基于無線傳感器網(wǎng)絡的遠程智能抄表系統(tǒng)設計

無線傳感器網(wǎng)絡
無線傳感器網(wǎng)絡技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，是一組基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術。它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星狀網(wǎng)、集群樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓撲。網(wǎng)狀網(wǎng)是一種高可靠性的Ad Hoc網(wǎng)絡，網(wǎng)狀網(wǎng)的拓撲結構如圖1所示。

圖1 WSN網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構圖

本文研究的基于無線傳感器網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結構的無線傳感器網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)用戶采集器與集中器間的數(shù)據(jù)通信，通過CDMA/GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)集中器與抄表中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee技術
ZigBee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網(wǎng)應用。 國際上，IEEE 802.15.4工作組及ZigBee聯(lián)盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE 802.15.4工作組主要負責制定ZigBee物理層及MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標準，以便于今后不同廠商設備的互連互通； ZigBee聯(lián)盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的ZigBee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，F(xiàn)reescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的ZigBee開發(fā)平臺。ZigBee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星狀結構、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。

系統(tǒng)結構
GPRS網(wǎng)絡是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無線網(wǎng)絡，GPRS通信網(wǎng)本身具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力，數(shù)據(jù)傳輸率較高可達128Kb/s能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。用ZigBee技術組成的無線傳感器網(wǎng)絡結構簡單、體積小、成本低；采用GPRS網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K體積小、功耗低，適合作為無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)節(jié)點，ZigBee技術、GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸與傳感器技術相結合組成新興的無線傳感器網(wǎng)絡。

WSN網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)整體采用分布式體系結構，用電管理中心與集中器之間(上層)數(shù)據(jù)的采集采用星狀結構；集中器與采集器之間(下層)數(shù)據(jù)的采集采用網(wǎng)狀網(wǎng)結構。無線抄表系統(tǒng)總體結構如圖2所示。

圖2 無線抄表系統(tǒng)總體結構圖

上層通信以電力局中心的系統(tǒng)主站為中心，通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡與分散于各物業(yè)小區(qū)的集中器連接，形成1對N的連接形式，實現(xiàn)集中器和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接；下層通信包括集中器對電表參數(shù)的采集、存儲、轉發(fā)，以及轉發(fā)上位機下達的指令和對電表進行控制操作等。出于成本與通信可靠性的考慮，設計了采集器。每棟居民樓設置一個采集器，電表通過RS-485總線與采集器進行通信，采集器通過WSN終端節(jié)點與小區(qū)中心的WSN中心節(jié)點及集中器進行通信。示意圖如圖3所示。

圖3 無線抄表系統(tǒng)總體示意圖