基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，是一組基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)。它支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星狀網(wǎng)、集群樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓?fù)洹＞W(wǎng)狀網(wǎng)是一種高可靠性的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 WSN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

本文研究的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)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(luò)實(shí)現(xiàn)集中器與抄表中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。

ZigBee技術(shù)
ZigBee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)的推廣工作，其中，IEEE 802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)，以便于今后不同廠商設(shè)備的互連互通； ZigBee聯(lián)盟則負(fù)責(zé)高層應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
GPRS網(wǎng)絡(luò)是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無線網(wǎng)絡(luò)，GPRS通信網(wǎng)本身具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯能力，數(shù)據(jù)傳輸率較高可達(dá)128Kb/s能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性。用ZigBee技術(shù)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低；采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，ZigBee技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與傳感器技術(shù)相結(jié)合組成新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

WSN網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)整體采用分布式體系結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)。無線抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 無線抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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(luò)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(shí)現(xiàn)集中器和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)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(zhuǎn)發(fā)，以及轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)下達(dá)的指令和對電表進(jìn)行控制操作等。出于成本與通信可靠性的考慮，設(shè)計(jì)了采集器。每棟居民樓設(shè)置一個采集器，電表通過RS-485總線與采集器進(jìn)行通信，采集器通過WSN終端節(jié)點(diǎn)與小區(qū)中心的WSN中心節(jié)點(diǎn)及集中器進(jìn)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