0 引 言

燃氣在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，用戶種類和數(shù)量迅猛增長，用氣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化。要實現(xiàn)對燃氣的合理利用， 燃氣的計量收費管理工作非常重要 [1]。燃氣表用戶大致分為工業(yè)用戶與居民用戶兩種，由于兩種燃氣表的使用環(huán)境不同， 因而抄表方式也存在很大的差異，但大體可分為兩種，即人工抄表和自動抄表。人工抄表耗時大，成本高，存在入戶不及時、錯抄、漏抄的可能，因此自動抄表大勢所趨 [2]。隨著無線通信行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的無線技術(shù)被應(yīng)用到電力、水力和燃氣的無線抄表系統(tǒng)中。

目前在民用燃氣抄表系統(tǒng)中的無線采集方案多由無線燃氣表、集中器、手持機及后臺抄表系統(tǒng)組成。無線燃氣表采用LoRa 或 ZigBee 無線擴頻技術(shù)，將各住戶家中的燃氣數(shù)據(jù)定時上送到集中器，在集中器上安裝 GPRS 通信模塊，定時遠傳給后臺抄表系統(tǒng)中。當抄表遇到故障時可根據(jù)后臺抄表系統(tǒng)的提示定位到具體用戶，再派專業(yè)的技術(shù)人員到現(xiàn)場通過手持機重抄或檢查故障。這種抄表方式有效解決了燃氣公司目前使用單純基表帶來的數(shù)據(jù)收集不及時、入戶難、無法了解移表、拆表和竊盜氣現(xiàn)象及難于保障安全監(jiān)測等問題，相比傳統(tǒng)的RS 485 集中自動抄表方式解決了布線困難的問題，非常適合部分年代久遠小區(qū)的改造。

但工業(yè)用戶不宜采取以上方式。對于民用無線抄表，小區(qū)住戶集中，集中器的安裝較方便，一般一個采集器可通過LoRa 無線連接至少 200 臺燃氣表，便于集中采集管理并減少通過GPRS 上送數(shù)據(jù)的流量?？蓪τ诟鞴I(yè)用燃氣用戶來說， 不具備地理上的集中優(yōu)勢，用戶分散排布，無法集中安裝燃氣表。對于這種散落分布的工業(yè)燃氣用戶，可在燃氣基表上加裝GPRS 通信模塊，使每個分散的工業(yè)用戶作為獨立個體直接上傳數(shù)據(jù)到后臺系統(tǒng)中，避免因地理位置分散，給抄表人員帶來的極大不便，同時也節(jié)省了大量人力、物力和財力。

1 思想架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

在工業(yè)燃氣皮膜表基表上直接加裝 GPRS通信模塊后， 從燃氣表上讀取的數(shù)據(jù)可實時或定時上傳到后臺抄表平臺系統(tǒng)中。抄表平臺采用 B/S架構(gòu)，任意聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器只要具有一定的權(quán)限都可進行訪問操作。底層燃氣表通過GPRS方式通信， 采用 TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議為《工業(yè)預(yù)付費遠程表通訊協(xié)議》。后臺軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集服務(wù)前置端，客戶操作服務(wù)端兩大類。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示。

無線燃氣表每隔一小時會采樣保存一個點，每天通過GPRS 定時上線一次，上線后將 24 個點的數(shù)據(jù)同時發(fā)送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)直接寫入后臺數(shù)據(jù)庫。但這種頻繁的I/O 操作較耗時，抓取每個設(shè)備數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)成功寫入數(shù)據(jù)庫大約需要 3 s 的時間。隨著在某個時間點上線設(shè)備數(shù)量增多，數(shù)據(jù)的延遲時間將增加，導(dǎo)致每個燃氣表的維持在線時間加長，增加了燃氣表的功耗，減少了電池的使用時間。頻繁更換電池不僅增加了使用成本，也為用戶帶來了不必要的麻煩，此時考慮將數(shù)據(jù)采集服務(wù)器部分的數(shù)據(jù)庫交互部分與采集部分獨立開來，以分擔數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的負擔，Redis 技術(shù)因此被引入。

1.2 Redis簡介及特性

Redis（Remote Dictionary Server）基于遠程字典服務(wù)， 是非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（Not Only SQL，NoSQL）產(chǎn)品之一，它支持網(wǎng)絡(luò)、key-value 模型等存儲系統(tǒng)， 可用作數(shù)據(jù)庫、高速緩存和消息隊列代理 [3]。Redis 的出現(xiàn)，很大程度補償了memcached key/value 存儲的不足，在部分場合可對關(guān)系數(shù)據(jù)庫起到很好的補充作用。其支持的存儲 value 類型包括 string（字符串），list（鏈表），set（無序集合），zset（sorted set 有序集合）和 hash，也可將 Redis 看成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)類型都支持 push/pop，add/remove 及交集、并集和差集運算，Redis 支持各種不同方式的排序。數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中， 可周期性地把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或把修改操作寫入追加的記錄文件，并實現(xiàn) master-slave（主從）同步。它提供了 Java， C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python， Ruby，Erlang 等客戶端，使用方便。

Redis 是基于 C/C++ 開發(fā)的一款 K-V 數(shù)據(jù)庫，特點是運行快，使用類 Telnet 協(xié)議 [4]。

Redis 具有如下特性 ：

（1）性能高。Redis 讀的速度是 110 000 次 /s，寫的速度是 81 000 次 /s ；

（2）豐富的數(shù)據(jù)類型。Redis 支持二進制案例的 Strings，Lists，Hashes，Sets 及 Ordered Sets 數(shù)據(jù)類型操作 ；

（3）Redis 的所有操作都是原子性的，同時 Redis 還支持對幾個操作全并后的原子性執(zhí)行 ；

（4）豐富的特性。Redis 還支持 publish/subscribe（發(fā)布訂閱模式），通知，key 過期等。

1.3 Redis的使用

安裝好 Redis 數(shù)據(jù)服務(wù)器，確定好通道名稱，采用發(fā)布 / 訂閱方式，即數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過 Redis 的發(fā)布方式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)布到 Redis 數(shù)據(jù)服務(wù)器中，任務(wù)完成即返回。客戶Web 訪問服務(wù)器通過訂閱方式將接收到的發(fā)布數(shù)據(jù)批量寫入數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)采集，有效分擔數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的工作，實現(xiàn)了分布式架構(gòu)。在當前的物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下，Redis 技術(shù)突顯了分布式架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢。

2 實現(xiàn)方法

本次設(shè)計的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器軟件平臺用 Java 語言編程實現(xiàn)，TCP/IP 部分采用開源的 Mina 框架實現(xiàn)了多線程的整合調(diào)度，再配合 Redis 技術(shù)，采用 JSON 格式發(fā)布 / 訂閱的消息，規(guī)范統(tǒng)一。

連接 Redis 服務(wù)器代碼如下：

Public static void ConnectRedis（）

{

if（jedisPool!=null）

{

jedisPool.destroy（）；

jedisPool=null ；

}

Jed isPoolCon f ig m Jed isPoolCon f ig = new

JedisPoolConfig（）；

// 最大空閑連接數(shù)，默認 8 個

mJedisPoolConfig.setMaxIdle（8）；

// 可用連接實例的最大數(shù)目，默認值為 8

// 如果賦值為 -1，則表示不限制

mJedisPoolConfig.setMaxTotal（GloableData.

RedisConnectCount）；

// 等待可用連接的最大時間，單位 ms，默

認值為 -1，表示永不超時。如果超過等待時間，則直接拋出

JedisConnectionException

mJedisPoolConfig.setMaxWaitMillis（10000）；

// 在 borrow 1 個 jedis 實例時， 是否提前進行

validate 操作 ；如果為 true，則得到的 jedis 實例均是可用的 ；

mJedisPoolConfig.setTestOnBorrow（true）；

mJedisPoolConfig.setBlockWhenExhausted

（true）；

mJedisPoolConfig.setTestOnReturn（true）；

mJedisPoolConfig.setTimeBetweenEvictionRuns

Millis（30000）；

jedisPool=newJedisPool（mJedisPoolConfig，

GloableData.RedisAddress， GloableData.RedisPort）；

}

將發(fā)布的數(shù)據(jù)發(fā)送到 Redis 服務(wù)器上的代碼如下；

Public static void PublishDataTORedis（String strData）

{

Jedisjedis = null ；

try

{

jedis = jedisPool.getResource（）；

String strChannel=GloableData.RedisChannelName ；

jedis.publish（strChannel， strData）；

nRedisCount++ ；

}

catch（Exception e）

{

logger.info（"Redis 發(fā)送異常：{}"，Common.

getStackTree（e））；

jedisPool.returnBrokenResource（jedis）；

// 歸還異常的 jedis 對象

}

finally

{

// 返還到連接池

close（jedis）；

}

}

從上述代碼中可以看出 Redis 的使用非常簡便，大大縮短了開發(fā)周期并有效分擔了數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的工作負荷。采用 Redis 技術(shù)后，每個燃氣表的采集時間縮短到 500 ms以內(nèi)，燃氣表確認服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后立刻下線，有效節(jié)省了電池電量，收到了良好的效果。

3 結(jié) 語

無線燃氣抄表技術(shù)已被廣泛用于各燃氣公司，數(shù)據(jù)上送到平臺后，可擴展的業(yè)務(wù)，如統(tǒng)計查詢、對比分析、線上線下預(yù)付費等，均可利用互聯(lián)網(wǎng)方式進行，使用戶有更好的體驗和更靈活的操作方式。

本文提到的 Redis 技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到無錫燃氣公司對部分工商業(yè)燃氣用戶的改造項目中，采用華潤物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺實現(xiàn)了對燃氣用戶數(shù)據(jù)的讀取和統(tǒng)計，具有廣闊的應(yīng)用前景。