摘要：因为近些年来智能电网的大力发展需求呈现了各种主动抄表体系的运用计划，但各有不足之处未能真实在我国广泛选用。为了完结智能电网主动抄表体系的真实运用，规划了一种易于完结的、网络开支小并低功耗的无线网络，它选用ARM和MCU作为主动抄表体系的无线集中器硬件渠道，并调配Sub—GHz的射频收发模块，集中器与节点设备之间选用自界说协议的主动组网方法，可完结50个节点主动灵敏组网，而且网络开支小只占用4 k存储空间。整个体系具有有用性和运用性强的特色。
要害词：主动抄表；无线网络；低功耗；MSP430
近年来长途主动抄表体系ARMS(Automatic Meter Reading System)作为智能电网建造的根底成为技能运用研讨抢手之一。主动抄表体系主要由集中器、节点设备、主站数据库以及通讯信道设备组成，集中器担任把终端节点设备搜集到的电表信息经过有线或无线的方法传送给电力公司的主站数据库。而怎么完结集中器与节点设备之间的通讯是完结主动抄表的要害技能环节。
1 研讨运用现状
现在主动抄表体系中集中器与节点终端之间的通讯组网主要有电力线载波传输(PLC)和无线射频通讯两类。
电力线载波传输的计划，其在电网条件杰出的欧美国家运用较为遍及，也是我国现在完结主动抄表的干流技能之一，但受限于我国较差的电网环境，以及电力线载波在低压电网上存在的高衰减、谐波搅扰等问题，且可靠性和抄通率都存在一些问题。
而现在选用无线射频技能的详细计划有ZIGBEE自组织网和依据GPRS公共移动通讯的无线主动抄表计划等。ZIGBEE是依据IEEE802．15．4规范的低功耗网络协议。可是本钱较高，且协议杂乱，关于长途抄表的详细运用解析协议的开支大，所以抢手的ZIGBEE并没有在其范畴得到广泛的运用。而且ZIC3BEE运用的2．4 GHz频段则拥挤不堪，蓝牙、无线局域网、微波炉以致车库大门的遥控器等都在该频段内作业，大大添加其受搅扰的或许性。GPRS的无线抄表计划需内置GPFtS通讯模块，并装备注册GPRS服务的SIM卡，本钱高，耗电量大。
2 体系规划
笔者规划了一种有用的低功耗无线自组织网络运用于主动抄表体系。它由一个集中器(主机)和很多节点设备构成(如图1所示)。节点设备可所以独立的搜集器也可所以具有搜集功用的电子电表。
集中器由内置Linux的ARM渠道M3和MSP430构建，调配了Clhipcon的射频芯片CC1100做为无线收发模块。如图2所示。M3能够直接和网络相连，担任和主站通讯，MSP430担任操控和无线收发模块通讯。节点设备由MSP430和CC1100无线模块以及电表构成。
集中器能够完结以下功用：
1)实时侦测发现新节点
2)构建网络侦测表
3)核算就任一个节点的最佳途径
4)与任一个节点交流数据
5)WEB服务器
节点设备能够完结以下功用：
1)呼应集中器的侦测
2)传递音讯到其他节点
3)处理集中器发来的指令
4)供给日历功用
5)丈量电表参数
该体系运用Sub—GHz(低于1GHz)频段，和ZIGBEE的2．4GHz频段比较，频谱环境相对洁净，且具有传输间隔更长、功耗更低的优势。TI的MSP430和M3作为操控器具有低功耗的特色，在休眠状况下能够作业数十年，这关于休眠时刻远大于作业时刻的主动抄表无线网络极为重要。
MSP430内建支撑网络协议的软件，并只需占用4 k字节的代码空间。集中器将有规则地逐步勘探邻近节点，直到终究挂号完一切的节点。节点会搜集并存储周遭与节点的衔接信息，为了削减内存资源的耗费，这些信息并不会永久保存在节点中。
整个网络中集中器将是整个网络中的操控中心，它会向节点宣布恳求，而且等候其回应。它会运用一个侦测表来构建网络，而且在必定时刻间隔后侦测现有网络中的改变，这些改变或许是方位发生改变，也或许是因为节点过错、通讯毛病等反常引起的。假如侦测到这些改变，集中器将从头树立新的侦测表。所以集中器和节点之间构建的是自组织的无线网络，集中器能有规则地读取节点设备状况、运用情况，获取所需节点信息，也能够告诉节点详细运用信息。
3 组网机制
侦测表的树立需求阅历以下几个过程：1)在开始的阶段一切的节点都没有挂号；2)集中器运用特定的“discoverv”指令，设定32个时隙别离接纳节点信号，用以侦测寻觅邻近的节点，承认如图1中1、2和3号节点并向集中器挂号：3)顺次由1、2和3号节点向外发“discover v”指令，1号节点将接纳到2、4、5号节点的信号，2号节点将收到1、4、5、6号节点信号，3号节点将收到2、5、6号节点信号，而且将收到的信号信息报给集中器；4)以此类推，终究一切的节点都会被找到并挂号，终究集中器制作出一切节点的路由，具有健壮性的路由表存储在集中器中。每一个节点将有不止一条可行途径以确保网络的健壮性。使用每次发送“discoverv”指令后所接纳到信号的RSSI特性能够取得两者之间的间隔，这样将每一跳的间隔总和最小作为条件就能够取得集中器和某个节点的最好路由。一切节点和集中器之间的最好路由构成组网的侦测表。一切的节点履行两种根本的操作：“discoverv”和“message passing”。
3．1 discovery
在discoverv操作形式，某个节点会发送一个特别的包给等候被侦测发现的多个节点。
这些节点会记载接纳信号强度并随机在32个时隙中某一个进行回应。经过这种方法终究每一个节点都会被发现并被挂号。宣布discoverv包的可所以集中器也可所以某个现已挂号的节点。
3．2 message passing
节点的一个要害使命是沿途径传递音讯，这样所能抵达的网络会逐步扩展。音讯的格局规划如图3所示。它们主要是：
1)源节点ID(相当于MAC地址)。
2)意图节点ID：当发送discovery音讯时，该ID设置为0。
3)音讯长度
4)途径信息：由集中器初始化，节点将依据该信息决议转发音讯或是处理该音讯。
5)指令(数据)：只要终究意图节点才处理该信息。
为了使网络自组织愈加便当，规划了如下几种指令类型，用户能够依据需求添加数据开支。
Discovery：to_ID是0，节点会查看是否回应，并发送相应应对包在随机时拖延应对包内会包括射频信号强度。
Send discovery：集中器发送的指令。
Lock：中止呼应任何Discovery指令。
Unlock：呼应Discovery指令。
ACK：承认指令
Read or Write：读节点设备数据／写操控指令。
音讯的数据结构能够如下packet_fields界说：
3．3 路由机制
一般的网络其路由的获取是经过节点的路由表，而文中的这种无线网状网信息传递的途径是从前经过侦测表就现已承认的，如图4所示，节点无需保存，然后大大削减节点的担负。在回来时途径是相反的。图中为便于了解省掉了认证和时延等信息。
4 定论
依据前面所说的硬件和软件规划，以10个节点为例组成了无线网络，经过运行在M3上的GUI程序能够看到每个节点有安稳的衔接。
终究经试验验证主动抄表无线网络能够快速完结集中器同50个节点之间的主动组网。和Zigbee或其他协议的无线传感器网络比较，本钱更低、尺度小、易于完结，网络开支小，节点生计时刻长，相同也能够运用于智能家居等范畴，有很好的运用远景。
