电力远程抄表系统的混合通信和中继技术研究

赵松

（北华航天工业学院，河北廊坊065000）

1 电力远程抄表系统概述及设计

1.1 电力远程抄表系统概述

电力远程抄表系统主要是在射频抄表终端利用与射频手持机的有效配合使用下，完成的自动抄表工作。具体而言，射频抄表通常会安装在电能表的周边，当实际进行电能表内部数据的采集时，主要是通过485总线的连接实现的，将所采集到的有关于电力使用数据存储在FLASH储存器中。当电力抄表人员手指射频机处于终端通讯范围之内时，终端就会将已经抄出的数据智能化传输至手持机中，完成整个自动抄表的流程[1]。目前阶段，我国所运行的电力远程抄表系统本地通信方式多数会采用电力线亦或微功率无线两种方式，两种方式均存在一定的优势和不足之处。通常情况下，如果采用比较单一的通信方式，往往无法为远程抄表提供良好的通信质量，如果再加上本地通信环境比较恶劣的状况，抄表的成功率将会受到极大的影响。在这一基础上，将混合的通信技术引入其中，同时辅以中继技术，对于通信质量的提升具有重要意义。

1.2 混合通信远程抄表系统设计

图1 电力远程抄表系统结构

一般来讲，在我国当前时期下应用的大部分电力远程抄表系统均具有自适应信道选择电力/无线混合通信功能，如图1所示。在该系统中，主要包含三个重要成分，其一是主站，其二是远程通信，其三是本地通信。在其中，远程通信的实现，主要是利用公网亦或专网中的前端集中器与远程抄表系统的后台管理机之间的有效连接实现的[2]。而在本地通信构成中，主要是通过使用电力/无线混合的方式实现的通信，其核心的连接技术是电力/无线自适应混合通信技术以及中继技术，中继技术的运用，主要是为了完成与中继节点单元模块之间的连接，之后针对两种技术开展有效的通信效果检测，最后根据监测的结果选用效果最佳的通信方法以及中继节点。最终实现电力抄表系统的通信链路连接，继而优化通信以及信号传输的成功效率。

2 电力远程抄表系统的混合通信技术研究

2.1 系统硬件设计研究

在进行电力远程抄表系统的硬件设计时，想要有效实现电力/无线混合通信功能的正常使用，就需要全面掌握单元模块的硬件构成，其主要包含型号为CC2530的无线通信模块、型号为BWP31型号的电力线通信模块以及型号为STM32F103的处理器模块。其中，处理器模块能够通过控制其他两种模块实现通信。下面将会分别针对三种模块进行分析：

①无线通信模块。在该模块中，主要选择的是Zihbee芯片，选用此种芯片的优势在于其具有良好的使用性能，所消耗的能源也比较低，更为重要的一点是，该种芯片的对于信号的接收性能十分强[3]。另一方面，型号为BWP31型号的电力线通信模块能够直接通过串口与Zihbee芯片进行连接，不仅对无线通信的信道开展数据采集的过程进行了有效控制，同时也能够有效针对采集到的数据进行分析处理。

②电力线通信模块。在该类硬件设计中，选用的模块型号为BWP31，此类模块不仅能够充分保障系统硬件的通信功能，对于信号接收强度的提升也具有很好的促进作用。

③处理器模块。在该模块的外围电路中，主要连接的硬件包括模数转换ADC、串行外设结构以及通用发送器等。同时，处理器使用的串口能够同时完成型号为CC2530的无线通信模块与型号为BWP31型号的电力线通信模块的信息采集工作。

2.2 系统软件设计研究

在进行电力远程抄表系统的混合通信软件设计时，在设计思路的整理上，应该有效通过处理器进行电力线/无线通信模块的接收信号强度参数整理与总结，根据整理结果进行后续信道状态的确定，然后按照信道状态质量的高低选用适宜的电力线/无线通信信道。通常情况下，经由处理器控制的源节点所采集的数据，应该有效缓存入缓冲区域，然后根据目的节点测试帧返回后的状况进行区别处理，当成功收到测试帧时，就可以按照实时状况下的信道接收信号强度去选择最为适宜的电力线/无线通信信道，在此期间内将储存于缓冲区域内部的数据一并传输至目的节点，完成电力远程抄表的目的。

3 电力远程抄表系统的中继技术研究

3.1 中继节点模块设计选择依据研究

在进行中继节点的模块设计时，主要的设计选择依据是无线/电力相混合后通信信道的实时状态信息。据此，此次设计了一种能够高度提升接收信号强度的中继选择算法，该类算法的选用缘由主要是根据源节点至中继节点、中继节点至目的节点之间的链路信息截取，然后将不同链路段传输的接收到的信息质量进行比较，选择出最优的中继节点，遵循的准则为最大化最小信噪比，遵从的指标为链路接收信号强度的实际数值。另外，需要注意的是，当源节点发送数据之前，需要先行确定出有效的通信路径，得出最优化的中继节点，然后再通过该节点将数据传输到目的节点，最终实现远程抄表的目的。

3.2 中继技术选择算法工作过程研究

为了有效确保电力远程抄表系统的信号接收强度提升，中继技术选择算法需要经过下列工作过程进行验证：

①源节点发送请求报文，中继节点接收到报文后立即启动定时器；

②如果目的节点接收到请求报文后链路中的信号质量较高，那么目的节点将会利用无线通信面向所有中继节点发送确认报文；

③如果目的节点接收到请求报文后链路中的信号质量较低，或是直接未接收到信号，那么中继节点就需要做好两手准备，分别利用电力线与无线通信双通道去发送报文，直至报文内容传送至目的节点。

综上所述，在电力远程抄表系统的运行过程中，如果仅采用单一性的通信方式，会在一定程度上影响抄表的成功率。在这一基础上，针对通信混合网技术以及中继技术进行深入研究，不仅能够有效分析整理出能够更适用于通信链路运行、质量更佳的信道中继节点，同时，对于远程抄表工作开展的质量优化也具有很好的促进作用，并提升成功几率。希望文中的部分内容能够为后续关于本课题的研究提供参考。