無線網絡在遠程抄表中的應用

摘要：電力通信系統是電力生產過程中的重要管理信息系統，是實現電力系統自動化目的的關鍵性因素。現代化的通信手段對于電力系統正常運行具有重要意義，而現在最先進和最適合電力系統自動化的無疑是無線通信網絡，它可以將系統控制中心的輸入信號準確地傳送到遠方終端引起響應，并將反映遠方設備運行情況的數據信息反饋到系統控制中心，從而能自動完成抄表的工作。隨著無線網絡日趨成熟和持續發展，越來越滿足電力系統自動化的需求，為遠程自動抄表打下堅實的基礎。本文從遠程抄表的角度論述無線網絡的重要作用。

關鍵詞：電力通信系統 無線網絡 自動抄表

1 無線網絡的概述

1.1 無線網絡技術在電力系統應用現狀 進入二十一世紀以來，依托數字技術的發展，無線通信網絡呈現出快速發展的態勢，數字和射頻電路制造技術、超大規模集成電路和便攜式移動設備等技術的普及應用，為無線通信技術在電力系統中的應用奠定了基礎。現代無線通信技術主要是允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡的無線網絡，應用在電力系統中，主要涉及無線網絡的數據通信網絡，現在我國電力系統已基本建成了較為完備的分級電力數據網絡。隨著網絡覆蓋面的擴大，無線網絡和有線網絡互為備份，使發電廠與變電站自動化監控系統、電網調度自動化系統、電網負荷管理系統、電力CAD系統、供電管理信息系統(MIS)等電力系統的無線網絡發展趨勢日趨明顯。

1.2 無線網絡技術的架構 現代無線網絡已經發展到了第三代移動通信角度，而第三代移動通信技術基本的技術架構就是IMT-2000系統。其空中接口的主要目標為：①全覆蓋和移動，比特率為144kbps，最佳比特率為384kbps；②有限覆蓋和移動，比特率為2Mbps；③與其它通信系統相比，具有更高的頻譜利用率；④可以自由加入新的業務。

IMT-2000空中接口技術是基于寬帶CDMA技術（WCDMA）構建起來的。“WCDMA具有5MHz或更寬的帶寬，所有第三代建議的標稱帶寬均為5MHz。基于WCDMA的第三代空中接口標準化的重點是網絡一步和同步，在網絡一部方案中，基站之間是不同步的，但在網絡同步方案中，基站之間存在同步。”①IMT-2000系統有四個接口可供該系統不同成員之間使用的標準接口，是保證互通和漫游的關鍵系統部分，與以往的技術指標相比具有更高的比特率數據業務和更好的頻譜利用率。通過IMT-2000不同接口的連接，從而實現無線通信，其結構如圖1-1所示。

1.3 無線網絡的協議“IEEE 802.11” IEEE 802.11是可用于IBSS（獨立基本服務集）中的STA（站點）之間，也可用于infrastructure BSS（基本服務集）中的STA和AP（無線局域網的接入設備）之間的認證協議。它的工作頻率包括2.4~2.4835GHz和5.8GHz的ISM頻段和850~950nm范圍的紅外線譜。IEEE 802.11現在主要有兩種認證：開放系統和共享密鑰認證。

開放系統認證這種方式實際上根本沒有認證，是缺省式的認證方式，也是最簡單的一種認證方式，如下圖1-2所示原理圖。

共享密鑰認證方式以WEP為基礎的認證方式，如下圖1-3所示。

共享密鑰驗證要求雙方必須有一個公共密鑰，這個過程只能在使用WEP機制的工作站之間進行，避免明文傳輸。使用共享密鑰驗證的過程大致如下：

①無線客戶端通過無線信號向無線接入點發送驗證請求；②無線接入點發布一個隨機產生的無格式的文本，從無線接入點清晰地發送到無線客戶端；③無線客戶端響應這個請求，并使用自身的密鑰加密該請求，將其發回無線接入點；④無線接入點解釋明白無線客戶端的加密響應，識別通過一個匹配的WEP的密鑰加密請求文本。

2 遠程抄表的技術設計與實現

2.1 概況現在發達國家所使用的遠程自動抄表系統一般采用兩級式數據匯集結構，就是將采集器安裝在客戶生活小區的單元之中，收集一個單元或數個單元電能表的讀數，采集一般一月一次，采集器將采集的數據通過無線發射器經由電子、計算機等技術手段，通過終端的數據收集與分析系統對計量數據進行自動讀取和處理，從而完成遠程自動抄表的目的。與傳統抄表方式相比，遠程超標速度快、計算精度高、能直接與運營網絡連接等特點，適應了電力信息化管理系統的發展需要。更重要的是遠程超標將抄表人員從繁重的超標工作中解放出來，提高了抄表工作效率，減少了人為因素對抄表產生的不利影響，有利于降低用電成本，防止電力資源的大量流失。

2.2 自動抄表系統組織結構根據無線網絡的特定情況下的運行方式，終端通過電脈沖的形式傳遞給數據采集裝置，在通過配電變壓器下的集中器收集數據，然后發送給接收裝置，完成抄表。

大致構想如下圖所示：

自動抄表系統(AMRS)主要由計量表、數據采集器、傳輸控制器、管理中心四層構造，如下圖所示。

2.3 嵌入式系統介紹 嵌入式系統是電力系統自動化的核心部分，其定義為“嵌入到對象體系中的專用計算機系統”其有三個3個基本要素，也就是，嵌入性、專用性與計算機系統性，而嵌入式系統所嵌入的宿主系統又被稱為對象系統則。

嵌入式系統主要是由軟件和硬件組成的，軟件一般包括嵌入式操作系統和應用軟件兩大類，現在嵌入式操作系統有Linux、WINDOW CE、Android等等。嵌入式系統硬件的核心部件是嵌入式處理器，也就是系統CPU，其他的還有輸入設備和輸出設備等。嵌入式系統在很多時候簡化了電量分析，為供電的自動化工程提供了比較的條件，但是要想完善達到設計要求還有很長的一段路要走。

2.4 自動抄表系統構件的功能和作用

2.4.1 “計量表是指用戶使用的電表，其中機械式儀表需要加裝相應的傳感器以滿足信號的采集，而脈沖輸出型儀表則可以直接輸出脈沖信號到數據采集器。數據采集器主要負責對計量表發出的脈沖進行采集處理，存儲結果，同時將得到的數據送至傳輸控制器，并接收傳輸控制器發來的各種操作命令。”②采集器一般是同時工作、同時存貯采集的電表數據信息，實現供電信息及時收集的目的。傳輸控制器也被稱為集中器，在整個自動抄表系統中的作用主要表現在兩個方面：

①實現與采集器之間的數據通訊工作，按照要求定時抄錄采集器內存貯的電表數據信息，或者根據操作人員的指令實時接收某個計量表的數據，實現實時信息的及時存貯或通過數據傳輸到數據處理中心。

②實現與自動抄表管理中心計算機的通信，也就是將采集器采集的用戶儀表數據等信息傳送到管理中心數據庫，供管理中心使用或者進行下一環節的繳費服務。

2.4.2自動抄表管理中心主要借助于計算機系統是調用傳輸控制器內計量表的數據，按照數據的用途不同處理、顯示、存儲、打印等，或者通過輸入系統向控制器發出指令，設置各種通訊、操作參數，或者采集用戶實時、定時信息數據。自動抄表管理中心是整個系統的核心，其主要功能有查詢、管理、自動校時、定時或實時抄表、超載報警、斷線檢測等。現代發達國家的自動抄表系統還與電力信息化系統連接，通過網絡服務為客戶提供統計報表、用電收費、繳費結算、票據打印等服務。

2.4.3通信通道也就是自動抄表系統中儀表數據與控制信號傳輸的路徑，可以分為上行通道和下行通道兩部分。

上行通道指的是傳輸控制器與管理中心計算機之間的通信線路，下行通道是指數據采集器與傳輸控制器之間的通信線路。下行通道主要包括：抄表終端采集器(TrackNode)，它是采集和傳輸各電表的讀數以及監控電表運行狀態的設備，一般安裝在電表箱或者電表內。③通信通道是整個自動抄表系統中最低端的設備，但對于整個系統的實現具有決定性作用。通信通道一般由無線數據收發、信號采集和控制三個部分組成。無線數據收發是通信通道的技術核心，現在一般采用高集成度的專用短距離、無線數傳芯片CC1020，這種芯片具有功耗小、控制功能多的特點。控制單元一般采用高速單片機MSP430，其特點是控制功能強，功耗小的特點，這兩類芯片共同的特點是操作簡單、準確性高。

3 結束語

由于無線網絡的高速發展和日趨成熟，基于無線網絡的遠程抄表系統相對更加便捷，總的來說，無線網絡對遠程抄表的自動化的實現起到重要的作用。

參考文獻：

[1]高輝.3G及其無線傳輸技術.科技資訊.2006年31期.

[2]丁守磊.基于S3C44B0X的自動抄表控制器的研究與開發.中南大學. 2007年碩士學位論文.

[3]阮洪富.基于ARM的以太網抄表系統及控制器設計.浙江大學.2004年碩士學位論文。

注釋：

①高輝.3G及其無線傳輸技術.科技資訊.2006年31期.

②丁守磊.基于S3C44B0X的自動抄表控制器的研究與開發.中南大學. 2007年碩士學位論文.

③阮洪富.基于ARM的以太網抄表系統及控制器設計.浙江大學.2004年碩士學位論文.