ICS_17.220.20
中华人民共和国国家标准　
GB/T26831.5—2017
社区能源计量抄收系统规范
第5部分：无线中继
Specification for reading system of energy metering in community-Part 5:Wireless relaying
2017-07-12发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2018-02-01实施
规范性引用文件
术语和定义
解释性说明
路由器的使用
网关的使用
使用节电功能
误码处理
时间同步
协议可能性
5P模式：使用路由器的协议
物理层协议
数据编码
数据链路层协议
网络层协议
应用层协议，
6R2模式：基于网关的协议·
物理层协议·
数据链路层协议
网络层功能
应用层
Q模式：基于精准时钟的协议
物理层协议
数据编码
数据链路层协议
Q模式：网络层协议
7.6Q模式：应用层协议
参考文献
GB/T26831.5—2017
......
......
GB/T26831《社区能源计量抄收系统规范》由以下六部分构成：第1部分：数据交换；
一第2部分：物理层和链路层；
一第3部分：专用应用层；
一第4部分：仪表的无线抄读；
一第5部分：无线中继；
一第6部分：本地总线。
本部分为GB/T26831的第5部分。本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。GB/T26831.5—2017
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国电工仪器仪表标准化技术委员会（SAC/TC104)归口。本部分起草单位：哈尔滨电工仪表研究所、深圳市航天泰瑞捷电子有限公司、深圳友讯达科技股份有限公司、宁波水表股份有限公司、重庆智能水表集团有限公司、威胜集团有限公司、宁波三星医疗电气股份有限公司、浙江万胜智能科技股份有限公司、云南电网有限责任公司电力科学研究院、沈阳航发热计量技术有限公司、杭州西力电能表制造有限公司、江苏林洋能源股份有限公司、华立科技股份有限公司、深圳市科陆电子科技股份有限公司、汇中仪表股份有限公司、代傲表计（济南)有限公司、深圳长城开发科技股份有限公司、深圳市麦希通讯技术有限公司、黑龙江电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司、浙江晨泰科技股份有限公司。本部分主要起草人：李万宏、舒杰红、关文举、陈富光、李勇、王学信、袁志民、邬永强、张建伟、倪志军、屠向荣、陆寒熹、曾仕途、张继川、刘明忠、连敏、李保龙、顶超、蒋永坚、李宏伟、申杰、秦国鑫。m
GB/T26831.5—2017
随着科技进步、经济发展和人们对能源使用管理要求的不断提高，社区（建筑及居住区）计量（水、电、气、热）远程抄收及管理的技术应用进人快速发展阶段，涌现出了一批使用各类通信技术、涉及各个计量领域的多种产品及技术方案。产品制造方和用户方迫切希望这些产品或系统能够遵循统一的标准。
因而，从1999年开始，国际电工委员会陆续发布了IEC62056《抄表、费率和负荷控制的数据交换》系列标准；国内参照其内容制定发布了GB/T19882《自动抄表系统》系列标准。该标准是开放式体系，很好地解决了互连性和互操作性的要求。该标准体系分成相对独立的几个部分制定，从而有利于标准本身的不断发展。这种科学方法及该标准的内容都为GB/T26831《社区能源计量抄收系统规范》的制定提供了很好的参考。
同时，由于显而易见的原因，社区能源计量抄收系统与自动抄表系统具有很多相似或共通的内容，现实中产品也有互连互通的需求，GB/T26831《社区能源计量抄收系统规范》的制订要考虑与GB/T19882《自动抄表系统》的协调。GB/T26831正是在上述背景下制定的，认识这一背景情况对理解GB/T26831的制定思路和理解标准内容都是有益的。
GB/T26831包含社区能源计量抄收系统中应用管理和底层通信两方面的内容。在应用管理方面，主要内容是COSEM（能源计量配套规范），利用仪表对象标识和接口对象方法建立模型，并进而描述了用于计量仪表和远程抄表的专用应用层。在底层通信方面涉及包括双绞线基带（M-BUS）和短距离无线两种物理层、链路层的规范。IV
1范围
社区能源计量抄收系统规范
第5部分：无线中继
GB/T26831.5—2017
GB/T26831的本部分规定了在无线仪表抄读网络中实施中继时的通信协议要求。本部分是GB/T26831.4的扩充。它支持R2模式的路由，但不支持S模式和T模式的路由。本部分适用于支持无线路由网络的仪表抄读。注：本部分不涵盖电表的抄读，电表的远程抄读参见GB/T19882。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T17215.421一2008交流测量费率和负荷控制第21部分：时间开关的特殊要求GB/T18657.1一2002远动设备及系统第5部分：传输规约第1篇：传输顿格式GB/T18657.2一2002远动设备及系统第5部分：传输规约第2篇：链路传输规则GB/T26831.1一2011社区能源计量抄收系统规范第1部分：数据交换GB/T26831.3一2012社区能源计量抄收系统规范第3部分：专用应用层GB/T26831.4一2017社区能源计量抄收系统规范第4部分：仪表的无线抄读ETSIEN300220-1:2012电磁兼容性与无线频谱问题（ERM）；短距设备（SRD）；用于25MHz~1000MHz频率范围、最大功率为500mW的无线装置第1部分：技术特征和测试方法（Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM);Short Range Devices (SRD);Radio equip-ment to be used in the 25 MHz to 1 00o MHz frequency range with power levels ranging up to5oo mW;Partl:Technical characteristics and testmethods)ETSIEN300220-2：2012电磁兼容性与无线频谱问题（ERM）；短距设备（SRD）；用于25MHz~1000MHz的频率范围、最大功率为500mW的无线装置；第2部分：非一致性目的的辅助参数（Elec-tromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radioequipment to be used in the 25MHz to 1 ooo MHz frequency range with power levels ranging up to500 mW; Part 2:Harmonized EN covering essential requirements under article 3.2 of the R&TTEDi-rective
ETSIEN301489-1：2011电磁兼容性和无线频谱方法（ERM）；无线设备和服务的电磁兼容性（EMC）标准；第1部分：公共技术要求（ElectromagneticcompatibilityandRadiospectrumMatters(ERM); Electromagnetic Compatibility (EMC) standard for radio equipment and services; Part 1:Commontechnicalrequirements）RFC1662July1994类HDLC顿，附录C.快速顿校验序列（FCS）实现（HDLC-likeFraming，AppendixC.FastFrameCheckSequence（FCS)Implementation)3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。1
GB/T26831.5—2017
主站primarystation
在一个简单网络中控制所有数据交换的网络节点。该网络有一个中心节点、多个远程节点，并采用非平衡数据传输。
注：通常，主站控制网络内所有的数据传输。数据采集单元是一种主站。3.2
secondarystation
层次网络中的一种节点，能够接收来自中心节点（即主站)的命令和请求，并把响应数据回传给中心节点。
注：仪表是从站。
上行传输
upstream
从仪表到数据采集单元方向的数据传输。3.4
下行传输
downstream
从数据采集单元到仪表方向的数据传输。3.5www.bzxz.net
relaying
将信息从一个逻辑网络向另一个逻辑网络的传送。注：连接两个逻辑网络的中间节点实现的一种功能。3.6
gateway
数据通信网络中的中间节点，连接两个或多个逻辑网络，这些逻辑网络使用不同的协议或模式。3.7
路由器
router
数据通信网络中的中间节点，连接两个或多个逻辑网络，这些逻辑网络使用相同的协议和模式。3.8
节点node
网络中能够发送和接收数据的单元。3.9
端节点end node
仪表或数据采集单元。
中间节点
intermediatenode
网络中处于数据采集单元和仪表之间的节点。3.11
跳转hop
一组数据从一个节点向毗邻节点的传送，它是端节点之间数据传输的步骤之一。3.12
顿frame
由报头和报尾（可选）封装起来的用户数据集合。注：对于基于GB/T18657.1的协议，顿由一个起始字符和紧随的最多16个数据块组成。2
块block
顿的子元素。
注：对于基于GB/T18657.1的协议，块由最多16个字节的用户数据和CRC校验组成。4解释性说明
4.1概述
本章是解释性条款，特定的要求在本部分的后续章条中给出。4.2介绍
GB/T26831.5—2017
低成本无线模块使得利用无线通信的仪表抄读成为可能。很多仪表都采用电池供电，并有严苛的功耗预算和强制的监管要求。因发射功率受到限制，从而也限制了发送器和接收器之间的有效通信距离。而钢筋混凝土的使用、导电表面涂覆，以及将仪表安装在建筑物地下室内，都恶化了数据采集单元和仪表间的直接通信问题。除非使用中继或转发，否则可用的网络规模将大为受限。通过让某些节点转发或中继数据，网络的有效规模可大大增加。这是一种具有更高性价比的无线网络解决方案。中继或转发的概念也有其一定的约束：仪表是对成本敏感的大批量产品，因此仪表附加这些功能所需的成本应非常低；单个节点的功耗和可用计算能力的限制，限定了处理通信协议和转发的软件的复杂度。当规划一个仪表网络时，系统的运行和安装费用也是一个重要因素。当增加、替换和剔除仪表时，网络的重构应自动完成，以限制网络的运行费用。数据传输中继引入的系统开销应低，以符合监管当局对传输占空比的强制性要求。仪表远程抄读的无线网络基本上是一个层次网络。基本上只存在一个单一的数据采集节点。所有仪表发送其数据到该节点，有直接的，也有经由转发节点的。作为对等节点，仪表之间基本上没有通信的需求。
4.3中继
无线网络可具有图1所示的结构。节点A、B、C、D、E、F和G都是简单仪表。它们都需要和节点Z（数据采集单元/主站）进行通信。目前格局下，只有节点C和F的数据能直接到达节点Z，其他节点均不行。因此，这个网络的可用规模只有2个节点，即节点C和F。D
说明：
G——简单仪表；
数据采集单元/主站。
图1无中继的简单节点网络
GB/T26831.5—2017
通过增加一些具有中继能力的节点可扩展网络规模，如图2所示。节点F和G被扩展为具有中继能力的节点。节点A、B和D与主站之间通过节点G和F的中继来实现通信。节点A将数据发送到节点G，节点G将数据中继到节点F，然后F将数据中继到节点Z(数据采集单元）。这样，该网络规模已扩充到包含所有节点。节点F和G可以是专门的中继节点，也可以是扩充了中继能力的仪表。从一个节点到另一个节点的数据传输称为一个跳转（hop）。从节点A到主站之间包含了3个跳转。D
说明：
简单仪表；
具有中继能力的节点；
数据采集单元/主站。
图2带中继节点的网络
注意，尽管有中继节点，该网络从应用层看依旧是层次结构。所有端到端的数据传输都是在数据采集单元和仪表之间进行的。在应用层上，在仪表之间或仪表和中继节点之间不存在通信。中继可以用两种不同方式实现：网关方式或路由器方式，如图3所示。APP
路由器方式
说明：
仪表；
具有中继能力的节点：
数据采集单元/主站。
图3路由器方式和网关方式的对比GW
网关方式
在路由器方式中，网络中所有节点都知悉同一网络中的其他节点，在双向通信中使用相同的协议。这些节点也知悉某一节点的路由能力。例如，图2中的节点B知道，得通过中继节点G和F，才能将其数据发送到数据采集单元。
在网关模式下，只有网关下的节点是已知的。网关外的节点是隐形的。对于图2中的节点A、B和D，网络被限制在虚线的区域内。对所有从属节点而言，节点G是“数据采集单元”。网关也是以层次结构而组织的，如在图2中，节点E处在最底层，节点F比E高一层，而真正的数据采集单元节点Z则处于网络的最顶层。
关于网关方式和路由器方式的详细描述见后面的章节。4.4路由器的使用
GB/T26831.5—2017
路由器网络中，节点在网络层上表现为对等实体。节点间的数据传输都基于地址对：发送器节点地址和接收器节点地址。这就允许网络中非层次结构的节点可以具有并行的路径。事实上，地址对的路由方式与GB/T26831.4的数据链路层不兼容。因此，需要在数据链路层上对原始的GB/T26831.4数据和路由数据进行区分，从而确保一个简单节点不会试图对路由数据进行错误的解码和处理。
通过网络发送数据包时，可以有两种方法来选择传输路径。第一种是多跳方法：在首次传输前，完整的通信路径已经建立，它包含了所有的经由节点。第二种是自动网络路由方法：基于路由信息，首个节点将数据发送到适合的邻近路由器上，后者再决定数据的下一跳转。第二种方法是互联网上IP协议使用的一种方法。本部分选择的是多跳寻址方法，因为其在网络中执行起来更简易，能有效减少网络冲突，对节点智能的要求更低。
4.5网关的使用
4.5.1概述
简单节点具有单一的地址域，它只工作在由控制网络的单一主站和一个或多个从站/仪表组成的网络中。当接收数据时，简单节点将在地址域中查找自身的地址。这里将假定所有发送给它的数据都源于主站。当应答时，简单节点将在响应数据的报头中包含其自身地址。这里将假定所有的响应数据的接收方都是主站。
对于简单节点来说，网关隐藏了网络和网络复杂度。对节点而言，网关表现为主站。假如图2所示的网络采用的是网关方式，那么节点G将被节点A、B和D视为主站，节点E将节点F视为主站，只有节点C是直接连接到节点Z(真正的数据采集单元或主站）。GB/T26831.4采用的是简单节点。因此，网关模式可向下兼容那些符合GB/T26831.4的节点。网关节点可以是专用的节点或是扩展了该功能的仪表。当向下发送数据给简单节点时，网关表现为一个主站。它将向简单节点发送符合GB/T26831.4中R2模式格式的数据。当接收来自简单节点的上传数据时，网关也将表现为主站。它将接收符合GB/T26831.4中R2模式的数据。
网关对整个网络的配置没有任何先验知识。数据的中继应或基于固定的规则，或基于数据报头提供的信息。两种方法都在本网关协议中使用。当数据上行传输时，网关可使用层次网络的一般规则。当网关接收到来自简单节点发送的上行传输数据后，会将相关数据继续上行传输。该数据将被另一个网关或主站接收到，此上行数据顿中无需包含目标地址信息。
4.5.2数据副本
并非所有上行传输数据都需要被转发，因为这将导致数据副本。图4描述了这一情形。由节点E发出的数据可同时被网关G和F接收到。当节点E发送数据顿时，两个网关都将接收到该数据顿。相同的数据顿将经由两条路径（E一G一F和E一F）到达节点Z（数据采集单元）。如采用无条件的数据中继，将会导致数据采集单元接收到重复的数据，同时产生不必要的网络流量。为避免产生数据副本，需要一些方法和规则。5
GB/T26831.5—2017
说明：
A~E——简单仪表；
F、G—具有中继能力的节点；
——数据采集单元/主站。
避免产生数据副本的方法有两种：a）采用使能或禁止列表；
b）采用本地节点或全局节点列表。D
图4数据副本
无线通信的特征是其实际传输距离是可随时间而变的。因此，产生一组禁止节点列表是不可行的。在某种特定的传输条件下（比如特定的计量条件），节点可能监听到位于非常远的节点数据。另外一种可能，就是当一个符合本部分的新运行商，在不知道已建网络的情况下增添一些节点。由于不可能预知这些节点的加人，来自新节点的数据不能够被默认处理。这是采用禁止列表而不能有序处理的实例，因此，需要采用使能列表，
采用节点全局列表需要网络的高层节点应包含一个非常大的地址列表，用于保存所有能接收到数据的下级单元的地址。同时，所有可能的中间节点也得包含其下级节点信息。这将使网关需要大量数据存储，并会在更新这些列表时产生大量的网络流量。因此，采用本地列表方式是一个更好的选择。然而，采用本地列表的方法有一个小弊端，就是上行传输数据应包含发送节点的（本地)地址，以及数据源（仪表）的地址。
网关的更多的详细要求将在后续章节中解释。当网关接收到下行传输数据时，它将需要进一步的地址信息。网关需要知道向哪个节点转发。这些网络控制信息是数据报头的组成部分。4.6使用节电功能
很多仪表和中间节点都是由电池供电，并需要用单一电池运行多年。因此为节省功耗，当不使用时，节点应切断部分电路。无线收发电路就是其中之一。更详细的描述见图5。当处于非通信状态时，节点的控制程序仅以固定的时间间隔（1，3）短暂开启接收器进行侦听。当节点发射时（8），侦听将被禁止。其他节点想和这个具有节电功能的节点进行通信时，需要发送唤醒信号（2）。具有节电功能的接收器在侦听间隔内，将监测是否有唤醒信号，若未侦听到（1)则再次关闭接收器。当接收器侦听到唤醒信号（3）时，应搜索接收同步字（4），并开始采集数据（5）。若信息的目的地址不是接收器的节点地址，接收器将关闭接收，切换到节电模式。当发送器被激活（6，7，9）后，发射节点宜打开接收器并持续一段时间（10，11），以便接收预期的数据响应。由于不需要唤醒信号，这种方式将加快数据处理过程并减少了信号占用周期。
说明：
A-接收器“侦听”窗口；
唤醒和数据信号；
接收器激活；
D——数据发送。
891011
图5带节电功能的接收方
GB/T26831.5—2017
唤醒信号的持续时间应足够长，以确保具有节电功能的节点能在第一个侦听间隔中被唤醒并进行有效的数据传输。即：唤醒信号的持续时间应大于接收器的侦听间隔。为避免不必要的仪表唤醒，唤醒信号使用的通信速率和正常数据传输使用时的通信速率不同。因此，正在进行数据通信的节点将不会唤醒其他的休眠节点，从而节省能耗这些用于电源唤醒行为的参数宜标准化，以确保数据在无线网络中有效传输。4.7误码处理
无线网络中的数据误码率要高于有线网络，其部分原因是：设备工作于免许可频段，同一时间可能有许多其他设备也在使用该频段。这些设备将会混淆a)
或阻塞仪表通信网络中节点间的数据传输。来自其他射频源的噪音会妨害传输信号。b）
外界环境的变化(新增建筑物，放置在仪表前的集装箱等)或天气条件的改变。c)
从仪表到数据采集单元的信息传输可能会途经多个跳转点，而整个传输的成功是基于路由中d）
每个(双向)跳转都成功。
所有的这些都使在无线中继网络中采用有效的错误处理算法成为必要。为缓解错码处理，在协议的实现中有以下考虑：
在数据传输中的每个跳转都采用确认应答。a）
在链路层使用快速确认应答。
若被确认应答的消息是混淆的且发送方能被识别，则返回否定确认应答。c）
使用标准化的重试算法。
若重试算法失败，则发起节点方被告知通信失败以及发生失败的跳转点，并将此信息提交给上e）
层协议，使上层能尝试通过其他节点进行路由通信。这种采取其他路由的协议超出本部分的范围。
4.8时间同步
新的能源市场规则要求提高能源的使用效率，这需要有实时的使用报告，以及仪表的准确时钟信息。电能表的标准（如GB/T17215.421)已经量化了这些要求。它规定了仪表时钟精度的要求，从而使得通信系统能够对整个网络进行精准的时间同步。这种需求与使用节电功能的仪表和路由器存在某种程度上的冲突，如图6所示。7