摘　要：闡述傳統(tǒng)燃?xì)獗頍o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，分析無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗響?yīng)用網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)技術(shù)的必要性、技術(shù)實(shí)現(xiàn)及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗恚?/span>  網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)；  無線遠(yuǎn)傳抄表

Automatic Maintenance Technology of Wireless Remote Gas Meter Network

Abstract：The basic characteristics of conventional gas meter wireless network system are described．The necessity，technological realization and characteristics of applying the network dynamic automatic maintenance technology by wireless remote gas meters are analyzed.

Keywords：wireless remote gas meter；network　dynamic automatic maintenance；wireless remote meter　reading

1　概述

無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硗ㄟ^無線網(wǎng)絡(luò)與抄表設(shè)備，構(gòu)成無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)。相對于有線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)，無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中各設(shè)備(包括集中器、采集器、無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?/span>)之間無須布線，幾乎不受地理環(huán)境限制，具有更廣泛的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)總體投入成本低，其在數(shù)據(jù)報(bào)抄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)費(fèi)等方面都具優(yōu)勢。

隨著信息化進(jìn)程的發(fā)展，越來越多的燃?xì)馄髽I(yè)為了無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼恼＿\(yùn)行建立了自己的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)部，雖然投入了大量人力，但是維護(hù)工程師的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)決定了無線遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否能得到有效的維護(hù)。無線遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以無線通信技術(shù)為主要實(shí)現(xiàn)手段的現(xiàn)代化管理模式，本身的維護(hù)方式卻是手工方式。因此，建立一種儀表無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)規(guī)范，讓無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砉ぷ飨到y(tǒng)化、規(guī)范化、科學(xué)化，盡可能減少對維護(hù)人員技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的依賴，是十分必要的。

2　傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碜鳛闊o線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其應(yīng)用的無線射頻技術(shù)具有以下特點(diǎn)。

①硬件資源有限：節(jié)點(diǎn)由于受到自身體積和功耗的限制，其計(jì)算能力、程序空間和內(nèi)存空間比普通的計(jì)算機(jī)功能要弱很多，這一點(diǎn)決定了在節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，協(xié)議層次不能太復(fù)雜。

②能量有限：無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硎褂秒姵毓╇?，能量有限是其一大特點(diǎn)，因此無線網(wǎng)絡(luò)算法要盡量降低計(jì)算復(fù)雜度和通信數(shù)據(jù)量，以節(jié)約能量，從而延長電池使用壽命。

3　網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)的必要性

傳統(tǒng)的無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?，安裝調(diào)試復(fù)雜，需要調(diào)整信號強(qiáng)度，選擇合適的位置，設(shè)置大量的參數(shù)，才能調(diào)試成功。如果系統(tǒng)在使用過程中加裝表具、換表，或者安裝其他設(shè)備時(shí)，原有的無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生改變，需要技術(shù)人員現(xiàn)場設(shè)置調(diào)試，解決諸如此類非常繁瑣的日常運(yùn)營問題。另外，無線信號強(qiáng)度會(huì)受周圍建筑物、電器、溫濕度等因素的影響而不斷變化。傳統(tǒng)的無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硗ㄟ^加大信號發(fā)射功率或增加中繼器以維持網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其信號覆蓋范圍成為信號盲區(qū)，這既浪費(fèi)資源，又不能保證網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。因此需要一種能夠自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)來解決這些問題。

燃?xì)獗硎?a href=http://www.jacksroad.com/e/tags/?tagname=%E8%AE%A1%E9%87%8F target=_blank class=infotextkey>計(jì)量器具，是收費(fèi)的依據(jù)，與居民利益息息相關(guān)，而網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好是表具可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韽陌惭b使用開始就受到各種各樣環(huán)境因素的影響。對無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗矶裕绊懫湔９ぷ鞯囊蛩乜煞譃橥獠恳蛩睾蛢?nèi)部因素：外部因素是指微波爐、電冰箱、電磁爐等家電設(shè)備以及潮濕、油煙等環(huán)境因素；內(nèi)部因素是指燃?xì)獗肀旧碓骷睦匣?，軟件故障和參?shù)設(shè)置等。諸多因素使得已知和未知的故障伴隨著無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼倪\(yùn)行?；A(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作不僅需要排除已發(fā)生故障，還要排除潛在的隱患，做好故障預(yù)防工作。如何減少人力投入進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)維護(hù)的目的，是無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硪鉀Q的核心問題。

現(xiàn)在住宅建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境變化頻繁，為適應(yīng)未知的、時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)維護(hù)、最大限度降低故障設(shè)備的影響區(qū)域，系統(tǒng)應(yīng)創(chuàng)新地采用無線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)由于電池能量耗盡或其他故障，暫時(shí)退出運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)新節(jié)點(diǎn)也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些因素都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化進(jìn)而影響整個(gè)無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能即網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)自維護(hù)功能。系統(tǒng)周期性地自動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，能夠隨網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增減、信號強(qiáng)弱的變化，及時(shí)搜索到最佳通信路徑，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的免調(diào)試、免維護(hù)、即裝即用、快速組網(wǎng)。

4　網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硪揽刻岣邌伪戆l(fā)射功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，系統(tǒng)安裝表具越多網(wǎng)絡(luò)負(fù)載越大，網(wǎng)絡(luò)越不穩(wěn)定。具備動(dòng)態(tài)自維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個(gè)燃?xì)獗韰f(xié)同工作，系統(tǒng)安裝的表具越多，網(wǎng)絡(luò)路徑越多，網(wǎng)絡(luò)越健壯，而后通過中繼路由實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是減少了表具的功耗，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，表具多路徑傳輸增強(qiáng)了可靠性。通過自維護(hù)技術(shù)，各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)．網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量得到改善。

無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的組成架構(gòu)是“無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?/span>®采集器®集中器®管理中心”(見圖1)，通信方式采用半雙工通信。在無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)分為兩個(gè)層次，首先是集中器與采集器之間的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，其次是采集器與無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碇g的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理是各設(shè)備設(shè)定唯一的通信識別碼，集中器周期地發(fā)送網(wǎng)絡(luò)偵聽包，偵聽無線信道活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)(即無線遠(yuǎn)傳抄表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中無數(shù)據(jù)信息傳遞時(shí))，集中器以廣播形式發(fā)起網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航包，用于收集網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備信息，集中器信號范圍內(nèi)的采集器將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航包解碼后，提取出信號源的通信識別碼、傳輸路徑、中繼級數(shù)等信息更新到自身的通信鏈表中，并將自身唯一的通信識別碼和信號強(qiáng)度等狀態(tài)信息附加到網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航包中回傳給集中器，并刷新集中器與采集器間的通信鏈表。

采集器完成與集中器之間的通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)后開始對無線燃?xì)獗磉M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。采集器首先采用a信道向無線燃?xì)獗戆l(fā)起喚醒電磁波，用于喚醒睡眠狀態(tài)的無線燃?xì)獗恚缓笄袚Q到b信道向無線燃?xì)獗戆l(fā)送0級廣播，用于組織無線燃?xì)獗硗ㄐ怕窂?。采集器成功發(fā)送喚醒電磁波和0級廣播后，切換到c信道進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，準(zhǔn)備接收0級無線燃?xì)獗砘貍鞯木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息。無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)被喚醒后立刻切換到b信道進(jìn)入接收狀態(tài)，當(dāng)接收到0級廣播組網(wǎng)命令后，則定義本級的無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)為0級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)，并存儲(chǔ)自身級別和上級節(jié)點(diǎn)地址(每個(gè)節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)一個(gè)上級節(jié)點(diǎn)地址，且自身級別在本次組網(wǎng)中不再改變)。被定級后的0級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)馬上切換到c信道，并向上級(采集器)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息。0級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)上傳過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息后，切換到a信道向下一級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)發(fā)送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)，而后切換到b信道發(fā)送l級廣播組網(wǎng)命令。0級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)發(fā)送過1級廣播組網(wǎng)命令后，切換到c信道開始接收l級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)上傳的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而將1級節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到采集器。1級燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)上傳過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息后，切換到a信道向下一級燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)發(fā)送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)，而后切換到b信道發(fā)送2級廣播組網(wǎng)，組織下級的網(wǎng)絡(luò)，以此逐級類推直至組織N(0≤N≤9)級燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)，完成采集器與無線燃?xì)獗?/span>間的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，采集器刷新此次的組網(wǎng)鏈表，并上傳組網(wǎng)鏈表到集中器，完成全網(wǎng)的自維護(hù)工作。另外，采集器發(fā)送的0級廣播組網(wǎng)命令中，設(shè)定超時(shí)時(shí)間，該超時(shí)時(shí)間也會(huì)被其他級別的無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)逐級廣播轉(zhuǎn)發(fā)，作用是告訴全網(wǎng)的無線燃?xì)獗砉?jié)點(diǎn)，什么時(shí)候進(jìn)入休眠狀態(tài)，保證無線燃?xì)獗淼牡凸臓顟B(tài)。

集中器在上次網(wǎng)絡(luò)維護(hù)完畢后，等到網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)仍以廣播形式發(fā)起網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航包傳遞給周圍的采集器，如此循環(huán)下去，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備(采集器、無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?/span>)將會(huì)不斷收到攜帶周圍網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)航包，并不斷刷新自身的通信鏈表，各設(shè)備將會(huì)形成相互間的通信鏈路網(wǎng)，從而自動(dòng)組建成多路徑、交織的通信網(wǎng)絡(luò)。在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，設(shè)置集中器的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時(shí)段對路徑維護(hù)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自維護(hù)的目的。

5　動(dòng)態(tài)自維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)

①無中心：無線網(wǎng)絡(luò)中沒有嚴(yán)格的控制中心，所有無線燃?xì)獗淼匚黄降?，是一個(gè)對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有較強(qiáng)的抗毀性。

②自組織：無線網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無須依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

③節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多：對于一個(gè)管理區(qū)域的無線燃?xì)獗韥碚f，往往有成百上千只。節(jié)點(diǎn)分布非常密集，利用節(jié)點(diǎn)之間相對關(guān)聯(lián)來保證系統(tǒng)的冗錯(cuò)性和抗毀性。

6　結(jié)語

無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗泶龠M(jìn)了智能遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的發(fā)展，從根本上改變了燃?xì)庀到y(tǒng)的管理模式，極大地提高了管理效率和降低了運(yùn)營成本，突出了節(jié)能環(huán)保的主題。智能抄表系統(tǒng)的構(gòu)建與當(dāng)今普及的GPRS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)自維護(hù)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，以較少的投入建立遠(yuǎn)程能源監(jiān)測與管理，保證供能有序、供需平衡，具有重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

本文作者：費(fèi)戰(zhàn)波  張文輝

作者單位：新天科技股份有限公司