一、應(yīng)用需求

　　在電力、自來(lái)水和管道煤氣等公用事業(yè)系統(tǒng)的信息化過(guò)程中，戶表數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄送具有十分重要的意義，也是行業(yè)單位迫切想要解決的問(wèn)題，因?yàn)樗娒喝頂?shù)據(jù)抄送的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，直接影響公用事業(yè)部門(mén)系統(tǒng)的信息化水平、甚至管理決策、經(jīng)濟(jì)效益。

　　傳統(tǒng)的手工抄表費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，準(zhǔn)確性和及時(shí)性得不到可靠的保障，這導(dǎo)致了相關(guān)營(yíng)銷和企業(yè)管理類軟件不能獲得足夠詳細(xì)和準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)；一般人工抄表都按月抄表，對(duì)于用戶計(jì)量來(lái)說(shuō)是可行的，但對(duì)于相關(guān)供應(yīng)部門(mén)進(jìn)行更深層次的分析和管理決策卻不夠，行業(yè)的實(shí)際需求催生著自動(dòng)抄表系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展。

　　隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無(wú)線聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，稱之

　　為 zigbee,它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用 zigbee 技術(shù)和 GPRS/CDMA 技術(shù)結(jié)合，可以為水電煤三表的無(wú)線抄表提供很好的解決方案。

　　二、技術(shù)要求

　　無(wú)線抄表系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通訊數(shù)據(jù)的傳輸和保存有著很高的要求，即數(shù)據(jù)可靠性要求很高；由于用電池供電，因此對(duì)功耗要求也很苛刻；無(wú)線抄表系統(tǒng)可以擺脫人工抄表的辦法，利用數(shù)據(jù)通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)；基于以上原因，要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)應(yīng)該具有計(jì)量準(zhǔn)確、通信可靠、抄表方便、功耗低等遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及節(jié)省人力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)的功 能。

　　同樣是無(wú)線抄表系統(tǒng)，相對(duì)于電表而言，水電煤三表的抄表系統(tǒng)存在更多的技術(shù)難題，這主要體現(xiàn)在抄表終端的設(shè)計(jì)上，納起來(lái)，水電煤三表的抄表終端必須解決以下幾個(gè)方面的技術(shù) 要求

　　z 供  電由于水電煤三表的抄表終端采用電池供電，因此，對(duì)功耗要求非常苛刻，一般而言，電池的使用時(shí)間至少要在3~6年，這取決于電池的容量、設(shè)備的耗電情況、設(shè)備的運(yùn)行要求等等因

　　素。

　　z 成  本無(wú)論是家庭用戶，還是企業(yè)用戶，抄表終端的成本始終是繞不開(kāi)的話題，特別是家庭用戶，

　　對(duì)于成本更為敏感。這里的成本包括兩個(gè)部分：，性改造或者安裝的成本；第二，系統(tǒng)的運(yùn)行成本。的方案應(yīng)當(dāng)是性投入的成本盡可能低，運(yùn)行成本沒(méi)有或者非常低。

　　z 故障檢測(cè)

　　人工抄表除了抄讀水電煤三表讀數(shù)外，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著檢查水電煤三表工作是否正常的任務(wù)。如果改為自動(dòng)抄表系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)也具備對(duì)水電煤三表故障的自動(dòng)檢測(cè)功能。當(dāng)然，這需要水電煤三表與抄表終端的配合才能實(shí)現(xiàn)。

　　z 通信可靠性

　　這是無(wú)線抄表系統(tǒng)的基本的要求，但同時(shí)又是不很容易解決定問(wèn)題。

　　z 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈功能 自組織：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)

　　化的網(wǎng)絡(luò)； 自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠

　　自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作。具備自組織、自愈能力的自動(dòng)抄表網(wǎng)絡(luò)才是理想的網(wǎng)絡(luò)，  zigbee技術(shù)能夠很好地支持這

　　種智能型的網(wǎng)絡(luò)。

　　三、Zigbee 技術(shù)簡(jiǎn)介

　　zigbee是一種無(wú)線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無(wú)線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　國(guó)際上，IEEE802.15.4工作組及zigbee聯(lián)盟共同致力于該無(wú)線連接技術(shù)的推廣工作，其中，

　　IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定zigbee物理層及MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以便于今后不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通；  zigbee聯(lián)盟則負(fù)責(zé)高層應(yīng)用及市場(chǎng)推廣工作。而于2002年成立的zigbee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無(wú)線設(shè)備公司的加入。目前， Freescale、TI等國(guó)際巨頭都已推出了比較成熟的zigbee開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

　　ZigBee  標(biāo)準(zhǔn)基于  802.15.4  協(xié)議棧而建立，具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要

　　的自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（Mesh）和簇狀結(jié)構(gòu)（Cluster  tree），特別是網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。

　　圖一    ZIGBEE 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信

　　心節(jié)點(diǎn)為 ZIGBEE 協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)為 ZIGBEE 終端設(shè)備      有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)  適合圓形分散、距離較近的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)

　　MESH 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　統(tǒng)采用多跳式路由通信      絡(luò)容量很大

　　以跨越很大的物理空間，適合距離較遠(yuǎn)比較分散的結(jié)構(gòu)

　　MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)的所有實(shí)體只有要通信范圍之內(nèi)，都可以互相通信，如果沒(méi)有直接通路，還可以通過(guò)"多級(jí)跳"的方式來(lái)通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；除此之外，網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。

　　四、Zigbee 技術(shù)特點(diǎn)

　　設(shè)備省電

　　zigbee 技術(shù)采用了多種節(jié)電的工作模式，可以確保兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到

　　2 年左右的使用時(shí)間；  通信可靠

　　zigbee 采用了 CSMA-CA 的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專

　　用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；MAC 層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，

　　每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息；

　　網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng) zigbee的自組織功能：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)； zigbee自愈功能：增加或者刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，無(wú)需人工干預(yù)，保證整個(gè) 系統(tǒng)仍然能正常工作。

　　具備自組織、自愈能力的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動(dòng)抄表系統(tǒng)理想的通信方式。   成本低廉

　　設(shè)備的復(fù)雜程度低，且 Zigbee 協(xié)議是的，這些可以有效地降低設(shè)備成本；

　　Zigbee 的工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的 2.4GHz,就是沒(méi)有使用費(fèi)的無(wú)線通信。

　　網(wǎng)絡(luò)容量大

　　一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以容納多 254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存 在 200 多個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)；

　　數(shù)據(jù)安全

　　ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用 AES-128,同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可 以靈活確定其安全屬性。

　　五、基于 ZigBee 技術(shù)的無(wú)線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)解決方案

　　通過(guò)前面對(duì)水電煤公用事業(yè)抄表系統(tǒng)的技術(shù)要求分析，結(jié)合 zigbee 技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 采用 zigbee 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水電煤三表的無(wú)線抄表是一個(gè)非常理想的解決方案。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，我們選擇了將 zigbee 技術(shù)與 GPRS/CDMA 結(jié)合起來(lái)，根據(jù)抄表用戶的不同分布，來(lái)靈活地構(gòu)建抄表的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

　　z 對(duì)于每個(gè)抄表終端而言，要求超低功耗、低成本（包括設(shè)備成本、運(yùn)行成本），并且數(shù)據(jù)的

　　傳輸速率不高，對(duì)于居民小區(qū)的抄表，抄表終端通常分布較密集、距離較近，zigbee 技術(shù) 可以很好地滿足這些要求；

　　z 終端采集的數(shù)據(jù)需要送到水電煤公用事業(yè)公司的集抄管理中心，這可以通過(guò) GPRS/CDMA 網(wǎng)

　　絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它無(wú)距離限制，且無(wú)需網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、幾乎不需要維護(hù)；

　　z 所構(gòu)建的 zigbee 網(wǎng)絡(luò)既可以是星形拓?fù)?，也可以是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，不論是哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的

　　zigbee 網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)際的組網(wǎng)需要，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　ZigBee無(wú)線三表抄表系統(tǒng)解決方案-系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　采用MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/STRONG>