摘要：隨著我國(guó)智能電網(wǎng)全面鋪設(shè)及電力信息交互的復(fù)雜性增加，電力通信機(jī)房設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控至關(guān)重要。該文提出了一種基于RFID事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集設(shè)備狀態(tài)、位置和出入庫(kù)信息，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳至監(jiān)控中心，后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和輔助決策，提供友好用戶(hù)界面，確保電力通信安全穩(wěn)定。該系統(tǒng)方案有助于提升電力通信設(shè)備的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；無(wú)線(xiàn)通信；設(shè)備管理；電力系統(tǒng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.016

中圖分類(lèi)號(hào)：TN 92；TP 391.44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-00-03

Design of Power Communication Equipment Based on RFID Technology

ZHANG Xuefei1， ZHAO Yanli2， LI Tong1

（1. Shanxi Engineering Vocational College， Taiyuan 030009， China; 2. China Mobile Communications Group Design Institute Co.， Ltd. Shanxi Planning and Independent Branch， Taiyuan 030009， China）

Abstract： With the comprehensive installation of smart grids and the increasing complexity of power information exchange in China， real-time monitoring of power communication equipment in computer rooms is crucial. This article proposes a power communication equipment management system based on RFID event processing technology. The system can collect real-time equipment status， location， and inbound and outbound information. After processing， the data is transmitted to the monitoring center， and the backend system analyzes and assists in decision-making， providing a user-friendly interface to ensure the safety and stability of power communication. This system solution helps to improve the operational efficiency of power communication equipment and reduce operational risks.

Keywords： internet of things; RFID; wireless communication; equipment management; power system

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)智能化建設(shè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行管理中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著電力系統(tǒng)信息通信設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大，其運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)和安全要求也不斷增加。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種有效的解決方案，尤其是在實(shí)時(shí)監(jiān)控電力通信設(shè)備方面發(fā)揮重要作用。RFID的核心部件包括電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，能在一定范圍內(nèi)讀取標(biāo)簽信息，用于識(shí)別物品或人的身份[1-2]。RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯著，包括大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、快速便捷的讀取方式、遠(yuǎn)距離讀取、自動(dòng)化操作等[3]。本文提出一種基于RFID事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備管理系統(tǒng)，旨在提升電力通信機(jī)房的通信效率與穩(wěn)定性。

1 RFID技術(shù)原理

RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)作為一種尖端的無(wú)線(xiàn)射頻非接觸式通信技術(shù)，專(zhuān)門(mén)用于精準(zhǔn)地識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取其相關(guān)信息。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵之處在于其精妙設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽和高效的讀寫(xiě)器，共同構(gòu)成了一個(gè)高度互動(dòng)的雙向通信系統(tǒng)。每個(gè)電子標(biāo)簽都嵌入了一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別碼和其他信息，這些標(biāo)簽可以在一定距離內(nèi)被讀寫(xiě)器識(shí)別和讀取。RFID系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽組成?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)處理讀寫(xiě)器收集的數(shù)據(jù)，而讀寫(xiě)器則是與電子標(biāo)簽進(jìn)行通信的關(guān)鍵設(shè)備。電子標(biāo)簽則扮演著存儲(chǔ)并傳遞信息的角色。這三個(gè)組成部分相互協(xié)作，共同構(gòu)成了RFID系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，有效實(shí)現(xiàn)了高效和自動(dòng)化的目標(biāo)識(shí)別與數(shù)據(jù)收集[4]。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RFID讀寫(xiě)器是RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，包括多個(gè)重要的子模塊，如射頻單元、電源模塊、存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)協(xié)議棧處理模塊。射頻單元在RFID系統(tǒng)中發(fā)揮著核心作用，負(fù)責(zé)發(fā)射和接收射頻信號(hào)，確保與電子標(biāo)簽的高效通信。電源模塊為讀寫(xiě)器供電，保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，而數(shù)據(jù)協(xié)議棧處理模塊則像一個(gè)控制中心，處理解碼任務(wù)、執(zhí)行上層應(yīng)用指令以及管理標(biāo)簽的讀寫(xiě)操作。此外，為增強(qiáng)性能，某些系統(tǒng)還整合了防碰撞和加解密功能。接口電路則提供與上層應(yīng)用的連接，包括RS232、RS485、韋根接口和USB等[5-6]。電子標(biāo)簽由天線(xiàn)、射頻接口和芯片構(gòu)成，其中射頻接口包含調(diào)制解調(diào)器和電壓調(diào)節(jié)器，負(fù)責(zé)通信和能量管理，電子標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

RFID系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)的分層設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了一個(gè)四層架構(gòu)：應(yīng)用業(yè)務(wù)層、服務(wù)器層、中間件層和設(shè)備層。這種層級(jí)結(jié)構(gòu)清晰劃分了功能與職責(zé)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。應(yīng)用業(yè)務(wù)層是用戶(hù)直接接觸的最高層，處理如查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)告生成等業(yè)務(wù)請(qǐng)求，其設(shè)計(jì)依據(jù)具體應(yīng)用需求而定。服務(wù)器層位于應(yīng)用層下方，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)邏輯處理。中間件層作為服務(wù)器層與設(shè)備層間的橋梁，負(fù)責(zé)獲取處理事件，并控制設(shè)備層硬件。設(shè)備層，作為基礎(chǔ)層，包含RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽等硬件，執(zhí)行中間件層指令并返回結(jié)果[7]。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)應(yīng)用業(yè)務(wù)層發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器層接收并處理請(qǐng)求，中間件層從服務(wù)器層獲取事件并控制設(shè)備層硬件執(zhí)行操作，操作結(jié)果經(jīng)中間件層返回服務(wù)器層，再由服務(wù)器層傳回應(yīng)用業(yè)務(wù)層，完成處理流程。這種分層架構(gòu)確保了系統(tǒng)的高效運(yùn)行，同時(shí)提高了可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。設(shè)備層是RFID監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心，包括幾個(gè)關(guān)鍵組件：固定式RFID讀寫(xiě)器、天線(xiàn)、RFID設(shè)備標(biāo)簽，以及安裝在通信機(jī)房或備品庫(kù)出入口的固定式RFID讀寫(xiě)器、天線(xiàn)和聲光報(bào)警器，這些元素共同構(gòu)建了一個(gè)高效的監(jiān)控系統(tǒng)。固定式RFID讀寫(xiě)器和天線(xiàn)被安裝于機(jī)房?jī)?nèi)部，通過(guò)以太網(wǎng)與服務(wù)器和應(yīng)用業(yè)務(wù)端連接，其主要功能是感應(yīng)經(jīng)過(guò)的RFID標(biāo)簽并獲取標(biāo)簽的EPC編號(hào)。RFID設(shè)備標(biāo)簽附于被監(jiān)控設(shè)備上，含有獨(dú)特識(shí)別信息。聲光報(bào)警器安裝在關(guān)鍵區(qū)域，如出入口，用于異常情況下發(fā)出警報(bào)。當(dāng)固定式讀寫(xiě)器感應(yīng)到標(biāo)簽時(shí)，獲取標(biāo)簽EPC編號(hào)并傳至中間件層，再由服務(wù)器處理。異常情況下，聲光報(bào)警器觸發(fā)，業(yè)務(wù)層應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù)和警報(bào)信息，如設(shè)備被非法移動(dòng)或讀寫(xiě)器故障。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及選型

選擇讀寫(xiě)器和天線(xiàn)時(shí)，需考慮通信距離等實(shí)際需求，市場(chǎng)上流行的超高頻讀寫(xiě)器品牌包括UHF、AWID和ALien系列。超高頻讀寫(xiě)器主要性能比較如表1所示。

在天線(xiàn)選擇上，本文考慮了線(xiàn)極化和圓極化兩種類(lèi)型。線(xiàn)極化天線(xiàn)適用于標(biāo)簽方向固定且已知的場(chǎng)景，能提供更精確的讀取。圓極化天線(xiàn)適用于標(biāo)簽方向不固定或未知的場(chǎng)景，提供更廣泛的覆蓋范圍。兩種天線(xiàn)特點(diǎn)如表2所示。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID技術(shù)的有效應(yīng)用，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析和比較，課題組選擇了型號(hào)為BJSF-401的固定式無(wú)源超高頻四通道分體式RFID讀寫(xiě)器，符合ISO180006C和EPC G2標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率在902～928MHz范圍內(nèi)。考慮到設(shè)備移動(dòng)主要涉及進(jìn)出兩個(gè)方向，線(xiàn)極化天線(xiàn)可滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。因此，選擇型號(hào)RFID900V12120A的線(xiàn)極化條形天線(xiàn)，尺寸為120 mm×90 mm×8 mm。所采用的防碰撞算法是幀時(shí)隙ALOHA算法或動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙ALOHA（Q算法）。Q算法通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整幀時(shí)隙大小，有效減少標(biāo)簽間的讀取沖突，提高系統(tǒng)的讀取效率和穩(wěn)定性。Q算法模型如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了RFID技術(shù)及其在電力通信設(shè)備管理中的應(yīng)用，基于對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，針對(duì)電力通信設(shè)備管理的具體需求，融合了復(fù)雜事件處理的理念，設(shè)計(jì)了一種基于射頻識(shí)別事件處理技術(shù)的電力通信設(shè)備實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)。研究涵蓋了電力通信設(shè)備管理的現(xiàn)狀，并提出了電力通信裝備管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)。目前設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件在實(shí)時(shí)智能監(jiān)控方面表現(xiàn)良好，未來(lái)的工作方向可以考慮將其與傳感監(jiān)控等技術(shù)結(jié)合，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍。

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