無線遠傳燃氣表中網(wǎng)絡(luò)自維護技術(shù)的必要性分析

摘要：介紹了傳統(tǒng)無線遠傳燃氣表調(diào)試、維護復(fù)雜的現(xiàn)狀，分析了無線遠傳燃氣表在抄表網(wǎng)絡(luò)中的特點。提出無線遠傳燃氣表應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)自動維護技術(shù)的必要性，及其技術(shù)實現(xiàn)，促使無線抄表系統(tǒng)實現(xiàn)免調(diào)試，免維護，即裝即用的效果。

關(guān)鍵詞：無線遠傳燃氣表；網(wǎng)絡(luò)自維護；

無線遠傳燃氣表通過無線網(wǎng)絡(luò)與抄表設(shè)備，構(gòu)成無線抄表系統(tǒng)，相對于有線遠傳抄表系統(tǒng)，無線燃氣表無需布線，幾乎不受地理環(huán)境限制，具有更廣泛的適應(yīng)性和擴展性?？傮w投入成本低，其在數(shù)據(jù)報抄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和計費等方面都具優(yōu)勢。

隨著信息化進程的發(fā)展，越來越多的燃氣企業(yè)為了無線燃氣表的正常運行而建立了自己的網(wǎng)絡(luò)維護部門，不但投入了大量人力，而且維護工程師的技術(shù)水平和經(jīng)驗決定著無線遠傳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能否得到有效的維護。以無線通信技術(shù)為主要實現(xiàn)手段的現(xiàn)代化管理模式，本身的維護方式卻是手工方式的。因此，嘗試建立一種儀表無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護規(guī)范，讓無線遠傳表工作系統(tǒng)化、規(guī)范化、科學化，盡可能減小對維護人員技術(shù)和經(jīng)驗的依賴，是十分有必要的。

無線遠傳燃氣表作為無線抄表系統(tǒng)中的一個節(jié)點，其應(yīng)用的無線射頻技術(shù)具有以下特點。

1硬件資源有限：節(jié)點由于受體積和功耗的限制，其計算能力、程序空間和內(nèi)存空間比普通的計算機功能要弱很多，這一點決定了在節(jié)點操作系統(tǒng)設(shè)計中，協(xié)議層次不能太復(fù)雜。

2能量有限：無線遠傳燃氣表是用電池供電，能量有限是其一大特點，因此無線網(wǎng)絡(luò)算法要盡量降低計算復(fù)雜度和通信數(shù)據(jù)量以節(jié)約能量，延長電池使用壽命。

3儀表射頻網(wǎng)絡(luò)無中心：無線網(wǎng)絡(luò)中沒有嚴格的控制中心，所有無線表地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有較強的抗毀性。

4自組織：網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。

5節(jié)點數(shù)量眾多：對于一個管理區(qū)域的無線燃氣表來說，往往有成百上千塊表。節(jié)點分布非常密集，利用節(jié)點之間相對關(guān)聯(lián)來保證系統(tǒng)的容錯性和抗毀性。

傳統(tǒng)的無線遠傳表，安裝調(diào)試復(fù)雜，需要調(diào)整信號強度，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，或者安裝其它設(shè)備時，原有的無線網(wǎng)絡(luò)會改變，需要技術(shù)人員現(xiàn)場設(shè)置調(diào)試。這一系列的日常運營問題解決起來非常繁瑣。另外，無線信號強度會受到周圍建筑物、電器、溫濕度等因素的影響而不斷變化。傳統(tǒng)的無線遠傳表通過加大信號發(fā)射功率或增加中繼器以維持網(wǎng)絡(luò)正常運行；當網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備故障時，其信號覆蓋范圍內(nèi)成為信號盲區(qū)，這既浪費資源，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維護網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)來解決以上現(xiàn)實問題。

燃氣表是計量器具，是收費的依據(jù)，與居民利益息息相關(guān)，因此表具的可靠運行，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好是關(guān)鍵。無線遠傳燃氣表，從安裝使用開始就受到各種各樣環(huán)境因素的影響。對無線燃氣表來講，影響其正常工作的因素可分為外部因素和內(nèi)部因素，外部因素有微波爐、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)部因素有氣表本身元器件的老化，軟件故障和參數(shù)設(shè)置等。諸多因素使得暴露或潛伏的故障伴隨著無線遠傳燃氣表的運行?；A(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)維護工作不僅需要排除已發(fā)故障，還要排除潛在的隱患，做好故障的預(yù)防工作。怎樣減少人力投入進行網(wǎng)絡(luò)維護，達到網(wǎng)絡(luò)自動維護的目的，是無線遠傳燃氣表要核心解決的問題。

現(xiàn)在住宅建筑的復(fù)雜性，環(huán)境變化的頻繁，為適應(yīng)未知的、時變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動維護、最大限度降低故障設(shè)備的影響區(qū)域，系統(tǒng)創(chuàng)新的采用了無線網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自維護技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，暫時退出運行網(wǎng)絡(luò)；一個節(jié)點也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有了動態(tài)拓撲組織功能。系統(tǒng)周期性的自動維護網(wǎng)絡(luò)，能夠隨網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增減、信號強弱的變化，及時搜索到最佳通訊路徑，實現(xiàn)設(shè)備的免調(diào)試、免維護、即裝即用、快速組網(wǎng)的目的。

傳統(tǒng)的無線遠傳氣表是靠提高單表發(fā)射功率實現(xiàn)遠距離的傳輸，系統(tǒng)安裝表具越多網(wǎng)絡(luò)負載越大，網(wǎng)絡(luò)越不穩(wěn)定。具備網(wǎng)絡(luò)自維護的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個氣表是協(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現(xiàn)遠程傳輸。這種方式的好處是，減少了表具的功耗，增強了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，表具多路徑傳輸增強了可靠性。通過自動維護技術(shù)，各項參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量自然大大改善。

網(wǎng)絡(luò)自維護的實現(xiàn)原理是各設(shè)備設(shè)定唯一的通信識別碼，集中器周期的發(fā)送網(wǎng)絡(luò)探聽包，偵聽無線信道活動狀態(tài)，當網(wǎng)絡(luò)空閑時，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訊鏈表中，并將自身的通信識別碼和信號強度等狀態(tài)信息附加到網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航包中。收到組網(wǎng)命令的采集器開始對無線氣表維護網(wǎng)絡(luò)路徑。采集器首先采用a信道發(fā)起喚醒電磁波，然后切換到b信道發(fā)送0級廣播。采集器成功發(fā)送喚醒電磁波和0級廣播后，進入c信道數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。被喚醒的節(jié)點馬上切換到b信道的接收狀態(tài)，收到N（0≤N≤9）級廣播的節(jié)點定為（N+1）級節(jié)點。并存儲自身級別和上級節(jié)點地址。每個節(jié)點只存儲一個上級節(jié)點地址，并且自身級別在本次組網(wǎng)中不再改變。被定級的節(jié)點馬上切換到c信道，并向上級節(jié)點發(fā)送表數(shù)據(jù)。上級節(jié)點收到后，自動向上上一級節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，直至發(fā)送到0級節(jié)點。節(jié)點上傳過自身數(shù)據(jù)后，切換到a信道發(fā)送喚醒電磁波，喚醒下一級節(jié)點，并切換到b信道發(fā)送N級廣播組網(wǎng)（N為自身等級）。發(fā)送過N級廣播后，節(jié)點切換到c信道開始轉(zhuǎn)發(fā)下級節(jié)點的表數(shù)據(jù)。0級節(jié)點發(fā)送的0級廣播中，設(shè)定超時時間，該超時時間也會被其它級別的廣播轉(zhuǎn)發(fā)，作用是告訴全網(wǎng)的節(jié)點，什么時候進入睡眠。組網(wǎng)過程以此逐級喚醒下級直至達到此次網(wǎng)絡(luò)維護完畢。采集器更新管理范圍內(nèi)表具此次的組網(wǎng)鏈表。

圖1 無線遠傳燃氣表抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

集中器在上次網(wǎng)絡(luò)維護完畢后，等到網(wǎng)絡(luò)空閑時仍以廣播形式發(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)備將會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訊鏈表，各設(shè)備將會形成相互間的通訊鏈路網(wǎng)，從而自動組建成多路徑的、交織的通訊網(wǎng)絡(luò)。在正常運行的狀態(tài)下，設(shè)置集中器的網(wǎng)絡(luò)維護時段對路徑維護，達到網(wǎng)絡(luò)自維護的目的。

無線燃氣表促進了智能遠程管理系統(tǒng)的發(fā)展，從根本上改變了燃氣的管理模式，極大地提高了管理效率和降低了運營成本，突出了節(jié)能環(huán)保的主題。智能抄表系統(tǒng)的構(gòu)建與當今普及的GPRS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，以較少的投入建立遠程能源監(jiān)測與管理，保證供能有序、供需平衡，具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。

The analysis of network automatical maintenance technique in wireless AMR gas meter

Abstract: This article introduced the complex condition of wireless gas meter during meter debugging and maintenance, and analyzed the characteristics of wireless gas meter in meter reading network. And put forward the necessity and technological realization of applying network automatical maintenance, then make wireless meter reading system free debugging and maintenance.

Main words: Wireless AMR Gas Meter; Internet automatical maintenance

作者簡介：費戰(zhàn)波（1966-   ），男，河南鄭州人，高級工程師，碩士，從事電子測量與儀表技術(shù)研究十余年。

張文輝（1986-），男，河南許昌人，工程師，學士，從事燃氣表、無線遠傳燃氣表抄表的研究和開發(fā)工作。