电量信息采集组网技术方案对比

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资源描述

1.信道性能信道分为远程通信信道和本地通信信道。远程通信信道实现现场终端到主站的数据传输,信道可以选择光纤专网、无线公网、230M无线专网、中压电缆载波等。本地通信信道用于现场终端或者集中器与与表计之间的通信连接,信道有RS485、低压电力载波、微功率无线网络。1.1远程信道性能参数远程通信信道应根据现场实际情况选择,某种单一的信道不能满足现场的通信需求。通信信道选择考虑如下因素:性能满足业务应用要求:根据通信的数据量和通信带宽以及可靠性,保证在需要的时间内完成大量用户的数据采集和用电管理的要求,,信道温度可靠程度和信息安全等等。适应本地区环境要求:地区地理地貌环境的适应性,特别市无线通信更要考虑此问题。建设成本和运行维护费用:考虑通信网络建设的综合经济效益和投入产出比,在长期的运行维护中要支付的运维费用。1.1.1光纤专网(EPON)序号指标名称性能参数1传输速率1.25Gbps,通常使用10/100Mbps速率2传输误码率≤10−103传输距离≥20km(单芯分路比1:10下)4一次采集成功率≥99%5周期采集成功率100%(周期为1天,采集日冻结数据)6控制操作响应时间1s7召集数据响应时间1s8并发传输速率≤1.25Gbps9批量终端材质响应时间(1000个终端)1、主站巡检重要信息:5s(双工信道、主动上报信息)2、系统响应客户事件:5min3、抄收日数据和曲线数据:15𝑚𝑖𝑛10其他特殊指标要求1、单芯支持分路比最大比为1:32或1:642、上行发射光功率:−3𝑑𝐵𝑚3、下行发射光功率:−3𝑑𝐵𝑚4、上行接收灵敏度:−32𝑑𝐵𝑚5、下行接收灵敏度:−35𝑑𝐵𝑚1.1.2GPRS无线公网序号指标名称性能参数1传输速率理论约171kbps,事件20~40kbps2传输误码率≤10−53传输距离无限制4一次采集成功率≥97%5周期采集成功率99.8%(周期为1天,采集日冻结数据)6控制操作响应时间5s7召集数据响应时间10s8并发传输速率取决于GPRS的光纤接入带宽:一般为20M9批量终端材质响应时间(1000个终端)1、主站巡检重要信息:10s(双工信道、主动上报信息)2、系统响应客户事件:10min3、抄收日数据和曲线数据:30𝑚𝑖𝑛10其他特殊指标要求1、参考灵敏度:−102𝑑𝐵𝑚(4级和5级)2、输出功率误差:±6dB(最大功率控制级)3、载波频率误差:在±1×10−7范围内4、RMS相位误差:±5s1.1.3中压电力载波序号指标名称性能参数1传输速率150bps~7.5kbps2传输误码率≤10−53传输距离架空电力线10km,地埋电力电缆2km4一次采集成功率≥85%5周期采集成功率≥98%(周期为1天,采集日冻结数据)6控制操作响应时间5s7召集数据响应时间15s8并发传输速率150bps~7.5kbps9批量终端材质响应时间(1000个终端)1、主站巡检重要信息:5min(双工信道、主动上报信息)2、系统响应客户事件:15min3、抄收日数据和曲线数据:6Hr10其他特殊指标要求1、标称输出阻抗:75欧姆2、最大载波发送功率:5W3、接收灵敏度:1mV4、频率范围:20kHz~80kHz,95kHz~125kHz,100kHz~420kHz1.1.4信道对比1.1.4.1光纤专网优势:性能可靠,网络稳定,数据采集成功率搞,实时响应高缺点:需要专门铺设光缆,建设专业光纤网络,投入资金非常大,工程量大;后期维难度大。1.1.4.2GPRS公网优点:实现简单,网络相对比较稳定缺点:数据业务第三方提供,数据安全性较差;后期维护费用较高;GPRS网络覆盖不理想1.1.4.3中压电力载波优点:实现容易,工期短,工作量小缺点:网络稳定性较差,受电网环境影响较大,后期维护较困难。1.2本地信道性能参数本地信道用于现场终端或集中器到表计之间的连接,在选择组网方案是应充分考虑现场条件的限制,采用适合的方案。本地信道的方案选择主要考虑以下因素:建设成本和工程施工:本地信道首先要考虑的是建设成本和现场的施工工作量,便于工程实施。运行维护工作量:建成运行的系统要稳定可靠,不需要调整维护,自动适应用户负荷调整,供电回路改变,计量表计更换,周边环境变化等因素。通信可靠性:通信成功率和通信稳定性,应保证信道上下行通信的可靠性和信道的长期稳定性。一下是各信道的性能参数:1.2.1窄带电力线载波序号指标名称性能参数1传输速率50bps~13.7kbps(差异较大,与载波技术相关)2传输误码率≤10−53传输距离200m~1000m(差异较大与载波技术相关)4一次采集成功率约70~85%5周期采集成功率≥95%(周期为1天,采集日冻结数据)6集中器单点抄表时间10s7集中器轮询抄表时间60min(300个电表)8其他特殊主表要求频率范围:9kHz~500kHz1.2.2宽带电力线载波序号指标名称性能参数1传输速率14~200Mbps2传输误码率≤10−53传输距离200m~300m4一次采集成功率≥85%5周期采集成功率≥98%(周期为1天,采集日冻结数据)6集中器单点抄表时间3s7集中器轮询抄表时间60min(300个电表)8其他特殊主表要求频率范围:1MHz~40MHz1.2.3微功率无线序号指标名称性能参数1传输速率4.8~38.4kbps2传输误码率≤10−53传输距离200m~600m,空旷地可达1000m4一次采集成功率≥85%5周期采集成功率≥98%(周期为1天,采集日冻结数据)6集中器单点抄表时间5s7集中器轮询抄表时间10min(300个电表)8其他特殊主表要求频率范围:433MHzISM或470~510MHz发射功率:≤50mW1.2.3.1Zigbee无线ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee采取了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点:省电、简单、成本又低的规格;ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。ZigBee的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合。ZigBee无线可使用的频段有3个,分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段,而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个,在中国采用2.4G频段,是免申请和免使用费的频率。Zigbee性能参数表序号性能名称性能参数1信道接入方式CSMA-CA2可分配信道数163信号宽带3M4地址分配8bit短地址或64bitIEEE地址5对应IEEE标准802.15.46传输速率(bit/s)250k(2.4GHz频段)7传输范围10~75m,室外空旷地1008扩频方式DSSS9发射功率1mW11适用领域低数据速率静态网络、高密度节点、稀少的控制数据传输Zigbee网络与其他网络的共存性:1、ZigBee与Wi-Fi共存面向自动化控制的ZigBee和无线局域网技术Wi-Fi将会在很多场合处于共存的状态,如办公室、家庭、楼宇和车间等。Zigbee组网设备利用偏频技术等技术,安装保证干扰源之间的距离,可以保证ZigBee与Wi-Fi共存。2、ZigBee与蓝牙共存蓝牙采用FHSS技术,以伪随机码方式在这79个信道间每秒钟跳1600次。跳频技术的理论是根据在多组使用2.4GHz频带的系统下,这些系统仅在部分时间才会发生使用频率冲突,其他时间则能在彼此相异无干扰的频道中运作。ZigBee系统是非跳频系统,所以蓝牙在79次通信中才有1次会和ZigBee的通信频率产生重叠,且将会迅速跳至另一个频率。在大多数情况下,蓝牙不会对ZigBee产生严重威胁,而ZigBee对蓝牙系统的影响可以忽略不计。3、ZigBee与WirelessUSB共存每一个WirelessUSB信道宽1MHz,将2.4GHzISM频段分割成为79个1MHz信道,这与蓝牙类似,但是WirelessUSB采用了DSSS而不是FHSS。WirelessUSB设备具有频率捷变特性,它们虽采用“固定”信道,但如果最初信道的链路质量变得不理想,则会动态地改变信道,而ZigBee在严重干扰期间,不改变信道,它依靠其低占空比及免冲突算法来减小由于传输冲突所造成的数据丢失。为减少干扰,WirelessUSB至少每50ms检查一次信道的噪声水平,如果和ZigBee信道重叠,WirelessUSB主设备可以选择一个新信道,所以WirelessUSB完全可以和ZigBee系统和平共处。4、ZigBee与微波炉微波炉也是这个频带中最常见的干扰来源,而且是最难以预测和最分散的RF来源。每个微波炉输出的能源强度不尽相同,且在频带上的分布状况也不一样,某些微波炉阻隔电磁波的设计会优于其他机种。微波炉和ZigBee设备距离小于1m时,约0.5%~2%的ZigBee数据帧被破坏,但当微波炉和ZigBee设备距离大于1m时,微波炉的影响就基本不存在了。5、ZigBee与无绳电话2.4GHz无绳电话不采用标准联网技术,有些采用DSSS方式,多数采用FHSS。采用DSSS及其他固定信道算法的无绳电话一般在电话上装有“信道”按键,使用户能手动改变信道;FHSS电话则没有“信道”按键,因为它们经常改变信道。大多数2.4GHz无绳电话均采用5~10MHz的信道宽度,见图1,所有无绳电话都会在ISM频带产生出相当高的能量,所以它是许多RF系统的干扰源。如果无绳电话采用FHSS,它发出的干扰可完全中断一个ZigBee网络的工作,这是因为与蓝牙(1MHz)相比,它占用更宽的信道(5~10MHz),而且无绳电话信号具有更高的功率。跳转到ZigBee信道中间的FHSS无绳电话可能会导致ZigBee设备重复发送数据分组,故建议在ZigBee网络以外使用这些电话。如果无绳电话采用DSSS,则可将无绳电话与ZigBee系统所使用的信道配置成互不重叠,以消除干扰。1.2.3.2CFDA网络CFDA(CellularFixed-wirelessDigitalAccess)系统是一种微蜂窝状固定无线数据接入平台,工作于公共计量频段的跳频通信系统序号性能名称性能参数1工作频段480~510MHz2可分配信道数支持10组20个频点的频分复用3信号宽带200KHz4传输速率(bit/s)1200~9600bps5传输范围500~800m6发射功率50mW7适用领域低数据速率静态网络、高密度节点、稀少的控制数据传输1.2.4RS485网络序号指标名称性能参数1传输速率1200~9600bps,理论上可达10Mbps2传输误码率≤10−93传输距离≤1200m4一次采集成功率≥98%5周期采集成功率100%(周期为1天,采集日冻结数据)6集中器单点抄表时间5s7集中器轮询抄表时间10min(300个电表)8其他特殊主表要求最大挂接节点数:32,可通过中继放大1.2.5本地信道对比1.2.5.1低压窄带电力载波优点:无需另外铺设通信线路,安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧,实现对用户电表的数据采集和控制,适适应性好。缺点:电力线存在信号衰减大、噪声源多且干扰强、受负载特性影响大等问题,对通信的可靠性形成一定的技术障碍。适用于电能表位置较分散、布线较困难、用电负载特性变化较小的台区,例如城乡公变台区供电区域、别墅区、城市公寓小区。1.2.5.2低压宽带电力载波优点:占用频带宽,数据传输速率高,数据容量大,无需另外铺设通信线路,安装方便、频段在电力线上干扰较少,通信可靠性更高、更稳定,安全性更好,这种模式适合用户电表集中的城市台区。缺点:存在高频信号衰减较快的问题,在长距离通信中需要中继组网解决传输。1.2.5.3微功率无线ZigBee网络优点:实现方便,抗干扰能力强,组网容量大缺点:传输距离限制,穿透力较弱,前期调试工作量大,后续新节点入网需重新组网,可能导致网络崩溃

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