摘　要：闡述傳統燃氣表無線網絡系統的基本特點，分析無線遠傳燃氣表應用網絡動態自維護技術的必要性、技術實現及特點。

關鍵詞：無線遠傳燃氣表；  網絡動態自維護；  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絡與抄表設備，構成無線遠傳抄表系統。相對于有線遠傳抄表系統，無線遠傳抄表系統中各設備(包括集中器、采集器、無線遠傳燃氣表)之間無須布線，幾乎不受地理環境限制，具有更廣泛的適應性和擴展性。無線遠傳抄表系統總體投入成本低，其在數據報抄、數據統計分析和計費等方面都具優勢。

隨著信息化進程的發展，越來越多的燃氣企業為了無線遠傳燃氣表的正常運行建立了自己的網絡維護部，雖然投入了大量人力，但是維護工程師的技術水平和經驗決定了無線遠傳網絡系統是否能得到有效的維護。無線遠傳網絡系統是以無線通信技術為主要實現手段的現代化管理模式，本身的維護方式卻是手工方式。因此，建立一種儀表無線網絡系統的維護規范，讓無線遠傳燃氣表工作系統化、規范化、科學化，盡可能減少對維護人員技術和經驗的依賴，是十分必要的。

2　傳統無線網絡系統的基本特點

無線遠傳燃氣表作為無線遠傳抄表系統中的一個節點，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、程序空間和內存空間比普通的計算機功能要弱很多，這一點決定了在節點操作系統設計中，協議層次不能太復雜。

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，因此無線網絡算法要盡量降低計算復雜度和通信數據量，以節約能量，從而延長電池使用壽命。

3　網絡動態自維護的必要性

傳統的無線遠傳燃氣表，安裝調試復雜，需要調整信號強度，選擇合適的位置，設置大量的參數，才能調試成功。如果系統在使用過程中加裝表具、換表，或者安裝其他設備時，原有的無線網絡會發生改變，需要技術人員現場設置調試，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。傳統的無線遠傳燃氣表通過加大信號發射功率或增加中繼器以維持網絡正常運行。當網絡中的設備發生故障時，其信號覆蓋范圍成為信號盲區，這既浪費資源，又不能保證網絡的快速恢復。因此需要一種能夠自動維護網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，與居民利益息息相關，而網絡狀態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、油煙等環境因素；內部因素是指燃氣表本身元器件的老化，軟件故障和參數設置等。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。基礎無線網絡維護工作不僅需要排除已發生故障，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絡維護，達到網絡自動維護的目的，是無線遠傳燃氣表要解決的核心問題。

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

4　網絡動態自維護的技術實現

傳統的無線遠傳燃氣表依靠提高單表發射功率實現遠距離的傳輸，系統安裝表具越多網絡負載越大，網絡越不穩定。具備動態自維護的網絡系統各個燃氣表協同工作，系統安裝的表具越多，網絡路徑越多，網絡越健壯，而后通過中繼路由實現遠程傳輸。這種方式的優點是減少了表具的功耗，增強了網絡的穩定性，表具多路徑傳輸增強了可靠性。通過自維護技術，各項參數調整到最佳狀態．網絡質量得到改善。

無線遠傳抄表系統的組成架構是“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中，網絡動態自維護分為兩個層次，首先是集中器與采集器之間的網絡維護，其次是采集器與無線遠傳燃氣表之間的網絡維護。網絡動態自維護的實現原理是各設備設定唯一的通信識別碼，集中器周期地發送網絡偵聽包，偵聽無線信道活動狀態。當網絡空閑時(即無線遠傳抄表網絡系統中無數據信息傳遞時)，集中器以廣播形式發起網絡導航包，用于收集網絡中的設備信息，集中器信號范圍內的采集器將網絡導航包解碼后，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信息附加到網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絡維護后開始對無線燃氣表進行網絡維護。采集器首先采用a信道向無線燃氣表發起喚醒電磁波，用于喚醒睡眠狀態的無線燃氣表，然后切換到b信道向無線燃氣表發送0級廣播，用于組織無線燃氣表通信路徑。采集器成功發送喚醒電磁波和0級廣播后，切換到c信道進入數據接收狀態，準備接收0級無線燃氣表回傳的網絡數據信息。無線燃氣表節點被喚醒后立刻切換到b信道進入接收狀態，當接收到0級廣播組網命令后，則定義本級的無線燃氣表節點為0級無線燃氣表節點，并存儲自身級別和上級節點地址(每個節點只存儲一個上級節點地址，且自身級別在本次組網中不再改變)。被定級后的0級無線燃氣表節點馬上切換到c信道，并向上級(采集器)發送網絡數據信息。0級無線燃氣表節點上傳過網絡數據信息后，切換到a信道向下一級無線燃氣表節點發送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃氣表節點，而后切換到b信道發送l級廣播組網命令。0級無線燃氣表節點發送過1級廣播組網命令后，切換到c信道開始接收l級無線燃氣表節點上傳的網絡數據信息，進而將1級節點的網絡數據信息轉發到采集器。1級燃氣表節點上傳過網絡數據信息后，切換到a信道向下一級燃氣表節點發送喚醒電磁波，用來喚醒下一級無線燃氣表節點，而后切換到b信道發送2級廣播組網，組織下級的網絡，以此逐級類推直至組織N(0≤N≤9)級燃氣表節點，完成采集器與無線燃氣表間的網絡維護，采集器刷新此次的組網鏈表，并上傳組網鏈表到集中器，完成全網的自維護工作。另外，采集器發送的0級廣播組網命令中，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點逐級廣播轉發，作用是告訴全網的無線燃氣表節點，什么時候進入休眠狀態，保證無線燃氣表的低功耗狀態。

集中器在上次網絡維護完畢后，等到網絡空閑時仍以廣播形式發起網絡導航包傳遞給周圍的采集器，如此循環下去，網絡中的設備(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，從而自動組建成多路徑、交織的通信網絡。在正常運行的狀態下，設置集中器的網絡維護時段對路徑維護，達到網絡自維護的目的。

5　動態自維護網絡系統的特點

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

②自組織：無線網絡的布設和展開無須依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

③節點數量眾多：對于一個管理區域的無線燃氣表來說，往往有成百上千只。節點分布非常密集，利用節點之間相對關聯來保證系統的冗錯性和抗毀性。

6　結語

無線遠傳燃氣表促進了智能遠程管理系統的發展，從根本上改變了燃氣系統的管理模式，極大地提高了管理效率和降低了運營成本，突出了節能環保的主題。智能抄表系統的構建與當今普及的GPRS網絡相結合，使網絡動態自維護技術得以實現，以較少的投入建立遠程能源監測與管理，保證供能有序、供需平衡，具有重要的實用價值和現實意義。

本文作者：費戰波  張文輝

作者單位：新天科技股份有限公司