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無線傳感器網絡
無線傳感器網絡技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，是一組基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關組網、安全和應用軟件方面的技術。它支持3種主要的自組織無線網絡類型，即星狀網、集群樹狀網和網狀網三種拓撲。網狀網是一種高可靠性的Ad Hoc網絡，網狀網的拓撲結構如圖1所示。
圖1 WSN網狀網絡結構圖
本文研究的基于無線傳感器網絡集中抄表系統(tǒng)采用網狀網結構的無線傳感器網絡技術，實現(xiàn)用戶采集器與集中器間的數據通信，通過CDMA/GPRS網絡實現(xiàn)集中器與抄表中心之間的數據傳輸。
ZigBee技術
ZigBee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(lián)網應用。 國際上，IEEE 802.15.4工作組及ZigBee聯(lián)盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE 802.15.4工作組主要負責制定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)有標準，以便于今后不同廠商設備的互連互通； ZigBee聯(lián)盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的ZigBee聯(lián)盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，F(xiàn)reescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的ZigBee開發(fā)平臺。ZigBee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備了強大的設備聯(lián)網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星狀結構、網狀結構（Mesh）和簇狀結構（Cluster tree），特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。
系統(tǒng)結構
GPRS網絡是覆蓋范圍廣，性能較為完善的無線網絡，GPRS通信網本身具有較強的數據糾錯能力，數據傳輸率較高可達128Kb/s能夠保證數據傳輸的可靠性和實時性。用ZigBee技術組成的無線傳感器網絡結構簡單、體積小、成本低；采用GPRS網絡進行數據傳輸的模塊體積小、功耗低，適合作為無線傳感器網絡的數據節(jié)點，ZigBee技術、GPRS網絡數據傳輸與傳感器技術相結合組成新興的無線傳感器網絡。
WSN網絡集中抄表系統(tǒng)整體采用分布式體系結構，用電管理中心與集中器之間（上層）數據的采集采用星狀結構；集中器與采集器之間（下層）數據的采集采用網狀網結構。無線抄表系統(tǒng)總體結構如圖2所示。
圖2 無線抄表系統(tǒng)總體結構圖
上層通信以電力局中心的系統(tǒng)主站為中心，通過GPRS/CDMA網絡與分散于各物業(yè)小區(qū)的集中器連接，形成1對N的連接形式，實現(xiàn)集中器和數據中心系統(tǒng)的實時在線連接；下層通信包括集中器對電表參數的采集、存儲、轉發(fā)，以及轉發(fā)上位機下達的指令和對電表進行控制操作等。出于成本與通信可靠性的考慮，設計了采集器。每棟居民樓設置一個采集器，電表通過RS-485總線與采集器進行通信，采集器通過WSN終端節(jié)點與小區(qū)中心的WSN中心節(jié)點及集中器進行通信。示意圖如圖3所示。
圖3 無線抄表系統(tǒng)總體示意圖
采用低成本的WSN組網技術，結合GPRS/CDMA網絡組建了一個無線傳輸信道，縮短了單段的傳輸距離，削弱了信道衰減與干擾的影響，提高了信道傳輸的穩(wěn)定性。
該無線抄表系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
● 電表抄錄數據及時、準確，系統(tǒng)的傳輸容量大。
● 可對電表設備進行遠程控制、參數調整、開關等控制操作。
● 安裝、維護方便，不需要進行專門布線。
● 集中抄表范圍廣，GPRS網絡覆蓋范圍廣，WSN技術使擴容無限制。
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