一种基于无线通信技术的HPLC中继系统及通信方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109672468 A(43)申请公布日 2019.04.23

(21)申请号 201811478233.7(22)申请日 2018.12.05

(71)申请人 南京南瑞微电子技术有限公司

地址 210012 江苏省南京市雨花台区软件

大道180号六栋1楼(72)发明人 潘云相　阮宜将　汪松泉　(74)专利代理机构 北京德崇智捷知识产权代理

有限公司 11467

代理人 王斌(51)Int.Cl.

H04B 7/155(2006.01)G08C 17/02(2006.01)

权利要求书2页 说明书7页 附图2页

CN 109672468 A()发明名称

一种基于无线通信技术的HPLC中继系统及通信方法(57)摘要

本发明公开一种基于无线通信技术的HPLC

其特征在于包括：一主CCO，兼容电表中继系统，

管理功能的基础上实现同从CCO电表白名单的同步，使从CCO具有对孤岛电表设备入网认证的功能；至少一无线中继设备，从载波侧接收主CCO发送的报文，通过无线转发至对应的从CCO，并从无线侧接收从CCO的报文通过载波回传至主CCO，将载波不能通信的线路通过无线进行中继；至少一从CCO，从CCO与无线中继设备一一对应，与孤岛电表设备组网，处理无线中继设备转来的主CCO的命令，完成主CCO对该网络下所有电表的抄读。本发明在减少成本的同时提高了高速HPLC的抄表成功率，能够很好的克服目前高速HPLC存在的弊端，具有较高的市场使用价值。

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1.一种基于无线通信技术的HPLC中继系统，其特征在于包括：一主CCO，兼容电表管理功能的基础上实现同从CCO电表白名单的同步，使从CCO具有对孤岛电表设备入网认证的功能；

至少一无线中继设备，从载波侧接收主CCO发送的报文，通过无线转发至对应的从CCO，并从无线侧接收从CCO的报文通过载波回传至主CCO，将载波不能通信的线路通过无线进行中继；

至少一从CCO，从CCO与无线中继设备一一对应，与孤岛电表设备组网，处理无线中继设备转来的主CCO的命令，完成主CCO对该网络下所有电表的抄读。

2.一种基于无线通信技术的HPLC中继通信方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：主CCO接收集中器的命令，广播或单播寻找本网络中无线中继设备对应的网络TEI，生成标准宽带载波运用层报文，发送到无线中继设备；

步骤二：无线中继设备接收主CCO发送的报文，从网络层获取相应的发送类型和目的地址，根据扩展无线中继转发协议生成需要转发的无线报文，转发至从CCO；

步骤三：从CCO接收无线转发报文，解析获取主CCO发送的标准宽带载波报文内容；若是广播报文，那么从CCO直接将报文广播至本身所在的网络；若是单播报文，那么从报文中解析出目的地址，根据此地址查询获取本网络的TEI，将报文单播至对应目的地址的STA；

步骤四：孤岛电表设备接收报文并处理完成，然后将应答报文发送至从CCO；步骤五：从CCO接收孤岛电表的应答报文，判断报文的有效性后，生成对应的无线转发报文发送至无线中继设备；

步骤六：无线中继设备解析从CCO发送的报文，从该报文中获取标准的宽带载波运用层报文转发至主CCO；

步骤七：主CCO处理应答报文并上报集中器。3.如权利要求2所述的中继通信方法，其特征在于报文的超时、重发机制由主CCO统一处理。

4.如权利要求2所述的中继通信方法，其特征在于无线转发报文格式如下：

其中，目的地址指示带发送类型的电表通信地址；控制域用于定义分帧功能及上、下行方向；功能码用于定义报文功能，包括应答、转发；数据内容即标准的宽带载波运用层报文；检验和用于从帧开始到数据内容域结束的和校验，保证帧传输过程正确。

5.如权利要求2所述的中继通信方法，其特征在于当孤岛电表产生事件需要上报至主

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CCO时，主动上报流程如下：

步骤一：从CCO接收电表的主动上报报文，判断报文的有效性后，生成对应的无线转发报文发送至无线中继设备；

步骤二：无线中继设备解析从CCO发送的报文，从该报文中获取标准的宽带载波运用层报文转发至主CCO；

步骤三：主CCO处理主动上报报文并上报集中器。6.如权利要求2所述的中继通信方法，其特征在于主CCO和从CCO之间电表白名单同步报文格式如下：

其中，帧类型用于告知从CCO当前发送帧类型进行相应的操作；电能表数量指示本次同步的电表白名单数量；设备地址为从CCO地址指示当前报文需要从CCO处理不需要转发电表设备；电能表地址即同步的白名单；规约类型指示电表通讯使用的规约。

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一种基于无线通信技术的HPLC中继系统及通信方法

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技术领域

[0001]本发明涉及高速载波(HPLC)通信技术领域，涉及一种中继系统及通信方法。背景技术

[0002]目前高速载波在实际使用中，由于环境、干扰等原因的影响会存在一部分的电表无法与CCO(主节点载波通信设备，安装在集中器上)通信，就是所谓的孤岛设备。这是现实台区部署实施过程经常会碰到的一种故障。

[0003]现有大部分厂家会使用两种比较典型的解决方法；第一，孤岛设备处增加一台集中器使单独形成一个台区，这样结果是原本一个台区分割为多个台区管理，虽然可以实现电表的抄收，但该方法需要协调主站、集中器和现场等各个部门才能完成，尤其对旧台区改造情形的实施协调比较难实现。第二种方法是所有的电表设备STA(从节点载波通信设备，安装在电表上)模块采用双模(HPLC+无线)方案，在未知是否存在通讯不良的情况下，全部采用双模方案的电表部署极大增加成本；同时因所有电表设备STA具有无线通讯的功能而造成无线通信互相影响，导致最终的抄读效果不佳，更不利于后期的维护。[0004]因此，针对HPLC方案存在的弊端，目前亟需一种低成本且易于现场施工维护的无线中继方法。

发明内容

[0005]本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种低成本，易安装和维护的无线中继系统及通信方法，解决孤岛设备与CCO的通信问题。[0006]本发明具体采用如下技术方案：

[0007]一种基于无线通信技术的HPLC中继系统，其特征在于包括：[0008]一主CCO，兼容电表管理功能的基础上实现同从CCO电表白名单的同步，使从CCO具有对孤岛电表设备入网认证的功能；[0009]至少一无线中继设备，从载波侧接收主CCO发送的报文，通过无线转发至对应的从CCO，并从无线侧接收从CCO的报文通过载波回传至主CCO，将载波不能通信的线路通过无线进行中继；

[0010]至少一从CCO，从CCO与无线中继设备一一对应，与孤岛电表设备组网，处理无线中继设备转来的主CCO的命令，完成主CCO对该网络下所有电表的抄读。[0011]一种基于无线通信技术的HPLC中继通信方法，其特征在于包括如下步骤：[0012]步骤一：主CCO接收集中器的命令，广播或单播寻找本网络中无线中继设备对应的网络TEI，生成标准宽带载波运用层报文，发送到无线中继设备；[0013]步骤二：无线中继设备接收主CCO发送的报文，从网络层获取相应的发送类型和目的地址，根据扩展无线中继转发协议生成需要转发的无线报文，转发至从CCO；[0014]步骤三：从CCO接收无线转发报文，解析获取主CCO发送的标准宽带载波报文内容；若是广播报文，那么从CCO直接将报文广播至本身所在的网络；若是单播报文，那么从报文

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中解析出目的地址，根据此地址查询获取本网络的TEI，将报文单播至对应目的地址的STA；[0015]步骤四：孤岛电表设备接收报文并处理完成，然后将应答报文发送至从CCO；[0016]步骤五：从CCO接收孤岛电表的应答报文，判断报文的有效性后，生成对应的无线转发报文发送至无线中继设备；[0017]步骤六：无线中继设备解析从CCO发送的报文，从该报文中获取标准的宽带载波运用层报文转发至主CCO；[0018]步骤七：主CCO处理应答报文并上报集中器。

[0019]本发明提供的基于无线通信技术的HPLC中继系统及其通信方法，不仅对旧台区改造无缝对接，同时在台区部署过程中不需要所有模块配备无线功能，只需要一个无线中继设备和一个具备无线功能的从CCO，就能高效的完成无线中继的功能，在减少成本的同时提高了高速HPLC的抄表成功率，能够很好的克服目前高速HPLC存在的弊端，具有较高的市场使用价值。

附图说明

[0020]图1是本发明一实施例的现场故障示意图。

[0021]图2是本发明一实施例的无线中继功能框架图。[0022]图3是本发明一实施例的无线中继流程框架图。[0023]图4是电表白名单同步数据帧结构。[0024]图5是电表白名单同步下行报文格式。[0025]图6是图5中数据域的格式。

具体实施方式

[0026]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步详细的说明。[0027]实施例一

[0028]现场故障情况说明：

[0029]在正常高速载波稳定情况下，主CCO能够通过HPLC与该台区下四个电表STA-I、STA-II、STA-1和STA-2通讯，完成对所有电表的电能量等数据的采集。现假设有两个电表STA1、STA2不能通过高速HPLC与主CCO通信，如图1所示，形成所谓孤岛电表设备，此情况便是本实施例的应用场景，需要通过中继的方式才能与主CCO完成通讯。[0030]如图2所示，本发明提供一种基于无线通信技术的HPLC中继系统，主要设备包括：一主CCO、一从CCO和一无线中继设备。各个设备功能如下描述：[0031]主CCO：为了让用户无缝对接孤岛设备的使用，保持与原来一致的功能基本不变，兼容现有CCO所有电表管理功能；主CCO将所有白名单(即该CCO所在台区所有电表地址)发送同步至从CCO，用于组网时从CCO对本台区的孤岛电表设备进行入网认证(不在白名单的电表请求入网应答不允许入网)；其他抄表流程、搜表流程功能不变。[0032]无线中继设备：起到承上启下的转发功能，将高速载波不能通信的线路通过无线进行中继。从载波侧接收主CCO发送的报文通过无线转发至从CCO，同样从无线侧接收从CCO的报文通过载波回传至主CCO；从功能上实现对无法通信的线路进行中继。

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从CCO：自行将孤岛的电表设备与从CCO完成组网，但是从CCO不直接与集中器通

讯，而是处理相应主CCO的抄表流程、搜表流程等命令，完成主CCO对该网络下所有电表的抄读。

[0034]无线中继设备和从CCO一一对应。一台集中器只有一个主CCO，可以有多对的无线中继和从CCO。无线中继设备可以利用现有的STA增加无线功能实现，从CCO可以利用现有的CCO增加无线功能实现。为设备增加无线功能对于本领域技术人员是容易实施的，不属于本发明讨论的范畴。[0035]实施例二

[0036]基于中继系统的主CCO抄读流程如图3所示：[0037]步骤1：主CCO接收集中器对原本孤岛中的电表STA-1或STA-2进行召测电量、电压和电流等所有电表支持命令；主CCO若是采用广播通讯方式则采用广播TEI；若是单播通讯则根据孤岛中的电表STA-1或STA-2的地址寻找本网络中无线中继设备对应的网络TEI，生成标准宽带载波运用层报文，发送到对应的无线中继设备。CCO具备搜表功能，对原来不在线的孤岛设备，主CCO抄读的时候用广播，然后中继设备就会转发，从CCO也会广播，最终只有孤岛设备进行应答，主CCO就会知道中继设备、从CCO以及孤岛电表的关系并保存下来，当单播报文到孤岛电表的时候，主CCO就可以根据电表目的地址找到中继设备的TEI。[0038]步骤2：无线中继设备接收主CCO发送的报文，从网络层获取相应的发送类型(单播或广播)和目的地址，根据扩展无线中继转发协议生成需要转发的无线报文，转发至从CCO。[0039]步骤3：从CCO接收到无线转发报文，解析获取主CCO发送的标准宽带载波报文内容；若是广播报文(即目的地址为全FF地址)，那么从CCO直接将报文广播至本身所在的网络；若是单播报文(即目的地址为全0地址)，那么从报文中解析出目的地址，根据此地址查询获取本网络的TEI，将报文单播至对应目的地址的STA。从CCO不处理该报文的超时、重发机制，由主CCO统一处理。[0040]步骤4：电表STA1或电表STA2接收报文并处理完成，然后将应答报文发送至从CCO；[0041]步骤5：从CCO接收电表STA1或电表STA2的应答上报报文，判断报文的有效性。由于上行报文一定是需要转发至主CCO，所以不需要寻找目的TEI；生成对应的无线转发报文发送至无线中继设备。[0042]步骤6：无线中继设备解析从CCO发送的报文，从该报文中获取标准的宽带载波运用层报文，同样由于上行报文一定是需要转发至主CCO，不需要寻找目的TEI直接转发至主CCO。无线中继设备便完成对应答上报的报文的中继转发。[0043]步骤7：主CCO接收的应答报文是无线中继设备通过高速载波转发的标准宽带载波运用层报文，与接收其他非中继设备电表STA应答的报文一致，因此对报文的处理也是一致的。主CCO处理完应答报文并上报集中器，完成一次完整的通讯流程。[0044]当电表STA1或电表STA2产生事件需要上报至主CCO时，主动上报流程：[0045]步骤1：从CCO接收电表STA1或电表STA2的主动上报报文，判断报文的有效性。由于上行报文一定是需要转发至主CCO，所以不需要寻找目标TEI；生成对应的无线转发报文发送至无线中继设备。[0046]步骤2：无线中继设备解析从CCO发送的报文，从该报文中获取标准的宽带载波运用层事件上报报文，同样由于上行报文一定是需要转发至主CCO，不需要寻找目标TEI直接

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转发至主CCO.无线中继设备便完成对主动上报的报文的中继转发。[0047]步骤3：主CCO主动上报报文都是无线中继设备通过高速载波转发的标准宽带载波运用层报文，与接收其他非中继设备电表STA主动上报的报文一致，因此对报文的处理也是一致的。主CCO处理完主动上报的报文并上报集中器，完成一次主动上报通讯流程。[0048]总结，主CCO和无线中继设备之间通过载波通信，完全不需要了解抄读的电表STA是经过无线中继转发，这样就对主CCO屏蔽了底层无线中继的细节，极大提高了主CCO的兼容性。另外虽然孤岛设备需要重新组成另一个的网络，但是从CCO是与主CCO进行通讯，两者仍然属于同一台区管理；同时只需要一个无线中继设备与一个带无线功能从CCO设备便可以实现对所有孤岛电表的中继抄读，相对双模电表STA方案，又极大的节约成本。[0049]如图2搭建测试台区，对本发明系统及其通信方法进行测试：[0050]STA-I与STA-II与主CCO通过高速载波一级通讯；[0051]STA-1与STA-2与主CCO通过无线中继，从CCO网络中一级通讯；[0052]测试结果如表1

[0053]表1电表抄读测试结果

[00]

电表STA抄读数据项抄读次数成功次数平均时延STA-I00010000(电能量)100100673msSTA-II00010000(电能量)100100660msSTA-100010000(电能量)100991128msSTA-200010000(电能量)1001001002ms[0055]从测试的结果看，由于无线的速率等因素的影响，抄收速度上不及高速载波的速度，但也能完成对所有电表的抄读。相对于低成本、易部署和易维护等优点，该方法是不失为一个不错的选择。

[0056]下面对本发明的扩展协议进行说明：[0057]一、扩展无线通信协议[0058]无线转发报文格式如下：[0059]表1无线转发报文格式

[0060]

[0061]

[0062][0063]

1、目的地址

电表通信地址，

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全FF地址：广播地址；从CCO根据该地址指示将报文中数据内容广播到本网络中所

有电表设备

[0065]全0地址：单播未指定地址，由从CCO自行解析报文获取目的地址；[0066]BCD码地址：单播指定地址，可指定发送至从CCO或其他指定电表设备，用于调试或将来扩展功能。[0067]2、控制域

[0068]定义有分帧功能，若单帧传输则为结束帧；支持0-15个分帧。[0069]下行为无线中继设备发往从CCO，上行相反。

[0070]

值BIT7BIT5-6BIT4BIT0-3

[0071][0072][0073]

含义

方向位0：下行1：上行保留

帧类型0:后续帧1：结束帧分帧序号

3、功能码

功能码的作用是定义报文功能

含义报文序号功能码

功能码0：应答1：转发2：设置3-15：保留；应答报文：内容域为1字节，接收状态00成功；非0失败；转发报文：宽带载波应用层业务报文的转发。设置报文：保留将来扩展，实现远程对从CCO设置相关参数4、数据内容

即标准的宽带载波运用层报文。5、检验和

从帧开始到数据内容域结束的和校验，保证这个帧传输过程正确。二、主CCO与从CCO之间白名单同步协议：

扩展宽带载波应用层协议(报文ID为0x0090)进行白名单同步，数据帧结构如图41.下行报文格式如图5所示。其中数据(DATA)域的格式如图6所示。白名单同步报文格式如下表2：表2白名单同步报文格式

值BIT4-7BIT0-3

[0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083]

所示。

[0084][0085][0086]

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[0087]

[0088]

协议版本号：

[00]协议版本号是6比特的字段，考虑兼容性，本版本取值固定为1。[0090]报文头长度：

[0091]报文头长度是6比特的字段，由发送方给定，描述报文头(除数据(DATA)长度外)的长度，用于接收方从报文头偏移报文头长度找到数据(DATA)的位置。[0092]帧类型：

[0093]帧类型为2比特的字段。下行帧类型指示当前帧类型，由主CCO给定，从CCO根据帧类型执行不同的操作。

[0094]

帧类型000110

[0095][0096]

含义

同步起始帧同步中间帧同步结束帧

上行帧类型表示应答结果，应答结果占1比特字段，从CCO应答该帧处理结果。

应答结果含义

00成功01失败[0097]电能表数量：

[0098]电能表数量是8比特的字段，表示STA表数量。[0099]设备地址：

[0100]设备地址是48比特的字段，表示从CCO的地址[0101]报文序号：

[0102]报文序号是8比特的字段，从CCO应答与CCO发送的下行报文中的报文序号保持一致。

[0103]电能表地址：

[0104]电能表地址是48比特的字段，指表地址，格式为BCD码。

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规约类型：

规约类型是4比特的字段，指电能表的规约类型，具体取值如下所示。

规约类型值含义

0透明传输1DL/T5—19972DL/T5—20073DLT698.4-15保留[0108]2.上行报文格式与下行一致，无数据单元。报文格式的帧类型中应答结果占1比特字段，其他保留。

[0109]主CCO主动同步的原理，采用单播指定地址方式通讯；包括三种帧类型，起始帧表明白名单同步开始，接收到从CCO应答后，开始中间帧的发送，直至最后一帧为结束帧的发送，从CCO接收到结束帧认为白名单同步结束，从CCO对接收到的白名单与自身不一致的白名单进行同步更新。

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