混杂通讯网络在远程路灯监控中的应用

自2000年开始，我国国内各大中型城市纷纷上马远程路灯监控项目，在项目立项和方案论证阶段往往*让决策者感到难以下手的是通讯网络的选择问题…… 据统计，我国目前路灯监控系统中已采用的通讯技术不下十种；与此同时，随着我国通讯事业的不断蓬勃发展，新产品和新技术又不断推陈出新，层出不穷。往往在人们面前摆着无数的通讯解决方案，在性能、价格、工程安装、维护等方面，他们各有各的优缺点，针对不同应用场合有不同的适用性。 综合评价并选取一个*适宜的通讯方案是目前普遍采用的方法，但是选择了一个方案往往也意味着放弃了其它方案的优点，同时也意味着对今后通讯技术发展的新成果关闭了大门。有没有可能有一种技术可以对各种通讯网络都兼容，并能不断的无缝集成人新技术呢，本文提出了一种基于混杂通讯网络的路灯监控技术，可以在同一个监控系统平台上同时容纳多种通讯网络，并保持对新技术新产品的开放性。 2目前已有的通讯方案目前国内在路灯通讯监控中已采用的通讯方案很多，主流技术主要包括了模拟无线电台、数字无线电台、电话网络、CDPD无线系统、GSM短消息、GPRS网络、CDMA网络、USSD、专业数字无线通讯网络、802.11无线局域网、有线宽带网络、电力线载波等等。 这些方案按照通讯介质的不同可以分为无线网络和有线网络；按照通讯网络的拥有者不同可以分为专网和公网；按照调制解调技术的不同可以分为模拟网络和数字网络；按照通讯时是否要求建立和保持连接可以分为有连接通讯方式和无连接通讯方式，按照通讯过程的发起方不同可以分为中心发起通讯和终端发起通讯，按照通讯能否访问多个终端可以分为串行和并行方式。按照同时拥有的通讯方案的数量可以分为单一通讯网络和混杂通讯网络。 表1是对这些主流通讯方案的分类。表2是对这些通讯方案的比较表1通讯方案的分类通讯方案通讯介质公/专网模拟/数字连接状态通讯发起方串行/并行模拟无线电台无线专网模拟无中心/终端串行数字无线电台无线专网数字无中心/终端串行无线公网数字无中心/终端串行电话网络有线公网模拟有中心/终端串行GSM短消息尤线公网数字无中心/终端串行GPKS网络无线公网数字有终端并行CDMA网络无线公网数字有终端并行无线公网数字无终端并行专业数字无线通讯网络无线公网数字无中心/终端并行802.丨1无线局域网无线公网数字有中心/终端并行有线宽带网络有线公网数字有中心/终端并行电力线载波有线专网数字无中心/终端串行通讯方案通讯速率稳定可靠性安全性及时响应性施工维护的方便性成熟先进性模拟无线电台低较高复杂成熟数宇无线电台较高无复杂成熟|较高较篼无方便已淘ftj电话网络低较高有复杂e淘汰丨GSM短消息低较高无方便GPRS网络较高低较高有方便不够成熟CDMA网络较高有方便不够成熟较高无方便不够成熟专业数字无线通讯网络较高高无方便成熟先进11无线局域网高较高有方便不够成熟有线宽带网络高有方便成熟先进电力线载波低高无方便不够成熟从表1和表2可以看出这些方案各有各的特点，各有各的优缺点。各自适用于不同的场合，比如离中心较近，地势平坦的地方采用模拟无线电台和数字电台比较合适。在距离远、地形复杂（如高架桥下、高楼大厦林立）或者无法架设天线的地方，采用GPRS、CDMA、GSM、USSD、专业数字无线通讯网络比较合适，市区小区内采用有线宽带网络比较合适。 3解决方案采用混杂通讯网络必须要对系统进行完善的设计，主要通过对硬件、通讯协议和软件的抽象和分层来实现混杂的通讯网络。 对于无连接的通讯方案，硬件无需特殊设计，通用的硬件即可。 对于由终端发起通讯的有连接的通讯方案，在终端通讯设备上，必须能完成自动建立连接和维护连接的功能，此外还应有检测连接的有效性和重新连接的功能。 对于由中心发起通讯的有连接的通讯方案，在终端通讯设备上，必须能自动接受连接和维护连接的功能，此外还应有检测连接的有效性和重新接受连接的功能。 为了保护路灯监控终端RTU设备的投资，RTU都至少应提供一个RS232的标准接口可以和通讯设备连接，如果可能的话，*好该接口可以通过硬件跳线设置为RS485或TTL通讯接口。由于不同的通讯设备采用不同的通讯速率和通讯配置（波特率、数据位、停止位、奇偶校验位），RTU应可以通过软件设置不同的通讯参数，此外由于某些通讯设备要通过硬件握手线来转换接受/发送状态，RTU应至少提供一条RTS硬件握手线，此外还可以通过设置通讯设备状态的转换时间。 通讯设备必须采用模块化设计，分别提供从RS232-wireless，RS232 -802.11，RS232-802.3等通讯接口转换器的功能。为了能够无缝的修改通信设备，这些通信设备的电源部分应该统一，比如均为12V直流供电。 2协议由于采用了混杂的通讯网络，在通讯协议需要重点设计的系统的寻址问题，在系统中每一个设备都应该有一个设备地址，这个设备地址可以时序号或其它编号，这是一个逻辑地址，在整个系统中每一个设备的设备地址应该是**的，在不同的通讯网络中，每个设备可以有也可以没有相应的物理地址，在有的网络里必须有**的物理地址，因此必须建立设备地址与物理地址的映射关系。 系统一般以下几种方式：**种是广播方式，所有的通讯数据每个站点都可以收到，中心点和终端点都没有固定的物理地：址，这通常是无连接的通讯方式，如模拟无线电台和数字无线电台方式。通过对比数据的目标设备地址和自身的设备地址是否相同来判断是否是自己应该响应的数据。因此在通讯协议中必须包含目标端的设备地址。 第二种方式是对**种的补充，也是无连接的通讯方式，如果数据要通过其它终端来接力通讯传送到目标终端。在协议中应该包含通讯的路由表，告知数据路由的顺序和相应路由终端的设备地址。 第三种是中心和终端都具有**固定的物理地址的无连接的通讯方式，中心知道终端的物理地址，终端却不知道中心的物理地址。如专业无线数字网络的诺特网，他们的物理地址是对应设备的脉号。在中心向终端发送数据包时，中心通过设备地址和物理地址的映射表询目标设备的物理地址，协议中址。 第四种是中心和终端都具有**的物理地址的无连接的通讯方式，中心可以知道终端的通讯地址，终端也可以知道中心的通讯地址。比如GSM短消息方式，他们的地址是各自的CIM卡的电话号码。为了避免在终端上配置中心地址，今后修改中心地址时要逐一修改各终端的中心地址配置，可以采用第三种通信方式来处理，即由中心来维护设备地址与物理地址的映射表。 第五种是中心有固定不变的物理地址，而终端的物理地址每次连接时会产生变化的由终端发起通讯的有连接的通讯方式，如GPRS网络和CDMA网络，他们的物理地址是对方的IP地址和端口号。中心的IP地址和服务端口始终是固定不变的，而终端每次发起连接时会由系统分配变化的IP地址和端口号。这种情况下终端必须配置好中心的物理地址，开始运行时，中心进人等待连接的状态，由终端发起连接，一旦连接成功后，中心应该可以通过相应的数据通讯协议向终端查询目标终端的设备地址，然后由中心维护一张动态的设备地址与物理地址的映射表，因此协议设计中必须包含设备地址查询协议。此外由于通信连接可能终端，在通信协议设计时应该包含连接状态检测协议，比如心跳报文。因此协议设计中应包含连状态询和维护报文。 第六种是中心和终端都有固定不变的物理地址的有连接的通讯方式这种方式可以采用中心发起的通讯方式也可以采用由终端发起的通讯方式。比如宽带有线网络的VPN方式，他们的物理地址是各自分配的IP地址和端口编号；电话网络的拨号方式，他们的物理地址是自己的电话号码，为了简化处理，通常也采用第五种方式。 由于通讯方案有串行和并行的方式不同，在协议处理种也要分别予以设计，串行方式是一种阻塞方式，即中心向一个终端发出报文命令后，除非收到终端的回应或者等待回应超时之后，才进行对下一个终端的通讯处理。而并行方式是一种非阻塞方式，即中心向一个终端发出报文命令后，无需收到终端的回应也无需等待回应超时，就可以进行对下一个终端的通讯处理。串行通讯比较直观，容易处理，但系统效率较低，并行通讯的系统效率高，但是对与每一个终端的通讯状态必须保持监视，处理较复杂C 3软件为了将多种通信方案和技术集成在一个系统平台上，必须对系统软件的通讯部分进行精心的设计，采用各种成熟的软件设计模式来设计系统软件，实现对通讯层的抽象，保持系统的灵活性、可维护性和鲁棒性：在这里的软件设计可以采用Factory工厂模式，通过继承和多态性实现，具体的设计由于篇幅关系，另行著文介绍，在此不再赘述。 4混杂通讯网络的优点和特点与以往的单一通讯网络相比，混杂通讯网络具有无可比拟的优点。 **、混杂通讯网络由于把系统的各个端点分散在各个通讯信道上，通过系统的并行处理，可以大大节约系统的查询速度和响应速度，四个通信信道的处理时间要比一个通信信道的处理时间起码快四倍。 第二、混杂通讯网络可以对不同的监控点采取不同的通讯方式，因地制宜，大大的提供系统的灵活性，比如有时监控中断安装在地下室，无法穿管安装天线，或者天线太长，不可能为了少数几个点更改整个通信方案，我们可以在这几个点采用有线宽带或者在有室内无线覆盖的地方安装GPRS或者CDMA系统。再比如有的楼内安装了CDMA的无线覆盖，而有的楼内安装了GPRS的无线覆盖，我们不可能要求统一采用哪一家的无线覆盖系统，有了混杂通讯网络，我们可以在有CDMA覆盖的地方安装CD-MA通讯模块，有GPRS覆盖的地方安装GPRS通讯模块。再比如有的风景区内不可能树立高的天线影响景观，我们可以采用小天线的专业数字网络或者无需天线的有线宽带网络。 第三、采用混杂通信网络可以适应技术的不断发展，现在已有的通讯技术但还不够成熟的或者设施配套还不够的随着社会的发展必然有一天会发展成熟，配套跟上。新的技术还会不断涌现，采用混杂的通讯网络可以在今后新技术出现时不断无缝的集成人系统，不必把原先的投资推倒重来，保护原有的投资。又可以享受到新的技术成果，保证系统的先进性。 第四、采用混杂通信网络可以减少对产品的依赖性，提高系统的抗风险性，比如原有设备停产（如摩托罗拉的998电台），关税原因导致设备价格涨价（比如2002年时的日本数字电台）等风险。 第五、这些通讯方式和产品不仅在同类产品中不断竞争，在不同类产品中也存在着质量和腋务的激烈竞争。采用混杂通信网络可以避免市场垄断，保持市场的良性有序竞争，督促通讯设备供应商和通讯服务商的不断的提高产品质量，降低产品价格，提高服务品质和维护质量。