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CFDA無線自組網的工作原理

CFDA的設計及工作流程包括四個部分:網絡規劃、網絡鋪設施工、路由建立、數據采集傳輸,

6.1網絡規劃

首先,根據實際項目的具體需求,將網絡劃分為壹個或若幹個微蜂窩小區(Cellular),蜂窩小區的界定原則為:具有壹定的自然區域性或行政轄區性。

為避免各個微蜂窩小區間的無線幹擾,按照GSM數字蜂窩網的頻率復用原則和編碼原則,對各Cellular的CAC進行編碼,如圖上所示,並根據表1確定該Cellular的工作頻率。

CFDA的工作頻段為微功率免申請業余頻段。CFDA提供工作頻點分組,每個Cellular內設置壹個CAC並分配壹組頻點。

CFDA平臺規定:每個DAU均與其最近的唯壹CAC所對應,受此CAC管理。在數據采集傳輸階段,DAU將采集到的數據傳遞到其對應的CAC,由CAC收集其微蜂窩小區內所有DAU的數據並處理或上傳。

每個CAC最多管理多個DAU。CAC標識(ID)和DAU的物理地址定義如下表

DAU物理地址 CAC 標識(ID) DAU單元地址 DAU的邏輯地址是指DAU所連接的用戶設備終端的地址或者標號(如電表的表號、用戶名等)。當DAU的物理地址確定後,其物理地址與其邏輯地址具有壹壹對應的關系,可以構成DAU地址映射表。每個CAC保存其管理的所有DAU的地址映射表。

6.2 網絡鋪設施工

根據網絡規劃圖,將DAU與用戶數據采集設備聯通工作、將CAC與用戶數據處理設備(計算機、應用軟件)聯通工作。

為方便與用戶設備相聯、構成無線數據采集傳輸接入的應用系統,CAC和DAU均設計有通用的RS-485或者UART接口。通過UART可將CAC(或者DAU)直接嵌入用戶數據處理設備或用戶數據采集設備,通過RS-485則可直接以“外掛”方式與用戶設備相連。

網絡鋪設實施中的主要問題包括:“微蜂窩小區處理中心”和“微蜂窩小區內數據接入單元”的設計。

6.2.1 小區處理中心的設計

微蜂窩小區處理中心由CAC和用戶數據處理設備構成。

CAC屬於壹個微功率的無線數據收發電臺。該公司生產有嵌入式(型號:FC-201/JA)和外掛式(型號:FC-601/JA)兩種型號。它們分別適用於相對簡單的用戶(固定/移動)數據處理器和固定的計算機用戶數據處理器。如下圖所示。

微蜂窩小區處理中心可以設計為兩種類型:落地型和轉發型。

n 落地型:是指信息的處理中心就在該小區,由該小區直接對采集的數據進行處理,如小區安防報警系統等。該系統的中心控制設備通常是壹臺電腦,其結構如下圖所示。

(其中,FC-601/JA具有電源和RS-232、RS-485接口)

n 轉發型:當Cellular 內沒有數據處理能力時,可以構建轉發型處理中心。轉發型處理中心單元只具有定時數據采集、存儲、轉發等功能,如電力抄表系統的集中器。其結構如下圖所示。

其設計過程與落地型基該相同。

6.2.2小區數據采集接入單元的設計

小區內數據接入單元由DAU和用戶數據采集設備構成。 UART 嵌入式DAU

型號:FC-201/JB 用戶數據采集設備 DAU 是壹個微功率無線數傳電臺。該公司根據用戶應用類型生產了嵌入式(DAU—FC-201/JB)和外接式(DAU—FC-601/JB)兩種型號。它們的結構分別為圖17和圖18。

6.3 路由建立

在CFDA中采用了自組織網絡的多跳數據傳輸技術。

每個DAU是終端數據的饋入點,同時又可以作為路由點,為相鄰的DAU轉發數據。這樣就擴展了網絡的覆蓋範圍,較好地解決了網絡覆蓋盲區問題。

考慮到CFDA在應用中,每個CAC和DAU壹經鋪設,其地理位置就固定不動。為提高系統效率和性能,我們采用了“表驅動式”的無線自組織網絡路由算法。其主要思路是:為每個微蜂窩小區內的CAC,自動建立小區內每個DAU到此CAC的路由,並將建立的路由信息傳遞給相應的DAU。

當DAU傳輸數據時,均依據固定的路由發送數據包,當固定路由失效時,啟用備用路由或者重建路由。

n路由建立的建立步驟如下:(略)

CFDA 建立路由的過程,是在壹個蜂窩內形成CAC 與DAU 的全方位路由拓撲網絡結構,有效地提升了CFDA 的覆蓋範圍。CFDA 的路由建立時間根據系統規模而不同,可分為四個地址段進行,每個地址段的建立時間為幾分鐘左右。

6.4數據采集傳輸

在CFDA的路由建立階段,每個DAU確定了到該微蜂窩小區CAC的有效路由、完成了系統時鐘同步並確定了其對應的發送時隙(同壹微蜂窩小區內,每個DAU都被分配唯壹確定的發送時隙,以避免DAU間的信號幹擾)。

在DAU對應的發送時隙,DAU根據路由信息將數據發送給下壹跳節點(CAC或者相鄰的DAU)。此外,在CFDA的路由建立過程中,從DAU到CAC的路由可能有多條,當某條路由失效時,將啟用備用路由,若無可用路由,則啟動路由重建過程。

在CFDA的每個微蜂窩小區中,均分配了壹定頻差的兩個頻點。系統采用固定慢速跳頻模式,以提高系統抗幹擾能力,其工作方式如下:

1. 當CAC 和DAU在待機時,在頻點之間跳轉,若某頻點接收到信號,則固定在該頻點通信

2、若CAC在某壹頻點通信時,出現通信失敗,則自動跳轉到另壹頻點。

工程設計中的註意事項

綜上所述,在CFDA的工程設計中應註意以下幾點:

1、在網絡規劃設計階段,首先,應根據實際應用環境的地域特征和行政區劃設計微蜂窩小區;其次,微蜂窩小區內DAU的分布密度盡可能適中、分布盡可能均勻;第三,若在某壹點或某壹區域出現盲區,可在適當地區增加由FC-601/JB構成的路由點來實現覆蓋。

2、在對微蜂窩小區內的DAU編寫物理地址時,盡量集中分布在同壹或相鄰的地址段內,以減少路由建立的時間。例如當DAU數量小於默認節點時,應將他們集中在壹個地址段內。

3、在網絡鋪設階段,需根據具體應用要求對CAC進行編程,基該步驟如下:

n 將微蜂窩小區內的所有DAU的物理地址和邏輯地址映射表下載到CAC;

n 由控制中心向FC-601/JA發建立路由啟動命令,建立路由;

n 路由建立完畢後,CAC和DAU即可進行通信。

編程中應註意的事項:

A、由於CFDA的路由時間限制,因此在編程時,要充分考慮路由時延;

B、可以通過定時重建路由的方式,提高系統穩定性;

C、CFDA 采用的是類似於神經網絡的廣泛性全集路由方式。若控制中心對某壹邏輯地址進行操作時,第壹條路由行不通,CFDA會自動提供第二條路由進行通信,若第二條也不行,則會提供第三條,若第三條不行,則會返回失敗信息。控制中心在編程時應考慮到此點;

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