一种停电实时上报方法及系统与流程

本发明涉及停电实时上报技术领域，尤其涉及一种停电实时上报方法及系统。

背景技术：

长期以来，电力公司主要依据用户报修电话来确定低压配网故障，故障处理被动，且对故障地点、停电规模等故障信息获知不准确，甚至存在用户长时间未发现家中停电而导致停电故障延续，对用户设备和财产带来更大损害的情况，进而引发用户投诉、要求赔偿等问题。

为了能够在停电后尽快出动人员去现场抢修、缩短停电时间，提高用户满意度。电力公司需要及时获取用户的停电信息，但目前的系统不能满足需求。以电能表为参照点，停电情况分为表前停电和表后停电，虽然表后停电与电力公司无关，如用户投诉户内停电，电力公司应能立即判别停电场景是表后停电还是表前停电，并如实告知用户，减少不必要的现场派工。

表前停电需要电力公司及时研判并解决停电故障，引起停电的故障原因大致有7种，可归纳总结为4种停电场景：全台区停电、某相停电、某楼栋(单元)停电、某单(数)户停电。目前，现有技术停电实时上报存在的以下问题：

(1)获取停电信息滞后，当前对停电的处理，除了整个台区停电可由集中器及时主动上报台区停电事件外，其余部分用户的停电都不能及时上报主站，而是只能等到复电后进行查询统计，主站根据查询结果，对用户停电状况进行分析，根据分析结果判断是否需要派工维修。或者根据用户的投诉保修电话来判断是否需要进行抢修。这达不到电力公司对停电事件实时上报的要求，对运维抢修没有帮助，严重影响用户的用电体验，不符合当今电网倡导的精细化管理的理念。

(2)单播上报容易失败，为了解决部分或者单个停电用户的停电事件也能及时的上报主站，早期的电表单点停电事件上报多采用随机主动上报模式，这样在单点停电时能及时的上报到主站，当停电的节点较多时，存在网络信道冲突，虽然随机延时在一定程度上能规避冲突，但是通常要求停电事件在1分钟内能上报到主站，采用随机主动上报模式在1分钟内能容纳的上报的节点数量有限。

(3)广播上报易碰撞，除了随机主动上报，也有采用广播上报的模式，通常广播上报需要全网节点参与，上报的时间相对较长，对于只有单个或极少量节点停电的情况，上报的及时性没有保障。

(4)存在误报的情况，因为电表和集中器已经安装到现场，并且原来并没有设计停电实时上报的功能，不具备后备电源，而且电表也不允许轻易改动，因此一般都是考虑对电表模块和集中器本地模块进行改造，增加后备电源及停电检测电路。通常的做法是检测12v电源的有无或者是否存在过零信号来判断电表是否停电，这样能判断出正常的停电，但是无法区分拔出模块和停电这两种状态，存在误报的可能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种停电实时上报方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本发明的一方面，提供一种停电实时上报方法，应用于停电实时上报系统，所述停电实时上报系统包括一个中心节点和多个从节点；多个所述从节点包括停电节点和未停电节点，包括步骤：

单播上报：停电节点通过存储的上报路由路径上报停电上报帧至所述中心节点；所述停电节点为停电的所述从节点；

广播上报：至少一个所述停电节点按照时隙顺序广播上报停电广播帧至所述中心节点。

优选地，所述单播上报，具体包括步骤：

s11、所述停电节点判断是否检测到停电事件，如是，则执行s12；

s12、进行广播延时；

s13、进行随机延时；

s14、判断空中是否空闲，如是则执行s15；如否，则执行s12；

s15、通过其存储的上报路由路径发送所述停电上报帧至所述中心节点。

优选地，所述中心节点与多个所述从节点组成微功率无线mesh网络，所述中心节点按照微功率无线mesh网络中所述从节点的数量来分配每个所述从节点唯一对应的时隙。

优选地，每个所述从节点的时隙均由所述中心节点按照预设间隔时间广播的同步帧来进行循环同步。

优选地，所述停电广播帧包括位图信息，所述位图信息为存储有所述mesh网络中所有的所述从节点的停电信息。

优选地，所述广播上报，具体包括步骤：

s21、所述从节点判断自身时隙是否已到，如是则执行s25；如否，则执行s22；

s22、判断是否收到停电广播帧，如是，则执行s23；如否，则执行s21；

s23、对所述停电广播帧进行认证；

s24、汇集操作并更新自身的位图信息，并返回s21；

s25、构造及更新所述停电广播帧并上报至所述中心节点。

优选地，未停电的所述从节点的广播处理步骤包括：

s31、所述从节点判断是否收到停电广播帧，如是，则确认信息，并执行s32；

s32、判断所述时隙是否同步，如是，则执行s33；如否，则结束；

s33、判断自身时隙是否已过，如是，则等待下一轮时隙，并持续侦听附近的所述从节点的停电广播帧，并刷新自身的位图信息，并执行s35；如否，则执行s34；

s34、等待自身的时隙，并持续侦听附近的所述从节点的停电广播帧；

s35、判断自身时隙是否已到，如是，则执行s36；如否，则返回s34；

s36、构造及更新所述停电广播帧并上报至所述中心节点。

本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上文所述的停电实时上报方法。

本发明还提供一种停电实时上报装置，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如上文所述的停电实时上报方法。

本发明还提供一种停电实时上报系统，包括中心节点、多个与中心节点进行无线通信的从节点，多个所述从节点包括停电节点和未停电节点；

所述从节点包括处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述处理器执行如上文所述的停电实时上报方法。

实施本发明停电实时上报方法及系统的技术方案，具有如下优点或有益效果：本发明在检测到停电发生时，设计的停电实时上报机制，将单播上报和广播上报相结合，单播上报阶段可实现停电个数少的情况下快速上报功能；广播上报阶段可实现区域性停电上报功能，减少了停电上报时间，保证了停电上报的成功率和时效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明停电实时上报方法实施例的停电上报总体时序图；

图2是本发明停电实时上报方法实施例的停电上报两个阶段示意图；

图3是本发明停电实时上报方法实施例的停电上报流程示意图；

图4是本发明停电实时上报方法实施例的单播上报流程示意图；

图5是本发明停电实时上报方法实施例的广播上报流程示意图；

图6是本发明停电实时上报方法实施例的tdma工作方式示意图；

图7是本发明停电实时上报方法实施例的广播上报实现机制流程图；

图8是本发明停电实时上报方法实施例的广播上报时序图；

图9是本发明停电实时上报方法实施例的未停电节点的广播流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。如图1-8示出了本发明实施例提供的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。

实施例一：

如图1-2所示，是对日常用电的停电场景分析，从停电数量来看，停电分为两种：个别用户停电和区域性停电。个别用户停电，一般是指以台区为单位，数量较少的用户停电情况。这种情况多数见于某一家用户的开关故障或跳闸引起。在设计停电实时上报机制时，使用单播上报，由用户的停电传感器检测到停电发生后，使用其从节点的通信模块内部保存的上报路由路径完成停电实时上报功能。这种情况下由于上报数量少，冲突的概率低，上报的成功率较高，上报速度也较快。区域性停电，是指以台区为单位，数量较多的用户停电情况。这种情况多少见于整个台区停电、某一支线停电、某一分线开关故障等原因引起。在设计停电实时上报机制时，单播上报由于数量多极易造成碰撞冲突，并且逐个单播上报太过耗时，此时使用广播上报，可大大缩短上报时间，但是需要解决广播碰撞的问题。

首先，要对停电进行判断，为了解决因插拔通信模块引起电表停电事件误报问题，通过过零监测电路及采用供电电压变化斜率变化速率结合的办法来解决。在连续多个电力线周期内为监测到过零点后，可以判断通信模块处于没有供电的状态，然后通过供电电压变化斜率来判断通信模块是由于电表断电引起还是由通信模块从电表中拔出引起的。电表断电由于电力线的特性以及电表内电池的存在，会使得通信模块供电引脚电压变化斜率较通信模块从电表中拔出的斜率更为平缓，以此来做到准确的停电事件的判决。

其次，停电事件的上报，通过上述的停电分析，通信模块在判断自身停电后，设置一个广播延时n1ms，同时取一个窗口(x,y)内随机延时n2ms(y<n1)，在随机延时n2结束后进行停电单播上报，广播延时结束后，如果通信模块时隙在网内同步，通信模块会构造停电广播帧，构造完成在自身的时隙进行发出停电广播帧。在通信模块整个运行过程中只要时隙在网内同步，都会对停电广播上报进行处理，对停电广播上报中的停电信息进行逻辑加处理，同时在自身的时隙加上自身的停电信息构造停电广播帧并发出。

本发明中的源节点(停电节点)只需广播发送一次携带自身停电信息的停电广播帧，再由邻居的从节点(不管是否有停电)转发即可实现自身停电信息的扩散。这样可以解决了网内的从节点一直发送数据信道占用的问题，同时提高了停电上报的效率，因为停电上报的时效性是性能指标的重要一点。

在停电传感器检测到停电发生时，停电传感器无法获知属于以上哪一种情况。因此在设计停电实时上报机制的时候，将单播上报和广播上报方式结合起来。将停电实时上报分为两个阶段，第一个阶段是单播上报阶段，该阶段可实现停电个数少情况下的快速上报功能；第二个阶段是广播上报阶段，该阶段可实现区域性停电上报的功能。任何一个停电节点均需要经过单播上报阶段和广播上报阶段。

如图3所示，提供本发明停电实时上报方法实施例，停电实时上报方法应用于停电实时上报系统，所述停电实时上报系统包括一个中心节点和多个从节点，多个从节点包括停电节点和未停电节点，停电节点和未停电节点只是为了表述方便，从名称上加以区分，实质结构完全一样，所述停电节点为停电的从节点，未停电节点为未停电的从节点；停电实时上报方法具体包括步骤：

s10、单播上报：停电节点通过其存储的上报路由路径上报停电上报帧至所述中心节点；

s20、广播上报：至少一个所述停电节点按照时隙顺序广播上报停电广播帧至所述中心节点。

在本实施例中，单播上报属于停电上报的第一个阶段。其实现的原理是停电节点利用保存在本地的上报路由路径(静态路由)，构造停电上报帧，按照指定的上报路由路径完成上报功能。该上报路由路径在网络通道构建的时候由中心节点生成并且配置到每个从节点(包括停电节点和未停电节点)。

如图4所示，所述单播上报，具体包括步骤：

s11、所述停电节点判断是否检测到停电事件，如是，则执行s12；

s12、进行广播延时；

s13、进行随机延时；

s14、判断空中是否空闲，如是则执行s15；如否，则执行s12；

s15、通过其存储的上报路由路径发送所述停电上报帧至所述中心节点。

具体的，所述中心节点与多个所述从节点组成微功率无线mesh网络，所述中心节点按照微功率无线mesh网络中所述从节点的数量来分配每个所述从节点唯一对应的时隙。

为了能在少数电表停电时完成快速上报的目标。单播上报帧的长度为130byte(第7层节点)左右，10kbps速率进行上报，传输一帧的时间为130*0.8＝104ms，7层网络传输需要104*7＝728ms，加上处理器处理和随机延时的时间，一个节点主动上报预留1s时间。单播上报阶段时间设计为5s，预留了5个停电节点单播上报的时间长度。

在本实施例中，若台区内某一区域电表停电，如按照单播上报机制，停电电表的通信模块都需要根据网络配置路由上报停电信息，当网络层级多时，传输时间比较长，对超级电容的容量的需求更大，超级电容的体积也就越大；同时层级多时传输信号会变的不稳定，容易丢帧。另外多个在网从节点的单播上报，单纯依靠冲突检测机制无法满足多个从节点上报碰撞导致丢帧问题的需求。此种停电场景，广播上报机制可以满足快速上报的需求。对于一个从节点而言，完成一次广播上报的时间远小于一次单播上报的时间。因为完成一次单播上报，需要完成整条路径的上报，并且要等待中心节点的确认帧。而完成一次广播上报，至多发射两次广播上报帧即可完成，广播上报帧与单播上报帧数据长度相当，发射时长相差不多。

在本实施例中，为了保证广播上报方式的成功率，在设计广播上报机制的时候，主要解决2个问题：广播帧发射冲突规避问题、广播帧如何携带节点停电信息问题。每个所述从节点的时隙均由所述中心节点按照预设间隔时间广播的同步帧进行循环同步。所述停电广播帧包括位图信息，所述位图信息为存储有所述微功率无线mesh网络中所有的从节点的停电信息。

如图5所示，在本实施例中，所述广播上报，具体包括步骤：

s21、所述从节点判断自身的时隙是否已到，如是则执行s25；如否，则执行s22；

s22、判断是否收到所述停电广播帧，如是，则执行s23；如否，则执行s21；

s23、对所述停电广播帧进行认证；

s24、汇集操作并更新自身的位图信息，并返回s21；

s25、构造及更新所述停电广播帧并上报至所述中心节点。

如图6所示，(1)广播冲突规避机制，采用tdma方式是解决广播冲突的一种有效方法。该方法规定每个节点享有自己独有的时隙。在该时隙内，只有该节点可以进行数据发送。实现tdma方式的关键是每个从节点时隙的严格同步，这样才能确保节点上报时严格按照时隙来进行，从而避免可能出现的时隙碰撞。

时隙同步机制，停电实时上报中的广播上报方式，使用tdma机制进行工作。各个从节点在自身的时隙进行上报，这样可以避免广播上报造成的冲突。为了各个从节点能够严格按照自身的时隙进行上报，对时隙同步机制的设计变得至关重要。

(1)时隙时间设定，以台区节点最大为800个节点来设计，每个节点占一比特位来算，800个节点一帧承载的帧长为147个字节(800节点/8个比特位＝100字节，加帧头、时隙等信息为147字节)，空中速率为10kbps的速度传输，则传输停电最大帧(800个节点)需要117.6ms，每帧的处理时间冗余约为30ms，故一个时隙时间设计为150ms。

(2)同步时隙间隔设定，分配好的时隙，需要所有的节点按照起始时间进行计时，运行到自身的时隙时候(属于该通信模块发送时间)才可以发送同步帧。时隙同步帧起始由中心节点规定时间发出，其他从节点按照自身时隙转发并进行同步计时。

由于考虑到每个芯片的时钟偏移，以晶振精度15ppm来计算，主节点每30分钟同步时隙，满足时间偏差精度的要求。计算如下：

1s的误差范围为：1s*15ppm＝15us；

30min的误差范围为：30*60*15us＝27ms<冗余时间30ms。

(3)同步时隙的0时刻

以中心节点(通信模块)发起同步帧开始为0时刻，从节点(通信模块)根据中心节点的同步信号为基准，校准自己的同步时钟，并且对中心节点发起的同步时钟帧进行广播转发。

(2)停电信息传递机制，如果在停电广播上报过程中，每个从节点携带的停电信息越丰富，那么中心节点对整个台区停电信息的汇集就越容易成功。并且可以消除部分从节点广播传输过程丢失信息的影响(因为一个从节点丢失的信息可能被其他从节点携带了)。为了每个从节点尽可能的携带多的停电信息，利用时隙来对每个从节点进行映射是一种高效的方案。时隙在通道网络构建的时候，由中心节点分配给每个从节点，在一个台区内，时隙是唯一的。

为了尽可能缩短广播上报帧的长度，一个节点的停电信息用1bit进行表示。该bit所在位置代表时隙的大小，该bit的值代表该时隙的停电状态，为1代表停电，为0代表未停电。这样的设计使得传递效率最高，用尽可能少的字节代表尽可能多的从节点停电信息。

如图7所示，为广播上报总体工作处理流程，该台区发生了部分停电，停电电表为7、8、9、10、13(红色圆点)。停电后节点按照组网分配的时隙至下而上汇聚的方式进行广播停电上报，步骤如下：

(1)节点13检测到停电后，按照停电上报协议生成停电上报帧，并发送；

(2)节点13的上报帧被节点12、10接收后，节点12、10记录停电信息(按位图方式记录)，节点12发送停电转发停电信息帧，由于节点12无发生停电，故停电信息域中只有13节点；

(3)由于节点11无接收到停电帧，且没发生停电，故无发送；

(4)节点10携带节点13、与自身的停电信息位图上报停电信息；

(5)其他的节点....以此类推，最后通过节点1转发节点7、8、9、10、13的停电信息给主节点；

(6)当主节点接收到本网络内节点停电上报信息后，都将其记录，广播上报时隙图如图8所示。

未停电节点参与停电实时上报的传递过程如图9所示，未停电的从节点的上报机制，在实际的停电实时上报应用场景中，未停电的节点不会主动发起进行停电信息的上报，只能由台区内其他节点的停电实时上报广播帧触发。未停电节点在收到其他节点的触发后，会在自己时隙上进行汇集转发，从而完成一次停电实时上报的传递过程。如果台区在停电发生后，未停电节点未收到周围节点的广播帧触发，那么该节点将继续正常工作，不参与停电实时上报的广播传递过程。

如图9所示，未停电节点的广播处理包括步骤：

s31、所述从节点判断是否收到停电广播帧，如是，则确认信息，并执行s32；

s32、判断所述时隙是否同步，如是，则执行s33；如否，则结束；

s33、判断自身的时隙是否已过，如是，则等待下一轮时隙，并持续侦听附近的所述从节点的停电广播帧，并更新自身的位图信息，并执行s35；如否，则执行s34；

s34、等待自身的时隙，并持续侦听附近的所述从节点的停电广播帧；

s35、判断自身的时隙是否已到，如是，则执行s36；如否，则返回s34；

s36、构造及更新所述停电广播帧并上报至所述中心节点。

停电节点的信息汇集机制，为了提高停电实时上报的成功率，在广播阶段使用汇集机制，可有效减轻因个别从节点广播信息丢失对整体上报成功率的影响。在该机制下，一个节点的停电信息被附近多个节点记录，只要有一个从节点将此信息成功上报，那么该从节点的停电信息就能正常被中心节点识别检测。汇集机制的基础是在上报的广播帧中设计了一段固定长度字节(当前是100byte)专门存储整个台区的停电信息，这段长度字节称之为位图。每个节点拥有台区内唯一时隙，使用1bit就可以表示该节点的停电状态。100byte包含800bit，可表示800个节点的停电状态，例如时隙3停电，第1byte的bit3就为1，时隙9不停电，第2byte的bit2就为0，以此类推。停电发生时，节点会侦听附近节点的停电广播上报情况。对于本台区节点的停电实时广播上报，节点会获取它的位图信息，用于自身位图的更新。从实现原理来看，就是将截取的位图信息不断与自身的位图信息取并集，具体如下所示：

其他：10110001……10000000

自身：10000101……00101000

汇集

更新：10110101……10101000

如图9所示，在模块检测到自身停电或未停电节点收到停电广播触发时，节点的广播上报进程启动，汇集机制也同步开始，节点等待自身时隙到来的过程中，节点每收到一次停电广播上报，便与自身的位图进行汇集操作，直到自身时隙到来才终止汇集操作流程。

停电发生后，停电上报第一阶段：单播上报阶段。停电节点进行随机延时后单播上报，台区区域停电情况下，单播上报成功率低。第二阶段：广播上报阶段，由时隙最大的停电节点首发，网内节点严格按照tdma机制，时隙从大到小的规则广播转发。每个节点都携带固定长度的时隙位图信息，图中的ff代表一个字节中的所有时隙全部处于停电状态。通过这种汇集机制，快速将全台区节点的停电信息上报给终端。

实施例二：

本领域普通技术人员可以理解，实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读的存储介质中，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被(如处理器)执行时，执行包括上述停电实时上报方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例三：

本发明还提供一种停电实时上报装置实施例，包括处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使处理器执行上述停电实时上报方法实施例的步骤。

实施例四：

本发明还提供一种停电实时上报系统，包括中心节点、与中心节点进行无线通信的从节点；具体的，每个从节点包括处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使处理器执行如上述停电实时上报方法实施例的步骤。

在本实施例中，每个从节点还包括与处理器连接的停电传感器、电源模块、时钟单元以及过零检测电路。具体的，停电传感器用于检测该从节点是否停电；电源模块包括超级电容，用于在该从节点停电后，进行短时间内的供电，确保停电节点可以完成停电实时上报；时钟单元，用于完成时钟同步；过零检测电路，用于对市电进行过零检测，对弱电进行ad采样检测。

在阅读完下面将要描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理系统或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可不采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可读存储介质被配置为存储各种类型的数据以支持在装置的操作。可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现。如静态硬盘、随机存取存储器(sram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、可编程只读存储器(prom)、只读存储器(rom)、光存储设备、磁存储设备、快闪存储器、磁盘或光盘和/或上述设备的组合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。