電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的混合通信和中繼技術(shù)研究

趙松

（北華航天工業(yè)學(xué)院，河北廊坊065000）

1 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)概述及設(shè)計(jì)

1.1 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)概述

電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要是在射頻抄表終端利用與射頻手持機(jī)的有效配合使用下，完成的自動(dòng)抄表工作。具體而言，射頻抄表通常會(huì)安裝在電能表的周邊，當(dāng)實(shí)際進(jìn)行電能表內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集時(shí)，主要是通過(guò)485總線的連接實(shí)現(xiàn)的，將所采集到的有關(guān)于電力使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FLASH儲(chǔ)存器中。當(dāng)電力抄表人員手指射頻機(jī)處于終端通訊范圍之內(nèi)時(shí)，終端就會(huì)將已經(jīng)抄出的數(shù)據(jù)智能化傳輸至手持機(jī)中，完成整個(gè)自動(dòng)抄表的流程[1]。目前階段，我國(guó)所運(yùn)行的電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)本地通信方式多數(shù)會(huì)采用電力線亦或微功率無(wú)線兩種方式，兩種方式均存在一定的優(yōu)勢(shì)和不足之處。通常情況下，如果采用比較單一的通信方式，往往無(wú)法為遠(yuǎn)程抄表提供良好的通信質(zhì)量，如果再加上本地通信環(huán)境比較惡劣的狀況，抄表的成功率將會(huì)受到極大的影響。在這一基礎(chǔ)上，將混合的通信技術(shù)引入其中，同時(shí)輔以中繼技術(shù)，對(duì)于通信質(zhì)量的提升具有重要意義。

1.2 混合通信遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般來(lái)講，在我國(guó)當(dāng)前時(shí)期下應(yīng)用的大部分電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)均具有自適應(yīng)信道選擇電力/無(wú)線混合通信功能，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，主要包含三個(gè)重要成分，其一是主站，其二是遠(yuǎn)程通信，其三是本地通信。在其中，遠(yuǎn)程通信的實(shí)現(xiàn)，主要是利用公網(wǎng)亦或?qū)＞W(wǎng)中的前端集中器與遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的后臺(tái)管理機(jī)之間的有效連接實(shí)現(xiàn)的[2]。而在本地通信構(gòu)成中，主要是通過(guò)使用電力/無(wú)線混合的方式實(shí)現(xiàn)的通信，其核心的連接技術(shù)是電力/無(wú)線自適應(yīng)混合通信技術(shù)以及中繼技術(shù)，中繼技術(shù)的運(yùn)用，主要是為了完成與中繼節(jié)點(diǎn)單元模塊之間的連接，之后針對(duì)兩種技術(shù)開(kāi)展有效的通信效果檢測(cè)，最后根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果選用效果最佳的通信方法以及中繼節(jié)點(diǎn)。最終實(shí)現(xiàn)電力抄表系統(tǒng)的通信鏈路連接，繼而優(yōu)化通信以及信號(hào)傳輸?shù)某晒π省?/p>

2 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的混合通信技術(shù)研究

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)研究

在進(jìn)行電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，想要有效實(shí)現(xiàn)電力/無(wú)線混合通信功能的正常使用，就需要全面掌握單元模塊的硬件構(gòu)成，其主要包含型號(hào)為CC2530的無(wú)線通信模塊、型號(hào)為BWP31型號(hào)的電力線通信模塊以及型號(hào)為STM32F103的處理器模塊。其中，處理器模塊能夠通過(guò)控制其他兩種模塊實(shí)現(xiàn)通信。下面將會(huì)分別針對(duì)三種模塊進(jìn)行分析：

①無(wú)線通信模塊。在該模塊中，主要選擇的是Zihbee芯片，選用此種芯片的優(yōu)勢(shì)在于其具有良好的使用性能，所消耗的能源也比較低，更為重要的一點(diǎn)是，該種芯片的對(duì)于信號(hào)的接收性能十分強(qiáng)[3]。另一方面，型號(hào)為BWP31型號(hào)的電力線通信模塊能夠直接通過(guò)串口與Zihbee芯片進(jìn)行連接，不僅對(duì)無(wú)線通信的信道開(kāi)展數(shù)據(jù)采集的過(guò)程進(jìn)行了有效控制，同時(shí)也能夠有效針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

②電力線通信模塊。在該類硬件設(shè)計(jì)中，選用的模塊型號(hào)為BWP31，此類模塊不僅能夠充分保障系統(tǒng)硬件的通信功能，對(duì)于信號(hào)接收強(qiáng)度的提升也具有很好的促進(jìn)作用。

③處理器模塊。在該模塊的外圍電路中，主要連接的硬件包括模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、串行外設(shè)結(jié)構(gòu)以及通用發(fā)送器等。同時(shí)，處理器使用的串口能夠同時(shí)完成型號(hào)為CC2530的無(wú)線通信模塊與型號(hào)為BWP31型號(hào)的電力線通信模塊的信息采集工作。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究

在進(jìn)行電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的混合通信軟件設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)思路的整理上，應(yīng)該有效通過(guò)處理器進(jìn)行電力線/無(wú)線通信模塊的接收信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)整理與總結(jié)，根據(jù)整理結(jié)果進(jìn)行后續(xù)信道狀態(tài)的確定，然后按照信道狀態(tài)質(zhì)量的高低選用適宜的電力線/無(wú)線通信信道。通常情況下，經(jīng)由處理器控制的源節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)，應(yīng)該有效緩存入緩沖區(qū)域，然后根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)測(cè)試幀返回后的狀況進(jìn)行區(qū)別處理，當(dāng)成功收到測(cè)試幀時(shí)，就可以按照實(shí)時(shí)狀況下的信道接收信號(hào)強(qiáng)度去選擇最為適宜的電力線/無(wú)線通信信道，在此期間內(nèi)將儲(chǔ)存于緩沖區(qū)域內(nèi)部的數(shù)據(jù)一并傳輸至目的節(jié)點(diǎn)，完成電力遠(yuǎn)程抄表的目的。

3 電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的中繼技術(shù)研究

3.1 中繼節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)選擇依據(jù)研究

在進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的模塊設(shè)計(jì)時(shí)，主要的設(shè)計(jì)選擇依據(jù)是無(wú)線/電力相混合后通信信道的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。據(jù)此，此次設(shè)計(jì)了一種能夠高度提升接收信號(hào)強(qiáng)度的中繼選擇算法，該類算法的選用緣由主要是根據(jù)源節(jié)點(diǎn)至中繼節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路信息截取，然后將不同鏈路段傳輸?shù)慕邮盏降男畔①|(zhì)量進(jìn)行比較，選擇出最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)，遵循的準(zhǔn)則為最大化最小信噪比，遵從的指標(biāo)為鏈路接收信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)際數(shù)值。另外，需要注意的是，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，需要先行確定出有效的通信路徑，得出最優(yōu)化的中繼節(jié)點(diǎn)，然后再通過(guò)該節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的目的。

3.2 中繼技術(shù)選擇算法工作過(guò)程研究

為了有效確保電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的信號(hào)接收強(qiáng)度提升，中繼技術(shù)選擇算法需要經(jīng)過(guò)下列工作過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證：

①源節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，中繼節(jié)點(diǎn)接收到報(bào)文后立即啟動(dòng)定時(shí)器；

②如果目的節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求報(bào)文后鏈路中的信號(hào)質(zhì)量較高，那么目的節(jié)點(diǎn)將會(huì)利用無(wú)線通信面向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)報(bào)文；

③如果目的節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求報(bào)文后鏈路中的信號(hào)質(zhì)量較低，或是直接未接收到信號(hào)，那么中繼節(jié)點(diǎn)就需要做好兩手準(zhǔn)備，分別利用電力線與無(wú)線通信雙通道去發(fā)送報(bào)文，直至報(bào)文內(nèi)容傳送至目的節(jié)點(diǎn)。

綜上所述，在電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，如果僅采用單一性的通信方式，會(huì)在一定程度上影響抄表的成功率。在這一基礎(chǔ)上，針對(duì)通信混合網(wǎng)技術(shù)以及中繼技術(shù)進(jìn)行深入研究，不僅能夠有效分析整理出能夠更適用于通信鏈路運(yùn)行、質(zhì)量更佳的信道中繼節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于遠(yuǎn)程抄表工作開(kāi)展的質(zhì)量?jī)?yōu)化也具有很好的促進(jìn)作用，并提升成功幾率。希望文中的部分內(nèi)容能夠?yàn)楹罄m(xù)關(guān)于本課題的研究提供參考。