一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法

技术领域

本发明涉及低压电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法。

背景技术

随着低压高速电力线载波通信技术的发展，越来越多的电力线相关深化应用被提出，并实际应用于现场环境。但是由于台区现场对线损分析治理、灾情监测支撑、电路老化分析、负荷波动监测、设备时钟监测等业务需求逐步提升，每天采集24~96点实时用电数据的高频采集已经不足以支撑上述业务，需要更加精准的5分钟曲线数据，甚至1分钟级曲线数据采集。

目前低压电力采集系统的时延可简单分为处理时延和传输时延。处理时延包括终端、模块、电表的时延，主要为终端、模块或者电表对收到的报文进行处理、存储或者解析等造成的延时。传输时延主要为串口间的交互延时，受串口交互速率等影响较大，包括终端路由间的串口时延、电力线载波传输时延、模块与电表间的串口时延等。

当前HPLC通信标准已经标定了电力线载波传输速率。针对现有技术的缺陷，数据采集方案优化方向可以有：提升终端的数据处理速度、提升终端与路由间的串口速率、提高并发数、压缩模块与电能表的交互时延等。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法，此方法是基于以终端、路由、模块和电表为一个系统的台区之中，采用提高终端与路由之间的串口速率、优化终端配置数据采集任务逻辑、增加路由获取终端时钟并同步所有模块时钟、增加万年历时钟同步等方法，从而形成了全新的数据采集方法，并达到了分钟级采集效果，从而实现对不断增加的台区现场业务需求进行支撑、监测和分析。本方案选择使用115200bps的交互速率，提升交互效率，有效缩短交互时间；本方案选择使用新型采集模型，通过以下技术方案来实现：

一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法，具体是通过提高终端与路由间的串口速率从而减少串口延时，再通过优化终端中高频数据采集任务逻辑，实现架构优化，并使路由、模块都支持任务的配置和存贮，最后在载波层面需要支撑万年历时钟同步功能，使得台区中所有设备的网络时钟都与终端时钟统一，并支撑分钟级数据任务的收发和执行。同时需要扩充串口速率配置报文、时钟获取报文、分钟级任务配置报文、采集结果上报报文、载波万年历同步报文、载波分钟级任务报文等相关报文来协助方案的实现。

本发明方法具体包括以下几个步骤：

（1）路由上电后，终端配置档案，设置串口波特率为115200bps。

（2）模块上电后请求MAC地址，关联入网。

（3）组网完成后路由请求终端时钟，记录万年历，通过载波报文进行全网同步。

（4）终端给路由、模块配置采集任务，告知任务号、数据项、周期。

（5）路由在规定的时间自动启动并发抄表流程，进行数据采集，该下行报文中仅携带任务号、时间戳、MAC地址等必要信息。

（6）模块收到下行报文后，从自身的存储空间提取数据，并上报至路由。

（7）路由收到上行抄表结果后进行主动上报。

（8）终端收到上报结果后回复ACK，触发路由后续抄表结果继续上报。

本发明的有益效果为：本发明优化了低压电力载波系统的高频数据采集流程，降低了数据采集时间，有效提升了采集效率，实现了分钟级采集，可满足未来不断增加的台区现场业务需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明的一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的一种基于电力线载波时钟同步的分钟级数据采集方法流程图。此方法是以台区电力线网络中的时钟同步为前提，通过路由下发采集间隔、采集开始时间等相关报文来使台区中的模块得到配置，使模块自身以固定时间周期去采集当时电表的固定数据块并保存在自身内存中，经过一定的周期以后路由会主动采集全台区全时刻数据并上报终端。

本方案的详细采集过程如下所示：

步骤一：当路由插在已经上电的终端后，终端将与路由交互进行台区档案同步，其次终端将与路由进行串口速率协商，并将串口波特率设置为115200bps。

步骤二：当模块上电后，模块同样会与电表进行交互，模块会请求电表MAC地址，并以此地址在网络中发送关联请求入网，并等待路由回复确认后入网。

步骤三：当所有模块都入网完成后，路由会向终端请求此时的终端时钟，并同步记录万年历，也就是此刻的年月日数据，最终通过信标帧利用电力线载波报文进行全网络时钟同步，且万年历会在全网络中周期性的不断下发，而模块会不断与之比对并修正，以此来保证此网络中的所有模块和路由都处于同一周期，并为后续下发配置任务设立基础。

步骤四：当终端收到转主站下发的高频数据采集任务之后，终端就会对路由配置高频数据采集任务，并由路由继续配置给模块，此时路由会先与终端进行不断交互，并且由于串口速率为115200bps这一步会比现有方案更快更准确。当路由明确采集任务之后，就会通过电力线对台区中的所有模块进行任务配置，并且此时所有模块都会与路由进行交互，告知路由是否成功得到有效的信息。这些信息包括但不限于告知此任务的任务号、抄读的相关数据项、相关抄读周期等信息。

步骤五：在保证全网络中时钟信息和任务配置信息成功同步的前提下，所有模块会以一个固定周期（此周期一般为15min，可调节）与电表进行交互，并获取那一时刻的电表相关数据项信息，并保存在抄读模块的内存当中。此过程只会涉及到模块与电表之间的交互，模块不会每一个固定周期都把数据传回路由，而是自我保存，这样就极大的降低了路由与模块的交互次数，从而极大的降低高频数据采集流程的传输时间，并且由于不会每一个固定周期都回传数据，所以信道中不容易出现拥堵现象，不会影响正在进行中的其他任务，从而提升信号传输的成功率，提升传输效率。接下来此方案把数据查询任务交给了路由，路由会在集中器规定的周期内（此周期根据配置任务为准），自动启动并发抄表流程，对所有模块中存储的数据进行全面采集，该下行报文中仅携带任务号、时间戳、MAC地址等必要信息。这里的查询报文使用了任务号，而不是常规的查询报文，这会使得报文更精简，从根本上就降低了传输错误的机会，减少重传次数，提升查询效率。

步骤六：当模块收到路由发送的下行数据查询报文后，模块会从自身的存储空间提取相对应时间点的采集数据，通过上行报文上报至路由。

步骤七：当路由收到模块发送的上行数据结果后，路由会主动与终端交互，路由将数据上报给终端并等待终端回复的网络确认帧，收到此帧之后会触发路由后续的抄表结果继续上报，注意此过程也是并发过程。之前的方案需要按照每个节点单独指令下发下行抄表的交互逻辑，并在此过程中，此方案会减少一次终端与路由的串口交互过程，并且由于提升了串口速率，也使得路由主动上报的时间有大幅度降低。两处微小的改动放在不停频繁交互的过程中，就会使高频数据采集的时间和效率得到提升。

经过以上步骤所得测试结果与现有方法所得测试结果对比如表1所示，通过对比可发现本发明优化了低压电力载波系统的高频数据采集流程，降低了数据采集时间，有效提升了采集效率，实现了分钟级采集，可满足未来不断增加的台区现场业务需求。

表1

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。