一种电力线载波混合组网方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别是涉及一种混合组网方法、装置和系统。


背景技术：

2.随器计量技术是中国国家电网提出并大力推进的一种面向用户侧居民用电设备的感知技术，其具有电参量量测、环境参量感知和控制策略输出等功能，可以实现对用户用电负荷的精确感知，满足家用电器级的深度感知和精准控制的需求，为用电设备的精准运行监测、智能控制以及区域性宏观协同运行提供了基础性支撑。
3.随器计量技术是在电器中设置一内嵌式小型随器计量模块，通过随器计量模块采集电器的电压、电流、功率等数据信息，从而对电器的用电行为进行计量监控。由于随器计量模块是设置在各种电器中，其数量庞大，在实际应用中面临的最大问题就是计量数据的通信问题，为这些随器计量模块找到一种合适的通信方式是决定随器计量技术未来发展前景的重要因素。借助电力线载波通信是满足随器计量设备通信的一种重要手段，然而由于现有电力线载波通信协议承载节点数量有限，当末端节点成倍增加后，存在台区中载波中的组网和通信不理想的问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电力线载波混合组网方法、装置及系统，对末端结点进行分类管理，用以解决电力线载波在物联网应用中末端结点成倍增多的问题。
5.为实现上述目的，本发明电力线载波混合组网方法，包括以下步骤：1）将从节点划分为第一类从节点和第二类从节点，并进行分类档案管理；2）将第二类从节点按全时段与第一类从节点建立连接、第一类从节点入网通信的方式混合组网和连接；3）建立主节点与第二类从节点的数据通信；4）对所述第一类从节点和第二类从节点进行混合离网和断连设置。
6.进一步地，所述步骤1）还包括，主站或集中器向主节点发送档案管理消息及档案隶属关系消息所述主节点向第一类从节点转发档案隶属关系消息，并保存对应的第二类从属节点的对应关系；所述档案管理消息，包括：第一类从节点和第二类从节点的档案信息；所述档案隶属关系消息，包括：第一类从节点和第二类从节点之间的从属关系。
7.进一步地，所述第一类从节点收到所述档案管理消息后，如果第二类从节点档案信息和自身有对应关系，则响应从该第二类从节点发来的消息，如果没有对应关系，则不响应第二从节点发来的消息或回复拒绝消息。
8.进一步地，所述步骤2）还包括，第一类从节点向主节点发送入网请求消息；所述主节点收到所述第一类从节点入网请求消息后，回复入网请求应答消息，同时记录该第一类从节点的入网状态；主站或主节点向已入网的第一类从节点发送隶属于该节点的第二类从节点信息；第二类从节点向第一类从节点发送连接请求，并接收所述第一类从节点连接确认消息后，判断连接成功；主节点收到第一类从节点上报的第二类从节点连接成功后，记录该第二类从节点的连接状态信息。
9.进一步地，所述第二类从节点向第一类从节点发送连接请求，包含第二类从节点档案信息，如果所述第二类从节点档案信息包含在所述第一类从节点的从属档案中，则所述第一类从节点向发出连接请求的第二类从节点回复连接确认消息，并将该所述第二类从节点连接成功的信息上报给主节点。
10.进一步地，所述步骤3）还包括，主站或集中器向主节点发送第二类从节点的数据请求消息；所述主节点对所述第二类从节点数据请求消息进行连接状态判断，如果是已连接，则向所述第二类从节点所隶属的第一类从节点发送数据请求消息，包括：第一类从节点的档案信息、第二类从节点的档案信息和请求内容；所述第一类从节点向所述第二类从节点转发数据请求消息；所述第二类从节点根据所述数据请求信息，构造应答消息，并回复所述第一类从节点；所述第一类从节点，按时隙要求将所述应答消息上报给主节点；所述第一类从节点，将所述第二类从节点主动上报的事件信息转发给主节点。
11.进一步地，所述数据请求消息，包括，第一类从节点的档案信息、第二类从节点的档案信息和请求内容。
12.更进一步地，所述步骤4）还包括，第二类从节点判断连接成功之后向第一从节点发送连接请求，如果在预设时间内没有接收到所述第一从节点的连接应答消息，则判断为离线；第一类从节点判断第二类从节点连接成功之后，如果在预设时间之内没有接收到所述第二类从节点的连接请求，则认为所述第二类从节点离线；当第一类从节点和第二从节点的隶属关系发生变化，则向所述第二从节点发送断开连接消息，包含原因为隶属关系变更。
13.为实现上述目的，本发明还提供一种主节点连接管理装置，应用于主节点，包括，主节点档案管理模块、主节点连接管理模块，以及主节点数据通信模块，其中，所述主节点档案管理模块，用于管理第一类从节点和第二类从节点两类档案信息以及两类节点间的隶属关系；所述主节点连接管理模块，用于记录第二类从节点连接状态信息；所述主节点数据通信模块，用于向第二类从节点发送数据请求、接收第二类从节点的数据应答和主动上报消息。
14.为实现上述目的，本发明还提供一种第一从节点连接管理装置，应用于第一类从节点，包括，所述第一从节点档案管理模块、第一从节点连接管理模块，以及第一从节点数据通信模块，其中，所述第一从节点档案管理模块，用于管理隶属于该节点的第二类从节点档案信息；所述第一从节点连接管理模块，用于管理第一类从节点和第二类从节点之间的连接建立、连接保持、数据通信和连接断开等过程；所述第一从节点数据通信模块，用于转发主节点发往所属于该节点的第二类从节点的数据请求消息，及转发所属于该节点的第二类从节点发往主节点的数据应答消息或主动上报事件消息。
15.为实现上述目的，本发明还提供一种第二从节点连接管理装置，应用于第二类从节点，包括，所述第二从节点档案管理模块、第二从节点连接管理模块，以及第二从节点数据通信模块，其中，所述第二从节点档案管理模块，用于记录允许其建立连接的第一类从节点信息；所述第二从节点连接管理模块，用于管理其与第一类从节点之间的连接建立、连接保持、数据通信和连接断开等过程；所述第二从节点数据通信模块，用于处理主节点发来的数据请求消息，及构造并发送数据应答消息或主动上报消息。
16.为实现上述目的，本发明还提供一种电力线载波混合组网系统，包括，上述主节点连接管理装置、第一从节点连接管理装置，以及第二从节点连接管理装置。
17.本发明的电力线载波混合组网方法、装置及系统，与现有技术相比较，具有以下有益效果：通过有效利用电力线末端多个节点通信冲突较小的特点，将从节点进行分类，第二类从节点不需要参与组网和信标规划，有效解决了电力线载波通信网络节点较多时的组网和数据通信问题，扩展了电力线载波的通信领域。
18.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为根据本发明的电力线载波混合组网方法流程图；图2为根据本发明的对从节点进行分类档案管理流程图；图3为根据本发明的从节点的混合组网和连接流程图；图4为根据本发明的主节点与第二类从节点的数据通信流程图；图5为根据本发明的从节点混合离网和断连流程图；图6为根据本发明的主节点连接管理装置结构示意图；图7为根据本发明的第一从节点连接管理装置结构示意图；图8为根据本发明的第二从节点连接管理装置结构示意图；图9为根据本发明的电力线载波混合组网系统结构示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
21.实施例1图1为根据本发明的电力线载波混合组网方法流程图，下面将参考图1，对本发明的本发明的电力线载波混合组网方法进行详细描述。
22.首先，在步骤101，将从节点划分为第一类从节点和第二类从节点，并进行分类档案管理。
23.本发明实施例中，主节点接收主站或集中器发送的档案管理消息和档案隶属关系消息，并保存所对应的第二类从节点的对应关系。
24.其中，档案管理消息，包括，第一类从节点和第二类从节点分类信息，以及用以标识所适应设备的属性信息，用于区分两类从节点的入网和连接方式；其中，档案隶属关系消息，包括，第一类从节点和第二类从节点的隶属关系，用以第二类从节点的连接、通信及离网管理。
25.在步骤102，将第二类从节点按全时段与第一类从节点建立连接、第一类从节点入网通信的方式混合组网和连接。
26.本发明实施例中，主节点接收第一类从节点入网请求消息后回复入网请求应答消息，同时记录该节点的入网状态、为其分配信标时隙；接收第一类从节点上报的第二类从节点连接成功消息后，记录第二类从节点的入网状态。
27.在步骤103，建立主节点与第二类从节点的数据通信。
28.本发明实施例中，主节点向第二类从节点发送数据请求时，首先向其所从属的第一类从节点发送数据请求，并由该第一类从节点转发到目的第二类从节点；第二类从节点收到数据请求后，将请求结果发送给其所属的第一类从节点，并由该第一类从节点将请求结果转发给主节点；第二类从节点可以将主动上报事件信息发送给其所属的第一类从节点，并由该第一类从节点将主动上报事件信息转发给主节点。
29.在步骤104，对从节点进行混合离网和断连设置。
30.本发明实施例中，按照高速电力线载波通信协议管理离网。对于第一类从节点而言，在定时周期内如果没有收到连接请求消息，则认为断开连接；对于第二类从节点而言，在定时周期内没有收到连接确认消息，则认为断开连接。
31.图2为根据本发明的对从节点进行分类档案管理流程图，下面将参考图2，对本发明的对从节点进行分类档案管理流程进行详细描述。
32.在步骤201，主站或集中器向主节点（cco）发送档案管理消息，消息内容包括：第一类从节点（sta）和第二类从节点（sm）的档案信息。
33.在步骤202，主站或集中器向主节点发送档案隶属关系消息，消息内容包括：第一类从节点和第二类从节点之间的从属关系，优选的，为每个第二类从节点设置唯一的第一类从节点对应关系。
34.在步骤203，主节点向第一类从节点转发档案隶属关系消息。
35.在步骤204，第一类从节点收到消息后，保存各自所对应的第二类从属节点的对应关系，用于后续和第二类从节点进行通信。如果第二类从节点档案信息和自身有对应关系，
则响应从该第二类从节点发来的消息，如果没有对应关系，则不响应第二从节点发来的消息或回复拒绝消息。
36.图3为根据本发明的从节点的混合组网和连接流程图，下面将参考图3，对本发明的从节点的混合组网和连接流程进行详细描述。
37.在步骤301，主节点启动后，按照国网高速载波协议规范发送信标消息，第一类从节点收到信标后按协议规定的csma时隙向主节点发送入网请求消息。
38.在步骤302，主节点收到第一类从节点入网请求消息后，回复入网请求应答消息，包含为该节点分配的代理节点信息。同时主节点记录该节点的入网状态，并按照协议在后续信标消息中为该节点分配信标时隙。
39.在步骤303，第一类从节点入网后，主站或主节点向已入网的第一类从节点发送隶属于该节点的第二类从节点信息。
40.在步骤304，第二类从节点以t1时间周期向第一类从节点发送连接请求，该请求消息中包含第二类从节点档案信息，如果消息中的档案信息包含在某第一类从节点的从属档案中，则该第一类从节点向发出连接请求的第二类从节点回复连接确认消息，该确认消息包含连接成功状态，并将该第二类从节点连接成功的信息上报给主节点。优选的，t1可设置为2秒。
41.在步骤305，第二类从节点收到第一类从节点回复的连接确认消息后，如果连接状态为成功，则判断本模组连接成功。
42.在步骤306主节点收到第一类从节点上报来的第二类从节点连接成功后，记录该第二类从节点的连接状态信息。
43.图4为根据本发明的主节点与第二类从节点的数据通信流程图，下面将参考图4，对本发明的主节点与第二类从节点的数据通信流程进行详细描述。
44.在步骤401，主站或集中器向主节点发送第二类从节点的数据请求消息。
45.在步骤402，主节点收到主站或集中器发来的第二类从节点数据请求消息后，判断该节点的连接状态，如果是已连接，则向该节点所隶属的第一类从节点发送数据请求消息，该请求消息中包括第一类从节点的档案信息、第二类从节点的档案信息和请求内容。
46.在步骤403，第一类从节点收到主节点发来的数据请求消息后，根据该消息内容向消息中包含的第二类从节点转发数据请求消息。
47.在步骤404，第二类从节点收到数据请求消息后，构造应答消息，并向其所隶属的第一类从节点回复应答消息。
48.在步骤405，第一类从节点收到隶属于它的第二类从节点发送过来的应答消息后，按时隙要求将该应答消息上报给主节点。
49.在步骤406，第二类从节点也可以主动向第一类从节点上报事件信息，第一类从节点收到第二类从节点主动上报的消息后，将其上报给主节点。
50.图5为根据本发明的从节点混合离网和断连流程图，下面将参考图5，对本发明的从节点混合离网和断连流程进行详细描述。
51.在步骤501，第二类从节点判断自己连接成功之后，以t2时间的间隔发送连接请求，如果连续t3时间之内，没有接收到第一从节点的连接应答消息，则第二从节点判断自己离线。优选的，t2可设置为2分钟，t3可设置为5分钟。
52.在步骤502，第一类从节点判断第二类从节点连接成功之后，如果在连续t3时间之内，没有接收到第二类从节点的连接请求，则第一类从节点判断该第二类从节点离线，优选的,t3可设置为5分钟。
53.在步骤503，当第一从节点和第二从节点的隶属关系发生变化，如果第二从节点的档案隶属关系中不再包含某第二从节点，则向该第二从节点发送断开连接消息，包含原因为隶属关系变更。
54.实施例2图6为根据本发明的主节点连接管理装置结构示意图，如图6所示，本发明的主节点连接管理装置10，应用于主节点端，包括， 主节点档案管理模块11、主节点连接管理模块12，以及主节点数据通信模块13，其中，主节点档案管理模块11，用于管理第一类从节点和第二类从节点两类档案信息以及两类节点间的隶属关系。
55.主节点连接管理模块12，用于记录第二类从节点连接状态信息。
56.主节点数据通信模块13，用于向第二类从节点发送数据请求、接收第二类从节点的数据应答和主动上报消息。
57.实施例3图7为根据本发明的第一从节点连接管理装置结构示意图，如图7所示，本发明的第一从节点连接管理装置20，应用于第一从节点端，包括，第一从节点档案管理模块21、第一从节点连接管理模块22，以及第一从节点数据通信模块23，其中，第一从节点档案管理模块21，用于管理隶属于该节点的第二类从节点档案信息；第一从节点连接管理模块22，用于管理该第一类从节点和第二类从节点之间的连接建立、连接保持、数据通信和连接断开等过程；第一从节点数据通信模块23，用于转发主节点发往所属于该节点的第二类从节点的数据请求消息，及转发所属于该节点的第二类从节点发往主节点的数据应答消息或主动上报事件消息。
58.实施例4图8为根据本发明的第二从节点连接管理装置结构示意图，如图8所示，本发明的第二从节点连接管理装置30，应用于第二从节点端，包括，第二从节点档案管理模块31、第二从节点连接管理模块32，以及第二从节点数据通信模块33，其中，第二从节点档案管理模块31，用于记录允许其建立连接的第一类从节点信息。
59.第二从节点连接管理模块32，用于管理该第二类从节点与第一类从节点之间的连接建立、连接保持、数据通信和连接断开等过程。
60.第二从节点数据通信模块33，用于处理主节点发来的数据请求消息，及构造并发送数据应答消息或主动上报消息。
61.实施例5图9为根据本发明的电力线载波混合组网系统结构示意图，如图9所示，本发明的电力线载波混合组网系统，包括，配置在主节点cco上的主节点连接管理装置10、配置在每一个第一类从节点sta上的第一从节点连接管理装置20，以及配置在每一个第二类从节点sta上的第二从节点连接管理装置30。主节点连接管理装置10根据现有国网标准参与组网，
第二从节点连接管理装置30仅与其有隶属关系的第一类从节点连接管理装置20建立连接，不参与组网，不占用信标分配。
62.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。