专利名称：基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用电实时监测系统，尤其是一种基于无线网络的用电实时监测系统。
背景技术：
用电量较大的企事业单位，尤其是中小型企业，由于生产设备和生产工艺相对落后等原因，普遍存在电能使用不当、电能分配不均、电能利用效率不高的问题，其粗放型生产过程造成了电能的过度使用与浪费。而现代企业生产的过程日益复杂，引发电能消耗的环节和因素众多，在现有的能耗监测体制和方法下，企业无法及时、全面地掌握各个环节的电能消耗数据，在缺乏有效的技术服务体系支持的条件下，难以有针对性地采取有效的节能措施。目前大部分企事业单位都没有统一的用电实时监测措施，只有部分高耗电企业和部分企业的高耗电生产环节实施了人工的用电信息采集手段。而人工采集的缺点非常明显(I)无法实时获取用电信息；(2)全面获取各耗电环节完整信息的人力成本太大；(3)部分耗电设施的工作环境危险恶劣，人工采集难度大。此外，也有部分企事业单位通过设备改造，实现了一定程度上的用电实时监测，但是现有的技术主要是基于侵入式的模式实现的。侵入式监测是通过在用电设备中嵌入感应装置来实时获取耗电数据。这类方法设备相关性大，需要进行设备改造，现实中实施的难度较大。而且部分监测设备还需要集中布线，对单位内部的生产经营也会造成干扰和影响。
发明内容
为了克服已有用电监测系统的实时性较差、改造成本低、实用性较差的不足，本发明提供一种实时性好、改造成本较低、实用性良好的基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，包括分布式无线监测节点、集中器节点和监测服务器，各个分布式无线监测节点安装在多功能电能表旁边，所述多功能电能表包括用以计量电能量的测量单元和用以显示、存储和输出数据的数据处理单元，所述数据处理单元与电能输出通信接口连接，所述电能表的电能输出通信接口通过数据线与分布式无线监测节点的有线通信接口连接，所述分布式无线监测节点通过无线多跳网络与所述集中器节点连接，所述集中器节点通过数据线与监测服务器连接，所述监测服务器包括用以存储和记录用户的用电信息的用电实时监测模块。进一步，所述无线多跳网络的组网方式采用层次结构或者平面结构。更进一步，所述无线多跳网络中，采用基于地理位置的数据转发，相邻无线监测节点之间定时交换信息，保存邻接表；当检测到网络某处发生拥塞时，发送节点选择多个路由，同时发送数据包副本，在发送数据包副本时根据该路由生成相应的优先级标志，随副本发送给下一跳；数据通路上的节点接受到副本后，根据优先级对数据包进行排序，依次转发。所述无线多跳网络中，无线网路数据融合协议擦用基于分簇结构进行数据融合，通过相邻节点间的协商进行融合节点的动态选取；融合节点按照融合规则，对存在相关性的数据进行融合，再集中发送到集中器节点，由集中器节点进行数据的综合；同时，由融合节点进行一定的数据缓存，定期将数据发送给集中器节点。本发明的技术构思为基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测统，由分布式的无线监测节点和集中器节点组成；无线监测节点通过非侵入式的方式与电表相连，通过电表实时获取用电数据；并通过无线通信的方式，经过多跳传输到集中器节点；集中器节点以有线的方式与监测服务器相连，通过服务器后台存储和记录用电信息。无线监测节点通过标准接口以有线方式与多功能电能表进行连接外部，实现监测节点与用电设备之间的非侵入式接入，对用电数据进行实时监测。无线监测节点集成了无线通信模块，支持节点之间的多跳组网。监测节点信息最终汇聚到集中器节点，集中器能够以无线或有线的方式接入到后台服务器。将监测节点与用电设备进行外部连接，无需干涉设备的内在结构和运行方式。同时，监测节点以无线的方式进行组网，无需在单位内部架设额外的线路。利用非侵入式的无线网络对用电情况进行实时监测，采集用电数据。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明较为有效地解决了分布式环境下的用电实时监测问题，使得企事业单位能够全方位实时掌握单位内部各个环节的用电情况。与现有发明相比，无线多跳网络使得用电监测更加灵活，对单位内部的结构和布局影响更小，非侵入式的监测方式，不需要对用电设备进行额外的改造，对用电设备本身运行的影响也更少。本发明能够为企事业单位提供实时的用电信息，有助于企事业单位制定和实施合理的节电措施，更加合理地利用电能，实现可持续发展。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的技术框架图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。参照图1和图2，一种基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，包括分布式无线监测节点、集中器节点和监测服务器，各个分布式无线监测节点安装在多功能电能表旁边，所述多功能电能表包括用以计量电能量的测量单元和用以显示、存储和输出数据的数据处理单元，所述数据处理单元与电能输出通信接口连接，所述电能表的电能输出通信接口通过数据线与分布式无线监测节点的有线通信接口连接，所述分布式无线监测节点通过无线多跳网络与所述集中器节点连接，所述集中器节点通过数据线与监测服务器连接，所述监测服务器包括用以存储和记录用户的用电信息的用电实时监测模块。本实施例中，具体采用如下实施方案无线监测节点与用电设备之间并不进行直接的、侵入式的连接，而是通过多功能电能表进行非侵入式的外部连接。无线监测节点与多功能电能表(其它具有通信功能的电能表，如单相电能表、多费率电能表，也可采用)之间按照物理连接、通信链路以及相关的应用技术规范进行外部连接，连接采用点对点的数据交换方式。其中，多功能电能表是由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功/无功电能量外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、存储和输出数据的电能表。将无线监测节点与需要进行监测的用电设备进行外部线路连接，获取设备的用电信息。由于监测对象在物理空间上是分布式的，系统需要多个分布式的无线监测节点进行监测，因此需要对无线节点进行空间布局。按照以下原则部署无线监测节点一是要保证系统的覆盖范围，即保证系统能获取满足监测目标所需的全部数据，且有一定的冗余度；二是要考虑经济性，即减少功能相关节点的布置，以免造成浪费；三是节点的布局不会干扰或阻碍用电设备的正常工作。针对用电数据存在时空相关性的特征，根据时间相关性和空间相关性设置网络的拓扑结构，从而得到更为完整的监测数据。分布式的无线监测节点通过多跳组网，和集中器节点形成一个无线多跳网络。组网方式可以采用层次结构或者平面结构。采用基于地理位置的数据转发，相邻无线监测节点之间定时交换信息，保存邻接表。使用无状态单跳延迟保证转发策略，尽量减少多跳传输产生的延迟和网络拥塞，实现端到端数据传输的实时性保证。采用加权的多路由转发，减少后退重新路由产生的延迟。当检测到网络某处发生拥塞时，发送节点选择若干路由，同时发送数据包副本，保证数据传输的延迟接近于当前最快数据通路的延迟。为了避免发送多个数据包副本可能产生的网络拥塞，在发送数据包副本时根据该路由生成相应的优先级标志，随副本发送给下一跳。数据通路上的节点接受到副本后，根据优先级对数据包进行排序，依次转发。对现有的无线网路数据融合协议与算法进行扩展，基于分簇结构进行数据融合，通过相邻节点间的协商进行融合节点的动态选取；融合节点按照一定的融合规则，对存在相关性的数据进行融合，再集中发送到集中器节点，由集中器节点进行数据的综合；同时，由融合节点进行一定的数据缓存，定期将数据发送给集中器节点，从而减少网络数据传输。集中器节点与后台服务器的本地通信模块接口之间，按照特定的数据传输的帧格式、数据编码及传输规则，采用低压电力线载波、微功率无线通信、以太网传输通道等本地通信组网方式进行数据交换。传输到后台服务器的数据，统一被存储到关系数据库中。数据库中记录从多功能电能表采集的用电数据，并且能够被访问和查询。监测人员可以利用现场客户端(如PDA等手持设备)直接对服务器数据库中存储的监测数据进行实时的查询，也可以通过Web浏览器对所有数据进行远程查询和处理。
权利要求
1.一种基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，其特征在于所述非侵入式用电实时监测系统包括分布式无线监测节点、集中器节点和监测服务器，各个分布式无线监测节点安装在多功能电能表旁边，所述多功能电能表包括用以计量电能量的测量单元和用以显示、存储和输出数据的数据处理单元，所述数据处理单元与电能输出通信接口连接，所述电能表的电能输出通信接口通过数据线与分布式无线监测节点的有线通信接口连接，所述分布式无线监测节点通过无线多跳网络与所述集中器节点连接，所述集中器节点通过数据线与监测服务器连接，所述监测服务器包括用以存储和记录用户的用电信息的用电实时监测模块。
2.如权利要求1所述的基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，其特征在于所述无线多跳网络的组网方式采用层次结构或者平面结构。
3.如权利要求1或2所述的基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，其特征在于所述无线多跳网络中，采用基于地理位置的数据转发，相邻无线监测节点之间定时交换信息，保存邻接表；当检测到网络某处发生拥塞时，发送节点选择多个路由，同时发送数据包副本，在发送数据包副本时根据该路由生成相应的优先级标志，随副本发送给下一跳；数据通路上的节点接受到副本后，根据优先级对数据包进行排序，依次转发。
4.如权利要求3所述的基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，其特征在于所述无线多跳网络中，无线网路数据融合协议擦用基于分簇结构进行数据融合，通过相邻节点间的协商进行融合节点的动态选取；融合节点按照融合规则，对存在相关性的数据进行融合，再集中发送到集中器节点，由集中器节点进行数据的综合；同时，由融合节点进行一定的数据缓存，定期将数据发送给集中器节点。
全文摘要
一种基于无线多跳网络的非侵入式用电实时监测系统，包括分布式无线监测节点、集中器节点和监测服务器，各个分布式无线监测节点安装在多功能电能表旁边，所述多功能电能表包括用以计量电能量的测量单元和用以显示、存储和输出数据的数据处理单元，所述数据处理单元与电能输出通信接口连接，所述电能表的电能输出通信接口通过数据线与分布式无线监测节点的有线通信接口连接，所述分布式无线监测节点通过无线多跳网络与所述集中器节点连接，所述集中器节点通过数据线与监测服务器连接，所述监测服务器包括用以存储和记录用户的用电信息的用电实时监测模块。本发明实时性好、改造成本较低、实用性良好。
文档编号H02J13/00GK103023141SQ20121048648
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者毛郁欣, 魏贵义, 吴功兴, 顾园妍, 倪金龙 申请人:浙江工商大学