技术领域
[0001] 本发明属于短距离无线通信技术领域，具体涉及一种用于户表集抄的低功耗无线通信网络系统的实现方法。
相关背景技术
[0002] 在短距离无线通信领域，有多种通信技术，如蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、UWB、IrDA等，它们各有各的特点和优势，分别被相关领域采用。但在户表集抄领域，应用短距离无线通信技术实现楼栋间通信，要求通信距离100～500m、每个终端设备数据量2—3Kbytes、抄表总时延明确可控、每个户表终端每天至少抄读一次、电池供电使用寿命达10年以上，上述技术难以同时满足这些要求。而目前市场上的一些低功耗自组网技术，比如CN101977429B公开的一种微功耗无线通信网络系统及其实现方法，其虽然在组网性能上有优势，可以在一定程度上提高系统的抗干扰和生存能力，但其能量消耗较大、多级中继后的通信时延不确定、抗同信道干扰性能差，难以胜任户表集抄任务。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本发明作详细说明。
[0020] 如图1至图7所示，用于户表集抄的低功耗无线通信网络系统的实现方法，包括（1）构建无线通信网络系统（参见图1、图2）：无线通信网络系统由三级通信路径固定的“点-多点”系统构成，包括主无线终端1、四个中继节点2以及六个从无线终端3，中继节点2由无线终端A和无线终端B通过有线连接构成，主无线终端1、从无线终端3、无线终端A和无线终端B都包括MPU 5以及与MPU 5连接的实时时钟6、主从开关7、低功耗存储器8、入网按键9、无线收发模块10和终端接口11。
[0021] MPU 5采用内核为Cortex-M0+的KL15系列微处理器，具有nA级的停止工作模式，在无任务处理时自动进入低功耗睡眠，此时电流消耗约为0.8uA。无线收发模块10采用APC240无线收发模块，每1秒自动唤醒一次检测空中的无线信号，其平均电流为(4.5ms/(1000ms+4.5ms))*3.2mA+ 0.0015mA≈0.016mA=16uA。低功耗存储器8的电源受MPU 5控制，当MPU 5需要存储或读取数据时，才接通低功耗存储器8的电源执行读写操作，读写操作完成后随即断开其电源，这样可省去低功耗存储器8的静态电流消耗。实时时钟6采用针对低功耗而优化的CMOS实时时钟/日历芯片PCA85163，它具有开漏的报警和定时中断信号输出功能，通常情况下电流消耗0.25uA。终端接口11为集电极开路的RS232接口，使得与户表终端在电源消耗上相互独立，减少能源的不必要开销。拨动主从开关7能设定主无线终端1、从无线终端3、无线终端A和无线终端B的主机、从机属性；通过先后按下从机、主机的入网按键9，可使从机加入由主机管理的该级“点-多点”系统。主无线终端1、从无线终端3、无线终端A和无线终端B的静态平均电流约为17uA。
[0022] 如图1所示，第一级“点-多点”系统由作为主机的主无线终端1（即0）与作为从机的一个从无线终端3（即02）和作为从机的两个无线终端A构成，该系统中两个无线终端A分别属于两个中继节点2（即01、03）。第二级“点-多点”系统有两个，一个是由作为主机的无线终端B与作为从机的一个无线终端A和作为从机的一个从无线终端3（即012）构成，该系统中无线终端B属于前述的一个中继节点2（即01），无线终端A属于一个中继节点2（即011）；另一个是由作为主机的无线终端B与作为从机的一个无线终端A构成，该系统中无线终端B属于前述的一个中继节点2（即03），无线终端A属于一个中继节点2（即031）。第三级“点-多点”系统也有两个，一个是由作为主机的无线终端B与作为从机的三个从无线终端3（即0111、0112、0113）构成，该系统中无线终端B属于前述的一个中继节点2（即
011）；另一个是由作为主机的无线终端B与作为从机的一个从无线终端3（即0311）构成，该系统中无线终端B属于前述的一个中继节点2（即031）。六个从无线终端3（即02、012、
0111、0112、0113、0311）各连接一个户表终端4。各级 “点-多点”系统采用双信道工作机制，主机的发送信道与从机的接收信道相同，从机的发送信道与主机的接收信道相同（参见图6）。
[0023] （2）确定各级“点-多点”系统中主机和从机使用的跳频图案（参见图3）：首先，将预先设定好的由32个跳频图案组号和32组跳频图案构成的正交跳频表（参见图7）存储在主无线终端1、各个中继节点2和各个从无线终端3的低功耗存储器内（供MPU读取），每组跳频图案由31个跳频图案号按照跳频序列构成，一个跳频图案号对应一个频点；将各级“点-多点”系统中主机的ID用作该“点-多点”系统的系统ID，无论主机、从机均采用该系统ID确定跳频图案。
[0024] 其次，将可用频段分成交错的N组信道，根据系统ID，选择其中一个信道组group_num = sys_ID % N；根据系统ID，确定跳频图案组号
schedule_num = sys_ID/N % (31+1)。
[0025] 然后，根据计算确定的跳频图案组号，从正交跳频表中选择与跳频图案组号对应的一组跳频图案。
[0026] 最后，判断上次保存的属于该组跳频图案中的某一个跳频图案号是否有效，如果有效，则读取该跳频图案号作为该“点-多点”系统中主机、从机使用的跳频图案号，如果无效，则产生初始跳频图案号RF_frq_ptr=sys_ID1，作为该“点-多点”系统中主机、从机使用的跳频图案号。
[0027] （3）实现各级“点-多点”系统中主机和从机的跳频同步：其包括主机同步管理和从机同步管理；所述主机同步管理的过程（参见图4）为：
设定24小时一次的实时时钟报警，待报警唤醒后，先按照跳频图案中的跳频序列跳至下一个跳频图案号，将该下一个跳频图案号作为主机使用的跳频图案号，然后启动定时器计时T，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息）；待定时时间到唤醒后，则发送包括时钟以及使用的跳频图案号的同步信息给从机，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息）；如果主机收到其它“点-多点”系统的信息唤醒后，则按照跳频图案中的跳频序列再跳至下一个跳频图案号，将该下一个跳频图案号作为主机使用的跳频图案号，并向从机发送“跳频图案加
1”指令，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息）。
[0028] 所述从机同步管理的过程（参见图5）为：设定24小时一次的实时时钟报警，待报警唤醒后，先按照跳频图案中的跳频序列跳至下一个跳频图案号，将该下一个跳频图案号作为从机使用的跳频图案号，然后启动定时器计时T*1.1+随机数（选择1～39分钟），而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息），在定时时间内如果接收到主机发送的同步信息唤醒，则更新时钟并停止定时器，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息），在定时时间到唤醒后如果未接收主机发送的同步信息，则按跳频图案中的跳频序列搜寻主机，直至接收到主机发送的同步信息，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息）；如果从机接收到主机发送的“跳频图案加1”指令，则根据指令内容，按照跳频图案中的跳频序列跳至下一个跳频图案号，将该下一个跳频图案号作为从机使用的跳频图案号，而后进入低功耗睡眠（能间歇接收信息）。
[0029] 如果需要在由属于中继节点2（即031）的无线终端B与从无线终端3（即0311）构成的第三级“点-多点”系统中增加一个从无线终端3作为从机，则先按下该从无线终端3的入网按键9，再按下该“点-多点”系统中主机（即无线终端B）的入网按键9，此时该从无线终端3与主机在同一个指定的频点上，主机发送“主机ID”、“当前使用的跳频图案号（属于正常工作时使用的跳频图案号，不是入网按键9按下后的指定的频点）”、“实时时间”信息给该从无线终端，该从无线终端接收到“主机ID”作为系统ID，接收到“当前使用的跳频图案号”作为初始跳频图案号，接收到“实时时间”校准本机时钟。
[0030] 结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而非对本发明保护范围的限制。
