一種基于自組網絡的無線抄表系統(tǒng)研制

摘要：研制一種符合國家無委會民用計量頻段的基于射頻發(fā)射自組無線網絡的無線抄表系統(tǒng)，采用CFDA微蜂窩式固定無線數(shù)據接入平臺實現(xiàn)網絡的自組織功能；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，實現(xiàn)快速自動抄表，系統(tǒng)構建簡單方便，性價比高，更加利于實現(xiàn)智能小區(qū)無線抄表。
關鍵詞：自組網絡；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)內水、電、氣三表數(shù)據采集系統(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，目前上行信道是遠程數(shù)據傳輸，一般有電話撥號、GPRS(GSM或CDMA)等，其傳輸可靠性與技術難度已不是抄表中的主要問題，小區(qū)抄表關鍵在于下行信道，這也是抄表中最難的地方。目前小區(qū)集抄系統(tǒng)根據其下行通信信道的不同，可分為電力載波、RS 485總線、以太網、有線電視網等。
RS 485系統(tǒng)因為需要部署專門的有線網絡，在PLC和無線射頻技術的沖擊下越來越勢微。PLC技術利用現(xiàn)有的電力線網絡，在電網條件良好的歐美國家應用較為普及，也是中國目前實現(xiàn)自動抄表的主流技術之一。但受限于中國較差的電網環(huán)境，以及PLC在低壓電網上存在的高衰減、諧波干擾等問題，其可靠性和抄通率都存在一些問題。無線射頻技術是另外一種實現(xiàn)自動抄表的主流技術方案，特別是在低功耗無線技術越來越成熟、普及和廉價后，無線抄表已成為自動抄表市場的熱門方案。
無線抄表有很好的頻段資源，中國國家無線電管理委員會已經將原來模擬電視的470～510 MHz頻段釋放用于民用計量，無線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無線傳感器網絡的產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委會民用計量頻段的射頻無線抄表系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結構
整個系統(tǒng)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、數(shù)據信息查看、系統(tǒng)／報表管理和收費增值服務等；中間層為數(shù)據管理層，即為管理中心，其數(shù)據來源為各區(qū)域中心節(jié)點，通過GPRS無線移動網絡接入；最底層為數(shù)據應用層，即為各區(qū)域下行信道各節(jié)點數(shù)據通信網絡。
下行信道通過無線自組網絡通信，組網方式采取CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access)微蜂窩式固定無線數(shù)據接入平臺，每個分布節(jié)點既是數(shù)據接入點，同時也是中繼點，它是一種全路由的網絡狀的無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)。最大的特點是全路由的無線接入，最大路由可達三級。主要應用于遠程數(shù)據采集系統(tǒng)及小區(qū)安防報警系統(tǒng)，用無線的方式實現(xiàn)最后一公里內的分布信息點的數(shù)據接入，具有典型SCADA特征，小區(qū)之間為蜂窩結構。CFDA系統(tǒng)由一個個的蜂窩組成，其中每個蜂窩是由中心節(jié)點(CAC)和分布節(jié)點(DAU)組成。一個CAC下面最多可掛接1 023個DAU。多蜂窩結構一般應用于系統(tǒng)比較龐大的情況，在大多數(shù)情況下采用的是單個的蜂窩，即一個中心節(jié)點及其下面的若干個分布結點，每個分布接點根據其RS 485的驅動能力，可掛接32臺電／水／氣表。其系統(tǒng)結構圖如圖1所示。