一种基于自组网络的无线抄表系统研制

摘要：研制一种符合国家无委会民用计量频段的基于射频发射自组无线网络的无线抄表系统，采用CFDA微蜂窝式固定无线数据接入平台实现网络的自组织功能；采用最新的MCU+RF一体化集成方案的超低功耗芯片Si1010设计集中器和采集器；软件编程实现按需DSR路由协议；集中器通过GPRS与控制中心通信，接入Web平台，实现快速自动抄表，系统构建简单方便，性价比高，更加利于实现智能小区无线抄表。
关键词：自组网络；无线抄表；CFDA；Si1010；DSR路由协议

0 引言
小区三表集抄系统是小区内水、电、气三表数据采集系统，一般由集中器和采集器(采集终端)以及通信信道与抄表软件组成，其中集中器到抄表中心为上行信道，集中器至采集器(采集终端)或水电气表间为下行信道，目前上行信道是远程数据传输，一般有电话拨号、GPRS(GSM或CDMA)等，其传输可靠性与技术难度已不是抄表中的主要问题，小区抄表关键在于下行信道，这也是抄表中最难的地方。目前小区集抄系统根据其下行通信信道的不同，可分为电力载波、RS 485总线、以太网、有线电视网等。
RS 485系统因为需要部署专门的有线网络，在PLC和无线射频技术的冲击下越来越势微。PLC技术利用现有的电力线网络，在电网条件良好的欧美国家应用较为普及，也是中国目前实现自动抄表的主流技术之一。但受限于中国较差的电网环境，以及PLC在低压电网上存在的高衰减、谐波干扰等问题，其可靠性和抄通率都存在一些问题。无线射频技术是另外一种实现自动抄表的主流技术方案，特别是在低功耗无线技术越来越成熟、普及和廉价后，无线抄表已成为自动抄表市场的热门方案。
无线抄表有很好的频段资源，中国国家无线电管理委员会已经将原来模拟电视的470～510 MHz频段释放用于民用计量，无线抄表的资源耗费较少、容量大、费用低、范围广。目前成熟的射频抄表方案大多是433 MHz，新型基于ZigBee无线传感器网络的产品受传输距离等因素限制亦未能推广，由此本项目研制一种新型的符合无委会民用计量频段的射频无线抄表系统。

1 系统总体结构
整个系统按应用分为三层结构：最上层是综合应用层，包括下载抄表任务、数据信息查看、系统／报表管理和收费增值服务等；中间层为数据管理层，即为管理中心，其数据来源为各区域中心节点，通过GPRS无线移动网络接入；最底层为数据应用层，即为各区域下行信道各节点数据通信网络。
下行信道通过无线自组网络通信，组网方式采取CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access)微蜂窝式固定无线数据接入平台，每个分布节点既是数据接入点，同时也是中继点，它是一种全路由的网络状的无线数据传输系统。最大的特点是全路由的无线接入，最大路由可达三级。主要应用于远程数据采集系统及小区安防报警系统，用无线的方式实现最后一公里内的分布信息点的数据接入，具有典型SCADA特征，小区之间为蜂窝结构。CFDA系统由一个个的蜂窝组成，其中每个蜂窝是由中心节点(CAC)和分布节点(DAU)组成。一个CAC下面最多可挂接1 023个DAU。多蜂窝结构一般应用于系统比较庞大的情况，在大多数情况下采用的是单个的蜂窝，即一个中心节点及其下面的若干个分布结点，每个分布接点根据其RS 485的驱动能力，可挂接32台电／水／气表。其系统结构图如图1所示。