CFDA：微蜂窝式固定无线数据采集接入平台

nog2004 · 发表于 2006-7-24 21:22:34

无线数传网络化已经不是一句空话，她正在走进我们的生活，在国际上，以IEEE 802。15。4 为标准的Zigbee 无线网络数传目前成为科技界的一支奇葩，展尽风头，同时也说明了市场对无线数传的需求，Zigbee 主要是解决近距离（相隔不超过10-20米）的各点的无线数传连网，CFDA 则主要是针对中国小区的相对分散的数据传输点的无线数传连网，特别适合小区内的数据传输和覆盖。具有典型的中国特色。一、简介CFDA(Cellular Fixed-wireless Digital Access微蜂窝式固定无线数据接入平台)，是友讯达公司开发的一种新型无线数据采集系统。该系统能够广泛应用于生产线监控、水、电、气计量的数据采集等工业及民用领域。CFDA兼具分布式和集中式系统的特征，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便、工程总成本低等特点。适用于远程数据采集、特殊恶劣环境下的数据传输及接入等方面，如住宅小区安防报警系统、水电气自动抄表系统、地下井坑及管线的监控系统等。从目前所采用的数据传输技术看，“数据采集系统”大多基于GPRS技术或者WLAN（无线局域网）技术。在基于GPRS技术的数据采集系统中，每个“数据采集节点”上均加载GPRS收发模块，将采集到的数据通过GPRS网络发送至“数据中心”处理，完成数据采集过程。这类系统所使用的900MHz（1800MHz）工作频点需要授权，因此系统的构建、维护、运行均需当地的GPRS网络运营商支持，系统总成本较高，并且系统的可工作区域严格地受限于当地GPRS网络的覆盖范围，系统灵活性差。在基于WLAN技术的数据采集系统中，每个“数据采集节点”上加载附属的无线网卡，在“数据中心”加载无线局域网接入点（Access Point－AP），通过无线网卡和无线AP之间“点到点”的数据传输完成数据采集过程。这类系统所使用的2.4GHz工作频点（目前中国国内只批准了这一WLAN频点）属于免费频段，无需第三方网络支持。但无线AP的有效传输覆盖半径约为10米～100米，信号受周围环境影响严重。例如，在通常的办公楼环境中，墙壁、天花板等均会造成WLAN信号的较大损耗，因此在工程上一般每个房间均需放置一个AP才能达到较好的覆盖效果。因此，在楼宇内部、地下管线等实际应用环境中信号盲区较多，实现完全覆盖的难度较大、成本较高。CFDA则具有上述两种系统所不具备的优点：l CFDA工作于480MHz～510MHz（发射功率50mW），属于微功率免申请业余频段，无需额外授权费用或第三方网络支持；l CFDA支持10组共20个频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构网络组织方式，提高了频率利用率和网络扩展性；l CFDA节点在标准场地的点对点通信距离为500 米，并且在每个蜂窝小区范围内支持自组织多跳传输技术（Ad Hoc & Multi Hop），使得每个蜂窝小区的现实场地有效覆盖半径达到500米～2000米，并且较好的解决了网络覆盖盲区问题；l CFDA提供了RS232（TTL-232、RS-485、标准232）和UART两种通用的设备接口，可分别以“外挂”或者“嵌入”方式与用户设备相连，具有良好的通用性。二、 CFDA平台结构CFDA平台由两类设备构成：1、分布式接入单元(DAU)；2、微蜂窝接入中心(CAC)。其中：分布式接入单元（DAU）：安装在每个用户数据采集点上，与用户的数据采集设备相连，构成CFDA中的分布式数据采集接入的基础设备。它负责将采集到的用户数据以多跳的方式发送到指定的微蜂窝接入数据中心CAC。微蜂窝接入中心（Cellular Access Center—CAC）：安装在用户的数据处理设备上，构成在一定地理区域范围内的数据中心接入点，负责接收本区域内所有的分布接入单元DAU发送的用户数据，以进行后续处理。在CFDA中，DAU和CAC是与用户的数据采集设备、数据处理设备相互连接，协调工作的，共同构成完整的数据采集接入系统。因此，CFDA实际上是一个通信中间件。用户的数据采集设备将采集到的数据交给DAU处理、发送；CAC接收DAU发出的数据，再交给用户数据处理设备进行后续处理，如图1、图2所示。图1：DAU与用户数据采集设备图2：CAC与用户数据处理设备CAC的功能类似于蜂窝网中的基站或者WLAN中的AP，负责接收微蜂窝小区内所有DAU发送的数据；但在CFDA中，DAU不仅可以直接和覆盖半径内的CAC通信，同时DAU还具有数据转发功能，可以为其相邻的DAU转发数据。多个DAU依据自组织网络路由策略可构成到CAC的多跳通信链路。因此，即使某个DAU不在CAC的覆盖范围内，此DAU可通过周围的其他DAU转发数据，建立于CAC的通信链路，完成数据的传输。这就解决了网络的覆盖盲区问题，提高了CFDA的可靠性和性能。例如，DAU1~DAU6在同一个微蜂窝小区内。其中，DAU1～DAU3在CAC的传输覆盖范围内（虚线圆所示范围），因此可直接建立到CAC的通信链路；DAU4～DAU6不在CAC的传输覆盖范围内，他们与相邻的DAU依据自组织网络路由策略，自行建立到CAC的多跳通信链路，通过DAU1、DAU3等邻居DAU的数据转发，DAU4～DAU6完成到CAC的数据传输。如图3所示，图3：在CAC覆盖范围内的DAU直接与CAC通信，其他DAU则借助相邻的DAU的数据转发与CAC

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