[发明专利]一种用于低功耗无线抄表系统的同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，特别涉及一种用于低功耗无线抄表系统的同步方法。

背景技术

目前已经出现的自动抄表装置大多是半自动的，在某个小区或某片区域内，每个住户的电表或水表、气表、热表都被改造成可以输出脉冲的方式，以电表为例，每个电表上标有一个脉冲常数，脉冲常数代表表盘转多少圈为一度电。假设720是脉冲常数，就表示电表在表盘转了720圈之后，电度数将会增加一度电。光电探头的作用就是把表盘的机械转数转换为电脉冲数，也就是电表表盘每转一圈就会使光电探头产生一个电脉冲，此脉冲就会由传输线传送给采集终端。每个电表或者水表、气表、热表上连接一个采集终端，即采集器，它们都具有无线发送和接收的能力。采集器带有CPU和存储器。仪表度数即存储在存储器中，它的数字和仪表上的数字是一致的。此数据在采集器掉电后可以长期保存十年以上。采集器采集到的仪表度数并不会在采集器上进行处理，它必须传输汇总到中心计算机上进行存储和处理。目前数据从采集器到中心计算机的传输存在两种方案，一种是人工方法，另一种是无线通信方法。人工方法是由人工手持数据采集器，到每一个采集器终端所在地一一读取数据，然后手工将数据输入计算机。无线通信方法是在中心计算机和所有终端之间建立一个无线通信系统，通过无线方式实现数据的自动传输。图1显示了苏州博联科技公司自主开发的无线抄表系统的基本方案，系统协调器和采集器均采用了MSP430系列MCU和CC1100E射频芯片，此处不再对协调器和采集器做详细介绍。由于受无线电管理委员会规定的限制，采集终端的无线模块功率较小，距离相隔太远，数据通信就不能正常进行，所以必须通过在其间加入新的采集器终端，通过无线传感网络技术，使得这些终端节点形成自组织的多跳网络，以互为中继、存储转发的方式，将数据通过多次转发最终上报到协调器。上述无线抄表系统中，从中心终端计算机到协调器的通信使用有线方式；每个协调器到其下属各个采集器终端之间的通信采用无线方式。在一个小区中，仪表类型大致分为四类：电表、水表、气表和热表。而对于低功耗表，它最大的瓶颈在于能耗，由于采用电池供电，能耗过大将使得节点寿命缩短，使得实用性降低。所以为了减少低功耗表的能耗，这里采用同步的方式，使节点在有数据需要传输的时候唤醒，在空闲时进入休眠。

发明内容

技术问题：本发明针对低功耗无线抄表系统对能耗有较高要求，需要一个节点连续工作七年以上的情况，提出了一种减少节点能耗的同步方法。

技术方案：本发明通过一种用于低功耗无线抄表系统的同步方法，使得以末端电表节点为根节点的低功耗子网络里的所有低功耗节点与电表节点保持同步，能够在同一时刻醒来进行数据发送和接收。 

    该方法通过入网同步、定期同步维护和定期同步检查三个过程来实现了低功耗节点和电表节点的时间同步，并且定期的纠正同步误差以减少失同步节点出现的概率，除此之外，还包含了重新让失同步节点进行同步的措施；该方法主要应用于由一个中心站、隶属于中心站的多个协调器、隶属于各个集中器的大量终端、与各个终端通过有线方式连接的若干用户表组成的无线自动抄表系统。该系统中的每个集中器和终端都具有发射/接收无线信号的能力，它们自组织形成网络，通过多跳的方式，将信息采集指令和采集到的信息先汇聚到协调器，然后最终传送到中心站的终端电脑进行分析和处理。整个同步过程包含以下几个步骤：

 1）入网同步过程，在节点请求加入网络的过程中增加同步帧的发送，以便该请求入网节点能调整自身时间，保持与其父节点的同步，该同步帧的发送是在节点入网数据帧发送完成并且已经在协调器注册之后才发送的，收到该同步帧之后，节点将进入步骤2）；另外，如果向该节点发送入网同步帧joinSync的节点是电表节点，那么该电表节点将会进入步骤7）；

2）节点时间调整过程，在节点收到同步帧信息之后，将会开启自身时间调整的过程，在该过程中，主要完成的工作是：与上一跳节点进行时间校准和计算下一次同步时间；对于入网同步帧joinSync，将进入步骤6），对于定期同步帧Sync，节点将进入步骤5）；

3）时间校准，接收到同步帧之后，将会获取当前节点的时间currentTime，该时间与同步帧传输延时之和与同步帧中包含的父节点时间进行比较，求出误差值extTick，再通过把当前节点时钟加上误差值的方式，获取到当前节点与其父节点同步之后的时间timeGet，通过上述过程，就完成了时间校准，进入步骤4）；