（计算机软件与理论专业论文）燃气网络流量表通信技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 隧着我国燃气使用的普及，特别是在城镇，基本都使用燃气作为燃料。燃 气成为居民家不可缺少的能源。但现在主要使用的是以i c 卡为主导的燃气表系 列，燃气公司无法通过l c 卡表系统实时获褥燃气使用的状况，根据需要对燃气 丧具进行实时控制，对偷气漏气行为迸行及时处理。燃气网络流量表系统采用 g p r s 远程通信，使燃气表具一直在线。燃气公司能及时获得燃气表具的数据， 对表具进行控制。燃气网络流量表系统极好地解决了现在燃气表系统的不足。 本文对燃气网络流量表系统的核心部分一燃气网络流量表通信进行分析 和研究。燃气网络流量表通信主要由二部分组成，部分是燃气表具与数据收 集转发器之间的通信，称之为终端通信；另一部分是数据收集转发器与抄收服 务器之间的透信，称之为网络通信。 本文通过对各种通信方式的分析，选用r s 4 8 5 串口通信作为终端通信的通 信方式；选用g p r s 通信作为网络透信的通信方式。 通过对表具的智能改造，数据收集转发器端程序的设计，来实现表具与数 据收集转发器的通信。在通信中，对接受与发送命令帧时会出现的断帧，错误 帧等问题提出了解决办法。并对帧的解析与组合做出了描述。 通过a t 指令实现对g p r s 模块的操作，数据收集转发器通过所带的g p r s 模块与抄收服务器建立连接。在建立连接之后，对如何维持g p r s 一直在线， g p r s 掉线后数据收集转发器如何检测重拨问题，提出了解决办法。 抄收服务器是基于完成端目的异步多线程通信。抄收服务器在数据收集转 发器请求连接后，异步处理数据收集转发器的连接请求，并保持数据收集转发 器的s o c k 式类的信息，以便在服务器向数据收集转发器发送数据帧对能通过数 据收集转发器地址找到数据收集转发器的s o c k e t 类的信患，完成发送数据帧的 任务。抄收服务器同时还要处理接受的数据帧，对接受到的数据帧采用类的方 式进行处理，通过对功能码进行分析就能对命令帧进行分类与处理。 关键字；g p r s ；燃气网络流量表；串日通信 武汉瑾王大学硕士学爱论文 a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i t yo f t h e 顼沁o f g a si nc h i n a , e s p e c i a l l yi nt h ec i t i e sa n dt o w n s ， g a sb e c o m e sa ni n d i s p e n s a b l ee n e r g ys o u r c ei no u rd a i l yl i f e n o w a d a y s , t h em o s t w i d e l yu s e dg a sm e t e r sa r ei cc a r dg a sm e t e r sa n dm e c h a n i c a lg a sm e t e r s u n d e r t h i s 汹t a n c e , g a sc o m p a n i e sc a n n o tg e tt h eg a su s a g ei n f o r m a t i o ni nat i m e l y m a n n e r , w h i c hr e s u l t si ni l ow a yt oe f f e c t i v e l yp l a ng a ss u p p l yo rt oe a r l yd e t e c ta n d p r e v e n ts t e a l i n gg a sa n dg a sl e a k i n g t om a k eg a sm e t e rd a t aa l w a y sa c c e s s i b l e , n e t w o r kg a sm e t e r sa l ei n t r o d u c e d w i t ht h e 蹴o fn e t w o r kg a sm e t e r , g a s c o m p a n i e sc a na o c i 鹪st h eg a sm e t e rd a t ai nt i m es ot h a ti tp r o v i d e sap o t e n t i a l p o s s i b i l i t yt os o l v et h ep r o b l e m sa f o r e m e n t i o n e d t h i st h e s i sp r e s e n t st h er e s e a r c hw o r k0 1 1t h eo o r oo f an e t w o r kg a sm e t e r s s y s t e m - w d a t ac o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nn e t w o r kg a sm e t e r s f r o mt h ed a t ac o m m u n i c a t i o n sp o i n to fv i e w , ag a sn e t w o r k sm e t e rs y s t e m c a nb ed i v i d e di n t ot w op a r t s o n e p a r ti st h ec o m m u n i c a t i n g b e t w e e nd a t ac o l l e c t i n g a n dt r a n s m i t t i n ge q u i p m e n ta n dg a sm e t e r , c a l l e dt e r m i n a lc o m m u n i c a t i o n 削瞻 o t h e ri st h ec o m m u n i c a t i n gb e t w o e l ld a t ac o l l e c t i n ga n dt r a n s m i t t i n ge q u i p m m ta n d s e r v e r , c a l l e dn e t w o r k sc o m m u n i c a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so fv a r i o u sm o a l l so f c o m m u n i c a t i o n s ，爻s 4 8 ss e r i a lc o m m u n i c a t i o nh a sb e e nc h o s e nf o rt h et e r m i n a l c o m m u n i c a t i o n sa n dg p r sc o m m u n i c a t i o n sf o rt h en e t w o r k sc o m m u n i c a t i o n ed a t ac o m m u n i c a t i o n sa m o n gg a sm e t e r s , d a t ac o l l e c t i n ga n dt r a n s m i t t i n g e q u i p m e n t s ，a n ds e r v e ri so r g a n i z e di nc o m m u n i c a t i n gd a t af l a m e s t h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o no f t h ed a t af r r m 嚣a n dt h e i ra n a l y s i sa l ed i s c u s s e d t h eo p e r a t i o no fg p r sm o d u l ei sc a r r i e do u tb ys e n d i n ga tc o m m a n d s , a n d t h ed a t ae o l l e e t i n ga n dt r a n s m i t t i n ge q u i p m e n t se s t a b l i s hc o n n e e t i o n s 耐t hs e r v e r s v i ag p r sm o d u l e s h o wt od e t e c ta n dk e e pt h eg p r sm o d u l e so 砖矗撼i sak e yi s s u e i nt h i sr e s e a r c h t h et h e s i sp r e s e n t sas o l u t i o nf o rt h i sp r o b l e m 料 武汉理工大学硕士学位论文 s e r v e rd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o na r ob a s e do nt h ec o m p l e t i o no f 她 m u l t i t h r e a d e da s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n s a f t e rt h ed a t ac o l l e c t i n g a n d t r a n s m i t t i n ge q u i p m e n ti sc o n n e c t e d , s e r v e ra s y n c h r o n o u sd e a l sw i t ht h ec o n n e c t i o n r e q u e s t s ，m a i n t a i n st h e s o c k e tt y p ei n f o r m a t i o no ft h ed a t a c o l l e c t i n g a n d t r a n s m i t t i n ge q u i p m e n t i ns u c h aw a y , s e r v e rc a nf i n dt h es o c k e tt y p ei n f o r m a t i o n w h e ns e n d i n gd a t af i d m e st ot h ed a t ac o l l e c t i n ga n dt r a n s m i t t i n ge q u i p m e n t a t1 岫 s a m et i m e , s e r v e rp r o c e s s e st h o s ea c c e p t a b l ed a t af la m e s , t h r o u g ha na n a l y s i so f t h e i rf u n c t i o n a lc o d e sa n do t h e r 蠡e l d s k e yw o r d ：g p r s ，n e t w o r kg a sm e t e r , s e r i a lc o m m u n i c a t i o n s i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 ! 导的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 哥贡献均 已在论文中作了明确的说明弗表示了谢意。 研究生签名： 尽期勉立乎尽期趔：5 够 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阕和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名导师签名：伍丝日期刎：，硭 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 本章介绍了燃气网络表通信技术研究的意义，课题内容在国内外的发展状 况，以及本文各章的大概内容在本章做了介绍和说明。 1 1 课题提出的意义和背景 以机械式燃气表和人工抄收为基础的燃气抄收体系，存在入户难、收费难 等一系列问题。自从管道燃气经营从公用福利模式转变为企业市场经营模式以 来，改革抄收体系，提高抄收效率，是国内燃气行业一直在研究和探求的重要 课题。 由于i c ( i n t e g r a t e dc i r c u i t ，集成电路) 卡燃气表系统可以有效解决传统抄收 体系中的主要难题，在过去的十多年中，得到了较大的发展。但是，非预收费 模式和户外挂表对燃气表来说，存在使用难度大、向用户提供服务质量水平较 低、缺少直观数据反馈回路，发现和解决运行中出现的问题的反应速度慢等局 限性，因此，i c 卡燃气表系统在一定程度上制约了燃气表的进一步发展。 在过去的十凡年中，也有一些燃气经营企业使用集中抄表系统改革抄收体 系。从本质上讲，集中抄表系统也是网络燃气表系统的形式之一，但是基予当 时的社会发展水平、技术条件、开发研究人员对抄收工作的理解水平和市场心 态的引导，集中抄表系统往往是以小范围分割管理、相对i c 卡表价格低的特点 如现在市场上。从多数应用效果来看，虫予缺少控制手段、自我保护功能，其 使用效果差强人意。 从理论上分板，使用网络将燃气表连接起来，实现遥测遥控，是能够解决 上述三种表具抄收形式的问题的。 随着社会的进步，通信手段日益丰富，通信费用不断下降，利用通信网络 实现对燃气表的抄收和控制的条件已经成熟。站卡燃气表的应用经验，让人们 对使用智能型表具改革传统抄收体系的需求有了全面和深刻的理解。因此，真 正意义上的网络燃气表系统的时代已经来临。 作为网络燃气表系统的核心就是完成数据帧在表具、数据收集转发器、服 武汉理王大学硕士学位论文 务器之间进行传输，从而实现服务器对燃气表具的实时监控和数据及时采集。 所以通过本课题的研究，解决网络燃气表的通信问题。 1 2 国内外发展的现状 远程自动抄表系统是不需要人员到达现场，使用计算机技术、通信技术、 网络技术和微电子技术相结合，通过一定的网络设备建立通讯联系，具有高度 集成性，集软件、硬件为一体，对各种范围内燃气实时用量信息以及各种故障 信息数据自动正确采集、传输、统计及综合分析的系统。具有抄收速度快、计 算精度赢、抄表同时性好、可直接与营业计算机联网等突出的优点。采用网络 流量表系统可以降低抄表人员的劳动强度、降低人为因素造成的抄表误差，并 能迅速的统计实时线损，并对表具进行控制。 根据燃气发展趋势，实现自动抄表主要有两种方式：一是通过燃气能表本 身来解决，即是采用i c 卡等形式的燃气用户在售气机上买气将卡插入自己的表 中即可用气，预先将使用的气量记录在售气机内，实现先买气后使用；另一种 就是利用自动抄表系统来解决。目前，世界上大多数国家都l ；乏后者的发展为主。 在我国，主要还是以使用陀卡表系统。燃气网络表系统基本上处在开发阶段， 有部分地方实现了小区局域范围内的。如在深圳，实现了在一个小区安放一个 服务器，定时的获得水表，电表，燃气表的使用数据，采用的是网络铺线的形 式。这种方式主要运用在一些高级住宅小区，是为了抄收的方便，但不能对表 具进行控制。由于个小区就要设置服务器和工作人员，花费也没有较i c 卡表 系统有所减少，只是为了方便一些高级住宅小区的居民，并不能满足一般用户 的需要。 1 3 课题主要研究内容 课题是基于现在开发的燃气网络表项目提出的，是通过对燃气网络表的数 据传输和控制做了深入的研究的结果。本课题主要研究分为燃气网络表的终端 网络与通信网络两部分。 在终端网络中，通过对几种串日通信的分析与比较，选择r s ( r e c o m m e n d e d s t a n d a r d ，推荐标准) - 4 8 5 串口通信作为终端网络的通信方式。通过对r s - 4 8 5 2 武汉理工大学硕士学位论文 串1 3 通信的研究，对r s - 4 8 5 串墨通信的接地闽题、共模干扰问题、e m i ( e l e c t t o m a g n e t i ci n t e r f e r a a c e ，电磁干扰) 问题问题做出了分析，并找到合理的解决方案。 在通信网络中，遥过对g p r s ( g o n o r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用无线分组 业务) 通信，光纤通信，电路载波通信等各种网络通信方式的优劣性的分析，选 择g p r s 通信作为通信网络的通信方式。通过对g p r s 的研究，对g p r s 通信 中存在的断线褥连接问题，保持g p r s 通信一直在线问题都提出了解决方案， 并得以实施。 在燃气网络表服务器部分，通过基于完成端器的异步多线程通信，解决了 燃气网络表批量数据同时进行接受处理的问题。 主要研究内容，可以分为以下几个方面： ( 1 ) 介绍了燃气网络表系统的整体构架结构。并对各个部分进行一定的说 明 ( 2 ) 燃气网络表系统通信的命令帧的格式的定义与说明 ( 3 ) 燃气网络表系统终端通信与网络通信方面通信方式的选择，通信的具 体方式的详细介绍。 ( 4 ) 燃气网络表终端网络与通信网络两端软件的设计；在进行r s - 4 8 5 串 留通信中，解决了命令帧在传输一半时数据断掉的问题、数据帧出错处理闯遂； 在g p r s 通信中，通过心跳包的加入，解决了g p r s 通信5 分钟一间断的问题、 通过对程序的循环检测，对g p r s 断线后立即重拨，解决了g p r s 的断线问题。 ( 5 ) 燃气网络表服务器的设计。燃气网络表服务器采用基于完成端口的异 步多线程通信、对数据帧的处理又采用委托的方式。这样在大量的数据帧到来 的时候，就可以有一个线程一直监视通信端日，有通信请求时就启用一个新线 程处理通信连接，对通信中有数据帧到来时，就异步调用一个线程，对数据进 行接受，然后委托帧解析模块对数据帧的类别做出辨别，根据数据帧的不同类 别做出相应的处理。 ( 6 ) 数据帧的解析与组合。在终端通信中，对数据帧没有能传输完就紧接 着有下一个数据帧到来时，通过对帧头的识别，来处理这种断帧的问题。对从 燃气表具提取的数据，通过对数据进行组合，成为服务器能够识别的数据帧。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 论文的组织结构 主要安排如下： 第l 章绪论；主要介绍了本课题研究的背景及意义，分析了髫前国内外 关予网络流量表发展的现状，以及论文的组织结构。 第2 章燃气网络表相关研究综述；通过终端网络可选用的通信方式的分 析，选择r s - 4 8 5 串口通信作为终端网络的通信方式；通过对通信网络可选用的 透信方式的分析，选择g p r s 无线通信作力通信网络的通信方式。 第3 章燃气网络表系统架构；本章主要介绍了燃气网络表的主要由哪些 部分构成，并对每部分的功能进行说明。对燃气网络表通信中所用的通信帧进 行了详细的介绍。 第4 章燃气网络表终端网络；本章主要介绍了燃气网络表表具与数据收 集转发器之间的通信。 第5 章燃气网络表通信网络；本章主要介绍了燃气网络表数据收集转发 器与服务器之间的逶信。 第6 章燃气网络表测试平台构建；本章主要对燃气网络表在测试时所用 的测试平台进行介绍，并对测试结果进行了说明。 第7 章结论与展望；本章对燃气网络表系统通信存在的问题做了说明，并 对以后的目标傲了说明。 4 武汉理工大学硬士学位论文 第2 章燃气网络表相关研究综述 2 1 通信的基本概况 2 1 1 通信系统的目的 计算机通信的目的【1 l 是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、 图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合； 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的 数据来表示；为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码 的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二 进制代码0 、1 比特序列的模拟或数字信号的过程。 2 1 2 通信系统的组成和工作原理 通信是将信息从发信者传递给在另一个时空点的收信者。由于完成这一信 息传递的透信系统的种类繁多，因此它们的具体设备和业务功能各不相同，经 过抽象概括，通信流程可用图2 i 所示的基本模型图翻来表示。整个流程是由信 源，发送变换器，信道，接收变换器和信宿等五部分组成。 蜓圄匝 圈2 1 通信系统的基本模型图 信源产生信息流，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信 号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就 是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散 5 武汉理工大学硕士学位论文 的数字信号。 发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号 变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱的场合， 调制是最常见的变换方式。对数字通信来说，发送设备常常又可分为信源编码 与信道编码。信道是指传输信号的物理媒质。 在无线信道中，信道可以是大气( 自由空闯) ，在有线信道中，信道可以是 明线、电缆或光纤。有线与无线均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的 干扰与燥声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理 媒质建立不同的数学模型，以及反映传输媒质对信号的影响。 噪声是通信设备中各种设备以及倍道中所固有的，通常是人们所不希望的。 噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从 信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现丽抽象 加入到信道。 接收设备的基本功能是完成发送设备是反交换，即进行解调、译码、解码 等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来， 对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。信宿是传输信息的 接收终端，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。 上述通信系统模型概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统 的共性。通信原理就是围绕着逶信系统模型而展开讨论的，并将根据研究的对 象以及所关注的问题不同而使用不同形式的更具体的通信模型。 2 1 - 3 通信系统的分类 按传输媒介分类：按传输媒介分，透信系统可分为有线通信系统和无线通 信系统两大类。有线通信是用传输线作为传输媒质完成通信的，如市内电话、 有线电视、海底电缆通信等。无线透信是依靠电磁波在空闻传播达到传递消息 的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。 按调制方式分类：通信系统按照是否采用调制，可分必基带传输系统和频 带( 调制) 传输系统。基带传输是将未经调制的信号直接传送。频带传输是对 各种信号调制后传输的总称。 按信号特征分类：按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地 把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。 6 武汉理工大学硕士学位论文 按消息的物理特征分类：根据消息的物理特征不同，通信系统可分失电话通信 系统，数据通信系统，图像通信系统，由于电话通信最为普及，因而其他通信 业务常常利用公众电话通信系统进行【3 】。 2 。2 燃气网络表通信方式的选择 2 2 1 燃气网络表终端通信通信方式的选择 2 2 1 。1 串口通信 串口通信就是：串口按位( b i t ) 发送和接收字节。尽管比按字节( b y t e ) 的并行遥信慢，但是串蜀可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数 据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如m e e ( i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n d e l e c t r o n i ce n g i n e e r s , 电气和电子工程师协会) 4 8 8 定义并行逶行状态时，规定设 备线总常不得超过2 0 米，并且任意两个设备间的长度不得超过2 米；而对于串 翻丽言，长度可达1 2 0 0 米。 2 2 。1 2r s - 2 3 2 、r s 一4 2 2 与r s - 4 8 5 的余绍 ( 1 ) r s 2 3 2 r s - 2 3 2 是i b m - p c 及其兼容机上的串行连接标准。可用予许多用途，比如 连接鼠标、打印机或者m o d e m ，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连 线的改进，实际应用中r s - 2 3 2 的传输长度或者速度常常超过标准的值。r s - 2 3 2 只限于p c 串口和设备间点对点的通信。r s 2 3 2 串口通信最远距离是5 0 英尺。 ( 2 ) r s 搴2 2 r s - 4 2 2 ( 是a p p l e 的m a c i n t o s h 计算机的串口连接标准。r s - 4 2 2 使用差分 信号，r s - 2 3 2 使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号， 对比r s 2 3 2 ，它能更好的抗嗓声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗 噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。 ( 3 ) r s - 4 8 5 r s - 4 8 5 是r s - 4 2 2 的改进，因为它增加了设备的个数，从l o 个增加到3 2 个，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。 有了多个设备的能力，你可以使用一个单个r s - 4 2 2 口建立设备网络。出色抗嗓 和多设备能力，在工业应用中建立连向p c ( 1 e r 。o n a lc o m p u t e r ) 机的分布式设备 7 武汉理工大学硬士学位论文 嬲络、其他数据收集控制器、h m i 或者其他操作时，串行连接会选择r s - 4 8 5 。 r s - 4 8 5 是r s - 4 2 2 的超集，因此所有的r s - 4 2 2 设备可以被r s - 4 8 5 控制。r s - 4 8 5 可以用超过4 0 英尺的线进行串行通行。 根据对r s 系列串日通信的了解和比较，对于燃气网络表终端通信系统来 说，网络通信选择r s - 4 8 5 串口通信。一方面是他的优越性，另一方面是原来的 i c 卡表系统使用的也是r s - 4 8 5 串舀通信，使用r s - 4 8 5 串霉逶信作为终端逶信 的通信方式会为燃气网络表系统的开发省下很多的时间，也会减少技术难题。 2 2 1 3r s - 4 8 5 的网络网络构建注意要点 r s - 4 2 2 可支持l o 个节点，r s - 4 8 5 支持3 2 个节点，因此多节点构成网络。 网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网 络时，应注意如下几点： ( 1 ) 采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节 点的引出线长度应尽量短，使弓| 出线中的反射信号对总线信号的影响最小。 ( 2 ) 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。 下列几种情况易产生这种不连续性；总线的不同区段采用了不同电缆，或某一 段总线上有过多收发器紧靠在一起安装。 2 2 1 4r s - 4 8 5 的接地问题 电子系统接地是徽重要的，但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子 系统不能稳定工作甚至危及系统安全。r s - 4 8 5 传输网络的接地同样也是很重要 的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶 劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。 很多情况下，连接r s - 4 8 5 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接躁的 、“b 端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能 正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有下面二个原因； ( 1 ) 共模干扰f 5 】问题：正如前文已述，r s - 4 2 2 与r s - 4 8 5 接口均采用差分 方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两 线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围， 如r s - 4 2 2 共模电压范围为7 + ，而r s - 4 8 5 收发器共模电压范围为- 7 - + 1 2 v ，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超 也此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) ( e m i ) 闯题【6 1 ：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路， 如没有一个低阻的返回通道( 信号地) ，就会以辐射的形式返回源端，整个总线 就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 由于上述原因，r s - 4 8 5 尽管采用差分平衡传输方式，但对整个r s - 4 8 5 网 络，必须有一条低阻的信号地。条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起 来，使共模干扰电莲v g p d 被短路。这条信号地可以是额外的一条线( 菲屏蔽 双绞线) ，或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。 值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于于扰源内阻大， 短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。当共模干扰 源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。对此，一 般采用如下三种办法： ( 1 ) 如果干扰源内阻不是非常小，可以在接地线上加限流电阻以限制干扰 电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高，僵只要控制在适当的范围内就 不会影响正常通信。 ( 2 ) 采用浮地技术，隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法， 当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点 ( 例如处于恶劣的工作环境的现场设备) 浮置起来( 也就是系统的电路地与机 壳或大地隔离) ，这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流。 ( 3 ) 采用隔离接口。有些情况下，如于安全或其它方蕊的考虑，电路地必 须与机壳或大地相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路，僵 是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连。 2 。2 2 燃气网络表网络通信通信方式的选择 2 2 2 1 通信方式的选择 目前，网络通信网中主要的传输方式有电力线载波通信t g ! 、数字微波通信 s l 、 光纤通信用和g p r s 1 0 l 透信这四种。下面就对这四种通信方式进行比较与选择。 1 光纤通信 光纤通信巨大的带宽和超低损耗是其他通信方式无法比拟的，以大容量光 纤传输作为国家信息高速公路的主要传输手段，已经成为不可抗拒的历史潮流。 光纤通信技术也已经成为县前网络通信领域的主流传输技术。 ( 1 ) 光纤遥信的技术优势 9 武汉理工大学硕士学位论文 的传输频带极宽，通信容量很大。目蘸，单一波长传输容量已做到4 0 g b i t s 以上，而且还可以利用d w d m ( d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g 密集波分复用) 技术使单芯光纤的传输容量成百倍、千 倍地提升。 b ) 传输衰减小，距离远。目前光纤通信已经达到了数千k m 无须羁生的 超长距离传输。 c ) 信号串扰小，传输质量高。由于光纤通信的信号在光芯内部传输，不 受外部自然环境变化的影响，性能非常稳定。 d ) 原料资源丰富。光纤的主要材料是s i 0 2 ，在自然界中储量非常丰富， 光纤通信的发展不会遭遇资源瓶颈的制约。 c ) 光纤通信实现了一步复用特性，只需要利用软件就可使高速信号一 次直接分插出低速支路信号，省去了全套背靠背复用设备，使上下载 业务十分容易，也使d x c ( d a t ae x c h a n g ec o n t r o l ，数字交叉连接) 盼 实现大大简化。 o 光纤通信具有强大的网络o a m ( o p e r a t i o n 、 a d m i n i s t r a t i o na n d m a i n t e n a n c e , 运行、管理和维护) 功能。s d h 帧结构中安排了丰富的 开销比特支持网络传输和交换的最佳性能，因而使网络的o a m 能力 大大提高，诸如故障检测、区段定位、端到端性能监视、单端维护能 力，以及简单、经济和灵活的信号互联及管理等； g ) 光纤通信具有标准光接口，简化了硬件，实现了横向兼容，节约了网络 成本； h ) 光纤通信改善了网络可用性和误码性能，同时降低了运营成本。由予 用一个光接口代替了大量电接口，因而光纤网所传输的业务信息可 以不必经由常规准同步系统提供的一些中间背靠背电接目，而直接 经光接口通过中间节点，省去了大量相关电路单元和跳线光缆； i ) 光纤网可以兼容现有准同步数字体系的各种速率； j ) o p g w ( o p t i c a l f i b e rc o m p o s i t eo v e r h e a d u n dw i r e ，复合光纤) 、 a d s s ( a l ld i e l e c t r i cs e l f - s u p p o r t i n g ，全介质自承式光缆) 光缆和嘉舔 电力线同杆架设，降低了投资和维护成本，提高了资源利用率及光缆 的运行可靠性，充分发挥了电力系统的优势。 ( 2 ) 光纤通信的劣势 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 a ) 光纤透信的传输媒介是光导纤维，长距离光缆沿线的任何一点出现 断裂都将引起通信中断； b ) 数据收集转发器一般安放在小区之中，虽然现在的光纤到达各个小 区，但对于数据收集转发器来说，还需要专门的铺线等闯题； c ) 对于通信线路来说，光纤通信会增加维护费用。 2 数字微波通信 数字微波通信技术曾经和卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱。 在9 0 年代中期，已经建成的覆盖各各地市的数字微波透信网，成为当时最重要的 通信方式，发挥了积极的作用，直到9 0 年代中后期，才受到光纤通信的巨大冲击。 ( 1 ) 数字微波通信的技术优势 a ) 应用灵活、快速，组网方便，抗自然灾害能力强； 协数字微波容量较大、集成度高、稳定性能强 c ) 在一个通信网中，微波、光纤互为补充，可以提高网络的生存性 d ) 由于受到跨江河、湖泊等自然条件的限制，光缆不能到达的情况下， 微波可以发挥其独特的优势 e ) 数字微波设备的体积小，移动方便，建立通信迅速，在遭遇重大自然灾 害时，可以用于快速恢复通信，也可以成为电力通信网应急预案的重 要手段； o 微波和光纤遵信体制相同，可以很方便地实现互联互通； 为了提高频谱利用率，提高微波传输容量，一般采用多q a m ( q u a d r a t u r e a m p l i t u d em o d u l a t i o n ，正交幅度调制) 技术。目 l 誊2 5 6q a m 和5 1 2q a m 已 经普遍应用，容量分剃可达到15 5 m b i t s 和6 2 2 m b i t s 。 ( 2 ) 数字微波通信的技术劣势 a ) 微波通信的传输媒介是大气，存在多径衰减等问题，传输质量不如其 他通信稳定； 怫相对其他通信方式来说，通信容量比较小 c ) 微波通信是直线传播，要受到地形地物的影响，无中继传输距离较短， 一般的微波逶信电路平均站距在4 0k m 左右： d ) 随着城市建设的快速发展，穿过城镇的微波电路容易受到城镇建筑 物的阻挡焉中断； 微波通信存在外部干扰问题，可能影响到信号的正常传输。 武汉理工大学硕士学位论文 3 。电力线载波通信 使蔫电力线载波透信系统俸隽专蔫遴僖雕中使用较广泛蘸传统逶僖产品， 曾经在系统通信中占主导地位。但近十凡年来髓着微波、光纤、卫星等通信手 段的发展，传统嘏力线载波机因受固有体制和技术水平限制，其使用的场合越来 越少了。 ( 1 ) 亳力线载波透信翡优势 a ) 可以利用现成的电力线路构建电力通信网络，不需要另外投资建设 通信线路： 妨电力线受舞高压魄的僳护，不容易邀现盗割等现象，使电力线通僖有 保障； c ) 电力线载波技术也在不断发展，黼前的全数字纯载波机采用数字技 术一次调徽解调、高速模数、数，摸转换、惫适应数字均褥、数字 检错、绷错编码、商精度数控振荡器、多级数字滤波器等先进技术， 可以提供6 路话音或数据通信，数据通信的最高传输速率可以达到 1 9 。2k b i t s , 抗干扰能力和设备的可靠性都有了大幅度提离，这些都 给电力线载波透信注入了薪的活力。 层和掰络层。 u m 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的 各种逻辑信道。g s m 空中接翻的载频带宽为2 0 0 k h z ，一个载频分为8 个物理 信道。如果8 个物理信道都分配为传送g p r s 数据，则原始数据速率可达2 0 0 k b s 。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达1 6 4 k b s 左右。 m a c 为媒质接入控制层。m a c 的主要作用是定义和分配空中接口的g p r s 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。g p r s 的逻辑信道共有3 类， 分别是公共控制信道、分组业务信道和g p r s 广播信道。公共控制信道用来传 送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传 1 6 武汉理工大学硬士学位论文 送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。 l l c 层兔逻辑链路控制屡。它是一种基于高速数据链路规程h d l c ( h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r o lp r o t o c o l ，高级数据链路控制) 线链路协议。l l c 层负责 在嵩层s n d c 层的s n d c 数据单元上形成l l c 地址、帧字段，从蒲生成完整 的l l c 帧。另外，l l c 可以实现一点对多点的寻址和数据帧戆重发控制。 b s s ( 毫信业务支撵系统) 审的l l r 层是逻辑链路传递屡。这一层负责转送 m s 和s g s n 之间的l l c 帧。l l r 层对于s n d c 数据单元来说是透明的，即不 负责处理s n d c 数据。 s n d c ，它的主簧佟餍是完成传送数据的分组、打包，确定t c p 攀缝缝煮加 密方式。在s n d c 层，移动螽和s g s n 之闯传送的数据被分割为一个或多个 s n d c 数据包单元。s n d c 数据包单元生成后被放置到l l c 帧内。湖络层的 协议嚣前主要是p h a s el 阶段提供的t c p i p 和1 2 5 协议。t c p i p 和x 2 5 换 议对于传统的g s m 鼯络设备如b s s 和n s s 等设备) 燕透骥酶。 2 2 2 3g p r s 网络连接 g p r s 模块与集孛器闻道过枣行西进行邋信，遴信的最大速率可以达到l 薹5 2 0 0 b ps 。g p r s 模块与集中器的邋傣协议是a t 命令集，其命令符合协议0 谨 ( a t t e n t i o n ) c o m m a n ds o tf o rg s m m o b i l ee q u i p m e n t 。通过a 曩命令，数据收集转发 器可以与g p r s 模块通信，使其遴过g p r s 网络与抄收服务器建立连接。 薹斛豢令【l 稍f l 鬈 a ta t t e n t i o n ，a t 指令集是从终端设备( t e r m i n a le q u i p m e n t ，t e ) 或数据终 端设备( d a t at e r m i n a le q u i p m e n t ，d t e ) 向终端适器( t e r m i n a la d a p t e r ，t a ) 或 数据电路终端设备a t ac i r c u i tt e r m i n a le q u i p m e n t ，d e e ) 发送的。通过t a ，t e 发送a t 指令来控铡移动台( m o b i l es t a t i o n ，m s ) 的功能，与g s m 网络业务进行交 互。用户可 ；乏通过觚指令进行呼叫、短信、魄话本、数据业务、传真等方面的 控制。 2 g p r s 模块 在燃气网络表系统开发中采用的是索尾爱立信g r 4 7 ，索尼爱立信g r 4 7 是带 有g s m g p r s 垒套语音和数据功能的先进无线模块。内嵌t c p i p 协议栈，对g p r s 系列昀终漩产品开发缀有利，极大盼缩短了歼发周期。 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章燃气网络表系统架构 本章对燃气两络表的原理进行了说明，并对燃气网络系统的大体框架做了 叙述，对燃气网络表达各个部分做了一般性的说明。 3 1 燃气网络表 3 1 1 燃气网络表总体架构 燃气网络表的工作原理就是；用户家里的燃气表通过r s 0 8 5 串日总线与数 据收集转发器连接，数据收集转发器与抄收服务器通过现有的g p r s 通信网络 互联，从而形成了一种以燃气表具为网络终端的网络。通过这个网络，抄收服 务器就能实时的控制燃气表具的开关与数据的修改等工作。同时还能实时的获 取燃气表具的数据信患，从而能对燃气的状况及时的了解。 燃气表系统由5 个部分组成：抄收服务器、通信网络、数据收集转发器、 终端网络和燃气表表具。系统构造如图3 1 所示。 抄 - - - a z - - - 嚣 疆箔煳橐舞知纳 数据收藏转麓潞 图3 1 燃气网络表系统总体架构图 1 8 武汉理工大学硬士学位论文 3 1 2 燃气表网络表各个部分一般性描述 3 。2 燃气表舆的设计 为实现主要功能的要求，袭具必须包含测量传感单露、阀门及其驱动单元、 数据存储单元、磷络接口单元、中央控制单元等，表具结擒框图如图3 2 所示。 髑3 2 表具结构框图 3 1 ，2 2 终端网络设计 为了减少成本和运李予费用，盛须采用多个表其共同使用一个通信接弱的两 络连接形式。连接形式有直接连接和网络连接两种方式，从一般意义褥言，直 接连接的