【文章內容簡介】 ，需要解決如何在有限計算能力的條件下進行協(xié)作分布式信息處理的難題。 （2）電源容量有限為了測量真實世界的具體值,各個節(jié)點會密集地分布于待測區(qū)域內,人工補充能量的方法已經不再適用。每個節(jié)點都要儲備可供長期使用的能量,或者自己從外汲取能量（太陽能）。當自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網絡的中斷。所以，任何WSN技術和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。 （3）無中心在無線傳感器網絡中,所有節(jié)點的地位都是平等的,沒有預先指定的中心, 是一個對等式網絡。各節(jié)點通過分布式算法來相互協(xié)調,在無人值守的情況下,節(jié)點就能自動組織起一個測量網絡。而正因為沒有中心,網絡便不會因為單個節(jié)點的脫離而受到損害。節(jié)點可以隨時加入或離開網絡，任何節(jié)點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。（4）自組織網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。（5）多跳（Multihop）路由WSN節(jié)點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節(jié)點完成的。（6）動態(tài)拓撲WSN是一個動態(tài)的網絡，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化，因此網絡應該具有動態(tài)拓撲組織功能。（7）節(jié)點數量眾多，分布密集WSN節(jié)點數量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。所以，需要解決如何提高傳感器網絡的軟、硬件健壯性和容錯性。（8）傳輸能力的有限性無線傳感器網絡通過無線電波進行數據傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網絡,低帶寬則成為它的天生缺陷。同時,信號之間還存在相互干擾,信號自身也在不斷地衰減,諸如此類。不過因為單個節(jié)點傳輸的數據量并不算大,這個缺點還是能忍受的。 （9）安全性的問題無線信道、有限的能量,分布式控制都使得無線傳感器網絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網絡的設計中至關重要。第五章 需要解決的問題 目前的技術水平讓無線傳感器網正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題。 （1）網絡內通信問題無線傳感器網絡內正常通信聯系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎么安全有效的進行通信是個有待研究的問題。 （2）成本問題在一個無線傳感器網絡里面，需要使用數量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。 （3）系統(tǒng)能量供應問題目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網絡的自我能量收集技術和電池無線充電技術。其中后兩者備受關注。 （4）高效的無線傳感器網絡結構無線傳感器網絡的網絡結構是組織無線傳感器的成網技術，有多種形態(tài)和方式，合理的無線傳感器網絡可以最大限度的利用資源。在這里面，還包括網絡安全協(xié)議問題和大規(guī)模傳感器網絡中的節(jié)點移動性管理等諸多問題有待解決。 總之，無線傳感器網絡應用前景非常誘人。無線傳感器網絡（WSN）被認為是影響人類未來生活的重要技術之一，這一新興技術為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。由于WSN本身的特點，使得它與現有的傳統(tǒng)網絡技術之間存在較大的區(qū)別，給人們提出了很多新的挑戰(zhàn)。由于WSN對國家和社會意義重大，國內外對于WSN的研究正熱烈開展，希望能夠引起測控領域對這一新興技術的重視，推動對這一具有國家戰(zhàn)略意義的新技術的研究、應用和發(fā)展。 抄表技術概況（1）傳統(tǒng)人工抄表傳統(tǒng)人工抄表是通過電力運營商雇傭相應電能抄表員登門查表,完成電能抄表校對工作。隨著電網規(guī)模的擴大,加上電力用戶分散,給供電企業(yè)抄表帶來的巨大的困難。抄表員需要花大量的時間進行抄表和電能數據校對工作,大大增加了電力運營商的負擔,造成了大量的人力浪費,同時由于人為誤差的存在,給電力用戶帶來了許多不便,整個電能的抄錄過程在時間上存在著明顯的離散性,不利于電力運營商的統(tǒng)一管理。 （2）遠程自動抄表隨著電力電子技術和計算機通信技術的不斷成熟,遠程自動抄表技術已經逐步取代傳統(tǒng)人工抄表技術,成為電力運營企業(yè)電能抄表的核心技術。遠程抄表系統(tǒng)一般由電能檢測表計、視頻數據采集模塊、數據儲存模塊、數據通信模塊、計算機綜合數據管理模塊五大部分構成,整個系統(tǒng)采用集散式典型結構,具有明顯的樹型綜合通信結構,利用綜合通信技術實現了對電能數據的實時動態(tài)采集,便于電力運營商進行電能的檢測、綜合數據分析管理和收費自動化的要求的實現。 （3）改進BP神經網絡改進BP是一種基于誤差反饋綜合比較的神經網絡,由于該模型不需要具有精確的數學模型,只需要將外界已知的原始數據作為系統(tǒng)的輸入,對整個網絡模型進行“學習”訓練,網絡層通過輸入層（INPUT）獲得相關的數據信息,通過中間層（Recurrent）進行數據信息處理,再通過輸出層（OUTPUT）獲得對應的數據信息。 （4）圖像識別數字識別技術包括圖像處理和數據識別兩項重要的任務,是利用計算機對圖像分析處理的核心,在目前較多的圖像識別、圖像復原、圖像預測等領域得到了廣泛的發(fā)展。 第六章 國內外遠程抄表系統(tǒng)的發(fā)展概況自動抄表技術自八十年代誕生于美國后，在世界各地得到迅猛發(fā)展，最先在供水企業(yè)中應用，后擴展到電、氣等各個領域。直到九十年代，自動抄表技術才被引進到中國。 國外自動抄表技術的發(fā)展在自動抄表系統(tǒng)中，一個重要的抉擇，就是通信方式的選擇。上世紀70年代至80年代，一些發(fā)達國家相繼開始對遠距離電能表數據的采集和傳送進行了探索性研究。此階段，自動抄表系統(tǒng)主要采用有線通信，如用電力線載波、波導管、電纜、光纜等作為傳輸媒質。1982年英國的THORNEMI系統(tǒng)利用公用電話網實現了自動抄表；1985年日本九州電力公司試用電力輸配電線載波，地線載波及光纜通信于遠方讀表和監(jiān)測表計誤差的系統(tǒng)；澳大利亞借助郵電線路進行遠程電能表數據抄記系統(tǒng)；美國波士頓邊生公司以及費城電力公司的配電線載波遠程讀表系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)曾先后投入試運行，但由于投資較大，均僅用于用電大戶、聯網結算或部分住宅區(qū)的集中電能表數據的讀取。1988年美國弗吉尼亞電力公司為電能表抄表員裝備了手持式微機，用戶消耗的電能數據被一次性經鍵盤存入微機，完成統(tǒng)計與處理。1990年以后，AMR得到較快的發(fā)展。1992年埃及開羅配電公司開發(fā)出雙模式住宅電能監(jiān)視抄表系統(tǒng)，用于自動記錄、獲取和處理電能消耗數據的完整系統(tǒng)。為了滿足美國加州電力市場150方案的要求，美國最大的電能計量計費系統(tǒng)TMR于1998年投入運行。2000年度，美國有2840萬自動抄表設備單元應用，其中1300萬用在電力，1080萬用在煤氣，460萬用在供水。在1999~2000年度供水方面有55%的高速增長，電力有20%的增長，煤氣有13%的增長。隨著無線網絡技術的不斷發(fā)展，基于無線網絡技術的應用逐漸成為當前無線通信的主流，無線網絡技術自身的特點、合理的組網方式以及可靠的傳輸機制，使無線網絡通訊技術迅速成為國內外遠程數據采集系統(tǒng)中解決監(jiān)控點地域廣、設備布局分散等問題的主流技術。目前，遠程抄表監(jiān)控系統(tǒng)主要基于微處理器，通過GPRS、CDMA等無線通信網絡，向能源管理系統(tǒng)傳送采集的數據。 國內自動抄表技術的發(fā)展國外抄表系統(tǒng)的發(fā)展進程影響著國內抄表系統(tǒng)的發(fā)展方向，上世紀80年代末90年代初，中國開始了自動化抄表系統(tǒng)的試點工作。全國各供電企業(yè)基本建立了無線電電力負荷控制系統(tǒng)，雖然其主要建設目的是控制負荷，但也逐漸用于大用戶的電能表抄表。1989年全國第一套跨省網的電量計費系統(tǒng)在華北電網投入運行，北京供電局的電話抄表系統(tǒng)在90年代開始投入運行。1994年以色列居民集抄系統(tǒng)進入中國，全國各地供電企業(yè)大多都開展了低壓電力載波技術試點。90年代中期，國內己有研制成功一批自動抄表系統(tǒng)的報道，如常州的“YH5551型集中自動抄表系統(tǒng)”，太原的“煤氣表讀數遙測系統(tǒng)”，中科院合肥智能所的“煤氣表戶外自動抄表裝置”和上海市公用事業(yè)研究所的“水、煤氣表合抄集中自動抄表系統(tǒng)”。2000年經全國電工儀器儀表標準化技術委員會秘書處召集生產、用戶以及計量檢測等20個成員單位組成《自動抄表系統(tǒng)》國家標準起草工作組，通過標準的制定有效地規(guī)范了市場和引導技術的發(fā)展。2004年現場用電管理終端作為負控和抄表需求的融合產品產生，并陸續(xù)在浙江電網和廣東電網大量推廣使用。2005年國家電網公司頒布《關于加強電力營銷現代化的建設意見》的406號文后，中國迎來了AMR發(fā)展的黃金時期。從2005年到2007年各電力公司基本實現了發(fā)電側、供電側及終端側3巧kVA及以上大用戶的電能自動抄表，全國估計有幾十萬個AMR采集終端投入應用，成為目前世界發(fā)展最快的AMR市場。2007年部分省市電力公司又重新啟動居民用戶集中抄表系統(tǒng)工程，中國將至少具有十年的AMR發(fā)展黃金時期。隨著智能化小區(qū)的建設的推廣，三表自動抄表系統(tǒng)在我國已逐漸普及，但由于種種因素，絕大多數自動抄表系統(tǒng)卻都未能正常運行，投了自動抄表系統(tǒng)的錢卻仍用人工抄表的現象仍較為普遍。如果這種情況不能得到有效解決，自動抄表行業(yè)必將受到嚴重影響，其負面影響將波及到房地產行業(yè)、自來水等專業(yè)公司、智能化產業(yè)以及廣大居民的日常生活。第七章 基于GPRS的遠程抄表系統(tǒng)總體設計本章通過對遠程智能抄表系統(tǒng)的性能要求進行分析，在綜合當前多種通信模式的優(yōu)缺點的前提下，采用了GPRS通訊方式，隨后詳細介紹了GPRS的原理及構成，最終在經過方案的論證與選擇之后，確定了遠程抄表系統(tǒng)的總體設計，并給出了系統(tǒng)整體的框圖。 設計方案論述與選擇 方案論述通信是自動抄表技術中的關鍵，也占據了投資的大部分。因此，方案的選擇主要是通信方式的選擇。數據通信的設計要綜合考慮地理環(huán)境、用戶用能行為、技術水平、管理體制和投資成本等因素。在國外己有許多發(fā)展成熟的自動抄表系統(tǒng)，他們采用的信息傳輸方式有：電視電纜、電力線載波、無線電波和公用電話網等。自動抄表系統(tǒng)呈現多元化發(fā)展，有著多種實現方案，目前比較流行的方案有：（1）電力線載波抄表以電力線作為傳輸信道，將數據信號調制為高頻信號疊加在電力線上進行通信。此方式無需另外布線、易施工、成本低、與電網建設同步。目前國內10kV以上電壓等級的高壓電力線載波技術已較成熟，但低壓電力線載波還未能達到令人滿意的水平，制約了電力線載波抄表在我國的應用。原因在于電力載波信號存在著脈沖干擾，傳輸距離越遠，信號衰減越大。低壓電器電磁兼容性的控制尚不十分嚴格，低壓電力線上存在的電磁污染嚴重，干擾大，影響載波通信的質量；另外，用戶負載千變萬化造成網絡傳輸特性復雜多變，難以用準確的數學模型加以表征。因此，抗干擾是低壓電力線載波技術必須克服的問題。（2）總線抄表總線通信是目前國內自動抄表系統(tǒng)采用較多的一種通信方式，其數據傳輸速度較快，可靠、穩(wěn)定，通信質量高。目前使用的總線通信方式有RS23RS48LonWorks等。但這種方式布線工作量大，通信信道易遭外界因素破壞，信道后續(xù)維護工作量大。（3）紅外抄表抄表員將錄有用戶信息的紅外手持抄表器拿到居民區(qū)數據集中器附近，通過紅外通訊方式集中采集各耗能表的數據，然后返回主站將數據傳輸到計算機中。這種方式在紅外可視距離內能非接觸的讀取儀表數據，操作簡單方便，實現較可靠，且成本較低，被眾多的軟件和硬件平臺所支持。其缺點是速率較低，易受外界環(huán)境的影響。（4）GSM短信息抄表GSM短信息抄表系統(tǒng)在用戶端安裝集控器和無線發(fā)射終端，將用戶的耗能數據通過GSM網以短信息（SMS）的形式上傳到GSM網的SMS中心，SMS中心將接收到的數據通過專線傳遞給能源管理部門。GSM短信息抄表不占用話音通信的信道，費用低。GSM網的覆蓋面幾乎遍及全國，故不需要建新基站，抄表不受距離和空間的限制。但每條短信息通信容量有限，系統(tǒng)實時性及可靠性較差，可能發(fā)生信息擁塞和丟失現象，不適合在業(yè)務量大的系統(tǒng)中應用。（5）GPRS抄表GPRS抄表系統(tǒng)通過GPRS網連接到Internet網與主站計算機進行通信。用戶的耗能數據經過GPRS發(fā)射模塊處理、協(xié)議封裝后發(fā)送出去，由GPRS接收模塊接收經Internet網絡傳送至主站，實現用戶耗能數據和主站的實時在線連接。GPRS以GSM網絡為基礎，采用分組交換的高效率傳輸方式，克服了GSM電路變換速率低、資源利用率差等缺點，最大限度地利用了現有的GSM網絡資源。它的傳輸速率高，接入時間短，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本，特別適合突發(fā)性小流量數據傳輸。 方案選擇結合國內外抄表系統(tǒng)的發(fā)展，在自動抄表技術應用到的所有通信模式中，各種方案都存在著不同程度的缺陷，尤其是我國目前的燃氣網絡問題很多，因此任何一種采用單一技術的通信方案都很難完全滿足客戶的多重要求。即使在很大程度上達到了要求，但須付出的代價也難以承受。為解決這類矛盾，本文提出了復合通信方案。所謂復合通信方案，就是在自動抄表的不同通信階段采用不同的通信方式。根據抄表系統(tǒng)的結構及傳輸距離，系統(tǒng)的通信分為底層通信和上層通信。對于數據傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數據采集階段（耗能表到采集器，采集器到集中器）可以使用有線通信，以保證數據傳輸速度和質量；對于傳輸距離較遠的上層通信（集中器到主站），則可采用無線通信，減少施工量，節(jié)約成本。選擇什么樣的方式相互配合，需根據實際情況統(tǒng)籌考慮，混合使用的各種通信方式之間要有很好的相容性，不能相互干擾。在方案論證的前提下，出于對數據傳輸可靠性的考慮，用戶耗能表與采集器，以及采集器與集中器之間傳輸距離短，系統(tǒng)采用RS485總線作為通信信道，以實現專線專用。其通信成功率幾乎為100%，可以實現實時抄收，實時監(jiān)控，配套設備成本最低。既保證了通信質量，成本又不是很高，其通信協(xié)議可根據需要靈活制定。集中器與主站之間由于傳輸距離較遠，環(huán)境復雜，采用專線通信成本太大，工程復雜，信道易遭破壞，因此系統(tǒng)選擇GPRS無線網絡通信。其優(yōu)點是無需另外布