一種基于自組網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)抄表系統研制

摘要：研制一種符合國家無(wú)委會(huì )民用計量頻段的基于射頻發(fā)射自組無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)抄表系統，采用CFDA微蜂窩式固定無(wú)線(xiàn)數據接入平臺實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的自組織功能；采用最新的MCU+RF一體化集成方案的超低功耗芯片Si1010設計集中器和采集器；軟件編程實(shí)現按需DSR路由協(xié)議；集中器通過(guò)GPRS與控制中心通信，接入Web平臺，實(shí)現快速自動(dòng)抄表，系統構建簡(jiǎn)單方便，性?xún)r(jià)比高，更加利于實(shí)現智能小區無(wú)線(xiàn)抄表。
關(guān)鍵詞：自組網(wǎng)絡(luò )；無(wú)線(xiàn)抄表；CFDA；Si1010；DSR路由協(xié)議

0 引言
小區三表集抄系統是小區內水、電、氣三表數據采集系統，一般由集中器和采集器(采集終端)以及通信信道與抄表軟件組成，其中集中器到抄表中心為上行信道，集中器至采集器(采集終端)或水電氣表間為下行信道，目前上行信道是遠程數據傳輸，一般有電話(huà)撥號、GPRS(GSM或CDMA)等，其傳輸可靠性與技術(shù)難度已不是抄表中的主要問(wèn)題，小區抄表關(guān)鍵在于下行信道，這也是抄表中最難的地方。目前小區集抄系統根據其下行通信信道的不同，可分為電力載波、RS 485總線(xiàn)、以太網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)等。
RS 485系統因為需要部署專(zhuān)門(mén)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在PLC和無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)的沖擊下越來(lái)越勢微。PLC技術(shù)利用現有的電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在電網(wǎng)條件良好的歐美國家應用較為普及，也是中國目前實(shí)現自動(dòng)抄表的主流技術(shù)之一。但受限于中國較差的電網(wǎng)環(huán)境，以及PLC在低壓電網(wǎng)上存在的高衰減、諧波干擾等問(wèn)題，其可靠性和抄通率都存在一些問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)是另外一種實(shí)現自動(dòng)抄表的主流技術(shù)方案，特別是在低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)越來(lái)越成熟、普及和廉價(jià)后，無(wú)線(xiàn)抄表已成為自動(dòng)抄表市場(chǎng)的熱門(mén)方案。
無(wú)線(xiàn)抄表有很好的頻段資源，中國國家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )已經(jīng)將原來(lái)模擬電視的470～510 MHz頻段釋放用于民用計量，無(wú)線(xiàn)抄表的資源耗費較少、容量大、費用低、范圍廣。目前成熟的射頻抄表方案大多是433 MHz，新型基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的產(chǎn)品受傳輸距離等因素限制亦未能推廣，由此本項目研制一種新型的符合無(wú)委會(huì )民用計量頻段的射頻無(wú)線(xiàn)抄表系統。

1 系統總體結構
整個(gè)系統按應用分為三層結構：最上層是綜合應用層，包括下載抄表任務(wù)、數據信息查看、系統／報表管理和收費增值服務(wù)等；中間層為數據管理層，即為管理中心，其數據來(lái)源為各區域中心節點(diǎn)，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接入；最底層為數據應用層，即為各區域下行信道各節點(diǎn)數據通信網(wǎng)絡(luò )。
下行信道通過(guò)無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)絡(luò )通信，組網(wǎng)方式采取CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access)微蜂窩式固定無(wú)線(xiàn)數據接入平臺，每個(gè)分布節點(diǎn)既是數據接入點(diǎn)，同時(shí)也是中繼點(diǎn)，它是一種全路由的網(wǎng)絡(luò )狀的無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統。最大的特點(diǎn)是全路由的無(wú)線(xiàn)接入，最大路由可達三級。主要應用于遠程數據采集系統及小區安防報警系統，用無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現最后一公里內的分布信息點(diǎn)的數據接入，具有典型SCADA特征，小區之間為蜂窩結構。CFDA系統由一個(gè)個(gè)的蜂窩組成，其中每個(gè)蜂窩是由中心節點(diǎn)(CAC)和分布節點(diǎn)(DAU)組成。一個(gè)CAC下面最多可掛接1 023個(gè)DAU。多蜂窩結構一般應用于系統比較龐大的情況，在大多數情況下采用的是單個(gè)的蜂窩，即一個(gè)中心節點(diǎn)及其下面的若干個(gè)分布結點(diǎn)，每個(gè)分布接點(diǎn)根據其RS 485的驅動(dòng)能力，可掛接32臺電／水／氣表。其系統結構圖如圖1所示。