四表集抄技术上还要解决什么难点？

　　一.四表集抄的技术症结：

　　其实，对于四表集抄来说，最揪心的还是信道的技术症结!这个问题处理不好，将是一个投资灾难!我们唯一期望的是，千万别搞“一窝蜂”式的“群众运动”，“大跃进”。因为这个项目天量市场，投资巨大，些许瑕疵，就会酿成灾难。最好速度能够慢一些，前期论证充分一些，尤其是系统设计与方案设计，考虑更周全一些。

　　1.关于信道的讨论：

　　计量数据采集是一个低速数据采集系统：

　　首先我们要对这套系统的信道，进行一个技术定位：作为居民用能计量数据采集系统，无论考虑那种价格体系，这都是一个低速数据采集系统。不要把它定位成一个高速数据采集系统。对于极端庞大的终端用户数量，这个定位不准确，它对系统造价与成本，就是完全不同的估计。

　　我们也不能不现实的设计系统的功能。它的基本功能，就是计量数据采集，其他的附加功能，则要首先论证技术实现的可行性，还要充分考虑系统造价、成本与承受能力。这应该是系统建设的基本指导思想。盲目的将一些附加功能，加入系统功能设计，对于目前千疮百孔的、以低压载波为信道的居民用能计量数据采集系统，是不切实际的。

　　公用事业产品统一信道：

　　四表集抄系统的信道，实际是公用事业产品的统一信道，设计需要非常谨慎。

　　对于远距离数据传输的能源计量数据采集系统，采用上、下信道的两段式信道设计，是合理的。它的上段信道设计，具有很多选择，可以按照现场实际资源状态，选择光纤、GPRS，甚至230MHz专用无线信道，都是合理的。因为这些都是成熟技术，不存在表演课克服的技术障碍。

　　这里关键是下段信道的设计。介于这条信道涉及终端数量极端庞大，经济适用是选择第一要务。现在可供选择的主要是两个：即无线信道与低压载波信道。前者因为室内、室外的传输阻隔，很难覆盖家用电能表、煤气表、水表、热力表的安装空间，而外加天线，也影响环境的协调与美观。这方面已经有很多教训，推广受阻。而低压载波信道，具有不用重新敷设通信媒介，避免房屋装修破坏，使用方便等一系列好处，得到人们的青睐。只是由于这条信道，物理层通信环境极端恶劣，通信可靠性堪忧，很难实现全部终端的通信全覆盖，以致成为国内外业界公认的“lastmole”世界级难题。

　　怎样看待低压载波信道：

　　低压电网的“主业”是传输电能，载波通信只是它的“副业”!所以载波通信完全处于“弱势”地位，不得不接受主业强加给它的衰减限制与干扰影响。尤其可怕的是这些衰减与干扰，随着用电负载的随机波动，与巨大的波动范围，导致低压载波信道很不稳定，通信可靠性低。而作为用能计量数据采集系统，它是营业管理的做重要的工具，计量收费的唯一依据，100%的通信覆盖，是系统最低适用性指标。没有这个指标，这个系统就没有现实意义与价值。从这个意义讲，低压载波信道是一条“残疾信道”。在业界技术精英云集的标准讨论会上，得到公认与共识。低压载波信道的“lastmile”问题蜚声全球。

　　国内外低压载波信道的现场实践，已经经历了三十年。历史已经证明了这个结论。美国为此放弃了这条作为“不可再生资源”的低压载波信道，欧洲为此吃尽苦头。只是这条信道的商业价值，使得欧洲标准组织Prime，准备花“天价”，采用一些特殊技术，来实现技术突破。我国从上个世纪九十年代开始小规模试点，到2009年的大规模推广，至今已经现场安装终端数亿台，资金投入上千亿。留下只是一个“弃之可惜，食之无味”的“鸡肋”系统，不折不扣的“烂摊子”。

　　但我们也要清醒认识到，低压载波信道的这个“残疾”，不是“绝症”!

　　2.组网技术应用的合理性：

　　业界共识与现场结果：

　　我们前文所述低压载波信道通信可靠性堪忧，其前提是单纯的物理层通信。而应用于用能计量数据采集系统的低压载波信道，我们只是需要一个低速数据传输通道!

　　为什么这么说呢?因为作为用能营业管理的技术装备，价格政策执行的技术手段，在我们可以预见的未来，各种可能实施的价格政策，对通信的实时性要求都不会太高。这就为中继通信创造了有利条件。

　　中继通信的本质，是增加通信时间，牺牲通信速率，换取通信覆盖空间，提高通信可靠性。这种时间换空间的方法，是将时间作为资源来使用的。对于低速数据传输通道，这个条件是现实存在的。别说今天实施的仅仅只是阶梯电价，就是实施分时电价，我们也有足够的技术手段，使用通信时间来拓展通信覆盖空间。

　　中继通信不是什么新技术，但为什么人们还在津津乐道低压载波信道的“lastmile”问题是一个世界级技术难题呢?这是因为应用中继通信的现有组网技术，在低压载波信道上，都有巨大的局限性。简单套用现有的组网技术，是无法立竿见影解决问题的。

　　组网技术介绍：

　　在低压载波集抄系统的工程实践中，世界著名的几种分散型组网技术都有应用。例如echelon公司lonworks系统、神经元系统、蚂蚁算法。实践证明这几种在其他信道，效果卓著的组网系统，工程效果不佳，应用风险很大，纷纷退出历史舞台。

　　而在有线信道使用效果很好的“单频网”，最近得到欧洲同仁的青睐。从理论上分析，应该效果不错。可是，因为在中继同步与发射功率控制问题上，需要设计两款专用芯片，而且价格不斐。这对于终端面广量大的用能计量数据采集系统，即使是西方发达国家，也无力承受。

　　我们提出的低压电网网络拓扑分析与差分式路由技术，是一种集中式组网技术。设计思路很简单：算出低压电网的网络拓扑结构，准确挂载每个终端，采用差分式路由算法，选择中继点的位置，可以实现中继效率的最大化。但是这个设计思路的实现前提，是低压电网的网络拓扑分析，而这又是一个与“lastmile”问题，不遑多让的世界级难题!

　　集中式组网技术是存量系统改造的最佳途径：

　　无论是lonworks系统，还是神经元系统，蚂蚁算法，单频网系统，都属于分散型组网技术。这种系统的中继通信，要求全网所有终端，都参与进来。这就带来一个巨大的风险：只要一个终端出问题，就可能导致系统瘫痪。而要把存量系统改造成分散型组网，就必须将所有终端都改造成分散型组网技术系统的终端，改造成本很高。

　　而低压电网网络拓扑分析与差分式路由技术，属于集中式组网技术。因为在低压载波集抄系统行业标准制定的时候，已经预留了集中组网的通信规约报。而在集中式组网系统中，终端只是“傻瓜型”终端。整个组网是依靠“聪明的”集中器来独立完成。所以这项技术，对于存量系统的改造，十分有利：只要修改集中器软件，就可以实现集中组网，甚至不需要修改集中器的硬件!

　　对于我国已经现场安装的3亿台终端存量系统，组网改造就可以节省大笔开销。

　　3.网络拓扑分析是突破口：

　　低压载波通信的最大难题在于几乎所有影响通信的物理条件，都是动态的。而且动态波动范围很大。而分散型组网技术，在一定程度上，是依靠“历史经验”积累，来选择中继点。对于信道稳定性很差的低压载波信道，这些“历史经验”的可信度就很低。这就是分散型组网技术在低压载波信道上应用的局限性。

　　低压电网的网络拓扑分析与差分式路由技术，选择了通信环境中唯一的准静态因素，也就是低压电网的网络拓扑结构，作为中继路径选择的依据，所以具有较高的合理性。

　　这里，能否实现低压电网网络拓扑分析，就成了低压载波通信可靠性提高的突破口与关键。

　　低压电网网络拓扑结构的基本概念：

　　我国的低压电网建设，近代新建的城市系统，还算有迹可循，他们必须符合建筑设计规范。但早年建设的城市电网，几乎就没有任何规律可循啦。特别是农网，它们与山川河流走向与地理环境，都有密切关系，加上人为因素，它们的拓扑结构，完全可以用随机来描述。

　　从理论上，低压电网的网络拓扑结构模型，是“树枝状、发散性”。这一点毫无疑问。这里的“树枝状”是分析的难点。

　　低压电网网络拓扑分析的数学模型：

　　根据低压电网网络拓扑分析的需要，我们建立了上述有限定义域的三维网络拓扑分析数学模型。包括分相、分级、分支。其中的分相，我们不是通过A/D转换实现，而是统一在网络拓扑分析算法中;分级指的是距离集中器的相对远近;分支指的是“树枝状、发散性”电网的支状描述。

　　低压电网网络拓扑分析，包括两个任务：“树枝”形状的解析与所有终端挂载位置的确定。

　　可行性的解析：

　　因为低压电网网络拓扑结构的随机性，与终端数量的原因，通常意义的数学解析，几乎是不可能的。这也是很多学术研究部门放弃这个课题的理由。而我们的分析，完全出于工程的考量。采用了逼近算法与系统动态修正，在进行了初步的网络拓扑探查的同时，就可以进行拓扑中继抄收，借助波状外延，实现通信全覆盖。

　　我们这里得到的网络拓扑结构，只是逼近算法的中间结果，而不是几何意义或物理意义的确定结果。但从工程意义，这个结果足够了!从国内外低压载波通信的现状看，物理层通信已经可以实现70%以上的抄收成功率。在实现中继点准确选择的前提下，一般1-2级中继，就可以实现通信全覆盖。网络拓扑分析结果不用很准确。

　　还要说明的是，这里得到的不是几何拓扑结构，而是物理拓扑结构。它正适用于低压载波通信的中继点选择。

　　两维网络拓扑分析与三维网络拓扑分析：

　　根据上述低压电网网络拓扑分析模型，可以将网络拓扑分析技术分为两维网络拓扑，与三维网络拓扑。前者只完成分相与分级，后者包括分相、分级与分支。其中分支是最复杂的。但就我们的四表集抄现场要求来说，只要有了两维网络拓扑分析与差分式路由，基本就可以实现100%通信覆盖，只是抄收速度稍慢。不过也能满足我国现行各种能源价格政策的需要。

　　4.低压电网网络拓扑分析的广阔应用前景：

　　低压电网网络拓扑分析技术，作为一项工程角度解决问题的技术方案，虽然不能作为一项理论上的技术突破，但它还有更多的应用前景。这里仅举一例说明。

　　现在国内外大力推广的分散型绿色能源建设，蓬勃崛起，方兴未艾。但这些分散型绿色能源与大电网并网运行，却存在诸多重大技术难题。其中，潮流分布、短流计算、运行方式设计、保护定值计算，都需要采用微网技术进行。但微网技术的应用，也需要电网结构图纸。而这就需要低压电网的网络拓扑结构。所以，低压电网的网络拓扑分析，也将是应用的必备技术。

　　当然，我们目前的低压电网网络拓扑分析技术与上述需要还有些许差异。但这种分析方法，将提供一种重要的技术手段。

　　结束语：

　　上述四篇关于四表集抄的短文，是笔者多年从事集抄系统研究的一点感受与体会。写在四表集抄规模推广之前，希望对大家有所补益。一己管见，缪误难免，敬请左正。