无线远传燃气表网络动态自维护技术

无线远传燃气表网络动态自维护技无线远传燃气表网络动态自维护技 术术 1 1 概述概述 无线远传燃气表通过无线网络与抄表设备 构成无线远传抄表系统 相对于有 线远传抄表系统 无线远传抄表系统中各设备 包括集中器 采集器 无线远传 燃气表 之间无须布线 几乎不受地理环境限制 具有更广泛的适应性和扩展性 无线远传抄表系统总体投入成本低 其在数据报抄 数据统计分析和计费等方 面都具优势 随着信息化进程的发展 越来越多的燃气企业为了无线远传燃气表的正常运行 建立了自己的网络维护部 虽然投入了大量人力 但是维护工程师的技术水平 和经验决定了无线远传网络系统是否能得到有效的维护 无线远传网络系统是 以无线通信技术为主要实现手段的现代化管理模式 本身的维护方式却是手工 方式 因此 建立一种仪表无线网络系统的维护规范 让无线远传燃气表工作 系统化 规范化 科学化 尽可能减少对维护人员技术和经验的依赖 是十分 必要的 2 2 传统无线网络系统的基本特点传统无线网络系统的基本特点 无线远传燃气表作为无线远传抄表系统中的一个节点 其应用的无线射频技术 具有以下特点 硬件资源有限 节点由于受到自身体积和功耗的限制 其计算能力 程序空 间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多 这一点决定了在节点操作系统设 计中 协议层次不能太复杂 能量有限 无线远传燃气表使用电池供电 能量有限是其一大特点 因此无 线网络算法要尽量降低计算复杂度和通信数据量 以节约能量 从而延长电池 使用寿命 3 3 网络动态自维护的必要性网络动态自维护的必要性 传统的无线远传燃气表 安装调试复杂 需要调整信号强度 选择合适的位置 设置大量的参数 才能调试成功 如果系统在使用过程中加装表具 换表 或 者安装其他设备时 原有的无线网络会发生改变 需要技术人员现场设置调试 解决诸如此类非常繁琐的日常运营问题 另外 无线信号强度会受周围建筑物 电器 温湿度等因素的影响而不断变化 传统的无线远传燃气表通过加大信号 发射功率或增加中继器以维持网络正常运行 当网络中的设备发生故障时 其 信号覆盖范围成为信号盲区 这既浪费资源 又不能保证网络的快速恢复 因 此需要一种能够自动维护网络的技术来解决这些问题 燃气表是计量器具 是收费的依据 与居民利益息息相关 而网络状态良好是 表具可靠运行的关键 无线远传燃气表从安装使用开始就受到各种各样环境因 素的影响 对无线远传燃气表而言 影响其正常工作的因素可分为外部因素和 内部因素 外部因素是指微波炉 电冰箱 电磁炉等家电设备以及潮湿 油烟 等环境因素 内部因素是指燃气表本身元器件的老化 软件故障和参数设置等 诸多因素使得已知和未知的故障伴随着无线远传燃气表的运行 基础无线网络 维护工作不仅需要排除已发生故障 还要排除潜在的隐患 做好故障预防工作 如何减少人力投入进行网络维护 达到网络自动维护的目的 是无线远传燃气 表要解决的核心问题 现在住宅建筑结构复杂 环境变化频繁 为适应未知的 时变的网络环境 实 现网络的自动维护 最大限度降低故障设备的影响区域 系统应创新地采用无 线网络动态自维护技术 网络是一个动态的网络 节点可以随处移动 一个节 点可能会由于电池能量耗尽或其他故障 暂时退出运行网络 一个新节点也可 能由于工作的需要而被添加到网络中 这些因素都会使网络的拓扑结构随时发 生变化进而影响整个无线远传抄表系统的稳定性 因此网络应具有动态拓扑组 织功能即网络的动态自维护功能 系统周期性地自动维护网络 能够随网络中 设备的增减 信号强弱的变化 及时搜索到最佳通信路径 实现设备的免调试 免维护 即装即用 快速组网 4 4 网络动态自维护的技术实现网络动态自维护的技术实现 传统的无线远传燃气表依靠提高单表发射功率实现远距离的传输 系统安装表 具越多网络负载越大 网络越不稳定 具备动态自维护的网络系统各个燃气表 协同工作 系统安装的表具越多 网络路径越多 网络越健壮 而后通过中继 路由实现远程传输 这种方式的优点是减少了表具的功耗 增强了网络的稳定 性 表具多路径传输增强了可靠性 通过自维护技术 各项参数调整到最佳状 态 网络质量得到改善 无线远传抄表系统的组成架构是无线远传燃气表采集器集中器管理中心 见图 1 通信方式采用半双工通信 在无线远传抄表系统中 网络动态自维护分为两个 层次 首先是集中器与采集器之间的网络维护 其次是采集器与无线远传燃气 表之间的网络维护 网络动态自维护的实现原理是各设备设定唯一的通信识别 码 集中器周期地发送网络侦听包 侦听无线信道活动状态 当网络空闲时 即 无线远传抄表网络系统中无数据信息传递时 集中器以广播形式发起网络导航 包 用于收集网络中的设备信息 集中器信号范围内的采集器将网络导航包解 码后 提取出信号源的通信识别码 传输路径 中继级数等信息更新到自身的 通信链表中 并将自身唯一的通信识别码和信号强度等状态信息附加到网络导 航包中回传给集中器 并刷新集中器与采集器间的通信链表 采集器完成与集中器之间的通信网络维护后开始对无线燃气表进行网络维护 采集器首先采用 a 信道向无线燃气表发起唤醒电磁波 用于唤醒睡眠状态的无 线燃气表 然后切换到 b 信道向无线燃气表发送 0 级广播 用于组织无线燃气 表通信路径 采集器成功发送唤醒电磁波和 0 级广播后 切换到 c 信道进入数 据接收状态 准备接收 0 级无线燃气表回传的网络数据信息 无线燃气表节点 被唤醒后立刻切换到 b 信道进入接收状态 当接收到 0 级广播组网命令后 则 定义本级的无线燃气表节点为 0 级无线燃气表节点 并存储自身级别和上级节 点地址 每个节点只存储一个上级节点地址 且自身级别在本次组网中不再改变 被定级后的 0 级无线燃气表节点马上切换到 c 信道 并向上级 采集器 发送网 络数据信息 0 级无线燃气表节点上传过网络数据信息后 切换到 a 信道向下 一级无线燃气表节点发送唤醒电磁波 用来唤醒下一级无线燃气表节点 而后 切换到 b 信道发送 l 级广播组网命令 0 级无线燃气表节点发送过 1 级广播组 网命令后 切换到 c 信道开始接收 l 级无线燃气表节点上传的网络数据信息 进而将 1 级节点的网络数据信息转发到采集器 1 级燃气表节点上传过网络数 据信息后 切换到 a 信道向下一级燃气表节点发送唤醒电磁波 用来唤醒下一 级无线燃气表节点 而后切换到 b 信道发送 2 级广播组网 组织下级的网络 以此逐级类推直至组织 n 0n9 级燃气表节点 完成采集器与无线燃气表间的网 络维护 采集器刷新此次的组网链表 并上传组网链表到集中器 完成全网的 自维护工作 另外 采集器发送的 0 级广播组网命令中 设定超时时间 该超 时时间也会被其他级别的无线燃气表节点逐级广播转发 作用是告诉全网的无 线燃气表节点 什么时候进入休眠状态 保证无线燃气表的低功耗状态 集中器在上次网络维护完毕后 等到网络空闲时仍以广播形式发起网络导航包 传递给周围的采集器 如此循环下去 网络中的设备 采集器 无线远传燃气表 将 会不断收到携带周围网络结构的导航包 并不断刷新自身的通信链表 各设备 将会形成相互间的通信链路网 从而自动组建成多路径 交织的通信网络 在 正常运行的状态下 设置集中器的网络维护时段对路径维护 达到网络自维护 的目的 5 5 动态自维护网络系统的特点动态自维护网络系统的特点 无中心 无线网络中没有严格的控制中心 所有无线燃气表地位平等 是一 个对等式网络 节点可以随时加入或离开网络 任何节点的故障不会影响整个 网络的运行 具有较强的抗毁性 自组织 无线网络的布设和展开无须依赖于任何预设的网络设施 节点通过 分层协议和分布式算法协调各自的行为 节点开机后就可以快速 自动地组成 一个独立的网络 节点数量众多 对于一个管理区域的无线燃气表来说 往往有成百上千只 节点分布非常密集 利用节点之间相对关联来保证系统的冗