一種基于自組網(wǎng)絡(luò)的無線抄表系統(tǒng)研制

摘要：研制一種符合國(guó)家無委會(huì)民用計(jì)量頻段的基于射頻發(fā)射自組無線網(wǎng)絡(luò)的無線抄表系統(tǒng)，采用CFDA微蜂窩式固定無線數(shù)據(jù)接入平臺(tái)實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)集中器和采集器；軟件編程實(shí)現(xiàn)按需DSR路由協(xié)議；集中器通過GPRS與控制中心通信，接入Web平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)抄表，系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，更加利于實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)無線抄表。
關(guān)鍵詞：自組網(wǎng)絡(luò)；無線抄表；CFDA；Si1010；DSR路由協(xié)議

0 引言
小區(qū)三表集抄系統(tǒng)是小區(qū)內(nèi)水、電、氣三表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，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(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，一般有電話撥號(hào)、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題，小區(qū)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(qū)集抄系統(tǒng)根據(jù)其下行通信信道的不同，可分為電力載波、RS 485總線、以太網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等。
RS 485系統(tǒng)因?yàn)樾枰渴饘ｉT的有線網(wǎng)絡(luò)，在PLC和無線射頻技術(shù)的沖擊下越來越勢(shì)微。PLC技術(shù)利用現(xiàn)有的電力線網(wǎng)絡(luò)，在電網(wǎng)條件良好的歐美國(guó)家應(yīng)用較為普及，也是中國(guó)目前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表的主流技術(shù)之一。但受限于中國(guó)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、諧波干擾等問題，其可靠性和抄通率都存在一些問題。無線射頻技術(shù)是另外一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表的主流技術(shù)方案，特別是在低功耗無線技術(shù)越來越成熟、普及和廉價(jià)后，無線抄表已成為自動(dòng)抄表市場(chǎng)的熱門方案。
無線抄表有很好的頻段資源，中國(guó)國(guó)家無線電管理委員會(huì)已經(jīng)將原來模擬電視的470～510 MHz頻段釋放用于民用計(jì)量，無線抄表的資源耗費(fèi)較少、容量大、費(fèi)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無線傳感器網(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(xiàng)目研制一種新型的符合無委會(huì)民用計(jì)量頻段的射頻無線抄表系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)按應(yīng)用分為三層結(jié)構(gòu)：最上層是綜合應(yīng)用層，包括下載抄表任務(wù)、數(shù)據(jù)信息查看、系統(tǒng)／報(bào)表管理和收費(fèi)增值服務(wù)等；中間層為數(shù)據(jù)管理層，即為管理中心，其數(shù)據(jù)來源為各區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)，通過GPRS無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入；最底層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層，即為各區(qū)域下行信道各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
下行信道通過無線自組網(wǎng)絡(luò)通信，組網(wǎng)方式采取CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access)微蜂窩式固定無線數(shù)據(jù)接入平臺(tái)，每個(gè)分布節(jié)點(diǎn)既是數(shù)據(jù)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)狀的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。最大的特點(diǎn)是全路由的無線接入，最大路由可達(dá)三級(jí)。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及小區(qū)安防報(bào)警系統(tǒng)，用無線的方式實(shí)現(xiàn)最后一公里內(nèi)的分布信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)接入，具有典型SCADA特征，小區(qū)之間為蜂窩結(jié)構(gòu)。CFDA系統(tǒng)由一個(gè)個(gè)的蜂窩組成，其中每個(gè)蜂窩是由中心節(jié)點(diǎn)(CAC)和分布節(jié)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(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于系統(tǒng)比較龐大的情況，在大多數(shù)情況下采用的是單個(gè)的蜂窩，即一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)及其下面的若干個(gè)分布結(jié)點(diǎn)，每個(gè)分布接點(diǎn)根據(jù)其RS 485的驅(qū)動(dòng)能力，可掛接32臺(tái)電／水／氣表。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。