适于智能抄表的无线传感网关键技术研究

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随着社会的发展,物联网技术从一个被社会热议的话题阶段进入了一个实际产品推广的阶段,利用物联网技术发展智慧城市建设得到了政策的支持和推广。智慧城市建设中不可或缺的一部分是实现能源计量系统的智能化,即对水、电、气等资源的智能化管理。传统的,对各种资源的管理是通过人工抄表来实现的,该方式存在着成本高、实时性差等弊端,逐渐被更为智能的抄表方案所取代。  现有的智能抄表分为有线和无线两种方式,有线抄表因布线成本高、线路维护困难等缺点逐渐被淘汰,而更为智能的、利用无线传感器网络技术实现的无线抄表系统是未来的发展方向。现有的无线抄表中,大都局限于基本功能的实现,在功耗、稳定性等方面普遍存在缺陷,应用价值不高。本文在深入开展无线传感器网络技术研究的基础上,结合抄表系统实际需求和环境特征,设计并实现了一种无线智能抄表系统,测试表明本系统在上述各方面指标上均有较好性能,具体研究内容和工作如下:  1.智能抄表系统架构研究。在对实际应用场景和应用案例进行广泛考察后,结合无线传感器网络基本模型架构,设计了四种智能抄表系统的架构模型,并提出了具体的网络元素。  2.智能水表节点的研究与设计。智能水表节点对应于无线传感器网络的传感节点,需具备对水资源流量的传感、计算、存储等基本功能,同时需具备无线通信的能力。本文在对传统水表进行研究的基础上,考虑了节点的功能、功耗、可靠性等因素设计了一种适于无线抄表的智能水表节点,并完成了软硬件实现。  3.智能抄表网关的研究与设计。抄表网关作为无线传感器网络中的汇聚节点是连接抄表实施网络和抄表应用网络的桥梁。本文设计并搭建了一套嵌入式系统的智能抄表网关,并基于 Android设计并开发了一套面向智能抄表的应用软件,实现包括用户管理、抄表、远程数据服务等丰富的应用逻辑功能,同时在多任务处理、异常检测、用户身份验证等安全辅助功能上作了大量的优化设计,有效保障系统稳健性。  4.无线传感器网络通信协议研究。在分析和研究目前主流的无线传感器网络通信协议的基础上,结合抄表具体需求,对470M国家标准计量频段的无线传感器网络通信协议进行了移植,并基于该协议,着重在系统拓扑结构、运行效率、功耗、稳定性等关键问题上对协议 MAC层和网络层进行了优化。  5.对整体系统的组网、抄表、通信距离、功耗等方面性能进行了测试,测试结果表明本系统各项性能指标表现良好,具有较好的应用前景。
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