用于自动抄表系统载波通信模块的远程升级方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102970372 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102970372 A *CN102970372A* (21)申请号 201210510087.8 (22)申请日 2012.12.04 H04L 29/08(2006.01) H04L 12/18(2006.01) H04L 27/26(2006.01) (71)申请人 威胜集团有限公司 地址 410205 湖南省长沙市岳麓区长沙高新 技术开发区桐梓坡西路 468 号 (72)发明人 谷志茹 张玘 朱政坚 熊兰英 (74)专利代理机构 长沙永星专利商标事务所 43001 代理人 周咏 米中业 (。

2、54) 发明名称 用于自动抄表系统载波通信模块的远程升级 方法 (57) 摘要 本发明公开了一种自动抄表系统及其远程 升级方法， OFDM 协议栈的固核更新由集中器应用 层通过串口下发至网络层， 再经由网络层通过串 口下发至集中器侧的 OFDM 协议栈， 再由集中器 侧的 OFDM 协议栈通过电力线网络发至电能表侧 的 OFDM 协议栈， 从而实现从模块的远程升级和更 新。整个过程， 由安装在配电室的集中器完成， 不 需要人为对现场每块电能表中 OFDM 模块的软件 一一进行升级 ； 采用广播的方式一次性的传输固 核至所有从模块， 大幅提高传输效率， 升级前对现 有软件进行初始化的擦除操作， 。

3、从而保证更新的 版本完全替换旧的版本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 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 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 1/1 页 2 1. 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 芯片和 OFDM 芯片， DSP 芯片用于构建网络层， OFDM 芯片用于运 行 OFDM 协议栈 ； 集中器通过串口与集中器侧的 DSP 芯片通信， 该 DSP 芯片再通过串口与集 中器侧的OFDM芯片通信 ； 集中器侧的OFDM芯片通。

4、过电力线网络与电能表侧的OFDM芯片通 信 ； 电能表侧的 OFDM 芯片通过串口与电能表侧的 DSP 芯片通信， 该 DSP 芯片通过串口与电 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. 根据权利要求 1 所述的自动抄表系统， 其特征在于， 所述 DSP 芯片采用 NXP 公司的 cortex-M3 处理器， 其型号为 NXP1768。 4. 根据权利要求 1 所述的自动抄表系统， 其特征在于， 所述 OFDM 芯片采用 Maxim 公司 生产的芯片， 其型号为 MAX2992。 5.。

5、 一种适用于权利要求 1 所述的自动抄表系统的远程升级方法， 其特征在于， 该远程 升级方法包括如下步骤 ： 步骤 1， 网络层的架构 ： 网络层包括 UDP 封装模块、 IPv6 封装模块和远程升级模块， UDP 封装模块将终端应用层数据报文封装成 UDP 报文， 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 ； 远程升级模块用于 OFDM 协议栈固核的更新升级 ； 步骤 2， 抄表主站通过网口将新固核发送至主模块 ； 步骤 3， 集中器下发远程升级指令至主模块 ； 由主模块开启远程升级模式 ； 步骤 4， 主模块以广播模式下发固核尺寸至从模块，。

6、 激发从模块进入远程升级模式 ； 步骤 5， 主模块将新固核按照固核尺寸分成小段， 以广播方式发送至该集中器所管辖的 所有电能表 ； 步骤 6， 从模块接收到新固核， 根据固核尺寸在网络层执行完整性校验， 如果该新固核 通过完整性校验， 从模块通知电能表 ； 步骤 7， 从模块将分段的新固核整合为完整新固核 ； 步骤 8， 电能表通过从模块网络层复位 OFDM 芯片， 清除其存储空间原有执行记录， 并使 其数据空间和程序空间地址恢复 ； 步骤 9， 从模块网络层对 OFDM 芯片的 flash 进行初始化操作， 擦除原有固核 ； 步骤 10， 从模块网络层按固定尺寸将整合好的新固核重新分块， 。

7、并依次写入 OFDM 芯 片， 升级从模块 OFDM 芯片中 OFDM 协议栈 ； 步骤 11， 固核更新完成后， 电能表通过从模块网络层复位 OFDM 芯片， 使之回到程序运 行前的状态 ； 步骤 12， 电能表重新加入网络。 6. 根据权利要求 5 所述的自动抄表系统的远程升级方法， 其特征在于， 所述固核更新 过程采用远程升级原语实现 OFDM 协议栈的擦除和新固核的写入。 权 利 要 求 书 CN 102970372 A 2 1/5 页 3 用于自动抄表系统载波通信模块的远程升级方法 技术领域 0001 本发明涉及一种自动抄表系统及其远程升级方法。 背景技术 0002 智能计量体系架构。

8、 （AMI） ， 要求集中器和电能表间数据和信息的双向互通， 这就要 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。 0003 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（相位键控调制方式） 和 S-FSK（窄带双载波复用技术） 电力 线通信机制。 这种通信机制的网络架构采用简单的星形网络， 网络容量较小， 一般一台集中 器下最大仅可安装 300 块电能表。所用的节点设备不能做中继， 所以实施通信时， 需要配备 另外的路由中继设备才能通信。因为中继设备不是统一的载波设备，。

9、 所以通过集中器对电 能表载波模块进行远程升级， 只能通过单播的模式对每个电能表一一升级。 0004 S-FSK 电力载波通信模块在现场应用时其远程升级功能只能采用单播的形式， 对 某个表计进行升级， 效率比较低。此外， 其升级采用固定的协议， 功能不可扩展。 0005 S-FSK 电力载波通信模块在现场应用时其远程升级功能具有如下缺陷 ： 1、 采用单播模式对电能表实施一一升级， 传输效率低 ； 2、 每个电能表是一个接一个的进行升级， 升级效率低 ； 3、 升级的时候直接在现有版本上进行， 不能保证新版本完全替换旧版本 ； 4、 其升级采用固定的协议， 功能不可扩展。 发明内容 0006 。

10、本发明的目的是提供一种传输速率快且高效的自动抄表系统及其远程升级方法。 0007 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 芯片和 OFDM 芯片， DSP 芯片用于构建网络层， OFDM 芯片用于 运行 OFDM 协议栈 ； 集中器通过串口与集中器侧的 DSP 芯片通信， 该 DSP 芯片再通过串口与 集中器侧的OFDM芯片通信 ； 集中器侧的OFDM芯片通过电力线网络与电能表侧的OFDM芯片 通信 ； 电能表侧的 OFDM 芯片通过串口与电能表侧的 DSP 芯片通信， 该 DSP 芯片通过串口与 电能表通信。 000。

11、8 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。所 述 DSP 芯片采用 NXP 公司的 cortex-M3 处理器， 其型号为 NXP1768。所述 OFDM 芯片采用 Maxim 公司生产的芯片， 其型号为 MAX2992。 0009 该远程升级方法包括如下步骤 ： 步骤 1， 网络层的架构 ： 网络层包括 UDP 封装模块、 IPv6 封装模块和远程升级模块， UDP 封装模块将终端应用层数据报文封装成 UDP 报文， 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 ； 远程升级模块用于 OFDM 协议栈固核的更新升级。

12、 ； 说 明 书 CN 102970372 A 3 2/5 页 4 步骤 2， 抄表主站通过网口将新固核发送至主模块 ； 步骤 3， 集中器下发远程升级指令至主模块 ； 由主模块开启远程升级模式 ； 步骤 4， 主模块以广播模式下发固核尺寸至从模块， 激发从模块进入远程升级模式 ； 步骤 5， 主模块将新固核按照固核尺寸分成小段， 以广播方式发送至该集中器所管辖的 所有电能表 ； 步骤 6， 从模块接收到新固核， 根据固核尺寸在网络层执行完整性校验， 如果该新固核 通过完整性校验， 从模块通知电能表 ； 步骤 7， 从模块将分段的新固核整合为完整新固核 ； 步骤 8， 电能表通过从模块网络层复。

13、位 OFDM 芯片， 清除其存储空间原有执行记录， 并使 其数据空间和程序空间地址恢复 ； 步骤 9， 从模块网络层对 OFDM 芯片的 flash 进行初始化操作， 擦除原有固核 ； 步骤 10， 从模块网络层按固定尺寸将整合好的新固核重新分块， 并依次写入 OFDM 芯 片， 升级从模块 OFDM 芯片中 OFDM 协议栈 ； 步骤 11， 固核更新完成后， 电能表通过从模块网络层复位 OFDM 芯片， 使之回到程序运 行前的状态 ； 步骤 12， 电能表重新加入网络。 0010 所述固核更新过程采用远程升级原语实现 OFDM 协议栈的擦除和新固核的写入。 0011 本发明将 OFDM 技。

14、术应用于自动抄表系统的载波通信模块。在现场运行过程中， 为 了降低电力工作人员的维护量， 对在自动抄表网络中运行的电能表侧的载波通信模块进行 远程升级。本发明跟现有技术相比， 具有以下有益效果 ： 1、 采用广播的方式一次性将新固核传至所有从模块， 大幅提高传输效率 ； 2、 送广播命令对所有从模块进行一次性统一升级， 对于容量较大的网络， 如有 2000 个 电能表的 AMI 系统， 升级可在很短的时间完成， 从而避免了对每个表计一一升级的频繁操 作， 提高了升级效率 ； 3、 升级前对现有软件进行初始化的擦除操作， 从而保证更新的版本完全替换旧的版 本 ； 4、 在升级过程中， 采用远程升。

15、级原语实现 OFDM 协议栈的擦除和新固核的写入。这样， 不仅能完成升级过程， 还可以灵活扩展和完善升级功能 ； 5、 从模块收到新固核后， 执行正确性校验， 避免固核传输过程中数据丢失。 附图说明 0012 图 1 是本发明的网络架构图。 0013 图 2 是本发明的集中器与任一网内电能表的通信关系图。 0014 图 3 是本发明的网络层结构图。 0015 图 4 是本发明的 UDP 帧格式图。 0016 图 5 是本发明的 IPv6 帧格式图。 0017 图 6 是本发明中主模块远程升级操作流程图。 0018 图 7 是本发明中从模块远程升级操作流程图。 0019 图 8 是本发明的具体实。

16、施方式示意图。 说 明 书 CN 102970372 A 4 3/5 页 5 具体实施方式 0020 可市场化的 OFDM 技术主要有 PRIME 联盟制订的 PRIME 标准和 G3 联盟发起的 G3 标准。G3 标准 OFDM 机制具有抗衰减能力强、 频带利用率高、 适合高速数据传输以及抗码间 干扰 （ISI） 能力强等优势， 特别是它在抗多径衰落、 抗干扰以及自适应编码调制方面具有性 能优势， 在智能计量系统 （AMI） 、 智能电网 （Smart Grid） 的发展中， 是一种非常重要的通信 技术。 0021 本发明的载波通信模块采用 OFDM 模块。 0022 下面结合附图对本发明做。

17、进一步的说明。 0023 如图 1 所示， 本发明的网络架构中， 集中器管理多个电能表， 并负责其所管辖的所 有电能表侧 OFDM 模块中 OFDM 芯片上 OFDM 协议栈的远程升级工作。 0024 如图 2 所示， 本发明包括电能表、 集中器、 OFDM 模块和电力线网络。OFDM 模块包含 DSP 芯片和 OFDM 芯片。DSP 芯片用于构建网络层 ； OFDM 芯片用于运行 OFDM 协议栈。 0025 在集中器侧的 OFDM 模块为主模块， 在电能表侧的 OFDM 模块为从模块。 0026 基于 OFDM 电力载波通信机制的自动抄表系统通信网络包括终端应用层、 网络层 和 OFDM 。

18、协议栈。其中， 终端包括电能表和集中器 ； OFDM 芯片是按照 G3 标准正交频分复用 技术设计的多载波电力线调制解调器， 用于运行 OFDM 协议栈 ； 网络层用于集中管理和解决 OFDM 模块远程升级的问题。集中器应用层通过串口与主模块的网络层通信， 再经由该网络 层通过串口与主模块的 OFDM 协议栈通信， 主模块的 OFDM 协议栈通过电力线网络与从模块 的 OFDM 协议栈通信， 该协议栈再通过串口与从模块网络层通信， 该网络层再通过串口与电 能表应用层通信。 0027 OFDM 芯片中 OFDM 协议栈的固核更新由终端通过串口下发至网络层， 再通过网络 层更新或下发至 OFDM 。

19、芯片， 由此完成从模块的远程升级和更新。整个升级过程， 由安装在 配电室的集中器完成， 不需要人为对现场每块电能表中 OFDM 模块的软件一一进行升级。 0028 本发明中 OFDM 芯片包括可配置路由子层、 MAC 子层及物理层。路由子层负责底层 的组网及路由， MAC 子层负责信道特性管理及路由性能管理， 物理层应用 OFDM 调制或解调 方式进行底层信号的发送或接收。本发明中 OFDM 芯片采用 Maxim 公司生产的芯片， 其型号 为 MAX2992， 其是基于 OFDM 的电力线通信的调制解调器。 0029 如图 3 所示， 网络层作为 OFDM 芯片中 OFDM 协议栈与终端应用层。

20、之间的中间层， 起 到沟通终端应用层与 OFDM 芯片中 OFDM 协议栈对话的功能， 所以这一层将实现自动抄表系 统 OFDM 模块远程升级功能。下面详细说明这部分的构架与实现。 0030 本发明的网络层包括 UDP 封装模块， IPv6 封装模块， 远程升级功能模块。其中 UDP 封装和 IPv6 封装的目的是将终端应用层帧封装成 OFDM 模块路由子层所需要的帧格式。如 图 4 所示， UDP 封装将终端应用层数据报文 APDU 封装成 UDP 报文。如图 5 所示， IPv6 封装 将 UDP 报文封装成可在 IPv6 网络层传输的 IPv6 报文， 这两层封装的目的是终端可以通过 网。

21、线接入 Internet。远程升级模块用于 OFDM 协议栈固核的更新升级。 0031 本发明的网络层可采用 NXP 公司的 NXP1768 芯片实现， 其是沟通集中器和 OFDM 芯 片的 cortex-M3 处理器。 0032 对于本发明从模块的升级操作， 主模块的网络层和从模块网络层的操作是不同 说 明 书 CN 102970372 A 5 4/5 页 6 的。如图 6 所示， 在本发明进行升级时， 主模块负责将由抄表主站下发的新固核分成固定尺 寸的小段， 并开启从模块远程升级模式， 然后采用广播模式将传输的新固核尺寸以及此分 段后的新固核通过电力线网络下发至所管辖的各个电能表从模块。如。

22、图 7 所示， 从模块收 到分段的新固核后先进行固核完整性校验， 通过校验后将分段的新固核整合成完整的新固 核， 再对整合后的新固核按新的尺寸进行分段， 接着初始化待升级的 OFDM 芯片， 最后对该 OFDM 芯片中的 OFDM 协议栈进行新固核的升级。 0033 如图 8 所示， OFDM 模块的新固核经配电室的抄表主站通过网口， 以 UDP 格式传输 至集中器， 然后再由集中器的主模块以广播模式将这一新固核下发至所管辖的所有电能表 从模块。图中， 纵向箭头表示时间轴， 横向箭头表示原语从起点至终点的动作 ； 无箭头端是 原语的发起方， 箭头端是原语的作用方。 0034 下面结合具体实施例。

23、对本发明做进一步说明。 0035 设现有1个集中器， 其负责管理若干电能表。 集中器中有OFDM模块， 电能表中也有 OFDM 模块。集中器侧的 OFDM 模块为主模块， 电能表侧的 OFDM 模块为从模块。由该集中器 和这些电能表组成了一个电力线网络中的子网。本发明可采用 NXP 公司的 NXP1768 芯片构 建网络层， 并采用 Maxim 公司的型号为 MAX2992 的芯片作为 OFDM 芯片， 运行 OFDM 协议栈。 0036 步骤 1， 抄表主站通过网口以 UDP 格式将新核发送至集中器上的主模块。 0037 步骤 2， 集中器下发远程升级指令至主模块， 由主模块开启远程升级模式。

24、。 0038 步骤 3， 主模块以广播模式下发新固核的尺寸至子网中所有从模块， 激发其进入远 程升级模式。 0039 步骤 4， 主模块的网络层把新固核分成特定的小段 （本发明设定其大小为 128 字 节） ， 并以广播方式通过电力线网络将分段后的新固核发送至子网中所有电能表。 0040 步骤 5， 子网中所有从模块接收到新固核， 根据新固核的尺寸在网络层执行完整性 校验。 0041 步骤 6， 如果该新固核通过完整性校验， 则通知电能表并继续执行下一步骤， 否则 执行步骤 4。 0042 步骤 7， 从模块将分段的新固核整合成完整的新固核。 0043 步骤 8， 子网中所有电能表用由其产生的。

25、 ADPM_RESET_req 原语通过其从模块网络 层复位MAX2992芯片， 清除MAX2992芯片存储空间的原有执行记录， 并使数据空间和程序空 间地址恢复。其数据结构为 ： structure(size(1) Status unsigned char 各从模块中 MAX2992 芯片收到上述指令并完成复位 OFDM 芯片后， 用 ADPM_RESET_conf 原语， 通过网络层向电能表发出一个 “收到并执行了复位 OFDM 软件” 的确认回执 ； 其数据结 构为 ： structure(size(1) Status unsigned char 说 明 书 CN 102970372 A。

26、 6 5/5 页 7 步骤 9， 各从模块用由主模块网络层产生的 ADPM-SOFT-INIT.request 原语初始化其 MAX2992 芯片的 flash 存储器 ； 擦除原有固核内容。其数据结构为 ： structure(size(1) Offset unsigned int 各 MAX2992 芯片收到上述指令后通过其从模块的网络层， 用 ADPM-SOFT-INIT.confirm 原语， 给主模块网络层一个 “已收到 OFDM 芯片初始化软件请求” 的确认回执 ； 其数据结构 为 ： structure(size(1) Status unsigned char 步骤 10， 各从。

27、模块将新固核分成小块， 每个小块的长度为 512 字节， 并用由主模块网络 层产生的 ADPM-SOFT-WRITE.request 原语写入从模块 MAX2992 芯片， 通知从模块 MAX2992 芯片升级 OFDM 协议栈。新固核写入从模块 MAX2992 芯片即 OFDM 协议栈固核升级更新。其 数据结构为 ： structure(size(3) Offset unsigned int, Length unsigned short, Data octet-string 各 MAX2992 芯片收到上述指令后通过其从模块的网络层， 用 ADPM-SOFT-WRITE. confirm 原。

28、语， 给主模块网络层一个 “已收到升级 OFDM 软件的请求” 的确认回执 ； 其数据结 构为 ： structure(size(1) Status unsigned char 步骤 11， 一旦所有从模块的 OFDM 软件固核更新完成， 子网内各电能表用 NXP_RESET_ req 原语让协议栈芯片复位， 从模块网络层复位 OFDM 芯片硬件。 0044 各从模块中 OFDM 芯片收到上述指令并完成硬件复位后， 用 ADPM_RESET_conf 原 语， 向网络层发出一个 “收到芯片复位并执行了硬件复位” 的确认回执 ； 网络层再用 NXP_ RESET_conf 原语向电能表发出一个 “网络层已经复位” 的确认回执。 0045 步骤 12， 子网内所有电能表重新加入由该集中器组建的子网网络。 说 明 书 CN 102970372 A 7 1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102970372 A 8 2/5 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102970372 A 9 3/5 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102970372 A 10 4/5 页 11 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102970372 A 11 5/5 页 12 图 8 说 明 书 附 图 CN 102970372 A 12 。