[发明专利]基于无线传感网络的微功率抄表系统及设备

说明书

本发明公开了一种基于无线传感网络的微功率抄表系统及设备，微功率无线收发模块通过RS485线与智能电表连接，并对智能电表中的用电信息进行采集并进行打包编码处理，然后通过近程通讯网络传输到抄表集中器，抄表集中器对接收到的至少两个微功率无线收发模块不同时段的多个打包数据再次进行打包编码处理后，并在规定的时间内通过远程通讯网络上传到数据中心进行处理；本发明通过对无线传感网络介质访问控制层协议和网络时钟同步机制进行融合，在准确控制网络中节点的协同工作和唤醒周期的基础上，通过改变射频通信模块的工作状态从而来提高整个系统的能量效率。

技术领域：

本发明涉及无线抄表领域，特别是涉及一种基于无线传感网络的微功率抄 表系统及设备。

背景技术：

电力通信网是电网的重要组成部分，是实现电网调度自动化和管理现代化的基础，其中无线抄表技术在其中起到重要作用，无线抄表按照通信方式是否需要 专用频段使用权为依据可分为付费型无线抄表系统和免费型无线抄表系统，付 费型无线抄表系统是采用中国移动、联通、电信等供应商提供的无线数据传输 业务，利用现有网络设施所实现的无线抄表解决方案。该系统性能可靠，自动 化程序高，但若抄表节点全部采用该类通信技术，随着抄表节点的增加，基站 的容量超限，若再因此增加基站等硬件设施，成本高。并且，节点的功耗大， 实时性差，尤其在节假日系统负荷会达到高峰，造成网络与系统阻塞严重，不 能及时收发抄表信息。

免费型无线抄表系统利用短距离无线通信技术，满足抄表系统的低速率数据通信、实施方便、低成本、低功耗等优势所实现的无线抄表解决方案。该系统由 于通信距离短，只有大量增加中心通信节点实现多跳路由，才能实现用户终端 与监控中心的通信联络，无形中增大了系统网络的组建成本。

同时，无线抄表系统中传感器节点本身是不能够实现自动补充能量，节约能源 也仍然是无线传感网络中MAC协议设计所首先要考虑的问题。直到现在，传感 器节点能量供应问题仍然难以得到妥善解决，一直受到广泛的研究与讨论。

无线传感节点能量消耗主要来自三个主要模块处理器模块、传感器模块和无线通信模块。随着模块集成化的提高，处理器模块和传感器模块的功耗已大大降 低。因此，实际上传感器节点的大部分的能量是节点的无线通信模块消耗的。 降低无线通信模块的能耗能够大大增加整个无线传感网络的生存时间。MAC层作 为网络层和物理层的接口控制节点对信道的使用和数据的收发，因此协议的优 劣对于节点能量有效性的影响是非常明显的。能量的有效性，相对于MAC层来 说，就是需要以最小的能量消耗完成数据的收发过程。除了收发有用传输造成 的通信能量消耗之外，还存在着许多的额外消耗能量因素，这些因素都会造成 能量的浪费。主要的传输能量消耗的因素有：

(1)数据冲突

无线网络不同于有线网络，在有线网络中可以监测冲突，而在无线网络中，基 于竞争的协议中不可能完全监测冲突，只能尽量避免冲突的发生。尤其是在节 点密度很大的传感器网络中，冲突的发生更是不可避免，冲突发生后数据就必 须重传，重传数据带来了很大的能量损耗。

(2)空闲侦听

由于传感器节点无法预知将来何时会收到来自其他节点的分组数据，为了保障信息的及时传输，节点要一直保持对信道的监听，对于无线传感网络尤其是事 件触发类的应用，传感器网络大多数时间是没有数据传输的，在这种情况下， 传感器节点很长时间都处于空闲监听的状态，空闲侦听的能耗很大，且这部分 能耗是完全没有必要的。为了减少空闲侦听的能量消耗，在没有数据发送的情 况下应关闭节点的通信模块，使节点处于睡眠状态。这种机制是基于能够预测 未来分组数据到达时间的，但是在基于竞争的协议中，根本无法预知分组数据 的到达时间，因此空闲侦听很难避免，这也加大了节点的能量消耗。

(3)串听