CN111970031B - 一种基于宽带载波通信网络的抄表方法 - Google Patents

Abstract

一种基于宽带载波通信网络的抄表方法，在信标信号的信令内容中，定义时隙分配信息字段的内容包括抄表业务TDMA时隙分配信息，时隙分配消息字段中的非中央信标信息用于指示非中央信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标时隙类型；在执行抄表业务时，CCO为各节点逐个安排TDMA时隙，在TDMA时隙区的时间段中，当网络中的任意一个节点产生了与第k个节点的抄表业务相关报文的发送需求即可立即发送信号；在CSMA时隙区的时间段中，存在抄表业务相关报文发送需求的节点，按照CSMA信达接入方式竞争发送信号。本发明将抄表信号的信道接入方式将从纯CSMA竞争机制调整为TDMA+CSMA混合机制，提升了网络的抄表综合性能。

Description

一种基于宽带载波通信网络的抄表方法

技术领域

本发明属于宽带载波通信技术领域，尤指涉及一种宽带载波通信网络的抄表方法。

背景技术

以台区为基本单位，基于智能电表的用电信息采集***是供电网络高效运行的一个重要组成部分。中国电网公司(简称国网)和中国南方电网公司(简称南网)作为中国的两家主要电网运营企业，在近十年里都在大力推进新一代低压电力线载波通信技术的发展。国网和南网在2017年先后发布了针对低压电力线宽带高速载波技术的通信标准，文件名称分别为《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》和《低压电力用户集中抄表***宽带载波通信技术要求》，以上标准对业务层、数据链路层和物理层进行了详细的协议规定，为相关通信设备的大规模生产和应用奠定了基础。以上两个标准是由国内相同设备厂家参与和制定，因此两者的设计思路和框架基本相同，只在小细节上存在一些微小差异，以便于进行区分。

比起传统窄带载波通信，新一代载波通信模块的物理层速率从几十kbps提升至Mbps水平，电表自动集抄***的整体通信能力有了明显的提升，组网时间和抄表时间等关键性能指标都有了明显的改善。但作为第一代的通信协议，在链路层上的方案采用了比较通用的设计理念，没有针对网络抄表业务的发送特性进行专门优化设计，因此协议对物理层宽带传输能力的利用效率较低，导致网络抄表性能达不到预期效果。

而依照现有的国网和南网的通信协议而研发生产的相关产品已经在全国各省电网公司中获得大量销售和部署，对通信协议的较大幅度修改就意味着需要对通信设备重新进行大量实验室和现场组网测试，存在较大的技术风险和市场风险。因此如何在现有标准的协议框架下，提升网络综合通信性能是很有挑战性的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于宽带载波通信网络的抄表方法，在现有标准的协议框架下，通过抄表业务的信道接入方式进行改进，来提高网络抄表性能。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于宽带载波通信网络的抄表方法，

在信标信号的信令内容中，定义时隙分配信息字段的内容包括抄表业务TDMA时隙分配信息，所述抄表业务TDMA时隙分配消息的内容包括分配时隙的数量以及时隙1～时隙K的安排信息，时隙k的安排信息包括第k个时隙的分配节点的短地址及第k个时隙的时间长度，k＝1,2,…,K，K表示本超帧所安排的用于抄表业务传输的TDMA时隙总数量，K＝0时无时隙安排；

时隙分配消息字段中的非中央信标信息定义为：用于指示非中央信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标时隙类型，包括代理信标时隙的分配信息和发现信标时隙的分配信息，所述代理信标时隙的分配信息包括1～Y个代理信标时隙所对应分配的Y个节点的短地址和信标类型，所述发现信标时隙的分配信息包括第1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型以及最后1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型，Y为代理信标时隙的数量；

在执行抄表业务时，在某个超帧的起始位置，CCO采用以下方法发送信号：

S1、CCO为K个节点逐个安排TDMA时隙，对于第k个节点，CCO为其安排长度为T的TDMA时隙，在TDMA时隙区的时间段中，网络中的产生了与第k个节点的抄表业务相关报文的发送需求的任意一个节点可在属于自己的TDMA时隙中发送信号；

S2、在CSMA时隙区的时间段中，存在抄表业务相关报文发送需求的节点，按照CSMA信达接入方式竞争发送信号。

进一步的，与第k个节点的抄表业务相关报文指该报文的产生源节点或最终目的节点为该第k个节点，该报文包括下行抄表报文或上行抄表报文或接收确认报文。

进一步的，步骤S1中，第k个节点的TDMA时隙的长度T按以下方法确定：

如果CCO是第1次对该节点进行抄表，则T＝3×h×t，其中，h为第k个节点和CCO之间的跳数，t为完成1次信号发送的平均时间；

如果CCO不是第一次对该节点抄表，则：

如果在本超帧中，CCO为本次抄表任务设定的抄表业务的TDMA时隙区的长度为T0，当CCO在该抄表业务的TDMA时隙区的2T0/3处之前收到了源自第k个节点的上行抄表报文，则将该节点的TDMA时隙长度设定为比该节点上一次的TDMA时隙长度少t毫秒；如果CCO在抄表业务的TDMA时隙结束时未收到源自第k个节点的上行抄表报文，则将该节点的TDAM时隙长度设定为比该节点上一次的TDMA时隙长度多t毫秒，除了以上两种情况外的其它情况，该节点的TDAM时隙长度和该节点上一次的TDMA时隙长度保持一致。

进一步的，在抄表过程中，CCO采用以下方法选择发现信标节点：

步骤a、CCO为入网节点的短地址分配时，根据节点入网时间的先后将短地址池中的地址从小到大依次分配给入网的节点；

步骤b、设置发现信标发送周期；

步骤c、CCO将从站点集合中的节点基于短地址大小从小到大排序，得到发送队列，从发送队列中安排前Z个节点进行信标信号的发送，然后将这Z个节点从发送对列中删除，Z＝t0÷T_D×N，t0为本超帧的时间长度，T_D为发现信标发送周期，N为从站点集合所包含的节点的数量；

重复步骤a至步骤c，直至发送队列中的节点的数量为零。

进一步的，发现信标时隙的分配信息中的第1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列中前Z个发送节点的第一个节点的短地址值，最后1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列中前Z个发送节点的最后一个节点的短地址值。

进一步的，如果网络运行过程中有节点离网，CCO将离网节点的地址回收，并分配给新的入网节点。

进一步的，如果Z为非整数，则上取整。

进一步的，当发送队列中的节点数量为零后，再次基于从站点集合生成发送队列，然后采用相同的安排机制再次安排信标信号的发送。

进一步的，如果在1个发现信标发送周期中有新节点加入从站点集合，在本发现信标发送周期的剩余时间内不安排该新节点发送发现信标信号，等下一个发现信标发送周期来临后再安排该新节点发送发现信标信号。

由以上技术方案可知，本发明方法在现有协议框架和体系下，通过对信标信号的信令内容进行改进，为抄表业务数据的传输过程增加了新的TDMA信道接入方式，从而将该业务的信道接入方式从原来的单纯CSMA竞争接入方式改进为TDMA+CSMA的混合型信道接入方式，提升了整个网络的抄表综合性能。在更具体的技术方案中，对应于新增加的信道接入方式带来的信令内容长度的增加，改进了信标信令中对发现信标时隙分配信息的定义方式，将原来的逐个时隙定义方式修改为分段批定义方式，在携带相同信息内容的情况下，较大提升了信令承载信息的效率，将该部分的信令长度减低至4个字节。

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为用电信息采集***的宽带高速载波通信网络的树形网络拓扑示意图；

图2为《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》中超帧时隙结构示意图；

图3为现有协议中非中央信标信息的内容定义示意图；

图4为本发明方法的超帧时隙结构示意图；

图5为本发明方法的非中央信标信息的内容定义示意图；

图6为抄表业务的信号交互流程示意图；

图7为CCO和节点k之间的传输路径示意图；

图8为一个实施例中超帧时隙结构的示意图。

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。

如图1所示，用电信息采集***的宽带高速载波通信网络一般会形成以中央协调器(CCO)为中心、以代理协调器(代理节点，PCO)为中继代理，连接所有从站点(STA)的多级关联树形网络。CCO作为网络运行的中心控制节点，使用一种基于信标周期的超帧时隙结构来进行网络通信，同时使用信标信号来维持整个网络的同步和有序运行。在国网的《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》中，对超帧的时隙划分情况如图2所示，一个信标周期包括4种时隙，依次分别为：信标时隙区、TDMA时隙区、CSMA时隙区和绑定CSMA时隙区。南网的《低压电力用户集中抄表***宽带载波通信技术要求》对于超帧的时隙划分也采用了类似的结构，只是4种时隙的排序不同，依次为信标时隙区、CSMA时隙区、TDMA时隙区和绑定CSMA时隙区。

CCO通过使用信标信号来实现整个网络时隙结构的同步有序管理，信标信号有3种类型：中央信标、代理信标和发现信标。在每个信标周期的起始时间位置，CCO开始进行中央信标信号的发送，其信号信令内容中将携带本信标周期的时隙参数信息和其它一些网络管理信息。其中，时隙参数信息主要包括信标时隙的时间长度、三种类型信标时隙的数量(X、Y和Z的数值),Y个代理信标时隙和Z个发现信标时隙所一一对应的Y+Z个发送节点的网络短地址(TEI)，以及CSMA时隙区和绑定CSMA时隙区的相关参数。

网络中一个节点收到另一个节点所发送的信标信号后，如果通过信令内容解析发现自己是上述Y+Z个发送节点中的一员，且自己所分配的信标时隙在时间轴上尚未来临，则会在该信标时隙的时间到达后在属于自己的时隙上中继发送代理信标信号或发现信标信号。基于这种机制以及合适的代理中继节点的选择，CCO可以利用前X+Y个信标时隙在一个信标周期内实现自己的信标信令信息的下行全网广播发送，覆盖范围包括全网已入网节点。CCO也会根据网络实际情况，在每个超帧中灵活按需安排一定数量的从站点来发送发现信标信号，其目的是引导那些无法收到中央信标信号和代理信标信号的未入网节点通过该信号的接收来加入网络。虽然协议中没有对从站点发送发现信标信号的周期进行明确规定，但考虑到未入网节点的入网时间要求，CCO还是默认需要安排网络中的从站点周期性发送发现信标信号，典型值如1分钟。

国网标准和南网标准都对信标信号的载荷字段做了定义，具体定义见表1(在两种协议中，将信标信号载荷部分规定为只能采用136个字节或520个字节的编码模块)，对载荷字段中的信标管理信息的定义见表2，对信标管理信息中管理信息类型的定义见表3，国网对管理信息类型中时隙分配消息的定义见表4，南网对管理信息类型中时隙分配消息的定义见表5。

表1信标信号载荷字段的定义

表2信标管理消息的字段定义

表3管理消息的类型定义和内容说明

表4时隙分配消息字段的内容定义(国网)

表5时隙分配消息字段的内容定义(南网)

从表3可知，时隙分配消息的内容长度为动态值，其长度也是载荷字段中内容长度最大的信令内容。通过对比表4和表5可知，国网和南网在时隙分配消息上设计思路基本一致，只是在一些信令字段的顺序和长度等细节上有一些差别。

根据现有协议对非中央信标信息的规定，虽然网络支持TDMA的信道接入方式，但其业务应用范围受到严格限制，只有在网络进行软件升级时，CCO才会将TDMA时隙长度设置为非零值，从而安排CCO和代理节点来使用TDMA时隙来传输升级分包数据。其它情况下，TDMA时隙长度为0，因此除了信标信号外，网络中所有其它类型的所有信号都只能在CSMA时隙区上进行随机竞争发送。同时，根据协议的规定，‘非中央信标信息’字段的长度为动态值(2Y+2Z个字节)，其携带的信息用于指示Y+Z个非中央信标时隙的分配信息，如图3所示，‘非中央信标信息’的内容中包括了时隙的分配节点短地址和该时隙的信标类型。

目前两种标准中的协议的信道接入方式存在以下问题：

1.由于在不进行升级时，网络中的所有非信标信号将全部在CSMA时隙区使用竞争方式进行发送，理论分析和仿真结果都表明，受多跳网络中的隐藏终端效应和暴露终端效应等因素的制约，在网络节点数量较多且业务负荷较重的场景下，CSMA类的基于信道监听和随机退避机制的自由竞争类的信道接入协议的网络吞吐量较低。隐藏终端是指在接收点的覆盖范围内但在发送节点的覆盖范围外的节点，隐藏终端由于听不到发送节点的发送可能会向相同的接收节点发送分组，导致分组在接收节点处冲突。暴露终端是指在发送接点的覆盖范围内但在接收节点的覆盖范围外的节点，暴露终端因听到发送节点的发送而可能延迟发送，但是它其实是在接收节点的通信范围之外，它的发送不会造成冲突。这就引入了不必要的时延。

2.现有协议‘非中央信标信息’字段中的逐个时隙定义方式的信息承载效率太差，导致在网络节点规模较大时，136字节的编码模块的信令长度不足，节点将被迫使用520字节的编码模块，不仅会导致信标信号的开销明显增加，甚至还可能出现信令内容长度超出编码模块长度上限的问题。

基于以上分析，本发明在当前标准的协议框架下，在信标信号的信令内容中对时隙分配消息字段中的‘非中央信标信息’的定义进行修改，并在时隙分配消息字段中增加‘抄表业务TDMA时隙分配消息’，即‘非中央信标信息’字段的内容中包括‘抄表业务TDMA时隙分配消息’的内容，从而增加TDMA时隙区的业务支持能力，将抄表业务纳入支持对象，使网络节点可以按需灵活选择TMDA或CSMA方式来进行抄表业务相关信号的传输。同时将‘非中央信标信息’字段中发现信标时隙的分配信息中从原来的逐个描述Z个发现信标发送节点信息的信令定义修改为分段批定义方式，将信令长度从2×Z个字节压缩至2×2个字节，以提高本部分的信息承载效率。

本发明在时隙分配消息字段中增加‘抄表业务TDMA时隙分配消息’字段，则TDMA时隙除了包括升级业务的TDMA时隙区外，还包括抄表业务的TDMA时隙区(如图4)。如表6所示，‘抄表业务TDMA时隙分配消息’字段的内容包括分配时隙的数量以及时隙1～时隙K的安排信息，时隙k的安排信息包括第k个时隙的分配节点的短地址及第k个时隙的时间长度，k＝1,2,…,K，K表示本超帧所安排的用于抄表业务传输的TDMA时隙总数量，K＝0时无时隙安排。本超帧所安排的用于抄表业务传输的TDMA时隙总数量K与抄表业务对应的节点数量对应，即有K个需要抄表的节点既在本超帧中对应有K个TDMA时隙。

表6抄表业务TDMA时隙分配消息字段的内容定义

如图5所示，本发明对时隙分配消息字段中的‘非中央信标信息’的内容定义为：用于指示Y+Z个非中央信标时隙所对应分配的Y+Z给节点的短地址和信标时隙类型，其中包括代理信标时隙的分配信息和发现信标时隙的分配信息，信令总长度为(Y×16+32)bit，代理信标时隙的分配信息包括1～Y个代理信标时隙所对应分配的Y个节点的短地址和信标类型，发现信标时隙的分配信息包括第1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型以及最后1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型。

抄表业务是智能电表通信网络的一种特有的业务需求，如图6所示，抄表业务的流程为：中央协调器向待抄表对象发送下行抄表报文，报文内容指示了本次抄表的业务数据相关参数；抄表对象收到下行抄表报文后依据其内容要求向中央协调器上报自身对应的上行抄表报文；中央协调器收到某个节点的上行抄表报文后，向该节点下发接收确认报文。抄表业务可能是周期性触发的，也可能是用户在管理过程中临时触发的。

基于本发明对信标信号的信令内容中时隙分配消息字段的定义，在执行抄表业务时，在某个超帧的起始位置，CCO存在对网络中的K个节点的抄表需求，CCO采用以下方法发送信号：

S1、CCO为每个节点逐个安排一个TDMA时隙，专门用于抄表业务相关信号的传输，对于第k个节点(k＝1,2,…,K)，CCO根据该节点的路由跳数和抄表业务的数据量，为其安排一个长度为T的TDMA时隙，在TDMA时隙区的时间段中，当网络中的任意一个节点(包括CCO和其它入网节点)产生了与第k个节点的抄表业务相关报文的发送需求，则无需监听信道，立即在属于自己的TDMA时隙中发送信号；与第k个节点相关指该报文的产生源节点或最终目的节点为该第k个节点，抄表业务相关报文指下行抄表报文或上行抄表报文，或接收确认报文；

S2、在CSMA时隙区的时间段中，存在抄表业务相关报文发送需求的节点，按照CSMA信达接入方式竞争发送信号，即CSMA时隙区的发送机制不变。

通过以上信号发送方法，将信号的信道接入方式将从原来的纯CSMA竞争机制调整为TDMA+CSMA混合机制。

网络中为不同节点安排的时隙长度可能会有所不同，本发明设定各节点TDMA时隙的基本原则是离CCO跳数越大的节点所安排的时隙长度越大。更具体的，CCO在为某个节点安排TDMA时隙时，该节点的TDMA时隙的长度T按以下方法确定：对于第k个节点，

如果CCO是第1次对该节点进行抄表，则为该节点安排的TDMA时隙长度T＝3×h×t，其中，h为第k个节点和CCO之间的跳数，即第k个节点与CCO之间的跳数为h跳，根据抄表业务的信号交互流程可知，网络完成1个h跳节点的抄表需要进行3×h次的信号交互，t为完成1次信号发送的平均时间，t值的设定为经验值，可结合宽带载波的物理层通信能力和抄表业务的典型数据量进行设定，如可将t设为8毫秒等；

如果CCO不是第一次对该节点抄表，则根据上一次为该节点所安排的TDMA时隙的抄表效果调整本次抄表所安排的TDMA时隙长度，具体方法为：

如果在本超帧中，CCO为本次抄表任务设定的抄表业务的TDMA时隙区的长度为T0(毫秒)，当CCO在该抄表业务的TDMA时隙区的2T0/3处之前收到了源自第k个节点的上行抄表报文，则设定该节点的TDMA时隙长度比该节点上一次的TDMA时隙长度少t毫秒，例如，CCO第2次对第k个节点抄表时，为该节点安排的TDMA时隙长度为T2，当CCO在该抄表业务的TDMA时隙区的2T0/3处之前收到了源自第k个节点的上行抄表报文，则当CCO第3次对第k个节点抄表时，为该节点安排的TDMA时隙长度T3＝T2-t；如果CCO在所设定的抄表业务的TDMA时隙结束时都未收到源自第k个节点的上行抄表报文，则设定该节点的TDAM时隙长度比该节点上一次的TDMA时隙长度多t毫秒，除了以上两种情况外的其它情况，该节点的TDAM时隙长度和该节点上一次的TDMA时隙长度保持一致。

根据上述节点的TDNMA时隙长度的设定机制可以看出，CCO在为某个节点安排抄表业务的TDMA时隙时，第1次的初始值是基于跳数和每跳的平均传输时间产生的，随后则根据上一次的抄表效果来适当减少和增加本次抄表的TDMA时隙长度，从而可以更灵活适应多跳链路传输过程的不确定性，实现为每个节点安排适当长度的抄表业务专用时隙资源。该机制还具有较强的鲁棒性，即如果在第k个节点的TDMA时隙无法全部完成该节点的抄表业务相关报文的传输，则路径上的相关节点仍可以继续在CSMA时隙区上通过竞争接入方式来继续完成剩余信号的发送，从而为抄表业务报文提供了以TDMA为主，CSMA为辅的混合型信道接入机制。

发现信标是用于引导无法收到中央信标信号和代理信标信号的未入网节点通过该信号的接收来加入网络，因此在每个超帧中会根据需求安排一定数量的从站点来发送发现信标信号。由图3可知，根据现有协议，CCO每安排一个节点发送发现信标信号，就需要占用2个字节的信令长度(K个节点则增加了2K个字节的信令内容)，而CCO周期性安排节点发送发现信标信号的目的是引导未入网节点入网，因此节点的选择无需考虑次序问题，只要满足周期性发送的要求即可。

基于本发明对信标信号的信令内容中时隙分配消息字段(‘非中央信标信息’)的定义，抄表时，CCO采用以下方法选择发现信标节点：

步骤a、分配短地址，CCO在为入网节点的短地址分配时，根据节点入网时间的先后将短地址池中的地址从小到大依次分配给入网的节点；优选的，如果网络运行过程有节点离网，CCO将该离网节点的地址收回，并分配给新的入网的节点，从而可以尽量避免入网节点的最小短地址和最大短地址之间出现没有分配的空闲地址；

步骤b、设置发现信标发送周期，CCO将一个发现信标发送周期设置为T_D秒，每T_D秒内从站点集合S中的每一个节点都发送一次发现信标信号；一个发现信标发送周期的数值可由CCO厂家自主设定，从站点集合S中包括N个节点；

步骤c、信号发送，CCO将从站点集合S中的节点基于短地址大小从小到大排序，排序后即得到发送队列Q，根据本超帧时间和发现信标发送周期来安排对应数量的节点发送信标信号，即：从发送队列Q中安排前Z个节点进行信标信号的发送，然后将这Z个节点从从发送对列Q中删除；Z＝t0÷T_D×N，t0为本超帧的时间长度，T_D为一个发现信标发送周期，如果Z为非整数，则向上取证；

重复步骤a至步骤c，直至发送队列Q中的节点数量为零，当发送队列Q中的节点数量为零后，再次基于从站点集合S生成发送队列Q，然后采用相同的安排机制再次安排信标信号的发送。

更具体的，如果在1个发现信标发送周期中有新节点加入从站点集合S，在本发现信标发送周期的剩余时间内不安排该节点发送发现信标信号，而是待下一个发现信标发送周期来临后再开始安排，即将该新节点加入从站点集合S中进行安排。

本发明的发现信标时隙的分配信息中的第1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列Q中前Z个发送节点的第一个节点的短地址值，最后1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列Q中前Z个发送节点的最后一个节点的短地址值。

基于以上信标信号的发送机制，接收到信标信号的节点在进行信令内容解析时，该接收节点需要解析出这Z个节点的具体短地址和时隙安排次序，信令内容的解析逻辑为：设第1个节点为R1，最后1个节点为R2，则本超帧中所安排的发送发现信标节点的短地址集合为{[R1,R2]}-P，{[R1,R2]}表示短地址落在区间[R1,R2]内的节点集合，P表示代理信标节点集合，符号-表示集合差集，因此{[R1,R2]}-P表示短地址落在区间[R1,R2]内的节点集合排除集合P的节点后的剩余节点集合。如，设R1＝2，R2＝4，P＝{3,5}，则{[R1,R2]}-P＝{2,3，4}-{3,5}＝{2,4}。

从上述说明可以看出，本发明的发现信标时隙分配信息的定义方式，可以保障不管网络节点规模多大，在满足原有标准要求的前提下，即CCO需要安排网络中每个从节点周期性发送发现信标信号，通过这种高效分段批定义方式，将发现信标时隙分配信息字段的信令长度从原来的2×Z字节减少至2×2＝4字节，从而较大提升了信令承载信息的效率，更好应对新协议引入针对抄表业务的TDMA接入方式带来的信令内容增加的问题。

下面以一个具体例子对本发明抄表方法进行说明：

假设CCO与某个节点k的传输路径如图7所示，CCO需要对节点k进行抄表时，为节点k安排1个长度为T的TDMA时隙，不失一般性，设K＝1，即CCO在发起一个超帧时只需要对节点k进行抄表，则该超帧时隙结构如图8所示。

在节点k的TDMA时隙的起始位置，CCO因为有向节点R发送最终目的节点为节点k的下行抄表报文的需求，因此根据时隙分配消息字段的定义规则立刻发送信号；节点R收到该报文后，也立即向节点k中继发送该报文；节点k收到下行抄表报文后，根据报文内容要求准备相关数据，并向节点R发送源节点为节点k的上行抄表报文；节点R收到后也向CCO中继发送该上行抄表报文；CCO收到后向节点R发送最终目的节点为节点k的接收确认报文；节点R收到后，继续向节点k中继发送该报文。节点k收到接收确认报文后，获知自己的数据已经成功上报给CCO，针对节点k的抄表过程全部完成。

基于上述的抄表业务的信号交互流程可知，相关流程在时间轴上具有严格的时序且在任意一个时间点上都只有一个节点有发送需求，因此路径上的任意一个节点只要有和节点k相关的抄表业务相关信号发送需求，无需信道监听就可以立即发送信号，不存在任何的信号碰撞风险，且除去必要的信号收发和反应时延，这些信号的交互过程不存在时间空闲区，可以实现对TDMA时隙的最高效率利用。

对于采用本发明方法来安排发现信标时隙时，假设某个正在运行的网络中有400个节点，其中1个节点为CCO，99个节点为代理节点，剩余的300个节点为STA节点(从站点节点)，假定每个STA节点发送发现信标信号的周期T_D为60秒，每个超帧的时间长度t0设置为10秒，则每个超帧中需要平均安排10÷60×300＝50个节点来发送发现信标信号。

基于上述参数，如果使用现有协议对发现信标时隙安排信息的定义，相关的信令内容长度为50×2＝100个字节；而如果使用本发明方法的定义方式，则相关的信令内容长度为2×2＝4个节点，显然新的定义明显提高了信令的信息承载效率，可以将所节约出来的信令空间用于支持抄表业务的TDMA信道接入方式的使用。

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 (9)

1.一种基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：

在信标信号的信令内容中，定义时隙分配信息字段的内容包括抄表业务TDMA时隙分配信息，所述抄表业务TDMA时隙分配消息的内容包括分配时隙的数量以及时隙1～时隙K的安排信息，时隙k的安排信息包括第k个时隙的分配节点的短地址及第k个时隙的时间长度，k＝1,2,…,K，K表示本超帧所安排的用于抄表业务传输的TDMA时隙总数量，K＝0时无时隙安排；

时隙分配消息字段中的非中央信标信息定义为：用于指示非中央信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标时隙类型，包括代理信标时隙的分配信息和发现信标时隙的分配信息，所述代理信标时隙的分配信息包括1～Y个代理信标时隙所对应分配的Y个节点的短地址和信标类型，所述发现信标时隙的分配信息包括第1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型以及最后1个发现信标时隙所对应分配的节点的短地址和信标类型，Y为代理信标时隙的数量；

在执行抄表业务时，在某个超帧的起始位置，CCO采用以下方法发送信号：

S1、CCO为K个节点逐个安排TDMA时隙，对于第k个节点，CCO为其安排长度为T的TDMA时隙，在TDMA时隙区的时间段中，网络中的产生了与第k个节点的抄表业务相关报文的发送需求的任意一个节点可在属于自己的TDMA时隙中发送信号；

S2、在CSMA时隙区的时间段中，存在抄表业务相关报文发送需求的节点，按照CSMA信道接入方式竞争发送信号。

2.如权利要求1所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：与第k个节点的抄表业务相关报文指该报文的产生源节点或最终目的节点为该第k个节点，该报文包括下行抄表报文或上行抄表报文或接收确认报文。

3.如权利要求1所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：步骤S1中，第k个节点的TDMA时隙的长度T按以下方法确定：

如果CCO是第1次对该节点进行抄表，则T＝3×h×t，其中，h为第k个节点和CCO之间的跳数，t为完成1次信号发送的平均时间；

如果CCO不是第一次对该节点抄表，则：

如果在本超帧中，CCO为本次抄表任务设定的抄表业务的TDMA时隙区的长度为T0，当CCO在该抄表业务的TDMA时隙区的2T0/3处之前收到了源自第k个节点的上行抄表报文，则将该节点的TDMA时隙长度设定为比该节点上一次的TDMA时隙长度少t；如果CCO在抄表业务的TDMA时隙结束时未收到源自第k个节点的上行抄表报文，则将该节点的TDAM时隙长度设定为比该节点上一次的TDMA时隙长度多t，除了以上两种情况外的其它情况，该节点的TDAM时隙长度和该节点上一次的TDMA时隙长度保持一致。

4.基于权利要求1所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：在抄表过程中，CCO采用以下方法选择发现信标节点：

步骤a、CCO为入网节点的短地址分配时，根据节点入网时间的先后将短地址池中的地址从小到大依次分配给入网的节点；

步骤b、设置发现信标发送周期；

步骤c、CCO将从站点集合中的节点基于短地址大小从小到大排序，得到发送队列，从发送队列中安排前Z个节点进行信标信号的发送，然后将这Z个节点从发送对列中删除，Z＝t0÷T_D×N，t0为本超帧的时间长度，T_D为发现信标发送周期，N为从站点集合所包含的节点的数量；

重复步骤a至步骤c，直至发送队列中的节点的数量为零。

5.基于权利要求4所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：发现信标时隙的分配信息中的第1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列中前Z个发送节点的第一个节点的短地址值，最后1个发现信标时隙所对应分配的节点是指本超帧中所安排发送队列中前Z个发送节点的最后一个节点的短地址值。

6.基于权利要求4所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：如果网络运行过程中有节点离网，CCO将离网节点的地址回收，并分配给新的入网节点。

7.基于权利要求4所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：如果Z为非整数，则上取整。

8.基于权利要求4所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：当发送队列中的节点数量为零后，再次基于从站点集合生成发送队列，然后采用相同的安排机制再次安排信标信号的发送。

9.基于权利要求4所述的基于宽带载波通信网络的抄表方法，其特征在于：如果在1个发现信标发送周期中有新节点加入从站点集合，在本发现信标发送周期的剩余时间内不安排该新节点发送发现信标信号，等下一个发现信标发送周期来临后再安排该新节点发送发现信标信号。

Images