專利名稱：用于電能表無線抄表系統的自主組網方法
技術領域：
本發明屬于無線傳感器網絡通信領域，具體是一種用于電能表無線抄表系統的自主組網方法。
背景技術：
無線傳感器網絡技術已經得到了快速發展，在應用方面已經具備的較高的技術成熟度。采用低成本的無線傳感器網絡技術實現電能表無線抄表系統是技術發展的趨勢。無線傳感器網絡具有低成本、魯棒性、靈活易用等特點，可廣泛應用于電能表自動抄表系統、 工業數據采集等場合。無線傳感器網絡自組網技術是構建電能表無線抄表系統的關鍵技術。目前，電能表自動抄表系統采用被動組網技術，即利用集中器統一發布組網指令的方式達到組網目的。這種技術組網速度慢，不能及時反映網絡的狀況，造成抄表的成功率不高，適應性差。
發明內容
針對現有技術中存在的組網速度慢，不能及時反映網絡的狀況等不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種組網速度快、適應性強、易擴展的用于電能表無線抄表系統的自主組網方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是
本發明一種用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，該系統中的節點包括集中器和采集終端，包括以下步驟
節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令；
各節點接收到鄰居交換命令，將發送鄰居交換命令的節點地址添加到各節點的自身鄰居表中；
各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信； 如果與某節點可雙向通信，則判斷該節點是否已加入網絡； 如果該節點已加入網絡，則以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由； 上述剛加入網絡的節點通過自身父節點以單播方式向集中器發送路由更新命令，建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由；該剛加入網絡節點自主加入網絡完畢； 重復上述步驟，循環執行，直至所有節點加入網絡。如果該節點沒有加入網絡，或者與自身不可雙向通信，則返回節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令步驟循環執行，直至所有節點加入網絡。所述節點周期性以廣播方式向網絡發送的鄰居交換命令包括自身在網絡中的跳數、自身地址以及鄰居地址列表，其中集中器的跳數固定為0，采集終端如果未加入網絡，則其跳數為OxFF，加入網絡后其跳數為對應的級數；鄰居地址列表包括與自身可在一跳范圍進行通信的所有節點的地址。所述各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信的過程為節點收到鄰居交換指令后，先將發送該指令的節點的地址加入自身鄰居地址列表
中；
判斷該鄰居交換命令中的鄰居地址列表中是否包含節點自身地址，如果包含節點自身地址，則認為可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通信，否則認為不可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通信
以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由步驟包括
將該節點地址存放到自身路由表第一項作為父節點；自身在網絡中的跳數由OxFF修改為父節點的跳數加1，上行路由建立完畢。所述路由更新命令包括路由更新命令標識，父節點地址，自身在網絡中的跳數。所述建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由的步驟包括
節點接收到路由更新命令后，將發送路由更新命令的節點地址存放到自身路由表中， 其中路由表的目的地址為發送路由更新命令的節點地址，下一跳地址為轉發該路由命令的節點地址；
判斷節點自身是否為集中器，如果是集中器，則由集中器到該剛加入網絡節點的下行
路由建立完畢。如果節點自身不是集中器，則向自身父節點轉發該路由更新命令；
返回至節點接收到路由更新命令步驟，循環執行，直至路由更新命令到達集中器。本發明具有以下有益效果及優點
1.本發明提供了一種用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，可以迅速的以多跳的方式建立多個采集終端與集中器的路由連接，而且，每個采集終端都可以維護針對集中器的上一跳采集終端的上行路由，集中器維護針對采集終端的下一跳采集終端的下行路由， 應用本發明方法的無線抄表系統組網速度加快，易維護，可以及時反應網絡狀態。2.在電能表無線抄表系統中采用自動組網技術，可以實現徹底的無人值守功能， 通信網絡維護極為方便，且網絡更易于擴展。
圖1為本發明建立上行路由示意圖； 圖2為本發明建立下行路由示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。多跳路由的建立是構建無線傳感器網絡的關鍵技術之一。針對電能表無線抄表系統的無線傳感器網絡具有以下特點一、電能表無線抄表系統由集中器和采集終端組成，控制命令通過集中器發送到各采集終端，采集終端所采集的用電數據以多跳的方式傳遞到集中器，即每個采集終端均可以作為路由器；二、電能表無線抄表系統中的集中器和采集終端均采用主供電方式，因此每個采集終端均無需進行休眠；三、集中器需要針對每個采集終端維護其下行路由，即針對采集終端的下一跳終端地址，每個采集終端除了維護針對其他采集終端的下行路由，還需要維護自身的上行路由，即針對集中器的上一跳終端地址。電能表無線抄表系統由集中器和采集終端組成(集中器和采集終端都稱為節點，
5采集終端為終端節點)，網絡中所有節點(包括集中器和終端節點)以廣播的形式周期性向網絡發送鄰居交換信息，通知其它節點網絡的存在并可加入網絡；未加入網絡的終端節點通過接收來自集中器或其它已加入網絡的終端節點的鄰居交換信息感知網絡的存在，并根據當前鏈路狀態有選擇性的確定其中一個節點作為自身父節點自主加入網絡，從而完成自主組網過程。基于上述特點分析，本發明自主組網方法設計了以下步驟，如圖1所示
用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，該系統中的節點包括集中器和采集終端， 其特征在于包括以下步驟
節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令；
各節點接收到鄰居交換命令，將發送鄰居交換命令的節點地址添加到各節點的自身鄰居表中；
各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信； 如果與某節點可雙向通信，則判斷該節點是否已加入網絡； 如果該節點已加入網絡，則以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由； 上述剛加入網絡的節點通過自身父節點以單播方式向集中器發送路由更新命令，建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由；該剛加入網絡節點自主加入網絡完畢； 重復上述步驟，循環執行，直至所有節點加入網絡；
如果該節點沒有加入網絡，或者與自身不可雙向通信，則返回節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令步驟循環執行，直至所有節點加入網絡。路由更新命令包括路由更新命令標識，父節點地址，自身在網絡中的跳數。本實施例中，上述各節點包括集中器和采集終端，集中器和采集終端周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令；
采集終端接收到來自集中器或其它采集終端的鄰居交換命令后，將發送鄰居交換命令的節點地址添加到自身鄰居表中，并且根據鄰居交換命令確定集中器或其它采集終端與自身是否可雙向通信；
接收到集中器鄰居交換命令的多個采集終端，如果與集中器之間可雙向通信，則建立到集中器間的上行路由；該多個采集終端為第一級采集終端；
上述第一級采集終端以單播方式向集中器發送路由更新命令，由集中器建立到第一級采集終端的下行路由；第一級采集終端自主加入網絡完畢。接收到第一級采集終端鄰居交換命令的多個采集終端，如果與第一級采集終端之間可雙向通信，則以該第一級采集終端為父節點，建立到集中器間的上行路由；該多個采集終端為第二級采集終端；
上述第二級采集終端以單播方式向第一級采集終端發送路由更新命令，第一級采集終端收到該路由更新命令后建立到第二級采集終端的下行路由；
該第一級采集終端向集中器轉發來自該第二級采集終端的路由更新命令；集中器收到該路由更新命令后建立到第二級采集終端的下行路由；第二級采集終端自主加入網絡完畢。依次類推，直到所有采集終端都自主加入網絡。集中器和采集終端周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令包括自身在網絡中的跳數，自身地址以及鄰居地址列表，其中集中器的跳數固定為0，采集終端如果未加入網絡，則其跳數為OxFF，加入網絡后其跳數為對應的級數；鄰居地址列表包括與自身可在一跳范圍進行通信的所有節點的地址。所述各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信的過程為節點收到鄰居交換指令后，先將發送該指令的節點的地址加入自身鄰居地址列表中；判斷該鄰居交換命令中的鄰居地址列表中是否包含節點自身地址，如果包含節點自身地址，則認為可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通信，否則認為不可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通
信
本實施例中，采集終端根據鄰居交換命令確定集中器或其它采集終端與自身是否可雙向通信的過程為如果來自集中器或其它采集終端的鄰居交換命令中的鄰居地址列表中包含本采集終端地址，則認為該采集終端與集中器或其它采集終端可雙向通信。如圖2所示，建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由的步驟包括
節點接收到路由更新命令后，將發送路由更新命令的節點地址存放到自身路由表中， 其中路由表的目的地址為發送路由更新命令的節點地址，下一跳地址為轉發該路由命令的節點地址；
判斷節點自身是否為集中器，如果是集中器，則由集中器到該剛加入網絡節點的下行
路由建立完畢。如果節點自身不是集中器，則向自身父節點轉發該路由更新命令；
返回至節點接收到路由更新命令步驟，循環執行，直至路由更新命令到達集中器。本實施例中，集中器接收到第一級采集終端的路由更新命令后，將第一級采集終端的地址存放到自身路由表中，其中路由表的目的地址和下一跳地址均為該第一級采集終端的地址，并在路由表中記錄其處于網絡中的跳數為1，用以標識其級別，第一級采集終端自主加入網絡完畢。
權利要求
1.一種用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，該系統中的節點包括集中器和采集終端，其特征在于包括以下步驟節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令；各節點接收到鄰居交換命令，將發送鄰居交換命令的節點地址添加到各節點的自身鄰居表中；各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信； 如果與某節點可雙向通信，則判斷該節點是否已加入網絡； 如果該節點已加入網絡，則以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由； 上述剛加入網絡的節點通過自身父節點以單播方式向集中器發送路由更新命令，建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由；該剛加入網絡節點自主加入網絡完畢； 重復上述步驟，循環執行，直至所有節點加入網絡。
2.按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于如果該節點沒有加入網絡，或者與自身不可雙向通信，則返回節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令步驟循環執行，直至所有節點加入網絡。
3.按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于所述節點周期性以廣播方式向網絡發送的鄰居交換命令包括自身在網絡中的跳數、自身地址以及鄰居地址列表，其中集中器的跳數固定為0，采集終端如果未加入網絡，則其跳數為OxFF， 加入網絡后其跳數為對應的級數；鄰居地址列表包括與自身可在一跳范圍進行通信的所有節點的地址。
4.按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于所述各節點根據鄰居交換命令確定與某節點是否可雙向通信的過程為節點收到鄰居交換指令后，先將發送該指令的節點的地址加入自身鄰居地址列表中；判斷該鄰居交換命令中的鄰居地址列表中是否包含節點自身地址，如果包含節點自身地址，則認為可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通信，否則認為不可與發送該鄰居交換命令的節點雙向通信。
5.按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由步驟包括將該節點地址存放到自身路由表第一項作為父節點；自身在網絡中的跳數由OxFF修改為父節點的跳數加1，上行路由建立完畢。
6 按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于所述路由更新命令包括路由更新命令標識，父節點地址，自身在網絡中的跳數。
7.按權利要求1所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于所述建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由的步驟包括節點接收到路由更新命令后，將發送路由更新命令的節點地址存放到自身路由表中， 其中路由表的目的地址為發送路由更新命令的節點地址，下一跳地址為轉發該路由命令的節點地址；判斷節點自身是否為集中器，如果是集中器，則由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由建立完畢。
8.按權利要求7所述用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，其特征在于如果節點自身不是集中器，則向自身父節點轉發該路由更新命令；返回至節點接收到路由更新命令步驟，循環執行，直至路由更新命令到達集中器。
全文摘要
本發明涉及一種用于電能表無線抄表系統的自主組網方法，該系統中的節點包括集中器和采集終端，包括以下步驟節點周期性以廣播方式向網絡中發送鄰居交換命令；各節點接收到鄰居交換命令，將發送鄰居交換命令的節點地址添加到各節點的自身鄰居表中；如果與某節點可雙向通信，且該節點已加入網絡，則以該節點為父節點建立到集中器間的上行路由；上述剛加入網絡的節點通過自身父節點以單播方式向集中器發送路由更新命令，建立由集中器到該剛加入網絡節點的下行路由；該剛加入網絡節點自主加入網絡完畢；循環執行，直至所有節點加入網絡。應用本發明方法的無線抄表系統組網速度加快，易維護，可以及時反應網絡狀態，實現徹底的無人值守功能。
文檔編號G08C17/02GK102480770SQ20101055312
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者朱珍, 李力剛, 王忠鋒, 黃劍龍 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所