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CN112565351B - 一种基于WiSUN协议的移动抄表方法 - Google Patents

一种基于WiSUN协议的移动抄表方法 Download PDF

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Abstract

一种基于WiSUN协议的移动抄表方法，采用手持抄表设备对网络中的电表进行抄表，手持抄表设备和电表均具有WiSUN通信模块，抄表方法包括以下步骤：手持抄表设备搜索自身信号覆盖范围内的电表，获取所搜寻到的电表的通信地址并保存；手持抄表设备与待抄读的电表建立点对点通信连接；手持抄表设备和电表以点对点的通信方式进行数据交互，实现抄表；抄表结束以后，手持抄表设备与完成抄表的电表断开点对点通信连接，继续下一块电表的抄读，直至所有的电表都抄读完成，结束抄表。本发明通过快速搜表获取手持抄表设备信号覆盖范围内所部署的电表的相关信息，然后与各电表建立点对点通信连接并进行通信抄表，无需组网，提高了抄表效率。

Description

一种基于WiSUN协议的移动抄表方法
技术领域
本发明属于物联网通信技术领域，尤指涉及一种基于Wi-SUN协议的移动抄表方法。
背景技术
Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)技术是基于IEEE802.15.4g以及IPv6等国际标准的一种传输技术，其具有远程通信，可大规模组网以及安全性和可扩展性高等特点，可应用在智能电表或其他公用通信装置等大规模物联网领域。
Wi-SUN技术应用在智能抄表时，一般采用Wi-SUN FAN规范，FAN网络为主从架构，即每个子网均有一个主节点(Border Router)和若干个子节点(Router或者Leaf Node)。各子节点向主节点注册入网，最终形成以主节点为根节点的树形网络。Wi-SUN FAN网络的特点使其尤其适合应用于位置固定部署的智能抄表系统，如果使用手持抄表设备进行移动抄表时会存在一些不足。例如，采用手持抄表设备移动抄表时，如果手持抄表设备以子节点的身份加入网络，通过主节点中转报文来进行抄表，首先，手持抄表设备入网需要比较长的时间，会影响抄表效率，其次，手持抄表设备移动时会引起网络拓扑发生变化，可能需要重新选择父代节点入网，严重时甚至会引起网络拓扑震荡；如果电表节点没有入网，或者网络本身不稳定，则抄表成功率会受到影响。而如果手持抄表设备以主节点的身份进行抄表，当网络中节点数量较多时会耗费比较长的时间来进行组网，如网络中节点数量在100个以上时，网络组网可能需要数十分钟，极大影响了手持抄表设备的移动性；而且手持抄表设备移动时，网络拓扑会持续变化，无法达到稳定状态，进而影响抄读成功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现快速抄表的基于Wi-SUN协议的移动抄表方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种基于WiSUN协议的移动抄表方法，采用手持抄表设备对网络中的电表进行抄表，所述手持抄表设备和电表均具有WiSUN通信模块，抄表方法包括以下步骤：
S1、搜寻电表；手持抄表设备搜索自身信号覆盖范围内的电表，获取所搜寻到的电表的通信地址并保存；
S2、建立连接；手持抄表设备与待抄读的电表建立点对点通信连接；
S3、通信抄表；手持抄表设备和电表以点对点的通信方式进行数据交互，实现抄表；
S4、断开连接；抄表结束以后，手持抄表设备与完成抄表的电表断开点对点通信连接，继续下一块电表的抄读，直至所有的电表都抄读完成，结束抄表。
进一步的，步骤S1中，手持抄表设备搜索电表时，在所有可用信道上广播发送PA帧，PA帧中包含用于指示本PA帧为用于手持抄表设备搜表的特定字段信息，电表接收到手持设备发送的PA帧后在所有可用信道上广播发送PAS帧，手持抄表设备接收到电表发送的PAS帧后，获取电表的信息并保存。
更进一步的，所述特定字段信息包含在PA帧的保留字段中，或者包含在PA帧所携带VH-IE字段中。
进一步的，步骤S2中，手持抄表设备向待抄读的电表发送建立点对点通信连接的申请，电表接收到申请后，向手持抄表设备回复含有建立点对点通信连接的约定信息的数据帧，指示点对点通信连接建立成功。
更进一步的，手持抄表设备向待抄读的电表发送含有VP-IE的数据帧，申请与电表建立点对点通信连接，VP-IE的信息字段中包含有向电表申请建立点对点通信连接的约定信息，电表接收到申请建立点对点通信的数据帧并解析出VP-IE中的信息字段后，向手持抄表设备回复含有约定信息字段的VP-IE的数据帧，指示点对点通信连接建立成功。
更进一步的，手持抄表设备与电表采用跳频的方式建立点对点通信，和/或手持抄表设备与电表采用跳频的方式进行点对点通信。
进一步的，步骤S3中，手持抄表设备和电表间的交互数据内容包括抄表、参数查询和参数配置。
进一步的，步骤S3中，手持抄表设备和电表间的交互数据的报文封装格式是Wi-SUN协议MAC层数据帧格式或UDP帧格式或ICMP帧格式。
进一步的，步骤S4中，手持抄表设备向完成抄表的电表单播发送含有VP-IE的数据帧，VP-IE中含有用于指示断开连接的约定信息，电表收到该数据帧并解析后，向手持抄表设备回复含有VP-IE的数据帧，指示本次通信连接已断开，不再响应点对点通信报文，手持抄表设备收到电表回复的数据帧后，释放本次通信连接所占用资源，等待下一轮抄表操作。
由以上技术方案可知，本发明的移动抄表方法基于Wi-SUN通信协议，手持抄表设备和电表之间采用Wi-SUN通信协议，手持抄表设备可以快速感知周围所部署的电表，并直接与待抄读电表建立单播点对点通信连接，然后以点对点通信方式通过报文交互完成抄表或者其他的上层业务流程，电表被抄读后，手持抄表设备即与电表通信模块结束单播点对点通信连接，电表通信模块恢复组网通信模式，手持机进入下一轮的建链抄表流程或者抄表结束。本发明的移动抄表方法无需组网，通过点对点通信方式即可快速建立通信连接和实现通信交互，实现对单个电表的抄读，而且本发明方法是在Wi-SUN协议框架下进行，不会影响Wi-SUN子节点与其主节点的组网通信功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
本发明的移动抄表方法基于Wi-SUN通信技术，手持抄表设备和电表端都设置有Wi-SUN通信模块，可通过Wi-SUN通信模块进行通信交互，如图1所示，本发明的移动抄表方法包括以下步骤：
S1、搜寻电表；手持抄表设备搜索部署在自身无线信号覆盖范围内的电表，获取电表的通信地址、跳频信道计划等信息，并将所搜寻到的所有电表的信息保存，以备后续抄表时使用；
在搜表时，手持抄表设备在所有可用信道上广播发送PA帧(广播帧)，电表通过自身的Wi-SUN通信模块接收到手持设备发送的PA帧后，在所有可用信道上广播发送PAS帧(广播请求帧)，PA帧和PAS帧是Wi-SUN协议标准中不同类型的帧，手持抄表设备接收到电表发送的PAS帧后，即可获取电表的相关信息。
作为本发明的一种具体实施方式，在搜寻电表时，手持抄表设备采用MLME-WS-ASYNC-FRME机制广播发送PA帧，即遍历ChannelList中所指定的所有信道，在每个信道上都发送PA帧。手持抄表设备所发送的PA帧中，除了包含有常规的UTT-IE、US-IE、PAN-IE、NETNAME-IE等字段信息，用于指示本帧的帧类型、发送本帧的节点的时隙间隔、信道计划、信道函数、时钟精度、路由方法、路径代价、网络名称等信息外，还包含用于指示本PA帧为用于手持抄表设备搜表的特定字段信息，该特定字段信息可以填写在PA帧的保留字段中(如PA帧的帧控制字段第7比特为保留位，可以设定用该位置的1来表征本PA帧为用于手持抄表设备搜表)，或者在PA帧中携带VH-IE字段，在VH-IE字段中设定一定的帧格式来表征本PA帧用于手持抄表设备的搜表。
在手持抄表设备信号覆盖范围内的所有电表接收到包含了用于快速搜表信息的PA帧后，也采用MLME-WS-ASYNC-FRME机制发送PAS帧。手持抄表设备收到电表发来的PAS帧后，即可获取电表端Wi-SUN通信模块的相关信息，这些信息包括MAC地址、时隙间隔、信道计划、信道函数、时钟精度等，手持抄表设备记录接收到的每个电表的相关信息并保存，以备下一步通信抄表时使用。
S2、建立连接；手持抄表设备与电表建立点对点通信连接；
手持抄表设备向指定的电表(待抄读的电表)发送含有VP-IE的数据帧，申请与电表建立点对点通信连接，VP-IE的信息字段中包含有向电表申请建立点对点通信连接的约定信息，电表接收到申请建立点对点通信的数据帧并解析出VP-IE中的信息字段后，向手持抄表设备回复含有约定信息字段的VP-IE的数据帧，指示点对点通信连接建立成功。
在步骤S1的搜表过程中，手持抄表设备和电表通过信息交互，两者均获取了双方的MAC地址(通信地址)、跳频计划等信息，因此，为了提高传输效率，减少无线信道冲突，手持抄表设备与电表可以采用跳频的方式建立点对点通信。
S3、通信抄表；手持抄表设备和电表的点对点通信连接建立后，手持抄表设备即可和电表通过点对点的数据帧的交互来完成抄表通信。
抄表时，手持抄表设备和电表可采用跳频方式进行通信交互。通信交互的载荷包括抄表、参数查询、参数配置等内容。报文封装格式可以是Wi-SUN协议MAC层数据帧格式，也可以是进一步封装的UDP帧、ICMP帧等帧格式。
S4、断开连接；抄表结束以后，手持抄表设备与完成抄表的电表断开点对点通信链接，使得手持抄表设备可以继续进行下一块电表的抄读，直至所有电表都抄读完成，结束抄表。
作为本发明的一种具体实施方式，手持抄表设备单播发送含有VP-IE的数据帧给指定的电表，指示断开双方的点对点通信连接。该VP-IE中含有用于指示断开连接的约定信息。电表收到该数据帧并解析出VP-IE中的信息字段后，向手持抄表设备回复含有VP-IE的数据帧，指示本次通信连接已断开，不再响应点对点通信报文；手持抄表设备收到电表回复的数据帧以后，释放本次通信连接所占用资源，等待下一轮操作。
本发明克服了移动抄表设备在Wi-SUN无线网络中进行抄表时以组网方式进行通信存在的组网耗时长、未组网节点无法抄表、手持机机动性能不佳、手持机移动时需更换父代节点重新入网等不足，通过快速搜表获取手持抄表设备信号覆盖范围内所部署的电表的相关信息，然后与各电表建立点对点通信连接并进行通信抄表，而无需组网，提高了抄表效率，而且本发明方法是在Wi-SUN协议框架下进行，不会影响Wi-SUN模块通信的互联互通性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (7)

1.一种基于WiSUN协议的移动抄表方法，采用手持抄表设备对网络中的电表进行抄表，所述手持抄表设备和电表均具有WiSUN通信模块，其特征在于，抄表方法包括以下步骤：
S1、搜寻电表；手持抄表设备搜索自身信号覆盖范围内的电表，获取所搜寻到的电表的通信地址并保存；
手持抄表设备搜索电表时，在所有可用信道上广播发送PA帧，PA帧中包含用于指示本PA帧为用于手持抄表设备搜表的特定字段信息，在手持抄表设备信号覆盖范围内的所有电表接收到手持设备发送的PA帧后，在所有可用信道上广播发送PAS帧，手持抄表设备接收到电表发送的PAS帧后，获取电表的信息并保存，在搜寻电表过程中，手持抄表设备和电表通过信息交互获取双方的信息；
S2、建立连接；手持抄表设备与待抄读的电表建立点对点通信连接；
手持抄表设备向待抄读的电表发送包含有向电表申请建立点对点通信连接的约定信息，电表接收到申请后，向手持抄表设备回复含有建立点对点通信连接的约定信息的数据帧，指示点对点通信连接建立成功；
S3、通信抄表；手持抄表设备和电表以点对点的通信方式进行数据交互，实现抄表；
S4、断开连接；抄表结束以后，手持抄表设备与完成抄表的电表断开点对点通信连接，继续下一块电表的抄读，直至所有的电表都抄读完成，结束抄表。
2.如权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：所述特定字段信息包含在PA帧的保留字段中，或者包含在PA帧所携带VH-IE字段中。
3.基于权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：手持抄表设备向待抄读的电表发送含有VP-IE的数据帧，申请与电表建立点对点通信连接，VP-IE的信息字段中包含有向电表申请建立点对点通信连接的约定信息，电表接收到申请建立点对点通信的数据帧并解析出VP-IE中的信息字段后，向手持抄表设备回复含有约定信息字段的VP-IE的数据帧，指示点对点通信连接建立成功。
4.基于权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：手持抄表设备与电表采用跳频的方式建立点对点通信，和/或手持抄表设备与电表采用跳频的方式进行点对点通信。
5.基于权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：步骤S3中，手持抄表设备和电表间的交互数据内容包括抄表、参数查询和参数配置。
6.基于权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：步骤S3中，手持抄表设备和电表间的交互数据的报文封装格式是Wi-SUN协议MAC层数据帧格式或UDP帧格式或ICMP帧格式。
7.基于权利要求1所述的基于WiSUN协议的移动抄表方法，其特征在于：步骤S4中，手持抄表设备向完成抄表的电表单播发送含有VP-IE的数据帧，VP-IE中含有用于指示断开连接的约定信息，电表收到该数据帧并解析后，向手持抄表设备回复含有VP-IE的数据帧，指示本次通信连接已断开，不再响应点对点通信报文，手持抄表设备收到电表回复的数据帧后，释放本次通信连接所占用资源，等待下一轮抄表操作。
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