【正文】 展系統(tǒng)功能。它支持TCP/IP協(xié)議，是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡的轉接，就可直接將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式與Internet互傳。 GPRS通訊技術介紹GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，構建在GSM網(wǎng)絡基礎之上，對原有的GSM網(wǎng)絡子系統(tǒng)和無線系統(tǒng)的設備及功能進行了升級和增強。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(wǎng)絡通信。其通信成功率幾乎為100%，可以實現(xiàn)實時抄收，實時監(jiān)控，配套設備成本最低。選擇什么樣的方式相互配合，需根據(jù)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。根據(jù)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。為解決這類矛盾，本文提出了復合通信方案。 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(wǎng)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。GPRS以GSM網(wǎng)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(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡資源。（5）GPRS抄表GPRS抄表系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)連接到Internet網(wǎng)與主站計算機進行通信。GSM網(wǎng)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。（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(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)以短信息（SMS）的形式上傳到GSM網(wǎng)的SMS中心，SMS中心將接收到的數(shù)據(jù)通過專線傳遞給能源管理部門。這種方式在紅外可視距離內能非接觸的讀取儀表數(shù)據(jù)，操作簡單方便，實現(xiàn)較可靠，且成本較低，被眾多的軟件和硬件平臺所支持。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。（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(shù)據(jù)傳輸速度較快，可靠、穩(wěn)定，通信質量高。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(wǎng)絡傳輸特性復雜多變，難以用準確的數(shù)學模型加以表征。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。自動抄表系統(tǒng)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，有著多種實現(xiàn)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(shù)據(jù)信號調制為高頻信號疊加在電力線上進行通信。數(shù)據(jù)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。 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(jù)了投資的大部分。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(chǎn)行業(yè)、自來水等專業(yè)公司、智能化產(chǎn)業(yè)以及廣大居民的日常生活。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。2005年國家電網(wǎng)公司頒布《關于加強電力營銷現(xiàn)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。2000年經(jīng)全國電工儀器儀表標準化技術委員會秘書處召集生產(chǎn)、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。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。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。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(wǎng)絡，向能源管理系統(tǒng)傳送采集的數(shù)據(jù)。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。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。1990年以后，AMR得到較快的發(fā)展。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(lián)網(wǎng)結算或部分住宅區(qū)的集中電能表數(shù)據(jù)的讀取。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。 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。 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。 （3）改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡改進BP是一種基于誤差反饋綜合比較的神經(jīng)網(wǎng)絡,由于該模型不需要具有精確的數(shù)學模型,只需要將外界已知的原始數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入,對整個網(wǎng)絡模型進行“學習”訓練,網(wǎng)絡層通過輸入層（INPUT）獲得相關的數(shù)據(jù)信息,通過中間層（Recurrent）進行數(shù)據(jù)信息處理,再通過輸出層（OUTPUT）獲得對應的數(shù)據(jù)信息。 （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(jīng)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。隨著電網(wǎng)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。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。無線傳感器網(wǎng)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。在這里面，還包括網(wǎng)絡安全協(xié)議問題和大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點移動性管理等諸多問題有待解決。其中后兩者備受關注。 （2）成本問題在一個無線傳感器網(wǎng)絡里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。第五章 需要解決的問題 目前的技術水平讓無線傳感器網(wǎng)正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。不過因為單個節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大,這個缺點還是能忍受的。（8）傳輸能力的有限性無線傳感器網(wǎng)絡通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網(wǎng)絡,低帶寬則成為它的天生缺陷。（7）節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。（6）動態(tài)拓撲WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)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(wǎng)絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。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。（4）自組織網(wǎng)絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)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(wǎng)絡。而正因為沒有中心,網(wǎng)絡便不會因為單個節(jié)點的脫離而受到損害。 （3）無中心在無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡。當自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡的中斷。 （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(jīng)不再適用。 無線傳感器網(wǎng)絡具有以下特點：（1）硬件資源有限WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。 WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。哈爾濱工業(yè)大學的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點以自組織的方式構成的有線或無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點,各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡,再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。WSN在應用領域的發(fā)展可謂方興未艾，要想進一步推進該技術的發(fā)展，讓其更好為社會和人們的生活服務，不僅需要研究人員開展廣泛的應用系統(tǒng)研究，更需要國家、地區(qū)，以及優(yōu)質企業(yè)在各個層面上的大力推動和支持。各部件自治組網(wǎng)，最終由PC機將信息發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上。浙江大學計算機系的研究人員開發(fā)了一種基于WSN網(wǎng)絡的無線水表系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)水表的自動抄錄。佛羅里達宇航中心計劃借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點實現(xiàn)對星球表面大范圍、長時期、近距離的監(jiān)測和探索。2002年，由英特爾的研究小組和加州大學伯克利分校以及巴港大西洋大學的科學家把WSN技術應用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。另外，還使用WSN技術實現(xiàn)了封閉倉庫中托盤粒度的貨物定位。盡管在倉儲物流領域，RFID技術還沒有被普遍采納，但基于RFID和傳感器節(jié)點在大粒度商品物流管理中已經(jīng)得到了廣泛的應用。中科院軟件所在地下停車場基于WSN網(wǎng)絡技術實現(xiàn)了細粒度的智能車位管理系統(tǒng)，使得停車信息能夠迅速通過發(fā)布系統(tǒng)推送給附近的車輛，大大提高率了停車效率。目前在美國的賓夕法尼亞州的匹茲堡市已經(jīng)建有這樣的智能交通信息系統(tǒng)。在智能交通方面，美國交通部提出了“國家智能交通系統(tǒng)項目規(guī)劃”，預計到2025年全面投入使用。在工業(yè)監(jiān)控方面，美國英特爾公司為俄勒岡的一家芯片制造廠安裝了200臺無線傳感器，用來監(jiān)控部分工廠設備的振動情況，并在測量結果超出規(guī)定時提供監(jiān)測報告。在醫(yī)療監(jiān)控方面，美國英特爾公司目前正在研制家庭護理的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，作為美國“應對老齡化社會技術項目”的一項重要內容。而且還可以減輕護理人員的負擔。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡的家庭護理技術。醫(yī)療護理 ，無線傳感器網(wǎng)絡在醫(yī)療研究、護理領域也可以大展身手。WSN技術在建筑結構健康監(jiān)控方面將發(fā)揮重要作用。中科院計算所在故宮博物院實施的文物安全監(jiān)控系統(tǒng)也是WSN技術在民用安防領域中的典型應用。杭州齊格科技有限公司與浙江農(nóng)科院合作研發(fā)了遠程農(nóng)作管理決策服務平臺，該平臺利用了無線傳感器技術實現(xiàn)對農(nóng)田溫室大棚溫度、濕度、露點、光照等環(huán)境信息的監(jiān)測。在環(huán)境監(jiān)控和精細農(nóng)業(yè)方面，WSN系統(tǒng)最為廣泛。美國科學應用國際公司采用無線傳感器網(wǎng)絡，構筑了一個電子周邊防御系統(tǒng)，為美國軍方提供軍事防御和情報信息。多年來經(jīng)過不同領域研究人員的演繹，WSN技術在軍事領域、精細農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、建筑領域、醫(yī)療護理、醫(yī)療監(jiān)護、工業(yè)監(jiān)控、智能交通、物流管理、自由空間探索、智能家居等領域的應用得到了充分的肯定和展示。納米電池技術是目前最有希望的技術之一。這項技術將對WSN技術的成熟和發(fā)展帶來革命性的影響。能量獲取主要指將自然環(huán)境的能量轉換成節(jié)點可以利用的電能，如太陽能，振動能量、地熱、風能等。但隨著芯片低功耗設計技術和能量工程技術水平的提高，更復雜的嵌入式操作系統(tǒng)，如Vxworks、Uclinux和Ucos等，也可能被WSN網(wǎng)絡所采用。 精細控制、深度嵌入的操作系統(tǒng)技術作為深度嵌入的網(wǎng)絡系統(tǒng)，WSN網(wǎng)絡對操作系統(tǒng)也有特別的要求，既要能夠完成基本體系結構支持的各項功能，又不能過于復雜。但受無線傳感器網(wǎng)絡資源限制，直接應用安全通信、完整性認證、數(shù)據(jù)新鮮性、廣播認證等現(xiàn)有算法存在實現(xiàn)的困難。 WSN的安全技術安全通信和認證技術在軍事和金融等敏感信息傳遞應用中有直接需求。在整個體系中，WSN網(wǎng)絡被當作分布式數(shù)據(jù)庫獨立存在，實現(xiàn)對客觀物理世界的實時和動態(tài)的監(jiān)測。該技術通過部署或者指定一些節(jié)點為代理節(jié)點，代理節(jié)點根據(jù)監(jiān)測任務收集興趣數(shù)據(jù)。目標定位跟蹤通過網(wǎng)絡中節(jié)點之間的配合完成對網(wǎng)絡區(qū)域中特定目標的定位和跟蹤，一般建立在節(jié)點自定位的基礎上。GPS技術是室外慣常采用的自定位手段，但一方面成本較高，另一方面在有遮擋的地區(qū)會失效。 基于WSN的自定位和目標定位技術定位跟蹤技術包括節(jié)點自定位和網(wǎng)絡區(qū)域內的目標定位跟蹤。常用方法是通過時間同步協(xié)議完成節(jié)點間的對時，通過濾波技術抑制時鐘噪聲和漂移。Butler Z等針對事件發(fā)生頻度自適應移動節(jié)點的位置，使感知節(jié)點更多地聚集在使事件經(jīng)常發(fā)生的地方，從而分擔事件匯報任務，延長網(wǎng)絡壽命。 移動控制模型隨著WSN組織結構從固定模式向半移動乃至全移動轉換，節(jié)點的移動控制模型變得越來越重要。節(jié)點計算和通信模塊的失效直接導致節(jié)點脫離網(wǎng)絡，而傳感模塊的失效則可能導致數(shù)據(jù)出現(xiàn)岐變，造成網(wǎng)絡的誤警。傳感器網(wǎng)絡大量的節(jié)點如果沒有質量控制，將很難完成實時監(jiān)測環(huán)境變化的任務。 QoS保障和可靠性設計QoS保障和可靠性設計技術是傳感器網(wǎng)絡走向可用的關鍵技術之一。網(wǎng)絡編碼技術也是提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉發(fā)效率的一項技術。由于在WSN網(wǎng)絡中對能量效率的苛刻要求，研究人員通常利用MAC層的跨層服務信息來進行轉發(fā)節(jié)點、數(shù)據(jù)流向的選擇。 路由、數(shù)據(jù)轉發(fā)及跨層設計 WSN網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流向與Internet相反：在Internet網(wǎng)絡中，終端設備主要從網(wǎng)絡上獲取信息；而在WSN網(wǎng)絡中，終端設備是向網(wǎng)絡提供信息。復雜的鏈路特征需要在MAC控制中更充分地考慮鏈路特性，Zhu H等研究了適應鏈路特性的多鏈路MAC控制機制。復雜環(huán)境的短距離無線鏈路特性與長距離完全不同，短距離無線射頻在其覆蓋范圍內的過渡臨界區(qū)寬度與通信距離的比例要大得多，因而更多鏈路呈現(xiàn)復雜的不穩(wěn)定特性。Ye W等提出了WSN最經(jīng)典的基于睡眠的MAC協(xié)議——SMAC；Ahn GS等研究了在最后兩跳內采用時分復用方式緩解由最后兩跳沖突引入的“漏斗”效應；Rajendran V等研究了WSN中無競爭訪問的高能效方法；Zhai H和Kim Y等則研究了基于多射頻、多信道的MAC協(xié)議。 媒體訪問控制和鏈路控制媒體訪問控制（MAC）和鏈路控制解決無線網(wǎng)絡中普遍存在的沖突和丟失問題，根據(jù)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)流狀態(tài)控制臨近節(jié)點，乃至網(wǎng)絡中所有節(jié)點的信道訪問方式和順序，達到高效利用網(wǎng)絡容量，減低能耗的目的。Li X則通過圖理論研究無線網(wǎng)絡的拓撲控制算法。 Kumar S等研究了在睡眠喚醒進行能耗控制的網(wǎng)絡中實現(xiàn)k 連通的條件。時間控制