摘　要：闡述傳統(tǒng)燃氣表無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本特點，分析無線遠傳燃氣表應用網(wǎng)絡動態(tài)自維護技術的必要性、技術實現(xiàn)及特點。

關鍵詞：無線遠傳燃氣表；  網(wǎng)絡動態(tài)自維護；  無線遠傳抄表

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

無線遠傳燃氣表通過無線網(wǎng)絡與抄表設備，構成無線遠傳抄表系統(tǒng)。相對于有線遠傳抄表系統(tǒng)，無線遠傳抄表系統(tǒng)中各設備(包括集中器、采集器、無線遠傳燃氣表)之間無須布線，幾乎不受地理環(huán)境限制，具有更廣泛的適應性和擴展性。無線遠傳抄表系統(tǒng)總體投入成本低，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)為了無線遠傳燃氣表的正常運行建立了自己的網(wǎng)絡維護部，雖然投入了大量人力，但是維護工程師的技術水平和經(jīng)驗決定了無線遠傳網(wǎng)絡系統(tǒng)是否能得到有效的維護。無線遠傳網(wǎng)絡系統(tǒng)是以無線通信技術為主要實現(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。因此，建立一種儀表無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的維護規(guī)范，讓無線遠傳燃氣表工作系統(tǒng)化、規(guī)范化、科學化，盡可能減少對維護人員技術和經(jīng)驗的依賴，是十分必要的。

2　傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本特點

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

①硬件資源有限：節(jié)點由于受到自身體積和功耗的限制，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)設計中，協(xié)議層次不能太復雜。

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

3　網(wǎng)絡動態(tài)自維護的必要性

傳統(tǒng)的無線遠傳燃氣表，安裝調(diào)試復雜，需要調(diào)整信號強度，選擇合適的位置，設置大量的參數(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，或者安裝其他設備時，原有的無線網(wǎng)絡會發(fā)生改變，需要技術人員現(xiàn)場設置調(diào)試，解決諸如此類非常繁瑣的日常運營問題。另外，無線信號強度會受周圍建筑物、電器、溫濕度等因素的影響而不斷變化。傳統(tǒng)的無線遠傳燃氣表通過加大信號發(fā)射功率或增加中繼器以維持網(wǎng)絡正常運行。當網(wǎng)絡中的設備發(fā)生故障時，其信號覆蓋范圍成為信號盲區(qū)，這既浪費資源，又不能保證網(wǎng)絡的快速恢復。因此需要一種能夠自動維護網(wǎng)絡的技術來解決這些問題。

燃氣表是計量器具，是收費的依據(jù)，與居民利益息息相關，而網(wǎng)絡狀態(tài)良好是表具可靠運行的關鍵。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。對無線遠傳燃氣表而言，影響其正常工作的因素可分為外部因素和內(nèi)部因素：外部因素是指微波爐、電冰箱、電磁爐等家電設備以及潮濕、油煙等環(huán)境因素；內(nèi)部因素是指燃氣表本身元器件的老化，軟件故障和參數(shù)設置等。諸多因素使得已知和未知的故障伴隨著無線遠傳燃氣表的運行。基礎無線網(wǎng)絡維護工作不僅需要排除已發(fā)生故障，還要排除潛在的隱患，做好故障預防工作。如何減少人力投入進行網(wǎng)絡維護，達到網(wǎng)絡自動維護的目的，是無線遠傳燃氣表要解決的核心問題。

現(xiàn)在住宅建筑結構復雜，環(huán)境變化頻繁，為適應未知的、時變的網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)網(wǎng)絡的自動維護、最大限度降低故障設備的影響區(qū)域，系統(tǒng)應創(chuàng)新地采用無線網(wǎng)絡動態(tài)自維護技術。網(wǎng)絡是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，節(jié)點可以隨處移動，一個節(jié)點可能會由于電池能量耗盡或其他故障，暫時退出運行網(wǎng)絡。一個新節(jié)點也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。這些因素都會使網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化進而影響整個無線遠傳抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此網(wǎng)絡應具有動態(tài)拓撲組織功能即網(wǎng)絡的動態(tài)自維護功能。系統(tǒng)周期性地自動維護網(wǎng)絡，能夠隨網(wǎng)絡中設備的增減、信號強弱的變化，及時搜索到最佳通信路徑，實現(xiàn)設備的免調(diào)試、免維護、即裝即用、快速組網(wǎng)。

4　網(wǎng)絡動態(tài)自維護的技術實現(xiàn)

傳統(tǒng)的無線遠傳燃氣表依靠提高單表發(fā)射功率實現(xiàn)遠距離的傳輸，系統(tǒng)安裝表具越多網(wǎng)絡負載越大，網(wǎng)絡越不穩(wěn)定。具備動態(tài)自維護的網(wǎng)絡系統(tǒng)各個燃氣表協(xié)同工作，系統(tǒng)安裝的表具越多，網(wǎng)絡路徑越多，網(wǎng)絡越健壯，而后通過中繼路由實現(xiàn)遠程傳輸。這種方式的優(yōu)點是減少了表具的功耗，增強了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，表具多路徑傳輸增強了可靠性。通過自維護技術，各項參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)．網(wǎng)絡質(zhì)量得到改善。

無線遠傳抄表系統(tǒng)的組成架構是“無線遠傳燃氣表®采集器®集中器®管理中心”(見圖1)，通信方式采用半雙工通信。在無線遠傳抄表系統(tǒng)中，網(wǎng)絡動態(tài)自維護分為兩個層次，首先是集中器與采集器之間的網(wǎng)絡維護，其次是采集器與無線遠傳燃氣表之間的網(wǎng)絡維護。網(wǎng)絡動態(tài)自維護的實現(xiàn)原理是各設備設定唯一的通信識別碼，集中器周期地發(fā)送網(wǎng)絡偵聽包，偵聽無線信道活動狀態(tài)。當網(wǎng)絡空閑時(即無線遠傳抄表網(wǎng)絡系統(tǒng)中無數(shù)據(jù)信息傳遞時)，集中器以廣播形式發(fā)起網(wǎng)絡導航包，用于收集網(wǎng)絡中的設備信息，集中器信號范圍內(nèi)的采集器將網(wǎng)絡導航包解碼后，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度等狀態(tài)信息附加到網(wǎng)絡導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)絡維護后開始對無線燃氣表進行網(wǎng)絡維護。采集器首先采用a信道向無線燃氣表發(fā)起喚醒電磁波，用于喚醒睡眠狀態(tài)的無線燃氣表，然后切換到b信道向無線燃氣表發(fā)送0級廣播，用于組織無線燃氣表通信路徑。采集器成功發(fā)送喚醒電磁波和0級廣播后，切換到c信道進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，準備接收0級無線燃氣表回傳的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息。無線燃氣表節(jié)點被喚醒后立刻切換到b信道進入接收狀態(tài)，當接收到0級廣播組網(wǎng)命令后，則定義本級的無線燃氣表節(jié)點為0級無線燃氣表節(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，且自身級別在本次組網(wǎng)中不再改變)。被定級后的0級無線燃氣表節(jié)點馬上切換到c信道，并向上級(采集器)發(fā)送網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息。0級無線燃氣表節(jié)點上傳過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息后，切換到a信道向下一級無線燃氣表節(jié)點發(fā)送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃氣表節(jié)點，而后切換到b信道發(fā)送l級廣播組網(wǎng)命令。0級無線燃氣表節(jié)點發(fā)送過1級廣播組網(wǎng)命令后，切換到c信道開始接收l級無線燃氣表節(jié)點上傳的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息，進而將1級節(jié)點的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到采集器。1級燃氣表節(jié)點上傳過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息后，切換到a信道向下一級燃氣表節(jié)點發(fā)送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃氣表節(jié)點，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，以此逐級類推直至組織N(0≤N≤9)級燃氣表節(jié)點，完成采集器與無線燃氣表間的網(wǎng)絡維護，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)的自維護工作。另外，采集器發(fā)送的0級廣播組網(wǎng)命令中，設定超時時間，該超時時間也會被其他級別的無線燃氣表節(jié)點逐級廣播轉(zhuǎn)發(fā)，作用是告訴全網(wǎng)的無線燃氣表節(jié)點，什么時候進入休眠狀態(tài)，保證無線燃氣表的低功耗狀態(tài)。

集中器在上次網(wǎng)絡維護完畢后，等到網(wǎng)絡空閑時仍以廣播形式發(fā)起網(wǎng)絡導航包傳遞給周圍的采集器，如此循環(huán)下去，網(wǎng)絡中的設備(采集器、無線遠傳燃氣表)將會不斷收到攜帶周圍網(wǎng)絡結構的導航包，并不斷刷新自身的通信鏈表，各設備將會形成相互間的通信鏈路網(wǎng)，從而自動組建成多路徑、交織的通信網(wǎng)絡。在正常運行的狀態(tài)下，設置集中器的網(wǎng)絡維護時段對路徑維護，達到網(wǎng)絡自維護的目的。

5　動態(tài)自維護網(wǎng)絡系統(tǒng)的特點

①無中心：無線網(wǎng)絡中沒有嚴格的控制中心，所有無線燃氣表地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行，具有較強的抗毀性。

②自組織：無線網(wǎng)絡的布設和展開無須依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施，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。

③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，往往有成百上千只。節(jié)點分布非常密集，利用節(jié)點之間相對關聯(lián)來保證系統(tǒng)的冗錯性和抗毀性。

6　結語

無線遠傳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系統(tǒng)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)的構建與當今普及的GPRS網(wǎng)絡相結合，使網(wǎng)絡動態(tài)自維護技術得以實現(xiàn)，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。

本文作者：費戰(zhàn)波  張文輝

作者單位：新天科技股份有限公司