CFDA无线数据采集系统广泛应用于生产线监控、水点气管线检测等工业及民用领域。从所采用的数据传输技术角度来看，现有各种数据采集系统大多基于GPRS技术或者WLAN（无线局域网）技术。

简 介

一、CFDA是什么

二、CFDA的系统组成

三、CFDA的技术特征

四、CFDA能干什么

五、基于CFDA的AMR优势何在？

六、工作原理

七　CFDA的发展历程

九、为什么CFDA更适合中国的AMR市场需求

CFDA无线自组网

简 介

基于GPRS技术的数据采集系统中，在每个“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受限于当地GPRS网络的覆盖范围，系统灵活性差。

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、可用服务器建立局域网。

本公司开发了一种新型的无线数据采集系统——“CFDA （Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窝－传感式固定无线数据接入平台”。CFDA工作于无线抄表频段，属于微功率免申请业余频段，无需额外授权费用或网络第三方支持；CFDA支持分组多频点的频率空间复用及跳频技术，采用蜂窝结构的网络组织方式，提高了频率利用效率和网络扩展性；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，并且较好的解决了网络覆盖盲区问题；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。

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。

一、CFDA是什么

CFDA Cellular Fixed-wireless Digital Access

CFDA 系统是一种微蜂窝状固定无线数据接入平台

CFDA 系统是一种工作于公共计量频段的跳频通信系统

CFDA 系统是一种基于无线传感器自组织网络体系结构的传输网络

二、CFDA的系统组成

CFDA由三类节点----GPRS网关，微蜂窝接入中心CAC、分布接入单元DAU。

分布接入单元（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，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。

GPRS网关：安装在用户的数据处理设备上，它下行联接CAC，上行连接MIS收费平台。构成整个网络的网关。

三、CFDA的技术特征

3.1蜂窝结构

免申请业余频段

支持频分复用

蜂窝结构覆盖

3.2 Ad Hoc组网

多跳传输技术

自组织特征

慢跳频通信

通用接口

UART、RS232（TTL-232、RS-485、RS232）

四、CFDA能干什么

CFDA系统已经成功地应用于AMR

基于CFDA的电表AMR

基于CFDA的水气表AMR

CFDA系统可以作为个域网（PAN）的解决方案

CFDA系统可以作为远程窄带数据接入的接入网解决方案

五、基于CFDA的AMR优势何在？

AMR领域常用数据接入技术方案比较：

5.1 有线方式：

5.1.1电力线载波方式：

优点：网络分布广、能进行双向通讯。

不足：我国一些低压配电网，接线杂乱，负荷变化很大且缺乏规

律性，各种干扰十分严重，现有电力线载波AMR系统的应用结果表明，未能取得满意的效果。

5.1.2电话线方式：

优点：网络分布广、能进行双向通讯

不足：由于电话线公用，通讯时经常发生冲突，既影响了数据的传输也对电调部门的正常工作造成了干扰，并且此种方式对通讯部门程控交换机正常、稳定的运行也有一定的影响。

5.1.3专线方式：

优点：传输可靠

不足：布线工程造价高、难度大、不易维护

5.2无线方式：

5.2.1基于数字蜂窝移动通信网络（GPRS、CDMA 1X）的技术方案

优点：实现简单

不足：成本问题、覆盖问题

5.2.2基于WLAN的技术方案

5.2.3基于Zigbee的技术方案

5.2.4基于CFDA的技术方案

采用自组织多跳传输技术提高了CFDA平台的鲁棒性

在CFDA中，设计DAU与CAC之间的多跳链路。每个CAC周围范围内的DAU构成一个“微蜂窝”，如下所示。

“微蜂窝”结构

微蜂窝”（Cellular）是CFDA中的一个基本结构单元，根据实际应用环境的情况，整个CFDA系统可以由一个或者多个“微蜂窝”构成。“微蜂窝”内的网络结构称为“内网”，多个微蜂窝小区构成平台的“外网”，具体定义如下：

n 微蜂窝 （Cellular）：指地域半径内的接入点的集合，如某一小区内的所有分布在该地域范围内的电表数据接入点的集合。

n 内网 （Insider Net）：指在单个微蜂窝内形成的网络结构。

n 外网 （Marco Net ）：指在一定的地域内，由多个相临或相近的微蜂窝（Cellular）构成的网络集合，如某一城市统一实行抄表，该城市在规划时分成若干个小区，由多个小区构成此城市的网络，统称为外网。

CFDA的工作过程大致如下：

在CFDA平台中，每个数据采集点均装配一个DAU，在每个微蜂窝内配置一个CAC。

DAU将收集的传感器数据传送至其所在微蜂窝的CAC；

CAC将收集所在微蜂窝内的数据，然后交给用户(程序)处理。

当系统采集点的分布范围较大、需要多个微蜂窝覆盖整个区域时，则每个微蜂窝内的CAC则将收集的数据再传送给整个网络的用户数据中心。从每个CAC到用户数据中心则以独立的专用信道（有线或者无线）完成传输。

为避免各个微蜂窝小区间的干扰，CFDA平台中的CAC和DAU支持对频点的频分复用。每个微蜂窝小区均被分配一组频点，相邻微蜂窝小区所使用的频点组互不相同。在每个微蜂窝小区内部，CAC和DAU之间在两个频点上以慢速跳频的方式进行通信。

六、工作原理

CFDA的设计及工作流程包括四个部分：网络规划、网络铺设施工、路由建立、数据采集传输，

6.1 网络规划

首先，根据实际项目的具体需求，将网络划分为一个或若干个微蜂窝小区（Cellular），蜂窝小区的界定原则为：具有一定的自然区域性或行政辖区性。

为避免各个微蜂窝小区间的无线干扰，按照GSM数字蜂窝网的频率复用原则和编码原则，对各Cellular的CAC进行编码，如图上所示，并根据表1确定该Cellular的工作频率。

CFDA的工作频段为微功率免申请业余频段。CFDA提供工作频点分组，每个Cellular内设置一个CAC并分配一组频点。

CFDA平台规定：每个DAU均与其最近的唯一CAC所对应，受此CAC管理。在数据采集传输阶段，DAU将采集到的数据传递到其对应的CAC，由CAC收集其微蜂窝小区内所有DAU的数据并处理或上传。

每个CAC最多管理多个DAU。CAC标识(ID)和DAU的物理地址定义如下表

DAU物理地址

CAC 标识(ID)　DAU单元地址

DAU的逻辑地址是指DAU所连接的用户设备终端的地址或者标号（如电表的表号、用户名等）。当DAU的物理地址确定后，其物理地址与其逻辑地址具有一一对应的关系，可以构成DAU地址映射表。每个CAC保存其管理的所有DAU的地址映射表。

6.2 网络铺设施工

根据网络规划图，将DAU与用户数据采集设备联通工作、将CAC与用户数据处理设备(计算机、应用软件)联通工作。

为方便与用户设备相联、构成无线数据采集传输接入的应用系统，CAC和DAU均设计有通用的RS-485或者UART接口。通过UART可将CAC（或者DAU）直接嵌入用户数据处理设备或用户数据采集设备，通过RS-485则可直接以“外挂”方式与用户设备相连。

网络铺设实施中的主要问题包括：“微蜂窝小区处理中心”和“微蜂窝小区内数据接入单元”的设计。

6.2.1 小区处理中心的设计

微蜂窝小区处理中心由CAC和用户数据处理设备构成。

CAC属于一个微功率的无线数据收发电台。本公司生产有嵌入式（型号：FC-201/JA）和外挂式（型号：FC-601/JA）两种型号。它们分别适用于相对简单的用户(固定/移动)数据处理器和固定的计算机用户数据处理器。如下图所示。

微蜂窝小区处理中心可以设计为两种类型：落地型和转发型。

n 落地型：是指信息的处理中心就在本小区，由本小区直接对采集的数据进行处理，如小区安防报警系统等。该系统的中心控制设备通常是一台电脑，其结构如下图所示。

（其中，FC-601/JA 具有电源和RS-232、RS-485接口）

n 转发型：当Cellular 内没有数据处理能力时，可以构建转发型处理中心。转发型处理中心单元只具有定时数据采集、存储、转发等功能，如电力抄表系统的集中器。其结构如下图所示。

其设计过程与落地型基本相同。

6.2.2小区数据采集接入单元的设计

小区内数据接入单元由DAU和用户数据采集设备构成。

UART

嵌入式DAU
型号：FC-201/JB

用户数据采集设备

DAU 是一个微功率无线数传电台。本公司根据用户应用类型生产了嵌入式（DAU—FC-201/JB）和外接式（DAU—FC-601/JB）两种型号。它们的结构分别为图17和图18。

6.3　路由建立

在CFDA中采用了自组织网络的多跳数据传输技术。

每个DAU是终端数据的馈入点，同时又可以作为路由点，为相邻的DAU转发数据。这样就扩展了网络的覆盖范围，较好地解决了网络覆盖盲区问题。

考虑到CFDA在应用中，每个CAC和DAU一经铺设，其地理位置就固定不动。为提高系统效率和性能，我们采用了“表驱动式”的无线自组织网络路由算法。其主要思路是：为每个微蜂窝小区内的CAC，自动建立小区内每个DAU到此CAC的路由，并将建立的路由信息传递给相应的DAU。

当DAU传输数据时，均依据固定的路由发送数据包，当固定路由失效时，启用备用路由或者重建路由。

n路由建立的建立步骤如下：（略）

CFDA 建立路由的过程，是在一个蜂窝内形成CAC 与DAU 的全方位路由拓扑网络结构，有效地提升了CFDA 的覆盖范围。CFDA 的路由建立时间根据系统规模而不同，可分为四个地址段进行，每个地址段的建立时间为几分钟左右。

6.4 数据采集传输

在CFDA的路由建立阶段，每个DAU确定了到本微蜂窝小区CAC的有效路由、完成了系统时钟同步并确定了其对应的发送时隙（同一微蜂窝小区内，每个DAU都被分配唯一确定的发送时隙，以避免DAU间的信号干扰）。

在DAU对应的发送时隙，DAU根据路由信息将数据发送给下一跳节点（CAC或者相邻的DAU）。此外，在CFDA的路由建立过程中，从DAU到CAC的路由可能有多条，当某条路由失效时，将启用备用路由，若无可用路由，则启动路由重建过程。

在CFDA的每个微蜂窝小区中，均分配了一定频差的两个频点。系统采用固定慢速跳频模式，以提高系统抗干扰能力，其工作方式如下：

1. 当CAC 和DAU在待机时，在频点之间跳转，若某频点接收到信号，则固定在该频点通信

2、若CAC在某一频点通信时，出现通信失败，则自动跳转到另一频点。

工程设计中的注意事项

综上所述，在CFDA的工程设计中应注意以下几点：

1、在网络规划设计阶段，首先，应根据实际应用环境的地域特征和行政区划设计微蜂窝小区；其次，微蜂窝小区内DAU的分布密度尽可能适中、分布尽可能均匀；第三，若在某一点或某一区域出现盲区，可在适当地区增加由FC-601/JB构成的路由点来实现覆盖。

2、在对微蜂窝小区内的DAU编写物理地址时，尽量集中分布在同一或相邻的地址段内，以减少路由建立的时间。例如当DAU数量小于默认节点时，应将他们集中在一个地址段内。

3、在网络铺设阶段，需根据具体应用要求对CAC进行编程，基本步骤如下：

n 将微蜂窝小区内的所有DAU的物理地址和逻辑地址映射表下载到CAC；

n 由控制中心向FC-601/JA发建立路由启动命令，建立路由；

n 路由建立完毕后，CAC和DAU即可进行通信。

编程中应注意的事项：

A、由于CFDA的路由时间限制，因此在编程时，要充分考虑路由时延；

B、可以通过定时重建路由的方式，提高系统稳定性；

C、CFDA 采用的是类似于神经网络的广泛性全集路由方式。若控制中心对某一逻辑地址进行操作时，第一条路由行不通，CFDA会自动提供第二条路由进行通信，若第二条也不行，则会提供第三条，若第三条不行，则会返回失败信息。控制中心在编程时应考虑到此点；

七　CFDA的发展历程

7.1第一代CFDA系统

u 诞生于2000年

u 采用星型网络结构

Ø 问题：

u 单跳：距离受限

u 静态配置扩展性差

7 7.2 第二代CFDA系统

u 诞生于2002年

u 采用放射状网络结构

Ø 问题：

u 静态路由配置，扩展性差

7.3 第三代CFDA系统

u 诞生于2003年

u 采用MESH网络结构

u 采用冗余路由配置加强可靠性

u 自组织路由单向配置

u 实例介绍

八、第四代CFDA系统的优势

8.1 第四代CFDA系统的改进

采用MESH网络结构

Ø 网络覆盖范围更大

采用可双向配置的自组织路由

Ø DAU报警，便于自维护

Ø DAU实时入网，便于节点规模的动态扩展

Ø DAU实时发起路由更新，使数据传输更为可靠

支持手持设备的移动接入

Ø 使系统的维护方便、简捷

Ø 数据传输效率更高

8.2 第四CFDA系统独创技术优势

8.2.1慢跳频算法确保通信频率的快速捕捉：

采用呼叫与传输频率共享模式多点频率定时转换的慢跳频模式。

8.2.2动态地址技术的自组织网络体系

采用双向配置的动态组网技术 通过临时地址进行家族繁衍来规避节点地址的碰撞冲突。

九、为什么CFDA更适合中国的AMR市场需求

Ø 工作频段在国家规定的无线数据传输频段（U/V频段之间）有较强的穿透力和绕射能力。

Ø 采用窄带的技术，因此具有较高的数传灵敏度。窄带的微功率数传，该类数传采用标准的二次变频的窄带技术和标准的FSK调制解调方式，具有抗干扰能力强，传输距离远的特征，可应用于工业环境场合。

Ø 根据我公司对中国的各类小区中水、电、气以及其他的智能设备的分布研究和实际的测试，要能实现一个真正的自适应自组织网络，在各种复杂的条件下的每个节点的独立传输能力需要达到一定距离，否则在网络中就会出现孤点。CFDA在经过多个试点之后，被华东电网充分认可，并通过华东网的鉴定。

一、概述

DCJL23-FC621GBC1型采集器应用于CFDA远程集中抄表系统，完成无线信号和RS485信号的转换，从而实现对RS485表的无线集中抄表。

DCJL23-FC621GBC1型采集器安装在室内或室外RS485电表箱内，适应于环境温度为-25℃～+55℃、年平均相对湿度不大于75%的条件下使用。

二、功能和特点

该产品主要完成对RS485电表的电量采集，利用微功率无线为通信信道，把用电量数据以无线方式上传，提供给CFDA远程集中抄表系统。特点如下：

（1）、支持最多32块表；

（2）、空中无线远程抄读

（3）、支持DL/T 645 1997和2007

（4）、可抄读当前电量、日月冻结电量

（5）、抄读当前电量及日月冻结电量标识可设置

（6）、电量存储功能，每日零点自动冻结电量

（7）、电量存储功能，每月结算日自动冻结电量

（8）、保存共100点小时电量

（9）、保存上60天日冻结电量

（10）、保存上12月冻结电量

（11）、支持数据透传

（12）、可使用红外、无线和485接口对采集器进行抄读和设置

（13）、支持开盖和掉电检测，记录总次数和最近10次发生结束时间