智能楼宇无线网络技术

智能楼宇无线网络技术（精选12篇）

智能楼宇无线网络技术 篇1

摘要：由于无线网络技术自身很容易受到传输冲突和信号干扰等因素影响, 需要进一步加强无线网络技术在智能楼宇中的应用探索。文章主要就此展开分析, 客观阐述无线网络技术在智能楼宇中的应用可能性和面临的挑战, 无线通信标准和无线组网方式, 提出合理的无线网络技术应用框架。

关键词：无线网络技术,智能楼宇,通信标准,无线组网

1 智能楼宇控制系统中引入无线网络技术

智能楼宇控制系统主要包括楼宇自动化系统、办公自动化系统、通信网络系统等, 其中网络系统是智能楼宇控制系统的基础, 负责系统之间信息传输的重任。在此基础上, 控制网络和计算机信息网络之间实现联通, 由一个统一管理平台对信息进行管理, 包括对数据源、数据平台的管理, 对收集的数据进行深入挖掘, 将最终的数据分析结果传输到执行机构, 为后续管理决策提供参考依据[1]。

就传统的有线网络技术基础上设计的楼宇控制系统来看, 主要划分为3层, 如图1所示。

第一层是执行层, 主要是传感器装置, 包括对温度、湿度、烟感以及室内光线强度等指标的检测, 感知外界环境的变化情况, 并将这些变化转变为电信号, 传输到下一层。一般情况下, 执行装置主要是继电器输出装置, 这种装置在实际应用中可以更加自动化地控制空调开关、调节室内湿度和温度等。现场执行层的设备接入网络方式不同, 不同连接方式决定着装置自身的网络通信功能, 在某种协议约束下进行信息交互[2]。

第二层是控制层, 主要是控制器装置, 包括专用控制器和区域控制器, 控制器在实际应用中具备十分突出的数据处理能力和控制能力, 根据某种通信协议进行通信。

第三层是信息管理层, 主要是管理工作站, 工作站的作用是为管理者开展管理工作提供一个信息化控制平台, 从而对楼宇进行智能化管理。

经过大量的实践研究可以发现, 在现场执行层和信息管理层应用无线网络接入技术的可能性最大。执行层中应用无线技术, 是因为楼宇中设置了大量的传感器节点, 布线工程量较大, 如果采用有线连接需要耗费大量的人力、物力和财力, 所以引入无线接入方式可以为传感器部署工作提供便利, 根据实际情况改变传感器的节点位置。在信息管理层应用无线技术主要是为了便于后续管理和维护工作开展, 对系统进行实时控制[3]。

有线网络由于拥有大量的网络宽带资源和可靠的信息安全保护, 所以即便是在当前无线网络技术快速发展背景下, 对传统的有线网络带来一定冲击, 但仍然无法完全替代有线网络, 所以在未来的楼宇智能化控制系统中应该是有限网络技术和无线网络技术的结合应用。无线网络技术在信息管理层应用较为广泛, 已经积累了丰富的实践经验, 值得在其他层更进一步的应用[4]。

2 现场执行层无线组网模式

无线组网有两种模式, 即Ad hoc模式和Infrastructure模式, 其中Ad hoc模式作为一种对等式的组网方式, 没有固定的路由器和基础设施, 所以这些节点是可以根据实际情况调整, 同时还可以保证各个节点之间的联系。这种模式在实际应用中, 无线覆盖范围限制问题最为典型, 致使用户无法直接进行通信, 只能借助其他节点分组转发, 没一个节点设置一个路由器。而Infrastructure模式组织网络是无线单跳网, 网络节点更多的是选择通信范围内距离最近的基站实现通信, 不具备路由功能和节点通信功能。在智能楼宇控制系统设计中, 应该根据实际情况选择合理的技术, 设计不同的无线组网模式[5]。

智能楼宇控制系统内部执行层中, 多数情况下需要安装大量的传感器设备, 这些设备应该分布在大楼的周边区域, 但是大楼的功能是在不断完善和变化的, 所以需要根据实际情况重新调整传感器的位置。基于此, 如果采用无线网络技术, 则能够更好地适应大楼功能变化对传感器部署的需求, 降低布线工作量和成本费用。但是, 在智能楼宇系统中应用无线网络技术时, 可能会出现更多的困难, 主要表现在以下几个方面:其一, 无线传感器需要电池供电才能正常运行, 所以能量是有限的, 所以无线覆盖范围较小。其二, 楼宇内部影响无线网络数据传输的因素较多, 包括墙壁、门窗、金属框架、微波炉和电磁设备, 这些将会在不同程度上影响到无线信号的传输质量, 致使无线信号传输和服务质量变得更加复杂, 难以满足实际工作需求。此外, 如果室内的物体发生移动, 可能反射无线电波, 这些反射电波经过多种途径传输, 可能受到更加严重的干扰, 造成信号传输路径逐渐衰减[6]。

所以, 在这样复杂的环境下很难保证无线网络传输质量, 传统的点对点组网方式已经无法满足实际需要。基于Ad hoc模式的无线网络由于自身环境适应能力较强, 可以更好应对这种复杂环境需求, 呈现一种分层或平层的网络结构。基于Ad hoc模式的组网方式可以覆盖更大的范围, 传感器可以将内容传输到另一个接收设备上, 实现远距离的数据传输。并且, 如果一条组网结构如果在某条路由失效的情况下, 可以快速切换到另一条路由使用, 避免用户数据信息的丢失, 尽可能地降低外界对无线数据传输带来的干扰问题, 提升网络抗干扰性。

无线传感器网络由多个功能和节点组成, 作为数据采集者, 节点将收集的数据按照通信路由协议传输到远方的基站;如果是数据中转站, 除了收集数据以外, 还需要承担接受邻近节点传输的数据, 并将其传输到附近的节点或基站的功能。基站的功能是负责将无线传感器发送过来的数据信息转发到有线网络上, 在人机交互界面即可了解到系统的运行情况, 同时也可以将有线网络上的信息利用无线网络通道转发给传感器, 下达相应的控制命令。

在执行层中, 对无线传感器收集的数据转化到有线网络基站, 可以主动读取无线传感器数据, 对无线传感器的运行状态实时监控。

3 现场执行层无线通信标准

当前国际上的无线通信标准较多, 这些标准从不同角度上涵盖了全球范围内的无线数据和通信需求。每种无线通信标准对于通信范围、传输速率和传输速度提出了明确的规定, 在不同标准的体系结构下, 每种软硬件要求不尽相同, 成本同样存在明显的差异, 因此选择哪一种通信标准就需要以实际情况为依据。

不同传感器在实际应用中数据报告模型存在差异, 传感器信息获取方式取决于数据报告紧急程度, 在时间驱动模式下, 要求传感器在一定时间节点内将数据传输到控制层;在事件驱动模式下, 传感器收集周围环境变化数据, 只有在传感器收集的数据变化情况满足预设条件下, 才可以将收集到的数据信息传输给控制层;在查询驱动模式下, 传感器节点被动式转发数据到控制层, 只有在接收到控制层的具体要求后, 才可以将收集到的数据信息传输到控制器。如果想要无线传感器广泛应用在现场中, 需要保证无线传感器是最低成本的, 无线传感器的组网结构整体成本保持在一个较低的水平;无线传感器主要是由电池供电, 所以要求电池能够满足传感器长时间运行工作, 这就要求传感器功耗保持在一个很低的水平;性能可靠, 可以在无人看管下即可正常工作;伸缩性能好。一般情况下, 无线传感器采用短距离无线连接方式, 这样可以尽可能降低外界客观因素对无线信号传输带来的干扰, 充分发挥无线网络技术的优势。

4 无线网与BA Cnet的结合

在执行层中应用无线传感技术与上层应用相结合, 在智能楼宇系统中有很多通信协议, 这是一种楼宇智能化发展的自动控制网络通信协议。该协议作为一种开放性协议, 主要是采用OSI模型衍生而来的分层通信体系结构, 很容易受到实际需要和成本限制等众多因素影响, 这种折叠式结构在实际应用中安全性更为突出。BA Cnet在智能楼宇系统中应用, 通过对抽象模型的实例化可以提供一个更加具体的描述, 通过服务原语实现设备之间的信息交互, 在满足数据传输需要的同时, 还可以降低网络架设成本。通过网络映射方式, 采用不同底层协议网络, BA Cnet应用层报文可以在不同网络上传输数据, 数据传输更加安全。不同的BA Cnet子网根据实际情况选择不同的通信技术和寻址方式, 在实际应用中根据寻址方式, 促使子网间的路由工作有序开展, 充分发挥无线网络技术优势。

5 结语

综上所述, 无线网络技术作为一种前沿技术, 在智能楼宇系统中应用可以为用户提供一个更加安全、舒适的环境, 为楼宇系统智能化、自动化和数字化发展带来更大的发展空间, 能够有效克服有线网络数据传输的不便, 促使无线网络技术能够在智能楼宇系统中更为广泛的应用。

参考文献

[1]许毅平, 周曼丽.无线网络技术在智能楼宇中的应用研究[J].计算机工程与设计, 2014 (22) :4264-4267.

[2]李胜.智能楼宇中无线网络技术的应用[J].科技创新与应用, 2015 (14) :287.

[3]申瑞雪, 李良.无线网络技术在智能楼宇中的应用研究[J].建筑工程技术与设计, 2014 (17) :1404.

[4]肖青青.无线传感网络覆盖技术的应用与研究[D].武汉:武汉理工大学, 2012.

[5]李燕.智能楼宇无线网络应用的初探[J].中国电子商务, 2012 (9) :47.

[6]张佳星.基于ARM的智能楼宇无线网络信息系统研究[D].太原:太原理工大学, 2012.

智能楼宇无线网络技术 篇2

智能建筑是信息时代的必然产物 ，是高科技精灵与现代建筑的巧妙集成，它已成为综合经济国力的具体表征，并将以龙头产业的面貌进入21世纪。近年来，“智能建筑”这一名词已不陌生，但无论在国际上，或在国内，“智能建筑”至今均无统一的定义。其重要原因之一是智能建筑是信息时代的产物，当今科学技术正处于高速发展阶段，其中相当多的成果将应用于智能建筑，使其具体内容与形式相应提高并不断发展。

无线局域网技术既可以节省铺设线缆的昂贵开支，避免了线缆端接的不可靠性，同时又可以满足计算机在一定范围内可以任意更换地理位置的需要，因而是未来无线网络智能建筑的重要技术平台。近年来，无线局域网产品逐渐走向成熟，适用于无线局域网的产品的价格逐渐下降，同时，无线局域网已能够通过与广域网相结合的形式提供移动Internet多媒体业务。无疑，无线局域网将以它的高速传输能力和灵活性在无线网络智能建筑中发挥重要作用。

无线网络智能建筑在大厦中的应用

在现今有线网络条件下的写字楼中，随着公司员工数量的增加，导致了工位的增加，但办公室的空间有限，一味扩大办公室、增加桌椅会增加运营成本，并不是理想的解决办法。同时，人员座位和部门办公室的调整也都会造成很大的麻烦，而销售及服务支持人员频繁外出使座位闲置造成了公司资源的严重浪费。

同样地，无线网络可以克服这些问题，看一个例子：在装备了无线网络以后，惠普公司的移动办公环境使工位不再是唯一的办公地点，与以前相比，员工数量在增加，但办公桌椅的数量却减少了，因为每天都有外出的员工，而那些在公司工作的员工，只要找到一个空位置就可以开展工作。员工不管在办公室的任何一个角落，都能随意地发电子邮件、分享文档及上网浏览，大大提高了工作效率，同时也降低了总体拥有成本。

在常见的展览馆进行科技展览时，诸如一般的电子展、计算机展，其网络需求极高，而布线又会让会场显得凌乱，使用无线网络，不会破坏场馆的内部装修，而且在短时间内就能够搭建网络环境，为参展商上网提供了便利，提升了会展组委会的服务水平，帮助其建立更好的形象。

无线网络智能建筑在家居中的作用

今天，Internet在世界范围内拥有8000万以上用户，它已经成为向家庭中传递信息的一种有效方式，

随着网络速度的逐渐提升和Internet资源的逐渐丰富，家庭中对基于Internet信息传递的需求将会不断增长。

目前，越来越多的家庭与公共网络进行了多点连接，包括用于传递语音信息的常规电话线、用于Internet接入和传真的特殊电话线，以及用于娱乐和高速数据传输的有线连接。

家庭电子系统、电子装置以及家用电子设备都变得更加智能化，且内部具备计算和通信能力，而这种内部的智能化在这些设备之间互不相连的时候是无法发挥作用的。

这些新的发展趋势使人们对在家庭中共享Internet接入、PC、电话线、外设以及信息产生了强烈的需求。正是这种需求，促进了家庭网络市场的快速发展。家庭网络通过家庭中的PC与其他设备的互连，给用户提供了一种信息和资源共享的途径。随着家庭中安装了越来越多的PC、外设和智能设备，当网络连接增值时，家庭中的用户就会面临新的挑战和机遇。

比如，用户会有这样的需求：在住宅中的任何地方都可以通过Internet获取信息;PC与PC之间共享文件和共享打印机、扫描仪等外设，无论它们放在家庭中的哪个地方;控制电子系统和仪器，例如，在住宅中、住宅周围或者远离住宅的地方，都能够打开或关闭家中的电灯、热水器、空调以及家用安全系统等;有效地管理通信信道，如给电话、传真和Internet接入分配电话线，这些都可以构成无线网络智能建筑。

以上这些能力都需要在家庭中建立网络，把不同的设备连接起来一同工作。然而，要做到真正有效，任何家庭网络都必须遵循如下标准：

a、住宅中一定不能有多余的配线。目前大多数家庭还没有组建网络，在住宅中布线有可能导致网络价格的提升，阻碍市场的发展。

b、无线连接必须具备有效的抗干扰性，特别是对于家中不断增加的发射RF噪声的无线装置和设备。

c、无线连接的范围必须足以覆盖典型的家庭住宅，允许在住宅中的设备和住宅附近任何地方的设备之间进行通信。

d、网络必须具有很高的安全性，防止非法用户的侵入。

e、对于不懂技术的用户，网络必须易于安装、配置和使用。因为大多数家庭用户都没有处理复杂的网络安装和配置等问题的经验。

f、任何时候，在住宅中甚至远离住宅的任何地方，整个网络都应能快速接入。

g、方案的成本必须适中，价格要使大多数消费都能够接受。

艾诺威推智能无线网络 篇3

“我们专注于企业级的Wi-Fi无线网络，有自己的核心技术和高质量的产品。而从技术角度看，与我们类似的公司不多。”艾诺威公司创始人、CTO刘长明说。

据介绍，该公司的无线网络具有如下特点：部署简单。由于AP采用分布式智能（co-operative control）组网，中央网络管理系统支持各类云设备，简化部署；高性能和高可靠性。可实现多达上千个AP自动组网，该网络并无中央控制器。在该网络下的AP能共享信息，能实现以前由控制器才能实现的诸如二、三层漫游的功能；控制简单。针对某些行业有独特的控制或应用软件，简化IT人员工作量；低成本。由于具有云管理和分布式智能组网的解决方案，节约用户的投资，并在后续投资中，可沿用之前的解决方案，最大程度保护用户资产。

刘长明说，艾诺威具有的网络管理系统是一个集中管理的解决方案，支持策略创建、固件升级和集中监控。因为具有这样的特点，所以具备自主AP和基于控制器两种解决方案的优势。

智能手机牵引无线网络时代 篇4

何谓智能手机?它是类似个人电脑的手机, 具有独立的操作系统, 可以由用户自行安装软件包括游戏等第三方服务商提供的程序, 通过此类程序能不断扩充手机的功能, 并可通过移动通信网络实现无线网络接入。因此有人大胆出言, 智能手机浪潮不仅有可能终结PC时代, 甚或终结平板电脑时代, 听来简直难以令人置信!苹果公司红得发紫, 如今市值已突被5000亿美元, 现金比美国政府还多, 可谓富可敌国。它的拳头产品正是自己不断创新以i Phone为代表的智能手机和以i Pad为代表的平板电脑, 两大产品都在勇猛发展, 下一代i Pad—“The new i Pad”3月出售, 新一代智能手机—i Phone 5也将于近期推出, 但仔细观看苹果公司的营收, 智能手机无疑更胜一筹, 占有更大的比重。业界人士认为, 苹果公司可能会让不同更新版本的i Phone和i Pad继续渗透市场一段时间, 但未来苹果还有三星等其他厂商很有可能会推出智能手机和平板电脑相整合的所谓“Phone Pad”或“Smart Pad”产品, 有说三星新推的Galaxy Note手机, 便号称既是智能手机也是平板电脑, 它釆用Android 2.3操作系统, 功能涵盖记事本、游戏机、数码相机、录像机、音乐播放及联网等, 那消费者何必再去单独购买平板电脑呢。此外, 还说智能手机将是裸视3D发展的绝佳平台, 从而掀起裸视3D风潮, 智能手机还可能是移动游戏机的终结者, 等等。

据报道, 今年3月, 我国手机用户数量已超过10亿, 人口普及率达75%, 但还低于世界的近80%, 且2014年可望达到全球平均每人一部的水平。可见, 手机已成现代人们生活的必需品, 没有了它就会十分不方便, 国外有关调查说, 大多数人出门必带手机, 其比例甚至超过了必带钱的人。2011年, 世界手机出货量比上年增长14%, 达15.5亿部, 当年智能手机更激增62%, 达4.9亿部, 不过仍仅占全部手机的31%, 功能手机还占大多数, 但智能手机未来会以更快的速度发展, 预计2015年将达近10.3亿部, 所占比重提高到54.4%, 首次超过功能手机。智能手机又分高端和低端两种, 主要是软硬件配置有别, 价廉 (100美元以下) 是低端智能手机的最大特色, 例如抢得先机、广销世界各地的三星低端智能手机即配有3G单芯片和免费下载的操作系统, 主要是Android系统, 藉此打开中、印、南亚、非洲等新兴经济市场, 这是智能手机走向大众化的关键。据IHS i Suppli公司报道, 2010~15年间低端智能手机出货量将以年均115%的高速度成长, 而中高端机则为16%, 略逊一筹。低端智能手机将成智能手机市场主流, 引导市场发展, 国内外许多厂商都在争先恐后地进军这一市场, 以便分得一杯羹。

智能手机还正驱动电子基础器件的前进, 世界手机采用的半导体早已超过550亿美元, 约占总半导体市场的18%, 预计2015年可望增长到800亿美元, 且一代代智能手机争相采用最先进的半导体技术, 无疑未来几年内将成为拉抬半导体业前进的最有力引擎。尽管平板电视仍是平板显示器市场的主力, 但在智能手机和平板电脑的快速增长下, 大型面板有逐渐向中小型转变之势, 夏普、三星、LG、奇美、友达等各大公司纷纷向中小型面板业务倾斜, 加大了开发和生产力度。智能手机还是匡扶先进面板—AMOLED (有源矩阵发光二极管) 发展的先导和主力, 该面板2011年营收即达到169%的爆发性成长, 计约34亿美元, 出货量9000万片, 三星强势出头, 其他厂商也紧随不舍, 正逐渐拉高产量。由于AMOLED不采用玻璃, 以可弯曲塑料为基板, 从此手机将不怕摔撞, 且可任意弯曲, 达到轻巧、超薄、折叠等前所未有的优良特性。

智能楼宇无线网络技术 篇5

ZigBee Alliance和Wi-Fi Alliance今天宣布双方达成一项协议，双方将在针对智能电网无线网络应用的无线家庭局域网络(HAN)领域开展合作。合作最初的重点将是ZigBee Smart Energy 2.0，即面向智能电网无线网络家庭的新一代能源管理协议，其基础则是当今颇为成功的ZigBee Smart Energy Profile。通过此次合作，ZigBee Smart Energy 2.0 预计也将应用于 Wi-Fi 技术领域。

两联盟将利用各自技术的独特优势与功能，找到应用ZigBee Smart Energy 2.0的时机。这将扩大HAN在能源消耗或生产设备管理(生产设备是智能电网无线网络工作的重要组成部分)的用途，ZigBee Smart Energy 2.0去年被美国能源部及美国国家标准技术研究院(NIST)评选为针对HAN设备的初步可互操作标准。

Wi-Fi通信技术与ZigBee Smart Energy 2.0的结合意味着公用事业机构、厂商和能源消费者将在寻找能源管理解决方案时拥有更多的选择和功能。双方之间的协议将有助于在智能家庭环境中将这两项通信技术进行密切整合，

该环境将包括从电表、温控器和家电到家庭娱乐设备、计算机系统和汽车等众多设备。

ZigBee Alliance主席Bob Heile表示：“ZigBee一直与Wi-Fi交互工作，使用ZigBee和Wi-Fi网关。如今，利用ZigBee Smart Energy的智能，双方获得了进一步合作以创造未来的智能家庭的机会。Wi-Fi在全球范围内取得了巨大成功，已成为用于家庭环境的一项重要无线网络技术。我们的合作将有助于推动智能电网无线网络解决方案的进一步创新。”

Wi-Fi Alliance首席执行官Edgar Figueroa表示：“与ZigBee Alliance成员的合作不仅会将ZigBee Smart Energy产品扩展至Wi-Fi领域，这一合作还将有助于实现真正互连的智能家庭的愿景。根据该协议，双方代表将在智能电网无线网络活动方面向对方提供信息或建议，以加速任何可能的解决方案的推出。”

最初开发的ZigBee Smart Energy是在标准ZigBee无线网络上运行，以支持智能计量和先进计量基础设施(AMI)的需求。ZigBee Smart Energy 2.0旨在支持用于数字家庭的其他网络技术，包括HomePlug和现在的Wi-Fi。低功耗的ZigBee标准根据无线传感器网络的需求进行了优化，以支持强大的自动配置、自行修复的无线网状网络、扩展至大型网络、极低成本和复杂性以及最长电池寿命等特性。

智能楼宇无线网络技术 篇6

【关键词】无线传感网络；智能电网；通信

引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）将传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化、网络化、智能化的方向发展，成为近年来IT 领域重要的研究热点。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地感知和采集网络分布区域内监测对象的信息，并传送给观测者。作为沟通客观物理世界和主观感知世界的载体与桥梁，无线传感器网络提供了一种与以往不同的信息获取和处理技术，是信息感知和采集的一场革命。无线传感器网络凭借其自身的技术特点， 可以被广泛地应用于国防军事、环境监测、城市管理、医疗卫生、工业控制、反恐抗灾等诸多领域。在电力系统自动化领域，已有研究把无线传感器网络应用于远程抄表、负荷预测、变电站自动化、配电网继电保护、配电线路故障定位、输电线路实时监测与预警等方面。这些应用有效地监测了电力系统运行状态，提高了电力系统的运行效率，使得无线传感器网络成为电能生产、传输、分配、消费环节的有益补充。

当前，关于智能电网的文献层出不穷，多集中在智能电网概念、发展历程、体系结构等方面，关于具体实现技术的研究报道很少。要实现智能电网的开放、互动的目标，必须具备一个可靠、高效的通信网络。智能电网的功能覆盖电能传输的各个环节，数据在发电、输电、配电和用户等不同主体及各类应用系统之间的传递必须依靠通信载体。常见的通信载体包括铜芯线、光纤、电力线通信、无线通信等，它们在不同的应用环境下具有各自的优势。

本文将针对智能电网不同应用领域的具体情况，探讨WSN在智能电网中的具体应用，旨在为建设智能电网的通信网络提供一种新的思路。

一、WSN的网络简述

WSN通常是指由一组带有嵌入式处理器、传感器以及无线收发装置的节点以自组织的方式构成的无线网络，通过节点间的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。

在这种架构中，传感器节点部署在一个目标区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点测得的信息通过多跳的方式传送到汇聚节点，通过汇聚点连入Internet 或卫星，最后接入任务管理节点。传感器节点是一个具有测量能力、处理能力、存储能力、通信能力的嵌入式系统，兼顾传统网络节点终端和路由的双重功能，不仅进行信息的收集与处理，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合。汇聚节点是拥有较强通信能力、计算能力和丰富资源的系统，它连接传感器网络与Internet 等外部网络，实现两种通信协议之间的转换，负责将管理节点的监控任务下发，并将收集到的数据转发至外部网络，它可以是一个增强功能的传感器节点，也可以是一个没有监测功能的专用网关设备。任务管理节点具有人机界面，可以进行干预、遥控和管理。

二、WSN在输电线路监测中的应用

输电线路监测系统主要采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据等，包括线路温度、湿度、污秽、覆冰、风偏、山火、雷击，铁塔环境温度、应力状况等，并在多信息集成和融合条件下实现线路故障监测及管理，为数字化线路奠定基础。国家电力建设研究所目前已将Crossbow公司开发的无线传感器网络节点部署在高压输电线上，传感器网络网关固定在高压输电塔上，用于监测大跨据输电线路的应力、温度和震动等参数。此外，带有视频采集功能的无线传感器网络节点可以采集现场图像，用于进行灾害预警，实现全网可视化。

三、WSN在设备状态检修中的应用

造成电力行业资产运行维护和管理水平偏低的主要原因之一是设备检修模式滞后。目前，设备检修普遍采用的是一种定期检修策略，多年的生产实践证明，这一策略存在着严重缺陷，如检修不足和检修过剩。因此，设备检修要积极向状态检修过渡，提高资产运行维护和管理水平。IBM 全球企业咨询服务部制定的智能电网白皮书认为，电力行业提高资产运维和管理水平的关键技术是设计一个远程资产监视和控制(remote asset monitoring andcontrol)系统。远程资产监视和控制系统通过传感装置检测到电力设备状态数据，根据检测数据对设备状态进行评估，判断可能出现的故障(比如，通过对变压器油温、油色谱的监测，判断是否出现绝缘裂化)，并提示运行维护人员设备可能存在的不安全因素，依据设备状态，帮助运行维护人员优化设备检修和设备更换时机，减少维修成本和停电时间。

四、WSN 在电力系统故障定位中的应用

自愈是智能电网的主要特征之一，当故障发生时，在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。及时发现故障点并清除故障是构建自愈型智能电网的重要前提。芬兰Helsinki大学电力系统与高压工程实验室的Mikael M. Nordman 博士提出利用在开关站或二级变电站的分支线路上布置能够检测相电流的传感器节点，将传感器节点采集到的相电流信息通过多跳路由的方式发送给网络控制中心，网络控制中心通过比较各节点之间的相电流信息确定故障的位置。该方法能在单相接地后故障信号较弱的情况下有效地定位故障。该定位方法的精度取决于节点的布置密度，节点布置得越多，节点间距离越短，精度越高。

结论

本文对无线传感器网络在智能电网中的应用进行了研究，并分析了需要解决的主要技术问题。从无线传感器网络在电力系统中的研究现状看，已经取得了一定的研究成果，但还没有在大规模实际应用中检验。本文就WSN在智能电网中的一些实际应用业务进行了初步探讨。相信随着智能电网建设的推进，WSN 将具有更加广阔的应用舞台。针对实际应用情况，WSN中诸如拓扑控制、能量管理、路由算法、网络安全等关键技术问题，将随着智能电网建设的深入而逐步得到解决。

参考文献：

[1]孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005:1-5．

[2]王殊,阎毓杰,胡富平,等.无线传感器网络的理论及应用[M].北京:北京航空航大大学出版社,2007.

[3]苗世洪,谌小莉,刘沛,等.基于无线传感器网络的配电线路故障定位方案[J].电力系统自动化,2008,32(20):61-66.

智能建筑无线技术应用 篇7

无线技术在智能建筑中的应用无处不在,不论在智能建筑的常规系统还是专业系统中越来越多地采用无线技术;不仅在信息网络、通信类的子系统中大量使用了无线网络和无线通信,而且在各个物联子系统内越来越多地采用无线技术,在系统的设备和(或)设施上配置了相应的无线接口模块或无线网关。

特别是近十余年来,移动通信技术急剧发展,在可靠、安全和传输率的性能上获得了很大的提高,智能移动终端产品的广泛应用,极大地促进了智能建筑管理和监控层面的远程、移动应用;同时,无线个人域网络(WPAN)技术也在飞快发展,IEEE802.15系列中,ZigBee和蓝牙两种短距离、小范围无线通信网络产品在智能楼宇和智能家居的现场和桌面域中获得了广泛的应用;应用在智能建筑传感设备上的无线射频技术,特别对于条码和二维码识别的应用目前已随处可见;利用卫星通信的定位技术在安防、智能社区、楼控以及很多专业子系统应用中是不可缺少的。

2 无线网络技术的特点

无线网络技术有其固有的特点,无需布线、不受地域所限、实施方便、使用方便、适应移动应用等。但也有其弱点,信息安全性、传输可靠性、传输速率不如有线网络,室内或地下需要信号增强、电磁场环境污染等。

3 智能建筑无线技术应用体系架构

智能建筑无线技术物联网应用体系架构如图1所示。借助于此体系架构,就能概括智能建筑无线技术的应用,以下分别讨论无线通信网络和无线设备两部分内容。

3.1 无线通信网络

对于无线通信网络,在物联网应用体系架构上可分为两个层次:短距离无线通信网和远程无线通信网。前者包括了目前常用的ZigBee、Z-Wave、蓝牙,Wi-Fi、433M无线通信、射频通信等。短距离无线网代替了建筑智能化系统(楼控、安防、一卡通、智能家居等)的现场总线或短距离传输线,直接连接控制设备或采集/控制点。后者包括了常用的2G/3G/4G的移动互联网,Wi-Fi接入、卫星通信网等。远程无线通信网往往作为建筑智能化系统的远程监控和管理的网络平台。目前,移动互联网的监控和管理已普遍使用,Wi-Fi除了作为本地的无线局域网配置外,其成为互联网的无线接入网则是目前普遍使用的信息基础设施。

3.2 无线设备

智能建筑中采用具有无线接口的设备和产品数不胜数。从物联网应用体系架构来讨论,包括以下三个层面。

(1)前端设备:包括RFID、无线读卡器、二维码扫描器、无线网络摄像机、无线话筒、无线投影仪、无线显示/监视器等。

(2)控制器设备:包括无线DDC、无线矩阵控制器、无线PLC、无线家居网关/智能控制器、无线总线控制器、无线编码/译码器、无线NVR、无线家庭影院控制器等。

智能楼宇无线网络技术 篇8

关键词：智能楼宇,无线网络,设计,ARM

智能楼宇系统包括办公自动化系统、楼宇自动化系统、网络与通讯系统, 是对这3个系统的有效集成。网络和通讯系统提供了信息传输的基础构架, 在此基础构架之上, 计算机信息网络和控制网络才能够进行有效的通讯, 并且可以通过统一的平台进行数据信息的管理。

1 客户端体系结构设计

无线网络信息系统整体架构无线网络信息系统主要由服务器、无线网络、嵌入式客户端组成, 服务器和客户端之间通过无线网络连接。ARM (Advanced RISC M achines) CPU是ARM公司的高性价比、低功耗的RSIC处理器, 包括大量的寄存器, 绝大多数操作都是在寄存器中执行的, 通过LOAD/Store体系结构在寄存器、内存间传递数据, 其寻址方式简单, 采用固定长度的指令格式。此外, ARM体系还采用了一些特别的技术, 在保证其较高性能的同时还减少了芯片的体积, 降低了功耗。

2 无线网络设计

根据智能楼宇的应用环境, 系统设计采用802.11b的基础网络工作模式, 在智能建筑内的关键位置安装无线接入点, 这些无线接入点再统一连接到小区内的有线LAN网络上, 将信息和数据传输到小区设立的服务器中, 然后由服务器做出相应的处理。无线网络结构单独的一个无线接入点就可以在开放式相对较小且较适中的通讯空间里支持无线LAN。但基于建筑物内部的复杂情况, 接入点需要覆盖较大的区域, 或者在一个满是墙壁和家具的家庭环境下, 因此需要安装更多的接入点。

3 软件设计

Java语言是继C、C++之后最流行的商业软件编程语言, 广泛地应用于各种产品开发, 这在很大程度上归功于Java虚拟机的特点—平台无关性、安全性及网络移动性。要在嵌入式系统上运行Java程序, 关键是Java虚拟机的实现。首先应对ARM处理器的外围I/O口进行扩展, 然后在硬件平台上移植嵌入式Linux操作系统。需要在嵌入式操作系统上移植对应的Java虚拟机, 使Java程序能够在以ARM6410微处理器为基础的硬件平台上运行。

3.1 Java虚拟机wonka的配置与安装

首先应对INTRP解释器进行相应的修改, 为其重新定义平台相关的宏和处理函数;然后利用trampoline机制为针对此硬件平台设计的w onka虚拟机引入JIT执行引擎;最后对VFP、FPA浮点数运算机制进行适当的处理, 分别引入寄存器直接传输和字索引表的方法, 使w onka适合ARM 6410处理器的运算特点。

1) 在config/config.alias的shell脚本文件中为w onka设置处理器及操作系统的类型, 在Shost-cpu字段中定义CPU类型为ARM 6410。配置代码为:

2) 在Shost OS字段中加入操作系统类型为Linux。配置代码为:

3) 定义相应的结构体以便采用正确的对齐方式。具体代码如下:

4) 编辑contain/arm/thread.h文件定义ARM系列共同的线程处理。定义语句如下:

5) 使用对应的栈偏移, 用来存储栈指针的缓冲区。定义语句

6) 编辑config/arm/uclinux/md.h, 对ARM以及Linux进行配置, 并对Linux进行简单的初始化, 定义信号处理的函数原型。定义语句如下:

7) 定义。

CREATENULLPOINTERCHECHS宏来帮助处理Java访问空指针, 并通过Glibc的sys-deps/arm/bits/setjmp.h和Sysdeps/arm/setjmp.s文件查找空指针的处理方法。

Java虚拟机包括一个类装载器, 其主要任务是装载。class文件并执行其中的字节码, 它可从程序以及API中装载。class文件。当程序执行时, 所需的那些类就会被装载, 由执行引擎来执行字节码程序。

3.2 嵌入式客户端

嵌入式客户端直接安装在小区住户的家中, 采用有线电源供电, 在系统设置中填写对应的IP地址、网络名称和密钥, 客户端便可自动搜寻并加入小区内的无线网络。客户端通过Java编写的程序和无线网络实现与服务器的连接, 物业管理可以通过服务器向小区住户发送公共消息 (如通知、快递等信息) , 同样通过服务器住户与住户之间、住户与物业之间可以进行可视通话, 方便沟通。在客户端闲置的情况下, 还可以适时代理广告业务, 在客户端上播放广告, 为小区物业创造新的利润点。

4 结语

本文重点阐述了无线网络的构建和嵌入式Java虚拟机的安装配置方法。通过在实验室环境下的测试, 实现了该系统的各项功能, 且运行比较稳定, 能有效地完成客户端和服务器之间的通讯。随着物联网行业的不断发展, 必将促进智能楼宇各方面技术的长足发展, 信息系统作为智能楼宇技术的核心也将会得到更加广泛的应用。本系统在某些方面还存在不足, 希望在日后的发展中将其完善。

参考文献

[1]马忠梅, 李善平.ARM&Linux嵌入式系统教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

[2]谭贞军.Java核心开发技术从入门到精通[M].北京:电子工业出版社, 2009.

微功率无线智能抄表关键技术研究 篇9

关键词：无线智能抄表,MAC层优化,睡眠唤醒,可靠链路

1 研究现状

1.1 国内外发展现状与趋势

在能源日趋紧张、用电需求迅速增长、供电服务要求日益提高的形势下, 世界各国正在试图寻找更加环保、节约、低能耗的新型绿色能源经济管理模式。美国、英国、意大利、法国、西班牙、澳大利亚等发达国家, 以及印度等新兴发展中国家都在积极发展自动化表计系统或智能电表, 相继大规模开展了用电信息采集相关系统建设, 在电力用户用电信息的专业化应用和集成化应用方面均取得良好的应用效果。其中以德国、意大利、西班牙和葡萄牙等国家和欧盟对智能抄表方面的研究居多, 用到的技术也各种各样, 如zigbee、蓝牙、WIFI、无线宽带、PLC、总线和以太网方面的技术。

自20世纪90年代起, 国内电力系统逐步开展了负荷管理、集中抄表等用电信息采集系统的试点建设与应用, 通过智能化的用电服务手段, 加强用户与电网之间的信息集成共享和实时互动, 进一步改善电网运营方式和用户对电能的利用模式, 有效提高终端用户用能效率。国内的一些公司和高校也相继开展无线智能抄表的研究, 国家无线电委员会已将原来模拟电视使用的470MHz-510MHz频段释放用于民用计量, 这对无线抄表是一个很好的资源。

1.2 国内现有技术基础

北京新鸿基瑞程科技有限公司在基于国网标准下推出的DCJL22-RC2010采集器具有低功率发射、高抗干扰能力、低误码率、传输距离远、多信道、高可靠性、体积小、重量轻等优点, 主要服务于城市居民小区和村镇的无线抄表应用。成都千嘉科技有限公司推出的无线抄表系统, 针对小区应用场景, 设计出小区管理机、集中器、终端表具之间采用无线通讯方式的管理中心远程集抄方案, 从路由路径生成与管理、数据交互的主从双方流程、资源需求分析、协议等各方面进行优化, 一定程度上缓解了信号差、对环境要求高、电池电量容易耗尽、易受干扰、安装配置复杂等问题。然而, 由于现有抄表系统的特点和应用场景的复杂性, 进一步降低功耗、降低成本、提升链路质量可靠性, 还有待进一步的深入研究。

2 研究内容和方法

2.1 基于GB/T 15629-2010 (CWPAN) 技术规范的MAC层优化研究

(1) 信帧调度研究。密集型的电表安装方式, 势必形成复杂的电磁环境, 导致数据传递过程中相互干扰, 增加数据发送碰撞的概率, 因此, 若MAC层能有效的控制和调度, 则可避免上述情况, 信标帧调度则是控制节点收发数据的关键。 (2) 睡眠-唤醒机制研究。考虑到抄表系统是以每小时/每天/每月一次或几次地以周期性发送数据的方式, 或者是系统通知电表上传数据的这种以事件驱动方式的两种低频度通信, 对现有的MAC层的协议进行优化, 针对特定的应用场景, 提出相应的睡眠-唤醒机制, 让节点在数据交互之余可以最大限度的休眠。 (III) MAC层帧结构研究。MAC层数据帧最大有127字节, 其中帧头占25字节, 若加上安全使能则需要65字节作为帧头开销, 然而在抄表系统这种应用场景下, 数据载荷部分所占比例较小 (通常只有10-20字节) , 因此有必要将无线传感器网络MAC层帧结构进行精简、改进, 或者对保留的标志位赋予新的控制含义, 使MAC帧内有效数据的传输达到最大化。

2.2 基于470MHz物理信道的MAC层机制研究

智能抄表系统工作在室外, 对传感网通信质量的要求就比较高。但处于2.4GHz的节点在建筑环境中工作较差, 因此增加了470MHz的物理信道使用频率作为抄表系统选择频率之一。相对于2.4GHz来说, 处于470MHz的电磁波虽然穿透力没有2.4GHz强, 但对于一般住宅型的建筑来说已经够用, 并且470MHz的电磁波绕射性能更优, 适用于户外环境。其频段窄, 传播特性良好, 适宜广覆盖、容量不大的应用场景。

2.3 无线智能抄表系统跨层协议研究

在已有的传感网技术标准中, 对路由协议和MAC层协议都是各自独立研究的, 比如针对《传感器网络通信与信息交互第1部分:低速无线传感器网络网络层和应用支持子层技术规范》, 或者IEEE802.15.4c和IEEE802.15.4g标准等, 各层协议的独立性带来一些优势的同时也影响了系统的性能, 如若将第2层的一些状态参数信息作为路由依据, 将MAC层与路由层的功能进行一定程度的整合, 采用跨层次设计的思路能够使网络层了解到底层数据的传输情况, 从而做出更加切合实际的路由选择, 这样更适用于智能抄表系统。针对抄表系统这种应用场景来说, 一些已有的网络层的路由协议并不是非常有效。那么, 为了保证数据传输的可靠性, 应该参考MAC层协议, 设计多路径路由平衡网络负载, 缓解单路径路由时的网络震荡, 实现路由容错提高鲁棒性。

2.4 抄表系统应用层协议与传感网MAC层通信协议适配的研究

对于抄表系统来说, 不仅需要实时上传用电数据, 还要满足用户用电量查询、电表管理等更多的功能要求。从《电力用户用电信息采集系统通信协议:主站与采集终端通信协议》可以看出:电力行业对于抄表系统的应用层通信规约有自己的行业规范, 而且其应用层协议主要是基于传统的RS485和PLC底层通信协议, 对于短距离无线通信的物理层和MAC的兼容与适配问题, 以及适配的高效率问题, 有待于深入研究。

3 无线抄表的关键技术点

3.1 低功耗的睡眠-唤醒机制

据资料显示传感器节点通信模块的能耗占全部能耗的95%以上, 而节点在收发数据之余持续的监听状态对于周期性或者事件触发性的数据采集方式来说并不是必须的, 提出一种针对该应用场景的睡眠-唤醒机制, 既能从根本上降低节点的能耗, 且又能保证在突发事件产生时, 相关节点能快速地唤醒, 这需要高效的MAC层调度机制与网络层路由的精确配合。

3.2 高可靠的通信链路

集中式的电表安装方式决定了高密度的无线节点通信环境, 这对底层传输数据的可靠性产生很大的威胁, 增加通信过程中的误码率, 甚至于CRC校验时出现高错误率, 造成众多数据包重传、一次数据发送成功率大大降低的局面, 远达不到链路通信可靠性的要求。结合具体的拓扑结构, 进行分时分层分信道调度, 建立有效的MAC层调度机制能克服上述问题。

3.3 灵活组网方式下的MAC帧优化

无线智能抄表的应用场景形式多样, 目前主要有两种方式:直连模式和集中器模式, 国内大部分的抄表系统都是集中器的模式。提出有针对性的MAC帧优化方法, 在不破坏已有协议帧格式的前提下, 对帧格式的标志位进行精简、扩展、必要的填充, 保证MAC帧内有效数据的传输达到最大化。

4 结束语

改变用户用能方式, 促进节能减排, 服务“两型”社会建设、提高能源利用效率, 实现国家能源可持续发展的战略目标, 准确有效的抄表是一个重要环节。由于现有抄表系统的特点和应用场景的复杂性, 在低功耗、低成本、链路质量可靠性上得不到保障。无线智能抄表以其技术先进、易于安装和维护、可靠性高、成本低等优点, 必将成为未来发展的趋势。

参考文献

[1]许建安.电力系统通信技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2007:97-112.[1]许建安.电力系统通信技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2007:97-112.

智能电网无线技术应用及管理 篇10

1 智能电网中无线技术的应用

在智能电网系统中接入无线宽带, 主要能够实现语音、数据等相关业务中远距离的传输, 利用电力系统的无线广域网, 实现安全应急通信、在线监测以及配电自动化等性能。其应用主要可以概括为以下几个方面。

1.1 预警作用

近年来, 我国发生了许多的自然灾害, 对电网系统与通信系统提出了更加严格的要求, 当应用无线系统之后, 就可以保证在突发情况下能快速恢复线路发生的相应故障, 并且针对实际情况进行抢修、现场指挥与调度, 以此来采集更多有用的信息, 确保故障线路可以快速的恢复运行。

1.2 系统故障的诊断以及定位

通过无线网络的架设, 如果系统中某一设备发生故障, 此项性能就可以完全确保对变电站运行情况的实时监测, 进而帮助相关工作人员对故障进行智能化的诊断以及定位, 进一步确保了数字化变电站系统运行的安全可靠性。

1.3 对输电线路进行数字化的监控

在智能电网系统的电力输送线路上架设相应的无线网络, 进而可以将电力设施以及变电站等地方的数据、视频信号进行传输, 尽可能达到实时监控的效果, 进而确保电网运行的稳定与安全性。

1.4 对配电网进行数字化的监控

配电网同用电用户之间的关系非常密切, 需要进行持续、高效的运转。通过无线网络的架设与光纤系统构成双重备份, 对配电线路的相关故障、开关状态以及线路温度等情况进行实时在线监测, 实现数字化的全方位监控。比如, 可以利用无线光纤技术, 也就是在光传输与红外激光传输信号的一种无线传输技术, 其是以空气为介质、激光为载体, 利用点对点或者一点对多点的方式进行连接的, 一般情况下也将其称之为“虚拟光钎”。配电网中无线光纤技术的架构如图1所示。

1.5 提供智能化的用电服务

利用电网系统的灵活性与多样性, 根据智能电表提供的相关增值服务, 不仅可以充分了解以及掌握用户每天用电情况与电器用电情况, 进而帮助用户了解峰谷时电价的差异, 使用电更加经济, 并且从电网单位的角度而言, 也能够实时掌握用户的实际用电情况, 对用户的用电数据进行实时采集与监控, 对电能利用与配置进行合理、优化的规划, 有效的提高了电网运行的利用效率与可靠性。

2 应用过程中存在的问题

现阶段, 主要应用在电网系统中的无线技术有第三代移动通信技术、通用分组无线服务技术等。固定的无线接入技术主要包括全球微波互联接入、本地多点分配业务、可透明传输业务等。从技术发展形势方面而言, 多输入多输出系统与正交频分复用已经成为无线通信技术未来发展的核心。但是, 在加大对智能电网无线技术发展力度的时候, 也是存在着相关问题的, 主要可以概括为三个方面:一是, 兼容性问题。无线电网系统也是可以同其他电网系统进行兼容的, 比如:一般无线电力系统的频段都设置为1.8G, 与中国移动通信的工作频段非常接近, 一定要对其进行电磁兼容性的评估, 掌握其潜在的影响因素, 进而提出有效的处理措施。二是, 可靠性问题。随着智能电网的不断发展与进步, 对于无线专用通信系统的建设要求更为严格, 比如:电网的覆盖面积要求越来越大, 可能覆盖10千伏甚至220伏的电网;对于传输数据的可靠性、实时性有了更高的要求, 并且一定要确保传输时间的短暂性, 最好缩短到毫秒级;对于通信带宽的要求也在逐渐提高。三是, 频谱问题。大量布设计量网络就会增加频谱的拥挤程度, 进而导致影响系统最大的干扰源很可能就是系统本身, 这样拥挤的情况就会严重威胁无线网络的正常运行。

3 加强无线技术应用的管理措施

针对无线技术应用过程中出现的问题, 一定要开展有效的管理工作, 以此来确保系统运行的可靠性。相关管理部门一定要加强对无线电网频率需求分析、设备检测、系统规划、兼容分析、环境监测等方面的管理工作, 进而确保无线电网能够顺利运行。

3.1 加强频率需求分析

现阶段, 对于智能电网的分析与研究有很多, 但是真正应用到实际工程中的却非常少, 进而导致几乎没有相关的借鉴经验。所以, 为了加强无线接入的管理工作, 相关的管理部门一定要加深对国内外智能电网发展情况的了解, 进而掌握其相关的运行原理, 了解接入无线网络之后, 其电力无线宽带的系统安全与技术特点的相关设计要求, 对无线频率需求进行详细的分析, 为无线电网络的管理工作奠定可靠的基础。

3.2 加强对设备质量的检测

在现场进行设备质量的检测, 其是否符合国家无线电网络建设的相关规范标准的规定, 并且检测工作频率、发射频率、信道带宽等指标是否达到国家要求的相关标准, 进而确保电力系统的顺利运行。

3.3 加强系统兼容性的规划

对系统接入无线宽带之后的运行可靠性展开深入的分析与研究。在对相关资料进行收集的同时, 也要对系统与设备的可靠性进行分析, 及时了解系统设备之间电磁的兼容性, 以及工作频率、发射频率、带外杂散等指标的认证状况。

3.4 加强系统的兼容分析

对无线电力基站的干扰因素进行分析, 研究并且制定相应的改进措施与方案, 假如移动基站将会直接影响到无线基站的正常运行, 那么就可以采取调整配置频率以及添加滤波器等改进措施, 对相应的干扰信号予以排除;假如背景电平过大, 就可以采取调整基站天线仰角的措施予以处理。

3.5 加强对环境的监测

为了确保系统具有良好的电磁环境, 相应的无线监测站一定要充分利用移动监测车、手持式监测设备以及固定监测站对周边的电磁环境进行相应的监测。移动监测车可以加强对电磁背景的监测, 避免出现影响系统运行的小型宽带信号;固定监测站可以对运行频率进行专项的监测, 进而及时了解该频段的运行情况, 对无线电网的电磁环境进行分析。

3.6 落实相关管理工作

首先加强电力单位对频率台站的管理工作, 为落实相关管理工作打下坚实的基础, 与电力工作之间建立有效的联系渠道, 方便及时交流与沟通, 时刻注意各个宽带业务的运行情况, 避免发生各运行系统之间的干扰, 如果出现干扰因素, 一定要及时予以排除。

4 结束语

总而言之, 智能电网已经成为目前电力行业发展的主要方向, 会涉及到许多的学科与领域, 需要引进一些先进的设备与技术, 进而适应电网系统未来的发展需求。无线技术在其中就发挥了重要的作用, 为相关管理部门提供了更多新问题与新思维, 有效的推动了智能电网的发展。

摘要：目前, 智能电网是以智能控制为方法, 以信息平台为支柱, 包括电力系统中发电、配电、输电等各个环节。在电网系统的通信过程中依然是以光纤通信为主, 具有可靠性高、带宽高以及传输率高等特点, 但是随着电网技术的不断发展, 对于办公智能化、配网自动化以及灾难应急等方面的要求越来越高, 进而出现了无线通信技术, 其具有布设快速、不会受到地面因素的制约等优势, 进而在电网系统中得到了一定的应用, 为电网系统的综合构建提供了十分可靠的依据。

关键词：智能电网,无线技术,应用,管理

参考文献

[1]吴曦德.智能电网中无线传感器网络的应用研究[J].网友世界, 2012 (15) .

[2]周经凯, 霍玲玲, 麻信洛等.智能家居控制系统中无线技术应用与设计[J].工业控制计算机, 2008 (25) .

[3]钱祥华.新形势下智能电网技术应用的探讨[J].经营管理者, 2009 (20) .

智能楼宇无线网络技术 篇11

关键词:智能家居;ZigBee;网络协调器

中图分类号:TP18文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 03-0008-02

ZigBee Technology of Wireless Smart Home System

Research and Design

Zeng Jieqiong,Kong Qingyan

(Technology of South China University,Mechanic and Automobile College,Guangzhou510640,China)

Abstract: The article on smart home system is studied and designed to compare a variety of implementation techniques proposed smart home using ZigBee technology system design, design on topology, hardware and software implementation of such agreement analyzed and discussed.

Keywords: Smart home; Zigbee; Network coordinator

近年来,中国政府提出要大力发展物联网,物联网将广泛用于智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智能家居、老人护理、个人健康等多个领域。而ZigBee技术将是发展物联网的得力技术,其在智能家居方面也正在获得使用。ZigBee模块可安装在电视机、电灯、煤气炉、空调器、门禁系统、遥控器、微波炉和其它家电产品中,采集这些设备中的信息,并实现家居系统的照明、温/湿度、安全和电气智能控制。

一、ZigBee技术及其优势

ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。目前,短距离无线通信协议有多种,其技术指标的对比如表1所示。可见,和其它技术相比,ZigBee有明显的优势,是实现智能家居系统的优秀选择。

二、基于ZigBee技术的智能家居系统设计方案

ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息转发,通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。ZigBee终端节点(ZigBee EndDevice,ZE)可以是FFD或者RFD,它通过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络,但不允许其他任何节点通过它加入网络,ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行[1]。

(一)智能家居系统拓扑结构

一般的智能家居系统拓扑结构图如图1所示,可以看出,系统大致由安防系统、家电控制系统、信息管理平台及远程终端等部分构成。图中每一种设备都嵌入了一个RFD类型的传感器,图中的路由器节点又可称之为汇聚节点[2]。

(二)ZigBee通信模块硬件设计

采用CC2430芯片是比较好的选择,它是最早推出实现了嵌入式ZigBee应用的片上系统,CC2430芯片作为本系统的ZigBee模块基础部分,在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1转换器(ADC)、几个定时器(Timer),具有128KB可编程闪存和8KB的RAM、32kHz晶振的休眠模式定时器,以及21个可编程I/O引脚。CC2430从休眠模式转换到主动模式的时间超短,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

CC2430片上集成的温度传感器;无线灯控、空调开关、热水器都由单一的IO口P1.3控制,模拟开关动作;红外传感器采用热释放红外线传感技术,燃气报警采用催化式可燃气体传感器[2]。

(三)ZigBee模块软件设计

不同的节点对ZigBee协议的实现是不相同的,汇聚节点和终端节点因其完成的功能不太一样,其程序流程也不尽相同。对于汇聚节点,一旦节点开始正常工作,首先要进行芯片的初始化、输入输出端口的初始化、协议栈的初始化、启用中断等一系列初始化工作;作为网络协调器,汇聚节点要建立起一个新的无线网络,网络组建成功之后,节点开始进入无线监控状态,对空气中是否存在无线信号进行监控,如果所监听到的信号是终端节点要求加入到该网络的请求信号,则给发送请求信号的终端节点回复信息,然后将该终端节点加入所管辖的网络范围内,并分配相应的网络地址。如果所收到的信号是终端节点发送过来的监测数据,则在给终端节点发送数据的确认信号之后,就要对数据进行识别和处理,并在规定的时间之后将各终端节点监测发送过来的数据给传输出去[3]。

对于实现了部ZigBee协议的终端节点来说,节点上电后,首先要进行初始化,初始化所完成的工作类似与上面的汇聚节点,然后终端节点开始不断的发出请求信号,要求加入到某个汇聚节点所创建的网络,只要终端节点成功加入网络,就停止发送请求加入网络的报文,并得到一个汇聚节点分配给它的网络地址,之后节点就进入到了一种空闲状态。终端节点会定期地从空闲状态中醒来,对相关的环境信息进行监测,将其监测过程中所采集到的数据通过无线发射模块发送给与其相联的汇聚节点,如果收到汇聚节点发过来的确认信息,则表明数据发送成功,之后终端节点将再次进入空闲状态,在睡眠模式中等待,一直到再次被唤醒并进行下一次的数据采集。若数据发送不成功,节点会再次采集数据并发送给汇聚节点,直到发送成功为止[4]。

三、结束语

和其它短距离通信技术比较,ZigBee技术具有明显的优势,其近距离、低成本、低功耗、低速率等特点更加适合于家庭组网的特点。本文提出了一套用ZigBee技术实现智能家居系统的设计方案,其成功应用有望使Zigbee技术在智能家居方面得到极大发展。

参考文献:

[1]Zigbee Alliance.The ZigBee RF4CE Specification.

[2]高守玮,吴灿阳.ZigBee技术实践教程[M].北京航空航天大学出版社,2009,6

[3]黄磊,付菲闵,华松.基于ZigBee技术的智能家居方案研究[J].嵌入式网络技术应用,2009,25(52):71-73

智能抄表系统的无线传感网络设计 篇12

随着信息化发展和居民对居住环境和物业管理智能化要求的日益提高,传统的抄表方式存在的费工、费时、不便捷等因素也越发突出,因此研究开发远程智能抄表系统,利用无线传感网络实现居民用水、用电和用气等信息的智能采集,对于提高抄表准确性、实时性和抄表效率等方面都具有重要的意义[1]。本文将重点阐述远程抄表系统的网络设计方法,针对楼宇节点布局相对固定等特征,设计实现一种分簇树状无线传感网络的通信协议。

2、远程抄表系统整体方案

远程抄表系统采集水表水量,通过Zigbee无线传感网络传输水表信息到小区基站中心节点,利用该节点的GPRS模块经过Internet发送至远程监控抄表计算机,实现信息的远程传输功能。图1为无线抄表系统的总体结构,涉及五类无线传输节点和一个中央监控抄表计算机,包括基站中心点、续传路由点、网关路由点、收发路由点,水表采集点。

远程监控抄表计算机首先要通过Internet发送针对每个小区实际楼宇结构的远程控制命令给基站中心节点,中心节点通过GPRS模块接收初始化命令,启动无线抄表网络的初始化工作:对网关路由器进行门户节点数、楼层数等信息的初始化设置;通过广播方式为网络各节点设置实时时钟(RTC)同步信息。

网关路由器在广播发送RTC同步命令一定时间后,按照路由地址表依次发送包含目标地址信息的广播数据包;子网内各收发路由节点对收到的广播数据包按照编址算法提取目标地址的楼层信息,定向广播目标地址在其子网内的数据包;安装在每家每户的水表采集节点接收到广播数据包后,比较目标地址是否与本地地址相等,如相等则准确计数水量脉冲,将水表水量数据按照通讯协议打包上传给父节点,然后进入休眠省电模式。

无线抄表网络在上述初始化和传输“接收数据命令”等广播信息时,都会保存上级父节点的地址信息,因此在终端水表采集节点上传数据时,即可按照各路由节点建立的动态路由表寻找路径逐级上传到路由网关节点。

路由网关节点等待子网内各节点的数据上传完毕后,即按照通讯协议进行数据融合,重组数据包并发送至基站中心点,基站中心点保存来自各网关路由点的水表数据包,并发出应答数据包,当统计各网关路由节点都完成数据传输,则统一打包将数据经过GPRS模块发送到远程监控抄表计算机。

3、系统硬件设计

远程抄表系统各节点硬件主要组成为Zigbee无线传输模块,其中基站中心节点的硬件设计框图如图2所示。无线传输模块采用RadioPuls公司的MG2455,集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器,抗干扰能力强,组网灵活,完全兼容IEEE 802.15.4标准和ZigBee标准[2],提供介质访问层的协议服务,使系统数据传输具有防碰撞的流量控制功能。在空旷场合,通信距离可以达到200m,在睡眠模式下,电流消耗低于1uA。实时时钟芯片S35190A具有超低消耗电流、宽工作电压范围,2线串行接口数据便于与微处理器连接。SIM300C具有GSM/GPRS功能,尺寸小,功耗低,能实现数据的高速传输,内嵌TCP/IP协议,仅通过AT指令即可完成检测GPRS信号强度、注册GPRS网络,建立数据传输透明通道等操作。

4、无线抄表系统网络协议实现

4.1 网络拓扑

为了减少无线传感网络整体的功耗,提出基于分簇结构的多层树状无线传感网络架构,其层次型树状网络拓扑如图3所示,每个节点都有一个父节点,有若干个子节点。为了节省数据传输过程中所消耗的能量,根据楼宇间距离的远近将节点划分成簇,基于簇的树状分层结构具有天然的分布式处理能力,每个簇由同一楼栋内节点组成,每个楼栋具有数据融合功能的网关路由节点GR即为簇首,每个簇成员都把数据传给簇首,簇首作为无线传感器网络的一个汇节点,负责收集和协调簇内节点的水表监测数据。从每个楼栋到小区基站中心节点C还需要续传路由节点TR的续传功能,TR是各簇连接到C的必由之路,成为网络主干节点。每个簇内又包含每个楼层的收发路由节点RS和位于每户的终端水表采集节点EP[3]。

各节点通信协议设计采用状态机轮转方式实现组网和数据传输功能。组网阶段由中心节点C广播发出RTC同步命令实现网络Ping命令功能,其命令码为0x4A。各节点上电即进入轮询等待,接收到命令包则进入命令解析,如果包序号与上一包序号不同则接收,记录上级源地址并设置时钟,否则放弃该数据包,建立树状结构网络拓扑。数据传输阶段由网关路由节点GR发出采集数据命令,中间路由节点RS负责向下转发命令包并记录上级节点地址建立动态路由表;水表采集节点EP工作在接收状态02,即收到包后比较目标地址与本地地址,相同则采集水表水量数据并打包向上发送,然后进入处理状态06;在状态06,水表采集节点EP根据组网阶段获得的报警时间设置报警中断,初始化变量,然后进入休眠态04;在状态04,水表采集节点EP定时10s休眠醒来查询报警中断信号,在报警中断后即打开RF模块,清中断,进入接收状态02,实现状态机轮转。

4.2 节点地址分配

无线抄表网络的树状拓扑结构,其传输协议中一个重点任务就是按照各节点在簇内的位置特征编址,便于通过软件识别各设备类型和位置,按照协议进行父节点、子节点的路由,以提高控制数据流量的智能性。每个节点的短地址16位,由类型码、区号、层号与序号组成,其中类型码表示节点位置信息和节点类型,区号用以区分每个传感器子网即区分每个楼栋,层号用以表示路由深度,序号即为同类节点的编号。编码规则为层号从1开始编码,其余信息从0开始编码。

0000为基站中心点C的专用地址,FFFF为专用的广播地址。

续传路由节点TP负责连接路由网关与中心点的续传网络,其地址规划如表1所示。

网络设计及编址规则均考虑到节点的冗余性,当某路径不通时,可尝试其它冗余路由节点。允许动态变更节点和网络拓扑,具有很好的扩容性和容错性,系统允许远程计算机将网络结构基本信息发送到网关路由器进行配置,任何新节点加入或节点故障时,节点均可动态加入网络,并不更改现有节点的地址。

4.3 帧格式设计

无线抄表网络中各节点必须始终保持同步时钟,每个父节点同步它的下级子节点,时钟同步的策略有NTP、RBS、TPSN等类型,本文采用TPSN同步策略。由根节点即基站中心节点发起同步,从外部获取时钟源,广播时间同步分组,在层次型网络中,每个节点从其上级父节点获取同步时序信息,最终所有节点均与根节点同步。RTC同步帧格式如表2所示,各节点接收到根节点广播的同步帧则会将时钟信息设置到本地的RTC时钟芯片。

采用应答机制以保证数据传输的可靠性。水表数据是通过网关路由节点集中获取并进行数据融合后发给基站中心节点的,其接收数据的命令有0x2A和0x6A两个,后者表示本轮的最后一个数据请求命令,当各收发路由节点收到0x6A命令帧后,就会在转发完下一个应答数据包后进入休眠模式。当某节点在规定的时间内未收到应答信息时,产生相应的故障应答0xAB,由网关路由节点进行数据融合或发出重发命令请求。数据请求命令帧和数据应答帧格式如下表。

5、结语

本文设计的远程抄表系统在MG2455平台进行组网实验,设计一栋楼8层的网络测试方案,进行各节点地址编码和数据传输测试,水表采集节点上的数据可以通过ZigBee无线通信方式发送至基站中心节点,并通过GPRS模块发送,PC机通过Internet接收数据并显示,达到预期效果。

系统具有性能高、体积小、功耗低、抗干扰能力强、数据传输速率快、安装维护方便等优点,可以迅速将数据传到接收中心,提高了抄表效率和准确度。通过MG2455模块内的监测电路使各节点能在接收到无线传输信号时自动醒来,与父节点通信,大大降低各节点功耗,增加了无线传感网络容量。另外,网关路由节点负责接收数据和数据融合,这样就减少了数据流量,也实现了节能的目的。

摘要：介绍一种基于Zigbee无线传输模块开发智能抄表系统,通过无线中转路由发送水表水量到小区基站中心节点,经GPRS模块发送至远程监控抄表计算机,实现抄表信息的远程传输功能,该网络架构对电表、气表等信息的远程采集具有很好的适用性。采用分簇结构的多层树状无线传感网络架构,解决了各类型节点的时钟同步、地址编码、故障点冗余设计、数据命令帧设计以及应答重发机制等关键问题,应用状态机轮转方法实现网络通信协议。

关键词：无线网络,智能抄表系统,分簇树状网络

参考文献

[1]互益祥,丰住平.远程无线抄表系统的研究[J].自动化仪表,2011,3 2(3):4-7.

[2]瞿雷,刘盛德,胡咸斌.Zig Bee E技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.