基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，包括：多個電表、集中器、集中器側(cè)北斗通信終端、主站側(cè)北斗通信終端和主站。其中，電表采集電力數(shù)據(jù)信息；集中器連接多個電表，能夠?qū)碾姳戆l(fā)送過來的電力數(shù)據(jù)信息封裝成376.1協(xié)議，數(shù)據(jù)報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；集中器側(cè)北斗通信終端將收到的376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文解析、處理并封裝成北斗短報文，然后通過北斗衛(wèi)星的傳輸信道發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；主站側(cè)北斗通信終端通過北斗通信信道與集中器側(cè)北斗通信終端連接，接收上述北斗短報文，對北斗短報文進(jìn)行解析、處理并且封裝到376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文中，發(fā)送給主站；主站與主站側(cè)北斗通信終端連接，對收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析，并對解析出的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和顯示。
【專利說明】
基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在電力監(jiān)測系統(tǒng)中，采用的一般是電力線載波、光纖、GPRS/⑶MA等通信方式，但是這些通信方式會存在兩個問題，第一個問題是在山區(qū)、草原等偏遠(yuǎn)而且居民分散的地區(qū)，這些通信方式并不可以完全覆蓋;第二個問題是地震、洪水等自然災(zāi)害會造成這些通信方式?jīng)]辦法正常工作。
[0003]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了短報文功能，這就為地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題提供了一種解決方案。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的短報文通信中的報文最大長度為120個漢字或1680比特，民用通信容量僅有78個字節(jié)，而且存在發(fā)送頻度上的限制，民用級別一般是60秒發(fā)送一條短報文。這樣當(dāng)真正把北斗短報文功能應(yīng)用到電力用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中時，系統(tǒng)將會面臨以下三個主要問題:
[0004]I)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的Q/OTW_376.1-2009電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議(在下文中簡稱為376.1協(xié)議)中的報文長度大都超過100字節(jié)，所以就需要對長報文進(jìn)行分割和重組；
[0005]2)北斗短報文通信是不可靠通信，根據(jù)《北斗短報文通信信道性能測試與統(tǒng)計分析》中的統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，北斗短報文通信單數(shù)據(jù)包的傳輸成功率為95.5%，而在電力數(shù)據(jù)采集過程中，丟失任一數(shù)據(jù)包都有可能得不到所需要的電力信息；
[0006]3)北斗短報文存在發(fā)送頻度的限制，民用級別一般是60s發(fā)送一條短報文，而電力用戶用電信息采集系統(tǒng)中的376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文的通信和響應(yīng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于60s，這會被通信雙方認(rèn)為通信超時出錯。
[0007]目前針對北斗短報文通信的已經(jīng)提出了多種應(yīng)用，但均未公開有效解決上述三個主要問題的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對北斗短報文技術(shù)在電力用戶用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用中面臨的問題，提出了一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)了長報文增強(qiáng)、通信頻度自適應(yīng)和可靠通信。
[0009]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出了基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，包括:多個電表、集中器、集中器側(cè)北斗通信終端、主站側(cè)北斗通信終端和主站，其中:
[0010]電表，采集電力數(shù)據(jù)信息；
[0011]集中器，連接多個電表，并能夠?qū)碾姳戆l(fā)送過來的電力數(shù)據(jù)信息封裝成376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0012]集中器側(cè)北斗通信終端，通過以太網(wǎng)口與集中器連接，能夠?qū)⑹盏降?76.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文解析、處理并封裝成北斗短報文，然后通過北斗衛(wèi)星的傳輸信道發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0013]主站側(cè)北斗通信終端，通過北斗通信信道與集中器側(cè)北斗通信終端連接，接收上述北斗短報文，并對接收的北斗短報文進(jìn)行解析、處理并重新封裝到376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文中，發(fā)送給主站；
[0014]主站，通過以太網(wǎng)口連接主站側(cè)北斗通信終端，對收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析，并對解析出的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和顯示。
[0015]進(jìn)一步，其中所述的集中器側(cè)北斗通信終端或主站側(cè)北斗通信終端包括:北斗通信單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元、處理單元、以太網(wǎng)單元和電源單元，其中:
[0016]北斗通信單元通過串口與串口電平轉(zhuǎn)換單元連接，用于北斗短報文的接收和發(fā)送；
[0017]串口電平轉(zhuǎn)換單元與處理單元交互連接；
[0018]以太網(wǎng)單元與處理單元交互連接，與集中器或者主站連接，用于接收和發(fā)送376.1協(xié)議報文；
[0019]處理單元，用于協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換、長報文的拆包、短報文的組包和通信可靠性的保證；
[0020]電源單元，為處理單元、以太網(wǎng)單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元和北斗通信單元供電。
[0021]本發(fā)明另提出一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理方法，包括登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)，其中:
[0022]登錄環(huán)節(jié)包括:
[0023]步驟1-1:集中器為了與主站建立連接，向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送登錄報文；
[0024]步驟1-2:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的登錄報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0025]步驟1-3:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端的登錄報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站；
[0026]步驟1-4:主站收到來自主站側(cè)北斗通信終端的登錄報文后，回復(fù)確認(rèn)報文；
[0027]步驟1-5:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的確認(rèn)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0028]步驟1-6:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器；
[0029]步驟1-7:集中器收到確認(rèn)報文，與主站建立連接；
[0030]數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)包括:
[0031]步驟2-1:主站為了獲取電力數(shù)據(jù)信息，向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送查詢報文；
[0032]步驟2-2:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的查詢報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0033]步驟2-3:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的查詢報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器；
[0034]步驟2-4:集中器收到查詢報文后，根據(jù)查詢報文，按照DL/T645-2007協(xié)議，向電表查詢相應(yīng)的電力數(shù)據(jù)；
[0035]步驟2-5:電表收到DL/T645-2007協(xié)議格式的主站請求幀后，向集中器回復(fù)應(yīng)答幀；
[0036]步驟2-6:集中器收到來自電表的DL/T645-2007協(xié)議格式應(yīng)答幀后，進(jìn)行解析、處理并封裝成376.1協(xié)議報文發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0037]步驟2-7:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的電力數(shù)據(jù)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0038]步驟2-8:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端的電力數(shù)據(jù)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站；
[0039]步驟2-9:主站收到電力數(shù)據(jù)報文，便獲得了所需要的電力數(shù)據(jù)信息。
[0040]心跳環(huán)節(jié)是集中器側(cè)和主站側(cè)在等待時間超時的情況下，集中器側(cè)和主站側(cè)為了確認(rèn)連接是否斷開的處理，其中集中器側(cè)的處理包括下述步驟:
[0041]步驟3-1:當(dāng)?shù)却龝r間超時，集中器會主動向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳報文，確認(rèn)連接是否斷開；
[0042]步驟3-2:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自集中器的心跳報文后，
[0043]集中器側(cè)北斗通信終端會向集中器回復(fù)確認(rèn)報文，執(zhí)行步驟3-1;
[0044]向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳，查詢主站側(cè)的連接情況，并通知集中器側(cè)北斗通信終端的連接情況，執(zhí)行步驟3-3;
[0045]步驟3-3:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的心跳后，對心跳報文進(jìn)行解析，可以得到當(dāng)前集中器側(cè)的連接狀態(tài)，
[0046]如果集中器側(cè)連接斷開，則主站側(cè)北斗通信終端主動斷開與主站的連接；
[0047]如果集中器連接正常，則向集中器側(cè)北斗通信終端回復(fù)確認(rèn)，告知主站側(cè)的連接情況；
[0048]步驟3-4:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文后，對確認(rèn)報文進(jìn)行解析，得到當(dāng)前主站側(cè)的連接狀態(tài)，
[0049]如果主站側(cè)連接斷開，則集中器主動斷開與集中器側(cè)北斗通信終端的連接；
[0050]如果主站側(cè)連接正常，則保持集中器側(cè)的正常連接；
[0051]步驟3-5:當(dāng)集中器連續(xù)發(fā)送3次心跳報文，都沒有在響應(yīng)時間內(nèi)收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文，集中器則會判斷當(dāng)前連接中斷，將會向主站重新發(fā)登錄報文；
[0052 ] 主站側(cè)確認(rèn)連接是否斷開的處理包括下列步驟:
[0053]步驟4-1:當(dāng)?shù)却龝r間超時，主站側(cè)北斗通信終端向主站發(fā)送心跳報文，確認(rèn)連接是否斷開；
[0054]步驟4-2:主站收到來自主站側(cè)北斗通信終端的心跳報文，主站回復(fù)確認(rèn)報文，執(zhí)行步驟4-1 ；
[0055]步驟4-3:當(dāng)主站側(cè)北斗通信終端連續(xù)發(fā)送3次心跳報文，都沒有在響應(yīng)時間內(nèi)收到來自主站的確認(rèn)報文，主站側(cè)北斗通信終端則會判斷當(dāng)前連接中斷。
[0056]進(jìn)一步，在上述登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)中，所述集中器側(cè)北斗通信終端與主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文的傳輸均包括編碼環(huán)節(jié)、解碼環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，其中:
[0057]編碼環(huán)節(jié)包括:
[0058]步驟5-1:對待發(fā)送的北斗短報文進(jìn)行分割，使得分割的每一個子報文滿足北斗一代短報文通信的通信容量；
[0059]步驟5-2:將分割后的每個子報文的包頭加上數(shù)位標(biāo)識位，用來標(biāo)識每個子報文的唯一性和確保北斗短報文的可靠通信，標(biāo)識位包括:
[0060]a.子報文總數(shù)標(biāo)識，用來標(biāo)識長報文總共被拆分成的子報文數(shù)；
[0061 ] b.子報文ID，用來指定本子報文在原長報文所有拆分的子報文中的唯一ID，用順序阿拉伯?dāng)?shù)字表示；
[0062]解碼環(huán)節(jié)包括:
[0063]步驟6-1:接收端保存接收到的所有北斗短報文；
[0064]步驟6-2:對收到的北斗短報文進(jìn)行解析，并檢查子報文包頭的標(biāo)識位，當(dāng)子報文ID等于子報文總數(shù)標(biāo)識時，檢查收到的各個子報文的子報文ID，執(zhí)行反饋環(huán)節(jié)，如果收到了全部的子報文，則去除包頭，按照子報文ID順序重組，還原為長報文；
[0065]反饋環(huán)節(jié)包括:
[0066]步驟7-1:檢查收到的各個子報文的子報文ID，如果子報文ID沒有缺少，執(zhí)行步驟
7-2，否則執(zhí)行7-3;
[0067]步驟7-2:向發(fā)送端回復(fù)ACK報文，確認(rèn)全部收到，不用重新發(fā)送，并返回步驟7-1;
[0068]步驟7-3:向發(fā)送端返回ACK報文，反饋丟失的子報文數(shù)目及其相應(yīng)的子報文ID;
[0069]步驟7-4:發(fā)送端在收到ACK報文后，如果接收端確認(rèn)全部收到，則通信結(jié)束;如果有丟失子報文，則根據(jù)相應(yīng)的子報文ID，重新發(fā)送丟失的子報文;進(jìn)一步，其中所述ACK報文包括:
[0070]a.ACK標(biāo)識:用來與其他報文進(jìn)行區(qū)分；
[0071]b.丟失的子報文總數(shù):發(fā)送端用來檢查是否需要重新發(fā)送，以及需要重新發(fā)送的子報文數(shù)；
[0072]c.丟失的子報文ID:如果丟失的報文總數(shù)為0，那么就沒有丟失的子報文ID，否則，
發(fā)送端用來確定需要重新發(fā)送的是哪些子報文。
[0073]本發(fā)明的有益效果在于:實現(xiàn)了長報文增強(qiáng)、通信頻度自適應(yīng)，并且保障了北斗通信的可靠性
【附圖說明】
[0074]圖1是基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的示意圖；
[0075]圖2是圖1中集中器側(cè)和主站側(cè)北斗通信終端的示意圖；
[0076]圖3是基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)采集傳輸方法的流程圖；
[0077]圖4是加入北斗短報文的心跳環(huán)節(jié)時序圖；
[0078]圖5是376.1協(xié)議幀格式；
[0079]圖6是北斗長報文可靠通信協(xié)議的示意圖；
[0080]圖7是基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)中描述的北斗短報文發(fā)送和接收流程示意圖。
【具體實施方式】
[0081]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0082]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:電表、集中器、集中器側(cè)北斗通信終端、主站側(cè)北斗通信終端和主站(服務(wù)器)。其中:
[0083]多個電表通過RS485與集中器連接，集中器與集中器側(cè)北斗通信終端通過以太網(wǎng)口連接，集中器側(cè)北斗通信終端通過北斗衛(wèi)星傳輸信道與主站側(cè)北斗通信終端連接，主站側(cè)北斗通信終端與主站(服務(wù)器)通過以太網(wǎng)口連接；
[0084]集中器向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送登錄報文，集中器側(cè)北斗通信終端回復(fù)確認(rèn)報文，集中器和集中器側(cè)北斗通信終端建立連接；
[0085]主站側(cè)北斗通信終端向主站發(fā)送登錄報文，主站回復(fù)確認(rèn)報文，主站側(cè)北斗通信終端與主站建立連接；
[0086]主站，查詢電力數(shù)據(jù)信息，向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送用376.1協(xié)議封裝的查詢報文；
[0087]主站側(cè)北斗通信終端，收到376.1協(xié)議查詢報文后，進(jìn)行解析、處理并且封裝成北斗短報文，通過北斗衛(wèi)星的傳輸信道發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0088]集中器側(cè)北斗通信終端，收到北斗短報文后，進(jìn)行解析、處理并且用376.1協(xié)議重新封裝成查詢報文，將封裝好的查詢報文發(fā)送給集中器；
[0089]集中器，收到查詢報文后，根據(jù)查詢報文中的要查詢的電力數(shù)據(jù)，向與之連接的電表發(fā)送查詢命令；
[0090]電表，收到查詢命令后，將電力數(shù)據(jù)信息發(fā)送給集中器；
[0091]集中器，收到電表發(fā)送過來的電力數(shù)據(jù)后，將其封裝成376.1協(xié)議報文格式，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0092]集中器側(cè)北斗通信終端，收到376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文后，進(jìn)行解析、處理并且封裝到北斗4.0協(xié)議報文中，然后通過北斗衛(wèi)星的傳輸信道發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0093]主站側(cè)北斗通信終端，對收到的北斗數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析、處理并且封裝到376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文中，發(fā)送給中主站；
[0094]主站，對收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析，并對解析出的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和顯示；
[0095]主站，對收到的各地各時間段的用電數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，得到更加有意義的數(shù)據(jù)，為設(shè)立發(fā)電站的地域選擇，分時段收費(fèi)的時段選擇都具有十分重要的意義。
[0096]如圖2所示，北斗通信終端包括:處理單元、以太網(wǎng)單元、北斗通信單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元和電源單元。
[0097]在本實施列中，處理單元采用的是意法半導(dǎo)體公司的STM32F103C8T6，以太網(wǎng)單元采用的是美國微芯科技公司的ENC28J60，北斗通信單元采用的是北斗星通的BDM915。
[0098]其中北斗通信單元通過串口與串口電平轉(zhuǎn)換單元連接，用于北斗短報文的接收和發(fā)送；串口電平轉(zhuǎn)換單元與處理單元交互連接；以太網(wǎng)單元與處理單元交互連接，與集中器或者主站(服務(wù)器)連接，用于接收和發(fā)送376.1協(xié)議報文;處理單元，用于協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換、長報文的拆包、短報文的組包和通信可靠性的保證；電源單元，為處理單元、以太網(wǎng)單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元和北斗通信單元供電，將AC220V轉(zhuǎn)換為DC12V、DC5V和DC3.3V。
[0099]本電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信的具體步驟分為:登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)。
[0100]如圖3所示，本發(fā)明另提出一種基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)采集傳輸方法，具體包括:登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)。
[0101]登錄環(huán)節(jié):
[0102]步驟一:集中器為了與主站建立連接，向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送登錄報文；
[0103]步驟二:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的登錄報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0104]步驟三:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端的登錄報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站；
[0105]步驟四:主站收到來自主站側(cè)北斗通信終端的登錄報文后，回復(fù)確認(rèn)報文；
[0106]步驟五:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的確認(rèn)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0107]步驟六:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器；
[0108]步驟七:集中器收到確認(rèn)報文，與主站建立連接；
[0109]數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié):
[0110]步驟一:主站為了獲取電力數(shù)據(jù)信息，向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送查詢報文；
[0111]步驟二:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的查詢報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0112]步驟三:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的查詢報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器；
[0113]步驟四::集中器收到查詢報文后，根據(jù)查詢報文，按照DL/T645-2007協(xié)議，向電表查詢相應(yīng)的電力數(shù)據(jù)；
[0114]步驟五:電表收到DL/T645-2007協(xié)議格式的主站請求幀后，向集中器回復(fù)應(yīng)答幀；
[0115]步驟六:集中器收到來自電表的應(yīng)答幀后，進(jìn)行解析、處理并封裝成376.1協(xié)議報文發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端；
[0116]
[0117]步驟七:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的電力數(shù)據(jù)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端；
[0118]步驟八:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端的電力數(shù)據(jù)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站；
[0119]步驟九:主站收到電力數(shù)據(jù)報文，便獲得了所需要的電力數(shù)據(jù)信息。
[0120]心跳環(huán)節(jié):
[0121]由于典型電力信息采集傳輸系統(tǒng)的響應(yīng)時間是在秒級的，而當(dāng)利用北斗短報文時，響應(yīng)時間都是10秒級的，這就會造成通彳目雙方認(rèn)為通彳目超時出錯。尤其是在心跳環(huán)節(jié)時，一旦第一次心跳報文沒有在響應(yīng)時間內(nèi)得到響應(yīng)，那么在接下的兩次心跳以及登錄都不會得到響應(yīng)，因為北斗短報文通信的間隔是60s，而心跳和登錄的響應(yīng)時間時限一般在幾秒數(shù)量級(比如8s)，這時將會使系統(tǒng)誤認(rèn)為連接已經(jīng)中斷，系統(tǒng)則將不會進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如圖4。
[0122]而基于北斗短報文的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，將會采用如下方法，避免這種超時帶來的問題。
[0123]步驟一:當(dāng)?shù)却龝r間超時，集中器會主動向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳報文，確認(rèn)連接是否斷開；
[0124]步驟二:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自集中器的心跳報文，
[0125]集中器側(cè)北斗通信終端會向集中器回復(fù)確認(rèn)報文，執(zhí)行步驟一；
[0126]向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳，查詢主站側(cè)的連接情況，并通知集中器側(cè)北斗通信終端的連接情況，執(zhí)行步驟三；
[0127]步驟三:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的心跳后，對心跳報文進(jìn)行解析，可以得到當(dāng)前集中器側(cè)的連接狀態(tài)，
[0128]如果集中器側(cè)連接斷開，則主站側(cè)北斗通信終端主動斷開與主站的連接；
[0129]如果集中器連接正常，則向集中器側(cè)北斗通信終端回復(fù)確認(rèn)，告知主站側(cè)的連接情況；
[0130]步驟四:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文后，對確認(rèn)報文進(jìn)行解析，得到當(dāng)前主站側(cè)的連接狀態(tài)，
[0131]如果主站側(cè)連接斷開，則集中器主動斷開與集中器側(cè)北斗通信終端的連接；
[0132]如果主站側(cè)連接正常，則保持集中器側(cè)的正常連接；
[0133]步驟五:當(dāng)集中器連續(xù)發(fā)送3次心跳報文，都沒有在響應(yīng)時間內(nèi)收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文，集中器則會判斷當(dāng)前連接中斷，將會向主站重新發(fā)起連接。
[0134]同樣，主站側(cè)北斗通信終端，在等待時間超時，也會向主站發(fā)送心跳報文，確保與主站的連接正常，步驟與上述相似，如圖3。
[0135]由于376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文長度過長，而北斗4.0數(shù)據(jù)報文的長度最多只有78個字節(jié)，所以要對376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文進(jìn)行有效的解析。如圖5所示的376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文的報文結(jié)構(gòu)，需要解析出的是鏈路用戶數(shù)據(jù)以及地址域，其他的字節(jié)是用來判斷的依據(jù)，并不需要封裝子北斗短報文中。
[0136]由于北斗短報文通信是不可靠通信，所以需要增加一種可靠通信協(xié)議來保證通信的可靠性，如圖6。可靠通信的具體步驟分為:編碼環(huán)節(jié)、解碼環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)。
[0137]編碼環(huán)節(jié):
[0138]步驟一:對待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，使得分割的每一個子報文都能滿足北斗一代短報文通信的通信容量；
[0139]步驟二:在分割后的每個子報文的包頭加上數(shù)位標(biāo)識位，用來標(biāo)識每個子報文的唯一性和確保北斗報文的可靠通信，標(biāo)識位包括:
[0140]a.子報文總數(shù)標(biāo)識，用來標(biāo)識長報文總共被拆分成的子報文數(shù)；
[0141 ] b.子報文ID，用來指定本子報文在原長報文所有拆分的子報文中的唯一ID，用順序阿拉伯?dāng)?shù)字表示。
[0142]解碼環(huán)節(jié):
[0143]步驟一:接收端保存接收到的所以北斗短報文；
[0144]步驟二:對收到的北斗短報文進(jìn)行解析，并檢查子報文包頭的標(biāo)識位，當(dāng)子報文ID等于子報文總數(shù)標(biāo)識時，檢查收到的各個子報文的子報文ID，執(zhí)行反饋環(huán)節(jié)，如果收到全部的子報文，則去除包頭，按照子報文ID順序重組，還原為長報文；
[0145]反饋環(huán)節(jié)包括:
[0146]步驟一:檢查收到的各個子報文的子報文ID，如果子報文ID沒有缺少，執(zhí)行步驟二，否則執(zhí)行步驟三；
[0147]步驟二:向發(fā)送端回復(fù)ACK報文，確認(rèn)全部收到，不用重新發(fā)送，并返回步驟一；
[0148]步驟三:向發(fā)送端返回ACK報文，反饋丟失的子報文數(shù)目及其相應(yīng)的子報文ID;
[0149]步驟四:發(fā)送端在收到ACK報文后，如果接收端確認(rèn)全部收到，則通信結(jié)束;如果有丟失子報文，則根據(jù)相應(yīng)的子報文ID，重新發(fā)送丟失的子報文；；
[0150]其中ACK報文包括:
[0151 ] ACK標(biāo)識:用來與其他報文進(jìn)行區(qū)分；
[0152]a.丟失的報文總數(shù):發(fā)送端用來檢查是否需要重新發(fā)送，以及需要重新發(fā)送的子報文數(shù)；
[0153]b.丟失的子報文ID:如果丟失的報文總數(shù)為0，那么就沒有丟失的子報文ID，否則，發(fā)送端用來確定需要重新發(fā)送的是哪些子報文；
[0154]發(fā)送端和接收端在子報文傳輸過程中出現(xiàn)的子報文種丟失情況可以概括為3種:
[0155]第一種，接收端子報文ID與子報文總數(shù)標(biāo)識相等的子報文收到，丟失的是其他子報文；
[0156]第二種，接收端子報文ID與子報文總數(shù)標(biāo)識相等的子報文丟失；
[0157]第三種，接收端發(fā)送給發(fā)送端的ACK報文丟失；
[0158]對于上述三種報文丟失情況，通過以下機(jī)制進(jìn)行處理:
[0159]對于第一種情況，接收端收到拆分后子報文的最后一個報文，即可用判斷出發(fā)送端發(fā)送完畢，檢查收到的子報文ID，給發(fā)送端返回ACK報文，發(fā)送端通過解析ACK報文中的丟失的子報文ID，重新發(fā)送這些ID的子報文；
[0160]對于第二種情況，由于接收端沒有收到子報文ID與子報文總數(shù)標(biāo)識相等的子報文，所以接收端無法判斷發(fā)送端是否發(fā)送完畢，而默認(rèn)發(fā)送端沒有發(fā)送完畢，從而不會向發(fā)送端返回ACK報文，而發(fā)送端認(rèn)為自己已經(jīng)發(fā)送完畢，所以在等到接收端返回的ACK報文，此時發(fā)送端和接收端都會進(jìn)入等待狀態(tài)，為了避免這種情況，在發(fā)送端設(shè)立一個超時機(jī)制，即:發(fā)送端在發(fā)送完最后一個子報文后，啟動一個60秒的定時器，如果定時器計時結(jié)束，還沒有收到從接受端返回的ACK報文，則重新發(fā)送最后一個子報文；
[0161]對于第三種情況，由于丟失的是接收端返回的ACK報文，即發(fā)送端進(jìn)入等待狀態(tài)，同樣按照第二種情況中的超時機(jī)制，定時器計時結(jié)束后，向接收端重新發(fā)送最后一個子報文，接收端收到后，重新返回ACK報文；
[0162]進(jìn)一步，集中器側(cè)北斗通信終端，還有告警功能，當(dāng)電表、集中器或者電路等方面發(fā)生故障導(dǎo)致電力數(shù)據(jù)采集不到的時候，集中器側(cè)北斗通信終端會主動向主站發(fā)送告警報文，并且在告警報文中加入發(fā)生故障所在地的地理位置信息，便于主站的及時發(fā)現(xiàn)故障，合理安排靠近人員前去維修。
[0163]主站(服務(wù)器)，可以對收到的電力數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲和分析，用于比較不同區(qū)域、時間上的用電差異，對發(fā)電站建設(shè)、分時收費(fèi)等重大決策都有十分重要的參考意義。
[0164]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個電表、集中器、集中器側(cè)北斗通信終端、主站側(cè)北斗通信終端和主站，其中: 電表，采集電力數(shù)據(jù)信息； 集中器，連接多個電表，并能夠?qū)碾姳戆l(fā)送過來的電力數(shù)據(jù)信息封裝成376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端； 集中器側(cè)北斗通信終端，通過以太網(wǎng)口與集中器連接，能夠?qū)⑹盏降?76.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文解析并且封裝成北斗短報文，然后通過北斗衛(wèi)星的傳輸信道發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端； 主站側(cè)北斗通信終端，通過北斗通信信道與集中器側(cè)北斗通信終端連接，接收上述北斗短報文，并對接收的北斗短報文進(jìn)行解析、處理并重新封裝到376.1協(xié)議數(shù)據(jù)報文中，發(fā)送給主站； 主站，通過以太網(wǎng)口連接主站側(cè)北斗通信終端，對收到的數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析，并對解析出的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)，其特征在于，其中所述的集中器側(cè)北斗通信終端或主站側(cè)北斗通信終端包括:北斗通信單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元、處理單元、以太網(wǎng)單元和電源單元，其中: 北斗通信單元通過串口與串口電平轉(zhuǎn)換單元連接，用于北斗短報文的接收和發(fā)送； 串口電平轉(zhuǎn)換單元與處理單元交互連接； 以太網(wǎng)單元與處理單元交互連接，與集中器或者主站連接，用于接收和發(fā)送376.1協(xié)議報文； 處理單元，用于協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換、長報文的拆包、短報文的組包和通信可靠性的保證； 電源單元，為處理單元、以太網(wǎng)單元、串口電平轉(zhuǎn)換單元和北斗通信單元供電。3.—種基于權(quán)利要求1所述的基于北斗短報文通信的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理方法，其特征在于，包括登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)，其中: 登錄環(huán)節(jié)包括: 步驟1-1:集中器為了與主站建立連接，向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送登錄報文； 步驟1-2:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的登錄報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端； 步驟1-3:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端的登錄報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站； 步驟1-4:主站收到來自主站側(cè)北斗通信終端的登錄報文后，回復(fù)確認(rèn)報文； 步驟1-5:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的確認(rèn)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端； 步驟1-6:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器； 步驟1-7:集中器收到確認(rèn)報文，與主站建立連接； 數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)包括: 步驟2-1:主站為了獲取電力數(shù)據(jù)信息，向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送查詢報文； 步驟2-2:主站側(cè)北斗通信終端收到來自主站的查詢報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端； 步驟2-3:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文后，將其解析、處理并封裝成與主站發(fā)給主站側(cè)北斗通信終端的查詢報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)給集中器； 步驟2-4:集中器收到查詢報文后，根據(jù)查詢報文，按照DL/T645-2007協(xié)議，向電表查詢相應(yīng)的電力數(shù)據(jù)； 步驟2-5:電表收到DL/T645-2007協(xié)議格式的主站請求幀后，向集中器回復(fù)應(yīng)答幀； 步驟2-6:集中器收到來自電表的應(yīng)答幀后，進(jìn)行解析、處理并封裝成376.1協(xié)議報文發(fā)送給集中器側(cè)北斗通信終端； 步驟2-7:集中器側(cè)北斗通信終端收到集中器發(fā)來的電力數(shù)據(jù)報文后，將其解析、處理并封裝成北斗短報文，發(fā)送給主站側(cè)北斗通信終端； 步驟2-8:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的北斗短報文，將其解析、處理并封裝成與集中器發(fā)送給集中器側(cè)的北斗通信終端的電力數(shù)據(jù)報文相同的376.1協(xié)議報文，發(fā)送給主站； 步驟2-9:主站收到電力數(shù)據(jù)報文，便獲得了所需要的電力數(shù)據(jù)信息。 心跳環(huán)節(jié)是集中器側(cè)和主站側(cè)在等待時間超時的情況下，集中器側(cè)和主站側(cè)為了確認(rèn)連接是否斷開的處理，其中集中器側(cè)的處理包括下述步驟: 步驟3-1:當(dāng)?shù)却龝r間超時，集中器會主動向集中器側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳報文，確認(rèn)連接是否斷開； 步驟3-2:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自集中器的心跳報文后， 集中器側(cè)北斗通信終端會向集中器回復(fù)確認(rèn)報文，執(zhí)行步驟3-1; 向主站側(cè)北斗通信終端發(fā)送心跳，查詢主站側(cè)的連接情況，并通知集中器側(cè)北斗通信終端的連接情況，執(zhí)行步驟3-3 ； 步驟3-3:主站側(cè)北斗通信終端收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的心跳后，對心跳報文進(jìn)行解析，可以得到當(dāng)前集中器側(cè)的連接狀態(tài)， 如果集中器側(cè)連接斷開，則主站側(cè)北斗通信終端主動斷開與主站的連接； 如果集中器連接正常，則向集中器側(cè)北斗通信終端回復(fù)確認(rèn)，告知主站側(cè)的連接情況； 步驟3-4:集中器側(cè)北斗通信終端收到來自主站側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文后，對確認(rèn)報文進(jìn)行解析，得到當(dāng)前主站側(cè)的連接狀態(tài)， 如果主站側(cè)連接斷開，則集中器主動斷開與集中器側(cè)北斗通信終端的連接； 如果主站側(cè)連接正常，則保持集中器側(cè)的正常連接； 步驟3-5:當(dāng)集中器連續(xù)發(fā)送3次心跳報文，都沒有在響應(yīng)時間內(nèi)收到來自集中器側(cè)北斗通信終端的確認(rèn)報文，集中器則會判斷當(dāng)前連接中斷，將會向主站重新發(fā)登錄報文；主站側(cè)確認(rèn)連接是否斷開的處理包括下列步驟: 步驟4-1:當(dāng)?shù)却龝r間超時，主站側(cè)北斗通信終端向主站發(fā)送心跳報文，確認(rèn)連接是否斷開； 步驟4-2:主站收到來自主站側(cè)北斗通信終端的心跳報文，主站回復(fù)確認(rèn)報文，執(zhí)行步驟 4-1 ； 步驟4-3:當(dāng)主站側(cè)北斗通信終端連續(xù)發(fā)送3次心跳報文，都沒有在響應(yīng)時間內(nèi)收到來自主站的確認(rèn)報文，主站側(cè)北斗通信終端則會判斷當(dāng)前連接中斷。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理方法，其特征在于，在上述登錄環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和心跳環(huán)節(jié)中，所述集中器側(cè)北斗通信終端與主站側(cè)北斗通信終端的北斗短報文的傳輸均包括編碼環(huán)節(jié)、解碼環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，其中: 編碼環(huán)節(jié)包括: 步驟5-1:對待發(fā)送的北斗短報文進(jìn)行分割，使得分割的每一個子報文滿足北斗一代短報文通信的通信容量； 步驟5-2:將分割后的每個子報文的包頭加上數(shù)位標(biāo)識位，用來標(biāo)識每個子報文的唯一性和確保北斗短報文的可靠通信，標(biāo)識位包括: a.子報文總數(shù)標(biāo)識，用來標(biāo)識長報文總共被拆分成的子報文數(shù)； b.子報文ID，用來指定本子報文在原長報文所有拆分的子報文中的唯一ID，用順序阿拉伯?dāng)?shù)字表示； 解碼環(huán)節(jié)包括: 步驟6-1:接收端保存接收到的所有北斗短報文； 步驟6-2:對收到的北斗短報文進(jìn)行解析，并檢查子報文包頭的標(biāo)識位，當(dāng)子報文ID等于子報文總數(shù)標(biāo)識時，檢查收到的各個子報文的子報文ID，執(zhí)行反饋環(huán)節(jié)，如果收到全部的子報文，則去除包頭，按照子報文ID順序重組，還原為長報文； 反饋環(huán)節(jié)包括: 步驟7-1:檢查收到的各個子報文的子報文ID，如果子報文ID沒有缺少，執(zhí)行步驟7-2，否則執(zhí)行7-3; 步驟7-2:向發(fā)送端回復(fù)ACK報文，確認(rèn)全部收到，不用重新發(fā)送，并返回步驟7-1; 步驟7-3:向發(fā)送端返回ACK報文，反饋丟失的子報文數(shù)目及其相應(yīng)的子報文ID; 步驟7-4:發(fā)送端在收到ACK報文后，如果接收端確認(rèn)全部收到，則通信結(jié)束;如果有丟失子報文，則根據(jù)相應(yīng)的子報文ID，重新發(fā)送丟失的子報文。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力數(shù)據(jù)采集傳輸處理方法，其特征在于，其中所述ACK報文包括: a.ACK標(biāo)識:用來與其他報文進(jìn)行區(qū)分； b.丟失的子報文總數(shù):發(fā)送端用來檢查是否需要重新發(fā)送，以及需要重新發(fā)送的子報文數(shù)； c.丟失的子報文ID:如果丟失的報文總數(shù)為O，那么就沒有丟失的子報文ID，否則，發(fā)送端用來確定需要重新發(fā)送的是哪些子報文。
【文檔編號】H04W28/06GK106059848SQ201610296376
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】王健, 周東杰, 趙建梁, 李文峰
【申請人】南京大學(xué)