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1、(10)申请公布号 CN 102946260 A(43)申请公布日 2013.02.27CN102946260A*CN102946260A*(21)申请号 201210510101.4(22)申请日 2012.12.04H04B 3/54(2006.01)H04B 3/46(2006.01)H04L 29/06(2006.01)H04L 12/26(2006.01)(71)申请人湖南大学地址 410082 湖南省长沙市岳麓区湖南大学电信分院申请人威胜集团有限公司(72)发明人刘述钢 黄守道 刘宏立 陈鑫雯谷志茹 李鲁智 李虎 李智良(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所 43001代理人周。
2、咏 米中业(54) 发明名称自动抄表系统及其通信链路质量检测方法(57) 摘要本发明公开了一种自动抄表系统及其通信链路质量检测方法，该系统提供了一种新的电力线载波模块与终端之间网络层接口架构，通过此架构可直接接入IPV6网络；而该检测方法分为主从模式和从主模式。主从模式由主模块发送测试数据包，而对端的从模块接收这些数据包，记录测试结果并将结果数据发至集中器；从主模式则是从模块发送测试数据包，主模块接收并做记录，再将结果发至集中器。本发明中集中器通过控制原语使主模块和从模块进入链路测试的相关模式，实现了ICMP协议控制下主模块和从模块各节点的链路质量在线检测，为智能电网AMI系统的在线网络质量提。
3、供有效保障。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书6页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 4 页1/2页21.一种自动抄表系统，包括电能表、集中器、载波通信模块和电力线网络，其特征在于，所述载波通信模块包含DSP模块和载波调制模块，DSP模块用于构建网络层，载波调制模块用于将传输信号调制成适应于电力线传播的信号；集中器通过串口与集中器侧的DSP模块通信，该DSP模块再通过串口与集中器侧的载波调制模块通信；集中器侧的载波调制模块通过电力线网络与电能表侧的载波调制模块通信；电能表侧的载波调制模块通过串口与电能表侧的DSP。
4、模块通信，该DSP模块通过串口与电能表通信。2.根据权利要求1所述的自动抄表系统，其特征在于，在集中器侧的载波通信模块为主模块，在电能表侧的载波通信模块为从模块。3.一种适用于权利要求1所述的自动抄表系统的通信链路质量检测方法，其特征在于，包括主从模式和从主模式；该检测方法包括如下步骤：步骤1，网络层的架构：网络层包括UDP封装模块、IPv6封装模块、ICMP封装模块和通信链路在线检测模块，UDP封装模块将终端应用层数据报文APDU封装成UDP报文，ICMP封装用于将链路通信检测信息封装成适应于网络层与路由层间传递的数据报文形式，IPv6封装模块将UDP报文封装成适用于在IPv6网络层传输的I。
5、Pv6报文；通信链路在线检测模块用于主模块和从模块各节点的通信链路质量的控制命令的接收与发送；步骤2，主从模式，集中器给主模块网络层发控制命令，开启主从模式通信链路在线检测功能；步骤3，主模块网络层发出测试管理命令至指定从模块网络层，要求从模块进入测试模式并准备接收测试数据；步骤4，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式，初始化此测试会话，并向主模块发送确认回执；步骤5，主模块收到从模块返回的接收确认后，进入发送测试数据流程，主模块网络层循环发送固定测试数据至从模块；步骤6，从模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，并将这些信息发送至从模块网络层，从模块网络层统计整理平均每。
6、一帧的报告并汇总，测试完成后从模块网络层将此测试结果通过测试管理命令上报给集中器；步骤7，从主模式，集中器给主模块网络层发控制命令，开启从主模式通信链路在线检测功能；步骤8，主模块网络层发出测试管理命令至指定从模块网络层，要求从模块进入测试模式并准备测试数据；步骤9，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式，并回复应答报文；步骤10，主模块收到从模块的应答报文后，初始化测试会话，并准备接收测试数据；步骤11，从模块网络层循环发送固定测试数据至主模块；步骤12，主模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，并发送至主模块网络层；主模块网络层统计整理平均每一帧的报告并汇总；步骤13，。
7、测试完成后，主模块网络层将测试结果上报给集中器。4.根据权利要求3所述的自动抄表系统的通信链路质量检测方法，其特征在于，所述ICMP封装用于链路质量检测数据的封装，在链路质量检测工作时使用；UDP封装用于抄表权 利 要 求 书CN 102946260 A2/2页3数据的封装，在自动抄表时使用；在链路质量检测的测试模式下，ICMP封装模块工作，UDP封装模块不工作；关闭该测试模式，UDP封装模块工作，电能表无需重复注册，就能实现自动抄表。5.根据权利要求3所述的自动抄表系统的通信链路质量检测方法，其特征在于，所述链路通信检测信息包括从模块和主模块各节点的链路质量数据、集中器检测命令以及主模块和从。
8、模块链路通信检测结果。6.根据权利要求3所述的自动抄表系统的通信链路质量检测方法，其特征在于，所述信道质量信息包括信噪比、误码率、错包率和链路质量指示。权 利 要 求 书CN 102946260 A1/6页4自动抄表系统及其通信链路质量检测方法技术领域0001 本发明涉及一种自动抄表系统及其通信链路质量检测方法。背景技术0002 目前的电力线载波通信主要有窄带单载波通信机制，利用扩频技术来提高通信的抗干扰与抗截获能力，例如PSK和S-FSK电力线通信机制。IEC61334制订了S-FSK电力载波通信技术标准。标准规定：S-FSK在物理层对BER进行统计，利用传输一个字节前导码，一个字节帧定界符。
9、，再加上一个38个字节的数据块来进行。在假定没有发生帧同步错误的情况下，BER是根据在一个数据块中的误码来计算。此外，国家电网公司企业标准Q/GDW 376.2-2009集中器本地通信模块接口协议，规定了集中器和载波模块的通信协议。该标准没有制订网络节点在线质量测试接口，也没有关于此方面的扩展，所以在国家电网载波通信系统中无法实现窄带电力线通信链路在线质量检测。发明内容0003 本发明的目的是提供一种在线实施的自动抄表系统及其通信链路质量检测方法。0004 本发明提供的这种自动抄表系统，包括电能表、集中器、载波通信模块和电力线网络，所述载波通信模块包含DSP模块和载波调制模块，DSP模块用于构。
10、建网络层，载波调制模块用于将传输信号调制成适应于电力线传播的信号；集中器通过串口与集中器侧的DSP模块通信，该DSP模块再通过串口与集中器侧的载波调制模块通信；集中器侧的载波调制模块通过电力线网络与电能表侧的载波调制模块通信；电能表侧的载波调制模块通过串口与电能表侧的DSP模块通信，该DSP模块通过串口与电能表通信。0005 在集中器侧的载波通信模块为主模块，在电能表侧的载波通信模块为从模块。0006 该自动抄表系统的通信链路质量检测方法，包括主从模式以及从主模式；该检测方法包括如下步骤：步骤1，网络层的架构：网络层包括UDP封装模块、IPv6封装模块、ICMP封装模块和通信链路在线检测模块，。
11、UDP封装模块将终端应用层数据报文APDU封装成UDP报文，ICMP封装用于将链路通信检测信息封装成适应于网络层与路由层间传递的数据报文形式，IPv6封装模块将UDP报文封装成适用于在IPv6网络层传输的IPv6报文；通信链路在线检测模块用于主模块和从模块各节点的通信链路质量的控制命令的接收与发送；步骤2，主从模式，集中器给主模块网络层发控制命令，开启主从模式通信链路在线检测功能；步骤3，主模块网络层发出测试管理命令至指定从模块网络层，要求从模块进入测试模式并准备接收测试数据；步骤4，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式，初始化此测试会话，并向主模块发送确认回执；步骤5，。
12、主模块收到从模块返回的接收确认后，进入发送测试数据流程，主模块网络层说 明 书CN 102946260 A2/6页5循环发送固定测试数据至从模块；步骤6，从模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，并将这些信息发送至从模块网络层，从模块网络层统计整理平均每一帧的报告并汇总，测试完成后从模块网络层将此测试结果通过测试管理命令上报给集中器；步骤7，从主模式，集中器给主模块网络层发控制命令，开启从主模式通信链路在线检测功能；步骤8，主模块网络层发出测试管理命令至指定从模块网络层，要求从模块进入测试模式并准备测试数据；步骤9，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式，并回复应答报文；步。
13、骤10，主模块收到从模块的应答报文后，初始化测试会话，并准备接收测试数据；步骤11，从模块网络层循环发送固定测试数据至主模块；步骤12，主模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，并发送至主模块网络层；主模块网络层统计整理平均每一帧的报告并汇总；步骤13，测试完成后，主模块网络层将测试结果上报给集中器。0007 所述ICMP封装用于链路质量检测数据的封装，在链路质量检测工作时使用；UDP封装用于抄表数据的封装，在自动抄表时使用；在链路质量检测的测试模式下，ICMP封装模块工作，UDP封装模块不工作；关闭该测试模式，UDP封装模块工作，电能表无需重复注册，就能实现自动抄表。所述链路通信检测信息包括。
14、从模块和主模块各节点的链路质量数据、集中器检测命令以及主模块和从模块链路通信检测结果。所述信道质量信息包括信噪比、误码率、错包率和链路质量指示。0008 本发明提出一种新的电力线载波模块与终端之间网络层接口架构，通过此架构可直接接入IPv6网络。此外，在链路质量检测的测试模式下，本发明的网络层应用ICMP协议构成测试数据报文，可区别抄表数据传输所使用的UDP报文，且ICMP协议报文只传至从模块进行控制，不会到达电能表，因此，本发明在实现在线网络质量的检测的同时不会造成电能表的误抄读。同时，本发明中集中器通过控制原语使主模块和从模块进入链路测试的相关模式，实现了ICMP协议控制下主模块和从模块各。
15、节点的链路质量在线检测，为智能电网AMI系统的在线网络质量提供有效保障。附图说明0009 图1是本发明中集中器与任一网内电能表的通信关系图。0010 图2是本发明的网络层结构图。0011 图3是本发明的ICMP报文格式。0012 图4是本发明的IPv6帧格式。0013 图5是本发明主从模式链路检测示意图。0014 图6是本发明从主模式链路检测示意图。具体实施方式0015 智能计量体系架构（AMI），要求集中器和电能表之间的数据和信息双向互通，这就说 明 书CN 102946260 A3/6页6要求高速可靠的通信技术。电力载波技术因为线路分布广泛，不需要额外的基础设施建设，所以得到巨大推进。为了。
16、减小AMI系统现场运行维护量，实时在线检测通信链路质量，适应市场需求，在终端应用层和电力载波模块之间增加一层网络层接口，提出一种新的IPv6架构，实现AMI通信链路质量检测。本发明在网络层可以实现系统的网络质量检测数据的收集及上报，包括信噪比（SNR）、链路质量指示（LQI）、误码率（BER）和丢包率（PER）等。0016 如图1所示，本发明包括电能表、集中器、载波通信模块和电力线网络。载波通信模块包含DSP模块和载波调制模块，DSP模块用于构建网络层，载波调制模块用于将传输信号调制成适应于电力线传播的信号。集中器应用层通过串口协议与集中器侧的网络层通信，该网络层再通过串口协议与集中器侧的载波。
17、调制模块通信；集中器侧的载波调制模块通过电力线网络与电能表侧的载波调制模块通信；电能表侧的载波调制模块通过串口协议与电能表侧的网络层通信，该网络层通过串口协议与电能表通信。0017 在集中器侧的载波通信模块为主模块，在电能表侧的载波通信模块为从模块。0018 本发明通信网络包括终端应用层、网络层及载波调制模块。其中，终端包括电能表和集中器，载波调制模块是窄带电力线调制解调器。集中器和电能表通过串口协议与网络层通信；网络层是沟通终端和载波模块的中间层，载波调制模块用于运行载波协议栈。在通信链路质量检测的测试模式下，电能表不参与数据的交互。自动抄表系统中通信链路质量检测功能通过集中器下发原语至网络。
18、层开启，分为主从方向检测和从主方向检测；这些控制原语通过网络层控制载波调制模块进入测试会话状态，分为主从测试模式和从主测试模式。测试时，使用ICMP测试报文数据，以区分正常抄表数据的UDP报文，并在网络层控制报文的数量和长度。0019 如图2所示，网络层作为载波调制模块与终端应用层之间的中间层，起到沟通终端应用层与载波调制模块对话的功能，并在集中器的控制下，使载波调制模块进入通信链路在线质量检测模式，从而实现自动抄表系统通信链路质量检测功能。0020 网络层包括UDP封装模块，IPv6封装模块，ICMP封装模块和通信链路在线检测模块。其中IPv6封装的目的是将终端应用层帧封装成载波调制模块可以。
19、直接接入IPv6网络的帧格式。UDP封装将终端应用层数据报文APDU封装成UDP报文，此报文用于终端与模块之间正常抄表数据的传送。如图3所示，ICMP封装用于从模块和主模块节点的链路质量检测，集中器检测命令的下发以及主模块和从模块检测结果的上报。如图4所示，IPv6封装是将UDP报文或ICMP报文封装成可在IPv6网络层传输的IPv6报文。这层封装的目的是终端可以通过网线接入Internet网。0021 为了进行测试，本发明自定义了2个ICMP报文类型以及相关控制命令，见表一。0022 1.类型值为200：代表传输的ICMP报文是测试管理命令。0023 2.类型值为201：代表传输的ICMP报。
20、文是测试包。0024 表一：命令名功 能CHANNEL_TEST测试信道，控制两方向：主从节点方向和从主节点方向。具体方向由DSP-MGMT-CMD.request原语中的第一个数据项：CommandDestination决定CHANNEL_TEST_ACK信道确认请求的确认CHANNEL_TEST_REP信道测试请求的结果报告CHANNEL_TEST_VECTOR在测试会话期间，传递的ICMP数据报文，方向是从CommandDestination至TestDestinaiton电能表和集中器均处于在线状态时，集中器发送测试管理命令开启通信链路质量检测功能。本发明的通信链路质量检测分为主从模式。
21、和从主模式。主从模式会话下，ICMP测试说 明 书CN 102946260 A4/6页7报文由主模块网络层发出，经由主模块，通过电力线传输至对端从模块，从模块预知测试数据，在物理层和MAC层比较接收到的数据和已知的测试数据，根据差异统计链路质量，例如信噪比、误码率和丢包率等，从模块并将这些信息传送至从模块网络层，在从模块网络层整理链路质量信息。待接收完全部测试包后，从模块将此测试结果通过测试管理命令上报给集中器。0025 从主模式会话下，ICMP测试报文由从模块网络层发出，经由从模块，通过电力线传输至对端主模块，主模块预知测试数据，在物理层和MAC层比较接收到的数据和已知的测试数据，根据差异统。
22、计链路质量，例如信噪比、误码率和丢包率等，主模块并将这些信息传送至主模块网络层，在主模块网络层整理链路质量信息。待接收完全部测试包后，从模块将此测试结果通过测试管理命令上报给主模块，主模块再上报给集中器。0026 下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步说明。0027 如图5所示，主从模式下，电能表被旁路。集中器下发控制命令至主模块，要求主从模块进入主从通信链路检测模式。0028 具体操作步骤如下：步骤1，集中器将原语DSP-MGMT-CMD.request发给主模块网络层，请求其开启主从模式通信链路在线检测功能，该原语的数据结构如下：Structure(size(5)CommandDest。
23、ination octet-string(8 bytes),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet-string,CommandHandle unsigned char (8 bits),步骤2，主模块网络层发出测试管理命令CHANNEL_TEST至指定从模块网络层，发出“数据请求”，要求从模块进入测试会话模式并准备接收数据。0029 步骤3，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式并初始化此测试会话，进行“数据请求”以及“数据确认。
24、”操作，打通信道通路。之后，在测试管理命令CHANNEL_TEST_ACK控制下，进行信道确认请求的确认，同时给主模块回复一个“数据请求确认”的确认回执。0030 步骤4，主模块收到从模块返回的接收确认后，并通过原语DSP-MGMT-CMD.confirm给集中器回复一个确认开启网络测试功能的回执，该原语的数据结构如下：Structure(size(5)status unsigned char (8 bits),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet。
25、-stringCommandHandle unsigned char (8 bits),说 明 书CN 102946260 A5/6页8同时，主模块进入发送测试数据流程。0031 步骤5，主模块网络层在测试管理命令CHANNEL_TEST_VECTOR作用下，循环发送固定测试数据至从模块。0032 步骤6，从模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，包括信噪比、链路质量指示、误码率、错包率以及其他相关链路质量数据，并发送至从模块网络层。0033 步骤7，从模块网络层在测试管理命令CHANNEL_TEST_REPORT的作用下，统计整理平均每一帧的报告并汇总。0034 步骤8，测试完成后从模块网络。
26、层将此测试结果通过原语DSP-MGMT-CMD.indication将信道检测结果上报给集中器；该原语的数据结构如下：Structure(size(4)CommandSource octet-string(8 bytes),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet-string如图6所示，从主模式下，电能表也被旁路。集中器下发控制命令至主模块，要求主从模块进入从主通信链路检测模式。具体操作步骤如下：步骤1，集中器将原语DSP-MGMT-CMD.requ。
27、est给主模块网络层，开启从主模式通信链路在线检测功能。该原语的数据结构如下：Structure(size(5)CommandDestination octet-string(8 bytes),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet-string,CommandHandle unsigned char (8 bits),步骤2，主模块网络层发出测试管理命令CHANNEL_TEST至指定从模块网络层，发出“数据请求”，要求从模块进入测试模式并准备测试数。
28、据。0035 步骤3，从模块网络层收到主模块网络层的测试管理命令后，开启测试模式，进行“数据请求”以及“数据确认”操作，打通信道通路。之后，在测试管理命令CHANNEL_TEST_ACK作用下，进行信道确认请求的确认，同时给主模块回复一个“数据请求确认”的确认回执。0036 步骤4，主模块收到从模块的应答报文后，初始化测试会话，并准备接收测试数据，并通过原语DSP-MGMT-CMD.confirm给集中器回复一个确认开启网络测试功能的回执，该原语的数据结构如下：Structure(size(5)说 明 书CN 102946260 A6/6页9status unsigned char (8 bi。
29、ts),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet-stringCommandHandle unsigned char (8 bits),步骤5，从模块网络层在测试管理命令CHANNEL_TEST_VECTOR的作用下，循环发送固定测试数据至主模块。0037 步骤6，主模块在物理层和MAC层统计信道质量信息，包括信噪比、链路质量指示、误码率、错包率以及其他相关链路质量数据，并发送至主模块网络层。0038 步骤7，主模块网络层在测试管理命令CHANNEL_。
30、TEST_REPORT的作用下，统计整理平均每一帧的报告并汇总。0039 步骤8，测试完成后，主模块网络层通过原语DSP-MGMT-CMD.indication将测试结果上报给集中器。0040 Structure(size(4)CommandSource octet-string(8 bytes),CommandID unsigned char (8 bits),CommandDataLength unsigned short (16bits),CommandData octet-string。说 明 书CN 102946260 A1/4页10图1图2说 明 书 附 图CN 102946260 A10。