩定、更高速的優勢逐漸取代電力線窄帶載波技術，進入電能表自動抄表系統、路燈控制和智能家居等領域。

在自動抄表領域，對於大型的電力公司來說，一般會設置多個主站，每個主站管理若干個臺區，每個臺區由多個集中器來管理，一個集中器往往要收集400～500隻電能表的數據，如果主站想要實時採集電能表信息，對抄錶速度的要求非常高。傳統的集中器抄表方式是串行通信，也就是添加一個任務，等任務執行完畢，需上報任務數據且集中器回復確認後，才能添加下一個任務。這種方式的執行效率很低，抄表周期很長。抄錶速度這一指標既體現了一款產品的性能，也體現了廠家在該領域的實力，對佔據該領域的市場份額有著重要影響，因此，如何提高抄錶速度是各個廠家急需解決的問題。

為了提高抄表效率，縮短抄表周期，公開號為cn104318750a的中國發明專利申請公開了一種並行抄表系統及抄表方法，該系統包括集中器、中央協調設備cco、站點sta及計量表。抄表時，集中器在一個抄表周期內向中央協調設備連續發送多條抄表命令，中央協調設備根據計量表標識通過寬帶載波電力線向各站點連續發送抄表指令，站點根據抄表指令從計量表處獲得計量數據，並向中央協調設備反饋報文，中央協調設備將包含了計量數據的反饋報文發送給集中器。該抄表系統通過並行發送抄表命令及並行接收反饋報文的方式實現了提高抄表效率及改善對計量表數據採集的實時性的目的。但是如何在並行抄表的基礎上進一步提升效率及抄表成功率及仍是各廠商的研發重點。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種抄表效率高的基於寬帶載波通信的抄表系統及抄表方法。

為了實現上述目的，本發明採取如下的技術解決方案：

基於寬帶載波通信的抄表系統，包括集中器、與所述集中器通信連接的中央協調器、與所述中央協調器通信連接的載波節點及與載波節點通信連接的電能表，所述中央協調器上設置有用於存儲集中器添加的抄表任務的任務接收區、用於存放需要優先執行的抄表任務的任務執行緩衝區和用於存放中央協調器向集中器上報的反饋報文的任務上報緩衝區。

更具體的，所述任務接收區和/或任務執行緩衝區和/或任務上報緩衝區設置有任務存放閾值。

前述基於寬帶載波通信的抄表系統的抄表方法，包括以下步驟：

添加任務；集中器向中央協調器發送抄表報文，抄表報文包括電能表地址和數據標識，添加任務的步驟如下：

集中器查詢在線載波節點的信息；

集中器根據查詢到的信息按照抄表策略設置抄表任務的優先級；

集中器將抄表任務添加到中央協調器的任務接收區，中央協調器根據抄表任務的優先級將任務接收區內的抄表任務添加到任務執行緩衝區，向任務執行緩衝區添加任務的過程包括以下子步驟：

查詢任務接收區裡是否存在優先級高的任務，如果存在，則優先添加到任務執行緩衝區中；

優先級高的任務處理完後，依次按時間順序將任務接收區裡的任務添加到任務執行緩衝區；

執行任務；中央協調器根據抄表報文裡的電能表地址將任務執行緩衝區中的抄表任務發送給載波節點，載波節點收到抄表報文後下發給電能表，電能表提取相應的數據組織成響應報文返回載波節點，載波節點通過寬帶電力線回傳給中央協調器；

上報任務；載波節點回復的反饋報文由中央協調器存放在任務上報緩衝區，中央協調器將回傳的反饋報文上報給集中器。

更具體的，對經過同一個載波節點的多條抄表任務，在任務緩衝執行區裡只允許添加該載波節點的一條抄表任務。

更具體的，添加任務步驟中集中器查詢在線載波節點的信息包括載波節點的中繼深度，載波節點的信號強度、載波節點的設備屬性及載波節點的映射關係。

更具體的，抄表策略根據載波節點的中繼深度、載波節點的信號強弱、載波節點的設備屬性及載波節點的映射關係制定。

更具體的，抄表策略為：

添加任務前，先根據查詢到的在線載波節點的信息判斷該抄表任務對應的載波節點是否在線，如不在線則不添加；

判斷對同一個載波節點是否已有抄表任務在任務執行緩衝區內，如果有，則推遲添加該抄表任務；

中繼深度小的、信號強度強的，優先添加；

根據設備屬性及映射關係判斷載波節點為單相模塊或採集器，載波節點為採集器時，根據載波節點的映射關係，先檢索任務執行緩衝區內是否已有該載波節點的抄表任務，如果沒有優先級高，如果有則優先級最低，對同一個載波節點的抄表任務分開添加。

更具體的，所述任務接收區和/或任務執行緩衝區和/或任務上報緩衝區設置有任務存放閾值，當存儲的任務達到任務存放閾值時停止添加。

更具體的，中央協調器收到反饋報文後上報任務的過程包括以下步驟：

中央協調器接收到載波節點的反饋報文，檢查反饋報文的有效性，看是否丟幀或異常幀；如果反饋報文有效，則將載波節點回復的反饋報文按先後順序依次添加到中央協調器的任務上報緩衝區；

中央協調器循環檢測任務上報緩衝區中是否有待上報的反饋報文，如果有，則把反饋報文上報到集中器。

更具體的，中央協調器將反饋報文上報到集中器後，清除任務上報緩衝區內已上報的反饋報文，等待集中器確認是否已接收到上報的反饋報文；

如果集中器回復確認幀，中央協調器則清除任務接收區和任務執行緩衝區內與上報成功的反饋報文對應的抄表任務，如未收到集中器回復的確認幀，則在任務接收區和任務執行緩衝區繼續保留對應的抄表任務，直至該抄表任務被再次執行。

由以上技術方案可知，本發明的抄表系統採用並行執行任務的方式，集中器與中央協調器之間的交互、中央協調器與載波節點之間的交互都是並發執行的，即集中器在向中央協調器連續下發多個抄表任務的同時，中央協調器也可以向集中器上報任務數據，中央協調器向載波節點發送多條抄表命令的同時，載波節點也可以同時反饋多條報文到中央協調器，本發明同時通過在中央協調器中設置任務執行緩衝區和任務上報緩衝區，結合抄表策略，優化並發通信抄表流程，讓集中器可以更快更穩定地收集電能表的數據。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明系統的框圖；

圖2為本發明方法執行抄表任務的流程圖。

具體實施方式

為了讓本發明的上述和其它目的、特徵及優點能更明顯，下文特舉本發明實施例，並配合所附圖示，做詳細說明如下。

如圖1所示，本發明的抄表系統包括主站、集中器、中央協調器(cco)、若干個載波節點(sta1、sta2、……、stan)以及多個電能表。主站通過網絡，如gprs/cdma/光纖與集中器通信連接，向集中器發送讀電能表的報文指令。集中器與中央協調器通信連接，以任務的形式將抄表報文添加到中央協調器，中央協調器根據抄表報文的目的地址，找到要抄表的電能表對應的載波節點，通過寬帶載波網絡將抄表報文傳輸給載波節點，載波節點通過串口把抄表報文下發至該電能表，電能表解析報文內容後，將相應的計量數據打包回傳給載波節點，載波節點再通過寬帶電力線網絡傳輸回中央協調器，由中央協調器根據回傳內容組織上報給集中器，集中器再把反饋報文響應給主站。

本發明將集中器下發抄表報文到中央協調器的過程稱為添加任務，將中央協調器與載波節點、載波節點與電能表之間的通信稱為執行任務，將中央協調器響應報文並上報給集中器的過程稱為上報任務。因此，一次抄表流程可以理解為添加任務、執行任務、上報任務的過程。

在一次抄表流程中，中央協調器要運行的流程包括：對集中器下發的抄表指令的接收處理、抄表指令的執行處理、向載波節點發送抄表指令、對載波節點上報的反饋報文的接收處理和向集中器發送反饋報文等步驟，其中，抄表指令的接收處理包括緩存抄表指令和解析抄表指令等進程；抄表指令的執行處理包括把抄表任務添加到任務執行緩衝區和管理任務執行緩衝區內的抄表任務等進程；反饋報文的接收處理包括在任務上報緩衝區緩存反饋報文的進程。

本發明的集中器與中央協調器之間的交互、中央協調器與載波節點之間的交互是並發執行的，集中器向中央協調器發送完一條抄表命令後，不用等待接收與這條抄表命令對應的上報報文就能向中央協調器繼續發送對另一個電能表的抄表命令；中央協調器向某一個載波節點發送了一條抄表指令後，不用等待該載波節點返回與這條抄表指令對應的反饋報文，就能繼續根據接收到的其他抄表命令，向另一個載波節點發送抄表指令。集中器在向中央協調器連續下發多個抄表任務的同時，中央協調器也可以向集中器上報任務數據，中央協調器向載波節點發送多條抄表命令的同時，載波節點也可以同時反饋多條報文到中央協調器。

如圖1所示，本發明的中央協調器上設置有任務接收區、任務執行緩衝區和任務上報緩衝區。任務接收區用於存儲集中器添加的抄表任務，任務接收區可設置任務存放閾值，本實施例任務接收區的任務存放閾值為130，當集中器檢測到任務接收區內的抄表任務達到任務存放閾值時，停止向中央協調器添加任務。

任務執行緩衝區用於存放需要優先執行的抄表任務，經過同一個載波節點的抄表命令，在任務緩衝執行區裡只允許添加一條抄表命令。任務接收區內的抄表任務根據抄表策略選擇性添加至任務執行緩衝區中，抄表策略根據載波節點的中繼深度、載波節點的信號強弱及載波節點的設備屬性、載波節點的映射關係制定：中繼深度越小，優先級越高；信號強度越強，優先級越高；根據設備屬性及映射關係判斷載波節點為單相模塊或採集器，載波節點如果為採集器，先檢索任務執行緩衝區內是否已有該載波節點的抄表任務，如果沒有優先級高，如果有則優先級低；根據優先級別向任務執行緩衝區添加抄表任務。任務執行緩衝區也可以設置任務存放閾值，例如任務存放閾值為10，即可以存放10個抄表任務，10個抄表任務會被中央協調器同時下發給相應的載波節點去執行；載波節點也會同時回復響應幀(反饋報文)，載波節點回復的響應幀會被中央協調器存放在任務上報緩衝區。

任務上報緩衝區用於存放中央協調器向集中器上報的任務數據(即反饋報文)。任務上報緩衝區同樣可設置任務存放閾值，例如任務存放閾值為10，即可以存放10個待上報任務數據，中央協調器向集中器上報任務數據時，每上報一個任務數據，中央協調器就會將該任務數據在任務上報緩衝區內清除。在收到集中器的確認幀後，中央協調器還會進一步將任務接收區和任務執行緩衝區內與該任務數據對應的抄表任務刪除。

下面結合圖1和圖2，對本發明抄表系統的抄表方法進行說明，抄表系統抄表時，主站向集中器發送讀電能表的報文指令，

添加任務；集中器接到指令後，向中央協調器發送抄表報文，抄表報文包括電能表地址和數據標識，添加任務的步驟如下：

a、集中器查詢在線載波節點的信息，查詢的信息包括載波節點的中繼深度，載波節點的信號強度、載波節點的設備屬性(是單相模塊還是採集器)及載波節點的映射關係；對於屬於採集器的載波節點而言，其可以通過rs485連接不超過32隻電能表，所以需要建立一對多的映射關係，通過映射關係，中央協調器能準確找到電能表，從而快速完成抄表；

b、集中器根據查詢到的信息按照抄表策略設置抄表任務的優先級，中繼深度小的優先添加，信號強的優先添加，載波節點為採集器時，根據載波節點的映射關係，對同一個載波節點的抄表任務，選擇性分開添加；例如將任務的優先級分為0級到3級，優先級越小，級別越高；進一步的，對需要緊急執行的任務，如手動抄表任務，設置優先級為高級，優先添加執行；

c、將抄表任務添加到中央協調器的任務接收區，中央協調器根據抄表任務的優先級將任務接收區內的抄表任務添加到任務執行緩衝區；向任務執行緩衝區添加任務的過程包括以下子步驟：

c-1、查詢任務接收區裡是否存在優先級比較高的任務，如果存在，則優先添加到任務執行緩衝區中，馬上去執行；

c-2、優先級高的任務處理完後，依次按時間順序將任務接收區裡的任務添加到任務執行緩衝區；

按照抄表策略設置抄表任務的優先級，抄表策略具體如下：

添加任務前，先根據查詢到的在線載波節點的信息判斷該抄表任務對應的載波節點是否在線，如不在線則不添加；

判斷對同一個載波節點是否已有抄表任務在任務執行緩衝區內，如果有，則推遲添加該抄表任務；如對於屬於採集器類型的載波節點，由於載波節點下掛接了多隻電能表，包括電錶1、電錶2、……、電錶n，如果任務執行緩衝區裡存在電錶1的抄表任務，對於電錶2到電錶n的抄表任務推遲添加到任務執行緩衝區中；通過將同一載波節點上的抄表任務分開添加，以避免電力線上衝突；根據抄表策略，中繼深度越小的，信號強度越強的，優先添加，同一個載波節點上的抄表任務，分開添加，由此可以避免抄表時先執行一些信號差或受幹擾的sta的抄表任務，耗費太多時間，而信號強的sta遲遲沒有去抄讀的情況發生，提高抄表效率；

執行任務；中央協調器根據抄表報文裡的電能表地址將任務執行緩衝區中的抄表任務發送給載波節點，載波節點收到抄表報文後，通過串口或rs485口下發給電能表，電能表根據抄表報文裡的數據標識提取相應的數據，並組織成響應報文返回載波節點，載波節點通過寬帶電力線回傳給中央協調器；

上報任務；中央協調器將回傳的反饋報文組織上報給集中器，集中器再把反饋報文發送給主站；

中央協調器收到反饋報文後上報的過程包括以下步驟：

中央協調器接收到載波節點的反饋報文，先檢查反饋報文的有效性，看是否丟幀或異常幀；如果反饋報文有效，則將載波節點回復的反饋報文按先後順序依次添加到中央協調器的任務上報緩衝區，如果超過任務上報緩衝區的報文存放閥值則暫停添加；

中央協調器循環檢測任務上報緩衝區中是否有待上報的反饋報文，如果有，則把反饋報文上報到集中器；

清除任務上報緩衝區內已上報的反饋報文，等待集中器確認是否已接收到上報的反饋報文；

如果集中器回復確認幀，表明上報已成功，中央協調器則進一步清除任務接收區和任務執行緩衝區內與上報成功的反饋報文對應的抄表任務，如未收到集中器回復的確認幀，則在任務接收區和任務執行緩衝區繼續保留對應的抄表任務，直至該抄表任務被再次執行。

本發明的抄表流程中每個步驟的執行過程是並發執行的，不依賴於集中器的確認幀或cco的確認幀。前述實施例的抄表方法是以集中器主動下發一條抄表命令，經過cco、抄表命令相應的sta及相應的電錶，最終由cco返回與這條抄表命令相應的反饋報文的過程為一個抄表流程。但還存在另外一種抄表流程，是由cco主動向集中器請求許可，集中器向cco發送許可或抄表命令，cco向sta下發抄表指令，sta向對應的電錶抄讀數據，最終由cco返回與這條抄表指令相應的反饋報文到集中器的過程，本發明同樣適用於此類抄表流程。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬範圍。