互联互通微功率无线技术简介及应用.ppt

1、,互联互通微功率无线自组网 技术简介及应用,深圳市友讯达科技发展有限公司成立于2002年，是一家集研究、生产、开发于一体的高科技企业。公司主要生产应用于各种水、电、气计量装置的无线数传模块，是专业的无线数据采集设备制造商。 友讯达总部位于深圳市南山区光前工业区，生产基地位于深圳市宝安区，生产经营面积达3000平方米，注册资金5000万元。公司目前拥有员工586人，其中有研发人员占公司总人数的25%。公司技术带头人崔涛曾荣获国家科学技术进步一等奖和中国人民解放军科学技术进步三等奖，公司首席科学家柴远波教授为通信与电子系统的工学博士和硕士研究生导师，在通信方面有着较为深入的研究，作为项目骨干承担了

2、多个重大项目、课题的研发工作，其中3项为国家科技攻关重中之重项目和863计划项目。技术总监舒红杰曾荣获国家机电部科学技术进步二等奖。,公司简介,多年来，友讯达一直秉承“专业敬业，创造卓越”的企业准则，潜心于拓展无线电数传领域，已成功推出了具有独立知识产权、符合中国国情的FC系列无线数传产品。我公司按国网标准生产的集中器模块、I型采集器模块及II型采集器、无线单表模块、三相电表模块等FC-621系列电力用户用电信息采集协同下行无线通讯模块设备已经通过国网计量中心的委托全性能试验，完全符合国家电网最新要求以及其他相关行业标准，同时所有模块都取得国家无线电设备核准证，保证产品的性能要求满足国网相关部

3、门的规定。 友讯达已在全国各个省建立了销售服务机构，其中北京、贵州、山东、陕西、宁夏、甘肃等建立了销售服务团队，配备人员和车辆，方便对各个客户进行现场服务。 在积极拓展国内市场的同时，友讯达还十分注重拓展国际市场，产品已远销澳大利亚、孟加拉、越南、印度、巴基斯坦、伊朗、斯洛伐克、秘鲁、美国、日本等国家和地区。同时，公司正在逐步部署国际市场营销网络，以便能快速响应海外客户的需求。 面向未来，友讯达愿为推进中国无线数传产品的应用与发展而不懈努力。,公司简介,公司简介,生产能力表如下：,公司简介,目录,2,互联互通微功率无线标准及检测,互联互通微功率无线技术简介,5,互联互通微功率无线技术特点,背景

4、及本地通讯信道建设现状,互联互通微功率无线应用环境,6,结束语,根据国家电网公司 “十二五”电力营销发展规划要求，要求实现公司系统范围内电力用户的“全覆盖、全采集、全费控”； 国家电网公司以及营销部下发了关于加快用电信息采集系统深化应用的意见。,一、背景及本地通讯信道建设现状,采集系统物理架构图,一、背景及本地通讯信道建设现状,从用电信息采集系统的架构图中我们可以看出，在主站端与电能表端的通讯信道主要有远程通信信道及本地通讯信道构成，远程通讯信道目前主要采用GPRS/CDMA、光纤、有线等方式，通讯已较为稳定，因此整套系统的关键就在于本地通讯信道的选择上，目前主流的应用有以下三种技术： RS4

5、85 电力线窄带/宽带载波 互联互通微功率无线,一、背景及本地通讯信道建设现状,RS485通讯技术用于电能表同采集器之间通信，也可直接同集中器通信； 其采用差分信号负逻辑，2V6V表示“0”，- 6V- 2V表示“1”。 双绞线连接，通信可靠； 依据采集对象可设计接入8、16、32块电能表； 波特率：1200 bps 、2400 bps 、4800 bps 、9600 bps RS485通讯技术具有通信可靠性高，实时性强等优点，但需要大量布线，施工工程量大，安装、维护费用较高。,一、背景及本地通讯信道建设现状,电力载波通信是利用电力线路作为通信介质，实现载波智能电能表与集中器之间的通信。具有无

6、需布线、投资小、安装维护简单、易扩充等优点。但由于受电力线的高衰减、低阻抗、谐波干扰、相邻台区载波信号干扰等因素影响，使电力载波通信距离大幅缩短，同时存在速率低、可靠性不高、实时性不强等问题，造成整个系统不稳定，同时不能支撑费控、阶梯电价下发、互动服务等实时性要求高的业务。,一、背景及本地通讯信道建设现状,微功率无线通信是通过微功率无线电通讯模块(发射功率低于50mw)发射和接收信息。具有无需布线、通信可靠性高、网络稳定、通信速率高、实时性强、可跨台区抄表等优点。采用无线自组网通信技术，工程安装简单、组网灵活、容易维护。,一、背景及本地通讯信道建设现状,目录,2,互联互通微功率无线标准及检测,

7、互联互通微功率无线技术简介,5,互联互通微功率无线技术特点,背景及本地通讯信道建设现状,互联互通微功率无线应用环境,6,结束语,二、互联互通微功率无线技术简介,互联互通微功率无线工作频率为免费的公共计量频段470MHz510MHz，频率和业务受国家无线电管理机构的保护，且发射功率不大于50mW。 互联互通微功率无线通信技术采用微蜂窝无线自组织网络，其采用一种自适应的神经网络结构路由技术来解决无线传输区域覆盖受限的问题。 其最主要的特点是网络的MESH分布特征和节点神经元特性，同时利用蜂窝频分复用体制，在单个蜂窝网内采用自组织网状网络构架；以及Ad hoc多跳自组织动态组网应用。,互联互通微功率

8、无线有着优异的网络覆盖性和10Kbps的高速数据传输特性，实现小区的全区域、全密度的网络覆盖和网络的健壮性，支撑整个采集系统的有效使用。 微功率无线自组织网络，在国网的信息采集系统中已经有超过1000万的节点应用，目前已经升级为国网微功率无线互联互通标准！,二、互联互通微功率无线技术简介,1、2010年北京电力公司互联互通工作 首先是在2010年底开始，由北京电力公司计量中心负责集体实施，共形成了三次讨论稿，在北京电力的互联互通标准的形成过程中，深圳友讯达公司先后无条件的提供了CFDA（微蜂窝无线数据接入平台）的核心技术，在CFDA核心技术的基础上，经过专家的讨论和修改，形成了北京电力公司微功

9、率无线互联互通标准，并获北京电力公司科技进步一等奖。 2、2011年重庆电科院的互联互通工作 2011年，重庆电科院在CFDA的核心技术基础上，制定重庆市微功率无线互联互通标准，通过现场的试点并获得成功。,二、互联互通微功率无线技术简介,3、2012年国网营销部互联互通工作 2012年，在国网营销部的主导下，开始进入国家电网体系的微功率无线互联互通标准，以CFDA的核心技术为母版，进行扩充和完善； 2012年完成初稿；,二、互联互通微功率无线技术简介,4、现场测试年国网营销部互联互通工作 2013年4月完成实验室验证； 2013年7月中旬完成北京通州现场(选取居民塔楼、板楼、平房三种现场环境)

10、的试挂测试，六个参与厂家在实验现场实现了模块互换、混装测试，集中器互换和混装测试，从物理层、协议层、应用层三个方面实现了微功率无线通信的互联互通，取得圆满成功。,通广嘉园的楼型为高层塔楼,中泽馨园板楼,二、互联互通微功率无线技术简介,系统由两类节点设备构成： 1、从节点：分布在每个用户数据采集点上，与用户的数据采集设备相连。（例如无线采集器模块、无线表模块等） 2、主节点：安装在用户的核心数据处理设备上，构成在一定地理区域范围内的数据中心接入点。（例如集中器模块）,二、互联互通微功率无线技术简介,20,组网流程,DAU逐级广播信标,2,1,3,4,5,集中器下发档案给CAC,CAC启动组网、下

11、发广播信标,CAC逐层收集网 络中各节点路径,组网结束,二、互联互通微功率无线技术简介,目录,2,互联互通微功率无线标准及检测,互联互通微功率无线技术简介,5,互联互通微功率无线技术特点,背景及本地通讯信道建设现状,互联互通微功率无线应用环境,6,结束语,三、互联互通微功率无线标准及检测,当表计为可插模块的单相智能电表时，直接在电表内置无线通信模块，基本可以解决信号覆盖问题，是更简便、更安全、更节省成本和时间的解决方法。 此方案具有施工简单，维护方便，即开即通的特点，已经在北京、宁夏等地得到大规模的应用。,天线内置无线通信模块直接插入电能表,三、互联互通微功率无线标准及检测,当用户表计为485

12、电表时，可采用I型或II型采集器模式，通过485总线外接电表。由于采集器独立供电、使用外置天线，能够有效改善通信质量，扩大通信范围。此方案在贵州、山东、陕西、河南等地大规模应用。,采集器,采集器通过485总线外接电能表,三、互联互通微功率无线标准及检测,单相表模块原理框图,三、互联互通微功率无线标准及检测,信号部分：下传信息时，无线模块从天线收到射频信号经低通滤波器送到RF 芯片，经内部高放、混频、中频滤波，由解调器解调出来的信号经基带电路处理，从IC 的20脚输出给MCU解码，输出TTL电平信号，最后送到电表接口。上传信息时，终端将信号通过电表接口送到MCU处理，再送到RF芯片，由内部基带电

13、路处理后调制到载频上，载波经功率放大由天线辐射至空中。 电源部分：从接口输入直流12V电源经DC转DC降压电路，将电压稳定在3.3V，再经电源滤波后，给整机提供稳定的电源。,三、互联互通微功率无线标准及检测,Q/GDW 1374.2-2013电力用户用电信息采集系统技术规范：集中抄表终端技术规范 Q/GDW 1374.3-2013电力用户用电信息采集系统技术规范：通信单元技术规范 Q/GDW 1375.2-2013电力用户用电信息采集系统型式规范：集中器型式规范 Q/GDW 1375.2-2013电力用户用电信息采集系统型式规范：采集器型式规范 Q/GDW 1379.4-2013电力用户用电信

14、息采集系统检验技术规范第4部分：通信单元检验技术规范 Q/GDW 1376.1-2013电力用户用电信息采集系统通信协议：主站与采集终端通信协议 Q/GDW 376.2-2013电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议 Q/GDW 376.4-2013电力用户用电信息采集系统通信协议：基于微功率无线通信的数据传输协议 DL/T645-1997 多功能电能表通信协议 DL/T645-2007 多功能电能表通信协议,三、互联互通微功率无线标准及检测,三、互联互通微功率无线标准及检测,微功率无线模块生产流程,互联互通微功率无线产品的检测有以下几种模式： 小量产品联调测试 抄控器方

15、案 掌机方案 批量产品生产检测 工装测试方案 台体改造方案 局方检测 FC-831微功率无线互联互通标准射频性能测试系统 FC-830微功率无线互联互通标准网络评估测试系统,三、互联互通微功率无线标准及检测,在电脑中打开协议测试软件，根据测试电表的规约类型不同选择DL/T645-1997或DL/T645-2007协议； 在协议测试软件中输入或扫描正确的表号并通过RS232下发DL/T645-1997或DL/T645-2007协议抄表命令； 无线抄控器将RS232收到的DL/T645-1997或DL/T645-2007协议抄表命令转换为互联互通微功率无线协议，并通过微功率无线信号转发给微功率无线

16、模块；,三、互联互通微功率无线标准及检测,微功率无线模块收到抄表命令后对互联互通微功率无线协议进行解析，并转换为DL/T645-1997或DL/T645-2007协议以TTL方式转发给智能电表； 智能电表收到抄表命令后以对应的DL/T645-1997或DL/T645-2007协议通过TTL电平方式正确回复给微功率无线模块； 微功率无线模块将智能电表回复的DL/T645-1997或DL/T645-2007协议转换为互联互通微功率无线协议并通过微功率无线模式进行发送； 无线抄控器收到微功率无线模块的回复命令，对协议进行解析，并转换为DL/T645-1997或DL/T645-2007协议通过RS23

17、2转发给电脑； 电脑正确接收，测试结束。,三、互联互通微功率无线标准及检测,三、互联互通微功率无线标准及检测,三、互联互通微功率无线标准及检测,手持机通过CFDA点名命令，与DAU模块通信，读取DAU模块的软件版本、Phys物理地址、网络状态、手持机到DAU的场强、DAU到手持机的场强、以及DAU的网络层次时隙号。 进入“DAU点名”页面，设置DAU的地址（注：如果DAU与电表关联成功，使用电表地址作为DAU地址，否则使用DAU模块物理地址），按“OK”键开启DAU点名，点名的应答中包含DAU模块的各种信息，手持机解析后显示于页面上。如果DAU不在网，那么层次时隙号无网络上的意义。,三、互联互

18、通微功率无线标准及检测,三、互联互通微功率无线标准及检测,手持机可以通过DAU模块，间接地与智能电表通信，完成DAU模块的无线抄表测试。 进入“RF测试”页面，输入电表地址、DAU地址、设置DAU类型以及抄表规约，然后按“OK”键开启红RF抄表。抄表成功后，正向有功总电量会显示在手持机上。在手持机“RF测试”页面上，其中“类型”表示DAU模块的类型以及抄表规约，一共有4种组合。,三、互联互通微功率无线标准及检测,单表07：表示DL/T645-2007规约，DAU模块使用关联的电表地址，所以只需要设置电表地址即可； 采集器07：表示DL/T645-2007规约，DAU模块为采集器模式，所以电表、

19、DAU地址必须单独设置； 单表97：表示DL/T645-1997规约，DAU模块使用关联的电表地址，所以只需要设置电表地址即可； 采集器97：表示DL/T645-1997规约，DAU模块为采集器模式，所以电表、DAU地址必须单独设置。,三、互联互通微功率无线标准及检测,批量生产测试方案：,三、互联互通微功率无线标准及检测,微功率无线电表批量测试方案V1.1.docx,为了完善互联互通微功率无线推广应用的试验、测试手段，我公司与国家无线电检测中心联合研制了FC-831微功率无线互联互通标准射频性能测试系统和FC-830微功率无线互联互通标准网络评估测试系统，站在标准的角度，从物理层、协议层和网络

20、应用层全方位的精确测量和定位微功率无线互联互通网络的一致性，保证网络在大规模应用时的有效性和可靠性！ 目前微功率无线检测设备的应用单位主要有国网计量中心、北京市电力公司计量中心、甘肃省电力公司计量中心、陕西省电力公司计量中心、河南省电力公司计量中心、湖南省电力公司计量中心等，几乎涵盖了规模化应用微功率无线抄表的所有省份。,三、互联互通微功率无线标准及检测,互联互通微功率无线通信单元实测,三、互联互通微功率无线标准及检测,【下行通信调试方法】调试下行通信，按以下下顺序进行判断,1、全部数据未抄回 发生此种故障时较有可能的是集中器故障，因为单个电表或者采集器的故障一般都不足以影响到整个台区的数据采

21、集，可能集中器断电或集集中器出现故障（一是集中器自身就没有采集到数据；二是集中器本身已采集到数据，但是由于通信故障，集中器中的数据无法传输到主台） 利用后台管理软件来判断集中器是否与主站的通信存在问题，如果集中器无法与主站进行通信，则将故障处理转入对集中器的通信故障处理； 通过检查最近一次上报的停电记录检查集中器是否停电。 到现场确认集中器正常工作，是否采集到数据，如采集到，检查序号与测量点对应关系。 通过掌机或者集中器界面查看模块是否工作正常，用备用的模块进行验证； 检查台区档案的地址、端口号、规约类型是否与现场一致； 检查是否是新建小区存在全部采集器或电表未上电情况；,三、互联互通微功率无

22、线常见问题,2、 部分数据未抄回 造成该故障的原因可能是集中器的通信故障造成的集中器数据上报或者召测不完全；也有可能是由于部分采集器的故障或者电表的故障引起的。 根据数据分析，是否存在整个采集器所属的所有电表不能采集，如有，则可能是采集器没有上电，或者是采集器的微功率无线模块损坏，可以用掌机来确认。 如有采集器下属的部分电表无法召测，则可能是RS485的接线故障，建议每个采集器布线完成后，即对该采集器的下行通信进行检测，来避免该项故障。 若因为下行通信效果差导致数据无法抄回，需要加装外置天线模块，或使用无线中继器来提高网络性能。 查看电表档案及所归属的采集器档案是否正确,三、互联互通微功率无线

23、常见问题,电表地址录入错误,三、互联互通微功率无线常见问题,3、有时能采集到，有时采集不到 因为集中器可以采集数据，所以可以排除集中器的硬件故障。 应分析集中器日志，看集中器是否一直处于正常工作状态。 在现场查看下行通信是否正常，若行通信效果差，需要加装外置天线模块，或使用无线中继器。 查看电表或采集器是否一致正常供电。,三、互联互通微功率无线常见问题,目录,2,互联互通微功率无线标准及检测,互联互通微功率无线技术简介,5,互联互通微功率无线技术特点,背景及本地通讯信道建设现状,互联互通微功率无线应用环境,6,结束语,46,CAC,DAU,DAU,DAU,DAU,DAU,DAU,DAU,DAU

24、,微蜂窝单元,互联互通微功率无线网络是一个具有极强衍生特性的蜂窝状无线自组织网络，采用频分复用技术可以方便快捷地衍生成覆盖一定区域的城域网,四、微功率无线技术特点-频分复用,频分复用技术：支持对33组66个频点的频分复用，相邻微蜂窝小区所使用的频点组互不相同，有效的抑制了同频干扰。,四、微功率无线技术特点-频分复用,四、微功率无线技术特点-频分复用,多级路由优化，自动中继路由，每级点对点通信距离实际应用环境中达到300米，具有7级8跳路由，实际覆盖半径达到1千米。不论是城市、城乡结合还是农村，网状网络的自动中继和延续能力，可以很好的实现对用户的覆盖。,集中器,半径1千米,四、微功率无线技术特点

25、-MESH网状网络,MESH网状网路：全路由优化，具有瞬间自我路由修复功能，适应各种复杂、多变的现场环境,四、微功率无线技术特点-MESH网状网络,8M带宽干扰,8M带宽干扰,频点1,频点2,频点3,频点4,每个微蜂窝小区均被分配一个频道组，采用了频道组内跳频技术。保证了通信的安全，也起到了扩频的作用。 特区是在城区，无线设备应用较多，采用此种跳频方式，在每个微蜂窝小区内部，集中器模块和表模块在待机时，在四个频点间轮回。若某频点接收到信号，则固定在该频点通信。若集中器模块在某一频点通信，出现通信失败，则自动跳到另一频点。可以有效跳开深度衰弱区，提高抗扰能力！,四、微功率无线技术特点-跳频,系统

26、内部有维护机制（每天1次），每天自动对网络进行维护，保证网络性能最优。 系统中，当节点出现异常的时候，我们的系统会自动上报故障节点，维护及时且不需人工去排查而提高了效率。,四、微功率无线技术特点-自维护,系统具有10Kbps的通信速率，高于窄带载波等其他本地通讯技术，同时具备稳定性、可靠性高等特点，利于阶梯电价下发、实时电费查询等业务的实现。,四、微功率无线技术特点-通信速率高,采集系统主站,集中器,电能表1,电能表2,电能表N,1.安全身份认证下发,安全身份认证,步骤一,3. 成功信息返回主站,2、电表确认安全身份认证并返回确认信息,阶梯电价下发,2、电表收到下发电价并返回确认信息,国家电网

27、公司下发了关于加快用电信息采集系统深化应用的意见， 对费控业务提出了以下总体工作目标： 健全费控功能业务管理体系； 智能电能表用户远程购电、远程停复电等费控功能实现率100%，费控业务应用率80%以上； 费控业务执行正确率95%以上。,四、微功率无线技术特点-支撑费控等新业务,费控业务是指根据测算规则从采集主站获取抄表数据进行电费测算，或者将购电信息、基准值、费率信息下发到智能表中; 与用户实时缴费信息比较，计算剩余电费实现剩余电费测算，达到对客户进行用电控制的目的。,四、微功率无线技术特点-支撑费控等新业务,预付费或远程购电 远程下发缴费信息 远程设置费控参数,实时测算电费 余额不足预警 拉闸告警 拉闸停电 合闸复电,四、微功率无线技术特点-支撑费控等新业务,预付费或远程购电 远程集抄并测算 预警催费通知下发 拉闸停电命令下发 合闸复电命令下发 远程设置费控参数,接收主站控制命令，并执行,接收主站采集命令，并响应上报,四、微功率无线技术特点-支撑费控等新业务,阶梯电价参数下发,电费参数远程下发,四、微功率无线技术特点-支撑费控等新业务,高可靠,采集系统信息传输技术,强实时,高安全,支