电力无线通信专网（精选10篇）
电力无线通信专网 篇1
0前言
随着智能电网建设的推进, 需要构建覆盖全网直至用户侧的高速实时、支持多业务灵活接入的电力通信网络。若将现有的电力骨干光纤通信网络向下延伸, 存在短时间内无法大面积覆盖、光纤布放难度大、投资高、运维工作量大等问题。因此, 单一的光纤通信方式已经不能满足智能电网业务全覆盖要求, 需要开展以光纤通信为主、无线通信为辅相结合的复合通信网络建设与应用尝试, 以更好地开展配电自动化、输电线路监测、无人值守可视化管理、应急抢险、视频监控等业务。近年来电力企业对于供电质量提出了更高的需求, 输电线路在线监测系统应运而生。该系统通过各种传感器技术, 通信技术, 信息处理技术实现输电线路运行状态的感知、预警、分析、评估, 以保障电力输电线路的安全运行。输电线路在线监测系统中视频监控是最重要、最直观的手段, 而实现视频监控最核心的问题就是如何解决系统的通信。
应急通信系统是电力系统必不可少的组成部分, 在特殊情况、突发事件下, 常规电力通信网络很可能已经失效, 导致抢修指挥中心、相关部门不能及时、充分地了解相关情况而无法下达指令。因此, 建设一套电力应急通信系统, 将事故现场的视频、语音回传至指挥中心, 确保对突发事件做出有序、快速、高效的反应, 对于电力企业提高生产安全水平意义重大。
1 5.8 GHz无线通信技术简介
1.1 开放频段
频率对于无线通信来说是非常宝贵的资源, 通常需要经过国家无线电管理机构严格审批才可使用某一频段。而5.8 GHz频段主要开放给工业、科学、医学三类机构使用, 无需授权许可, 只需在无线电管理机构备案, 遵守发射功率要求, 并且不要对其它频段造成干扰即可使用。因此, 5.8GHz频段的开放性是5.8 GHz无线通信技术的最大优势。
5.8 GHz是一个纯净宽阔的无线传输频段, 目前使用该频段的设备较少, 可使用的信道带宽较大, 传输速率也有保障。尤其是在一个频率干扰极小的环境下, 5.8 GHz设备可以稳定在一个频段, 无需频繁调频, 从而也降低了设备的能耗。
1.2 信道划分及载波带宽
从频率规划和业务带宽综合考虑, 既要能很好进行频率规划又要有较宽的业务带宽, 5.8 GHz系统信道带宽采用15 MHz到25 MHz比较合理。
1.3 调制方式及业务带宽
5.8 GHz频段没有规定上下行信道范围, 多数5.8 GHz系统采用TDD方式, 上下行共用一个信道。其业务带宽指标一般指上下行业务带宽之和。5.8 GHz无线系统主要采用BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM等调制方式, 业务带宽从6 Mbps到105 Mbps不等。
1.4 传播特性及覆盖距离
对于单载波5.8 GHz系统, 无线设备之间通常要求视距传输;对于采用OFDM技术的5.8GHz系统, 无线设备之间可以不要求视距传输。5.8 GHz点对多点系统覆盖距离通常可以达到5km~10 km。5.8 GHz点对点系统使用抛物面定向天线, 最远传输距离可达到80 km。
1.5 协议标准及Qo S
5.8 GHz无线通信系统采用的协议有802.11a、私有协议。目前还没有完全依据802.16标准开发的5.8 GHz系统。Qo S方面, 5.8GHz系统支持限制最大带宽、保证最小带宽及按业务流优先级传输。系统通过判别IP包的TOS字段识别不同的业务流, 对视频、Vo IP等业务流进行优先传输。
2 在输电线路监测中的应用
2.1 无线和光纤混合式接入方式
在输电线路中采用无线方式将就近的多个杆塔监控节点进行汇聚, 然后利用OPGW光缆或ADSS光缆实现光纤汇聚点到变电站的连接, 变电站到监控中心之间利用现有电力光纤通信网进行数据传送。
2.2 全无线接入方式
在输电线路中全部采用无线方式, 将就近多个杆塔监控节点进行点到多点的汇聚, 然后采用无线点到点方式将汇聚信号传到变电站, 变电站到监控中心之间利用现有电力光纤通信网进行数据传送。
3 在电力应急通信中的应用
5.8 GHz无线通信技术用于电力应急通信系统, 克服了现有应急通信系统中存在的通信距离短、通信带宽低、设备运输不便、无法传输视频及其它高带宽业务等缺点。
基于5.8 GHz无线专网的电力应急通信系统中, 应急现场的通信设备与作为中继节点的某个变电站通过无线专网进行通信, 变电站通信系统与主控和指挥中心通过已有光纤通信网络进行通信, 从而快速、精确地完成远程应急指挥任务。
4结束语
通过实际测试, 可以确定基于5.8 GHz无线专网的视频监控系统在易用性、功能完善性以及可靠性方面均具有优势, 能够较好地满足实际项目中的应用。无线视频远程控制系统能够传输多路视频, 且均能够以720p/1080p的标准实时回传, 保证控制端可远程操作摄像头进行变焦、转向等调整。
另一方面, 也应看到, 5.8 GHz属于超高频频段 (3~30 GHz) , 无线信号波长很短, 为厘米波, 绕射能力较差。因此, 今后在进行5.8 GHz无线专网建设时, 利用仿真软件初步选点之后, 还必须对每一个设备部署位置进行实地踏勘, 只有确定链路具有视距条件, 且设备周围没有树木, 未来也无建设较高建筑物的规划时, 才可开展建设。
摘要：结合当前电力系统需求, 提出了5.8 GHz无线通信技术在输电线路监测以及应急通信等2个领域的应用方案, 选择位于高海拔地区的迪庆供电局作为试点, 利用仿真软件选择设备部署位置, 实地搭建小型无线专网, 对无线专网的各项技术指标进行了测试。通过对测试结果进行分析, 验证了利用5.8 GHz无线通信技术构建电力通信专网的可行性, 总结了无线专网建设的一些经验。
关键词：5.8 GHz通信技术,无线专网,输电线路监测,应急通信
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电力无线通信专网 篇2
中国石油网消息（通讯员 佟莹 王盛强）：塔里木油田通信公司日前将油田12座微波站的微波设备拆除后集中送往大二线器材库，标志着为塔里木油田通信事业服务18年的微波通信设备完成历史使命正式“退役”。塔里木油田通信已经拥有主干光缆1300余千米、光传输设备近50套、固定电话装机容量2万余门、卫星小站70余座，在探区实现光传输和卫星通信，发展成为全方位覆盖的现代化通信专网。
塔里木油田微波通信始建于1991年，系统全长440千米，沿途设置12个微波站。微波系统采用510路数字微波，最大容量可同时通过510部电话。在当时条件下，微波通信为勘探开发初期前线大部分作业区及井队解决了通信问题。
新疆油田通讯公司牵手新华社打造油网资讯
中国石油网消息：（通讯员 富丽芸）近来，新疆油田通讯公司倾力打造数字化油田，通过先进的通信技术把内部局域网与新华通讯社联系起来，使局域网用户可以独享新华社为石油行业定制的资讯数据库。新疆油田通讯公司通过卫星24小时实时接收新华社多媒体数据库更新，新华社为石油行业定制的资讯数据库涵盖了石油化工及相关产业的大量信息，每天不间断更新，以满足油田公司员工了解石油行业资讯的需求。据悉，“油网资讯”网站是新疆油田公司通讯公司继“油城信息港”之后倾力打造的第二个网站，包括决策参考、油气行业、化工信息等11大类内容。
新疆采二巧用虚拟机提升服务器利用率
中国石油网消息：（记者 宋鹏 通讯员 邵占兴 王金和）截至10月底，新疆油田采油二厂已巧妙利用虚拟机技术，有效解决了多应用系统共存的难题，在减少物理服务器数量的同时，还达到了节能降耗的目的，有力地促进了数字油田的建设。
据了解，随着数字油田建设的不断推进，越来越多的应用系统在采油二厂得到推广应用，在油田生产管理中发挥着重要作用。目前，这个厂在用的应用系统已达36套，但仍不能完全满足生产需要。随着应用系统的增多，对服务器设备也提出了更高的要求。在这种情况下，如果多套应用系统共用一台服务器，会出现相互干扰的问题；如果每套应用系统都使用独立的服务器，现有的硬件投资、设备耗电、机房制冷等方面条件又不能满足需要。
为解决这一难题，采油二厂信息档案管理站的技术人员从2007年9月开始研究使用虚拟机技术，来满足应用系统不断增加对增加服务器数量的需求。虚拟机软件可以在一台物理服务器上模拟出若干台虚拟服务器，每台虚拟出来的服务器可以单独运行自己的操作系统而互不干扰，这样就达到了一台服务器同时运行多个操作系统的目的，甚至还可以将多个操作系统连成一个网络。
经过近一年来的测试运行，采油二厂相关技术人员基本掌握了虚拟机软件的安装、迁移、备份、管理等知识。在完成测试并将购置的正版虚拟机软件安装在新购置的刀片服务器上后，已经将原来测试服务器上的虚拟机系统全部迁移到正式环境中。
海能达20年见证专网通信大发展 篇3
海能达作为全球领先的专网通信设备与服务供应商，20年专注专网通信终端、集群通信系统等专业无线通信设备的研发、制造、销售和服务，其数字技术在专业无线通信行业不断应用与发展，领先技术用于公共安全、公共事业及工商业客户，为客户提供恰如所需的专业通信解决方案。这20年正是中国专网通信蓬勃腾飞的20年，海能达代表了中国专网通信发展的同时，也带领着中国专网通信领域走向世界的舞台。
时刻响应，海能达聚焦客户需求
自然灾难、社会动荡和公众突发事件频发，专网通信带来的安全、高效的通信，对于公共安全用户尤为重要。海能达深刻理解公共安全用户面临的挑战，自主研发并推出数字集群及同播系统、便携应急通信系统和可视化调度指挥系统等多项专业无线通信解决方案，为用户提高应急处突、抢险救援及日常勤务的指挥调度能力。
据统计，海能达已为中国20多个省、市、自治区累计超过60万名公安用户提供专业无线通信设备及解决方案，成功服务福建公安、合肥城管、贵阳劳教所，以及马来西亚公共安全及国土安全部、土耳其国家警察情报部。
2012年10月，海能达为大庆市公安局提供基于PDT数字标准的解决方案，350兆PDT数字集群系统提升警务实战信息化水平。海能达成功中标新疆公安厅350兆数字集群设备采购项目，将为北疆八个地州提供PDT警用数字集群网。
交通运输领域也是保障社会有序运行、人民安居乐业的基础。海能达面向交通运输用户提供地铁运营指挥调度系统、铁路安全施工防护系统、机场无线集群通信系统等专有解决方案，这不仅提高了运营调度和精细化管理水平，还满足了交通运输运营调度的通信需求。
2011年5月，海能达为深圳北站量身打造高效集群系统通信解决方案，攻克了深圳北站项目通信面积广、楼层分布密集、通信盲点多、传播模式错综复杂、应用人数多且分组管理要求高的系统建设难关，实现了深圳北站东西广场95%以上的区域信号覆盖。
在交通领域上，海能达产品及解决方案成功应用于“世界上最繁忙的铁路之一”香港地铁、淮安机场、中国南方航空公司大连分公司等用户，也为海外客户如土耳其马尔马雷列车轨道工程提供相应服务。
为专业用户提供高效安全通信系统
20年坚持不懈的创新，海能达在林业、能源、交通等公用事业领域取得了重大突破，推动多个行业实现了无线通信从模拟到数字的时代变革。
在能源领域，海能达已经成功成为了中石油、中石化、中海油等国内三大石油集团的注册入网供应商。标志着海能达作为专网通信主流供应商，已得到了石化行业客户的充分认可。在安监行业，海能达自主研发生产的防爆对讲机均通过了国家权威部门的防爆认证，且由国家安监总局通信信息中心监制。海能达提供的专业防爆对讲机和整体解决方案为能源行业安全生产提供高效的通信设备。
在民航领域，海能达已经成功为大连国际机场、揭阳潮汕国际机场、香港机场、首都机场、珠海机场、淮安机场等机场用户以及中国南方航空、中国东方航空公司及海南航空等航空公司用户提供了量身定制的专网通信设备，海能达设备以安全稳定、服务高效的特点赢得了广大民航业用户的充分认可。
在大型企事业领域，海能达已经成功为合肥城管、济南城管、石家庄城管、哈尔滨松北区城管、江苏淮安城管、杭州鹿城区城管等城管用户提供了针对性的专业无线通信解决方案。
在弱电领域，港珠澳大桥海底隧道工程、三峡大坝等众多“世纪工程”都选择了海能达无线通信解决方案。作为全球迄今最长的海底隧道工程，港珠澳大桥选择了海能达的通信设备作为施工建设通信保障，在海底隧道建设期间，实现隧道内、东西人工岛、沉管预制厂和东西人工岛之间海面航道信号全覆盖，方便承建方各部门通过无线调度系统协调管理工作，提高工作效率。
为促进通信与管理的融合
工商企业是国家经济走势及活跃程度的风向标，行业的快速发展亟须无线通信企业配以反应快、高效率的沟通模式。对讲机“一按就通”的高效沟通模式成为工商企业移动通信的首选。海能达根据行业特性和移动岗位适配性的研究，为客户提供从模拟到数字的系列产品，包括弱场区域无缝信号覆盖、无线巡更调度、连锁企业商业集群、车辆无线调度等最具价值的行业解决方案，这为提升管理效率和降低运营成本带来极大的帮助。
海能达产品及解决方案已成功应用于上海和平饭店、英国River Island、美国Marcus运营商等多个中外酒店、商场管理集团；为中国超过1/3的物业管理企业如万科等承担高效沟通、快速响应的重要责任。
在大型体育赛事上，海能达为第34届美洲杯帆船系列赛、2010年中国网球公开赛、北京奥运会等重大赛事提供保障。深圳第26届世界大学生夏季运动会举办期间，作为此次盛会的专业无线通信设备供应商，海能达提供了包括大运火炬传递、大运会场馆通信保障、大运村通信调度、城市应急通信系统、大运会指定酒店的通信保障（如观澜高尔夫、麒麟山庄），为共计4000多台手持终端和百余部中转台在内的近1000万的通信保障服务。海能达已经为亚冠联赛、广州亚运会、深圳大运会、中国网球公开赛等重大赛事提供赛事保障。在2013年亚洲杯赛冠军杯决赛的赛场上，海能达DS-6801现场应急指挥系统为赛事安保部门解决了实时监控和及时指挥调度的通信难题。该系统以其简洁灵活的操作性、灵活的视频捕捉和语音调度等特性，在赛事发生突发群体事件时，实时进行现场监控，确保事态良性发展，在赛事进行中起到了重要的通信保障作用，得到赛事安保部门的高度认可。
数字技术推陈出新
海能达全面掌握PDT、TETRA、DMR等全球主流数字通信标准，并开发出从系统到终端的全系列数字产品。海能达在标准的制定及推广、系统及终端的研发上均取得了瞩目的成绩。
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2010年，海能达作为“PDT”标准研发的核心企业，受中国公安部委托，参与制定了“PDT中国警用集群标准”，并推动产业化运作。2013年4月，公安部在海能达承建的大庆公安局为样板点，正式发布PDT标准，标志着中国首个具自主知识产权的专网标准建立，中国的专网数字通信发展进入快车道。目前，海能达已为新疆、黑龙江等省份的公安提供基于PDT标准的安全有效的专业数字通信。
在系统研发方面，2013年，海能达正式发布TETRA下一代系统DIB R5，该系统支持TEDS标准，不仅可用于语音通信为主的网络系统，还能实现高性能的整合数据应用。海能达TETRA系统目前已在秘鲁等国家安全部门得到广泛使用。
就在2014年初，海能达正式发布适用于工商业领域的专业小集群DS-6211，该系统基于PDT标准，可以满足工商业客户话务量较小、建网成本低等需求，目前已在工商业得到广泛使用。在公共安全领域，海能达发布基于PDT标准，适用于高速公路交警、边防、武警等客户的数字同播DS-6310，该系统相较于传统的同播系统，可提供数据业务功能，极大地丰富了客户的业务模式，目前已在中国河南等省市得到广泛应用。
在终端研发方面：2013年，海能达针对工商业客户模拟转数字的需求，定制开发出PD500、PD600、MD650，相对于传统的数字集群终端，海能达商业数字终端具有性价比高的特点，在工商业领域已经得到了客户的广泛认可。
2013年，海能达PD790EX防爆对讲机已在中国、美国、欧洲等国家及地区获得了IIC级本质安全认证。IIC级本质安全认证的获得，标志着海能达防爆产品已得到全球客户的高度认可，是目前国内在专业无线通信领域唯一一家获得此认证的企业。目前，海能达已为国内及海外诸多客户提供基于IIC级防爆标准的产品及解决方案。
在数字蓝海，排名快速上升
全球范围内专网无线通信市场模拟向数字的转换俨然成为一个潮流，市场的转变给海能达带来了全新的机遇和挑战。
海能达早在2004年就已开始数字终端产品的开发、生产、销售的步伐，10年的耕耘，海能达TETRA、DMR、PDT数字产品已经得到市场认同，占据数字蓝海初显成效。目前海能达全新数字产品已成功打入美国、墨西哥、德国、俄罗斯、新加坡、土耳其及英国等海外重点市场。
据最新数据显示，2013年海能达对讲机终端出货量超百万台，其中近六成销往海外市场。一年之内实现“百万里程碑”不仅显示了专网市场的蓬勃发展，对海能达而言，更体现出全球各行业用户对海能达专网通信产品的高度认可。
2013年10月，在专网行业高峰论坛上，IHS行业研究机构的副总监Thomas Lynch先生对专网行业市场进行了深入剖析，并发布了最新的专网企业份额排名，在竞争激烈的全球数字专网市场中，海能达仍然是唯一上榜的中国企业，并还在以稳定的发展速度拓展全球专网市场。20年积累，海能达深耕专网通信。展望未来，海能达将持续推进技术创新，深化全球战略，加快数字产品的研发进程，提供更完善的系列化数字产品及解决方案以满足全球不同地区客户的差异化需求。
电力无线通信专网 篇4
随着智能电网建设规模的日益扩大,电力系统应对各种紧急事件和自然灾害的能力也亟待提升。电力系统应急通信主要解决灾害应急抢险、重大事件现场调度指挥、通信系统设备和线路故障排查等应用场景下的数据传输和通信组网问题。应急通信系统的多业务承载调度能力和通信网络的安全可靠性,对快速了解现场情况、现场人员的调度指挥以及高效处理突发事件起到至关重要的作用。
近年来,国内外许多研究机构十分重视应急通信系统的研究和开发,采用了多种通信技术来组建高效可靠的应急通信网络[1,2,3]。无线通信技术因具有可扩展性强、覆盖范围广、接入灵活、能够快速提供服务等优点,成为研究和应用的热点。目前国内电力系统主要采用光纤通信方式,光纤通信方式通常随一次线路走向实现面向线路的覆盖。对于光纤没有铺设到的地区以及光缆故障等情况,采用无线通信方式实现面向区域的覆盖。无线通信因其不受线缆铺设等工程问题的限制,通常作为电力应急通信系统的优选技术方案。
电力无线专网和无线公网相比,其带宽资源有显著优势,能够同时支持多路高清视频数据传输;而利用公网通道时,业务的优先级和安全性难以得到保证。在某些地区公网无法提供覆盖和传输通道的情况下,无线专网更发挥了不可替代的作用。因此,本文主要研究如何采用电力无线专网解决应急通信业务的传输问题。电力无线专网采用的技术体制包括多载波无线信息本地环路(Multi-Carrier WirelessInformation Local Loop,Mc Wi LL)、230 MHz无线通信系统、1.8 GHz长期演进(Long Term Evolution,LTE)宽带无线通信系统以及全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access,Wi MAX)。目前,电力无线专网主要用于配网、用电信息采集以及输电线路状态监测等业务[4,5,6,7]。由于230 MHz无线通信系统可用频点不连续且仅有1 MHz带宽,无法满足应急通信视频业务的传输需求[8]。考虑到Mc Wi LL与Wi MAX的产业链 较单一,不利于在电网中推广应用,因此,本文提出基于1.8 GHzLTE宽带无线通信系统构建应急通信网络。
1网络架构
1.1系统组成
电力应急通信系统主要由控制中心、无线基站、无线接力设备以及现场终端组成。电力应急通信系统组成如图1所示。
1)控制中心通常位于省、市电力公司的中心通信机房,部署多媒体调度指挥系统、网管系统以及监控中心视频服务器,负责控制和管理整个网络。控制中心可以承接多个远端现场回传的数据,并与应急指挥现场实现基于语音和视频业务的互动。控制中心与部署无线基站的变电站(35/110 k V等)之间需要利用有线承载网完成基站与控制中心之间的数据通信。基站与控制中心的宽带通信可以采用常见的电路方式,包括多个2 M电路捆绑、10/100 M局域网等。利用光传输设备将无线基站采集到的现场数据经变电站回传到控制中心。
2)无线基站通常部署在变电站。1.8 G LTE无线基站包括基带处理单元、射频拉远单元、核心网设备以及天线。由于LTE系统支持分布式组网,即将部分射频拉远单元和天线通过现有的光纤链路部署到距离基站较远的地区(不超过10 km)。基带处理单元和核心网设备通常位于变电站通信机房内。无线基站负责有线到无线的宽带数据转换,是沟通变电站到应急现场的核心节点。目前,应急通信通常采用可快速部署的一体化轻型基站,整体大小约为2U。基站通过百兆以太网口与变电站内的有线通信网互联,接入综合数据网,提供应急现场至中心的业务通信。一体化轻型基站便于移动和携带,天线安装简便,基站电源系统可以独立工作。
3)由于无线基站的覆盖范围有限,当应急现场距离变电站超过5 km时,需要通过中继节点完成数据的多级中继转发。系统采用应急通信车作为无线接力网元,利用LTE无线宽带通信技术将数据无线宽带接力到指挥现场。除此以外,应急通信车也可以部署在应急现场,直接采集现场终端的业务数据。车载系统由3部分组成:1无线接力网设备:负责实现与基站或无线接力设备之间的通信;2多媒体调度指挥系统:用于在通信车内指挥现场人员,观看现场终端传回的视频;3本地无线网络主设备:负责组建本地无线局域网络,如无线局域网(Wireless LocalArea Networks,WLAN)。
4)本地无线网络主设备(如无线接入点)需要提供与无线接力网设备的有线通信接口,将本地网络的数据业务传递到接力系统中。多媒体调度指挥系统需要具备组呼、强拆、视频回传、视频分发等功能。车载系统的供电电源需要满足便于移动的要求,通常采用柴油发电机供电。现场终端以无线手持或头盔式单兵无线终端为主,能够支持语音、图像、短消息、视频等业务,视频格式不低于720 P。
1.2组网方案
整个应急通信网络划分为远传网络和本地网络2个部分。远传网络主要负责数据从无线接力点到控制中心的传输,采用LTE技术组网(见图1);本地网络主要负责各类无线终端与无线接力点的数据传输,采用LTE或WLAN技术组网。本地无线网络组网结构如图2所示。
1)远传网络。远传网络包含有线传输部分和无线传输部分,有线传输网络通常利用光纤骨干网的SDH/MSTP等通信设备实现数据透传。光传输设备需要提供满足现场所有并发接入的终端业务需求的接入板卡,并对路由进行合理配置。无线传输采用TD-LTE技术组网,根据各地区向国家无线电管理委员会申请的1.8 G频段,为不同优先级业务灵活分配带宽。根据实测结果,为保证现场4路高清视频图像的回传,建议在1 785~1 805 MHz可用频段内申请10 MHz带宽。
2)本地无线网络。利用短距离无线宽带数据通信技术(如WLAN、视距激光)实现本地无线数据通信的延伸。本地无线网络由车载系统上的本地无线网络主设备(即WLAN的接入点)和可移动的、能承载各种业务的无线数据终端组成。本地WLAN网络可以使用5.8 GHz和2.4 GHz开放频段。考虑到WLAN在接入安全机制上存在较大隐患,也可以在本地无线网络采用LTE技术组网,不仅能够提高数据传输的安全可靠性,也提供了比WLAN更广的本地无线覆盖范围。
另外,无线终端延伸系统用于局部延伸数据通信,能够发挥终端可移动的业务接入特性。终端一般采用手持、便携和临时放置的安装方式。无线终端提供的业务接口包括蓝牙、USB、串口、以太网口等。
1.3数据传送过程
应急通信系统属于基础通信系统,从通信业务来看,应急通信系统可提供透明传输通道将现场的数据业务、音视频业务传送到控制中心。目前的应急通信系统提供4种业务,包括IP数据、图像、音频和视频。数据业务传送过程如图3所示。
以视频业务上传到控制中心的过程为例,现场无线终端采集视频数据流后经过本地无线网络将数据发送到车载系统。车载系统再将数据转发到附近的LTE无线基站,基站接收到数据后将视频流通过核心网设备送往变电站内的交换机或路由器,再经过骨干光传输网络送至控制中心。在控制中心,视频流通过监控中心视频服务器后经安全接入平台进入内网系统,视频流可分发到桌面终端和调度指挥系统,最终实现整个视频流的端到端传输。电力无线专网相对于无线公网,虽然其安全性有进一步提升,但相对电力内网而言,其仍属于外网通信的范畴。若要通过部署在电力内网的客户端访问由LTE专网传输的视频和图像,则必须经过电力安全接入平台。视频客户端、服务器端可部署在电力安全接入平台内侧,也可将视频服务器部署在电力安全接入平台外侧,而将内网视频客户端部署在电力安全接入平台内侧。从应用经验和综合性能提升角度来看,建议将视频服务器部署在电力安全接入平台外侧。
2关键技术
LTE宽带无线通信系统具备传输速率高、系统容量大、支持高速移动、网络结构灵活以及覆盖范围广等诸多技术优势[9,10]。LTE在电力应急通信中应用涉及的关键技术如下。
1)自适应编码调制技术。自适应编码调制技术的应用可以提高无线接入系统的吞吐量和频谱资源利用率。基站根据当前的信道环境自动选择最佳的上下行调制和编码方式,使系统更好地适应传输环境的动态变化。在信道条件较好时,采用高阶调制提高单位带宽的传输速率,这对于应急通信中的高带宽需求的视频业务提供了重要保障。在同一无线链路中针对不同用户采用不同的码率和调制阶数,既能保证与基站相距较远用户的低速接入,又可以兼顾近距离用户的高容量带宽需求。
2)智能天线技术。应急通信业务的实时性要求较高,因此,临时应急通信通道的快速建立能够最大限度地降低故障或灾害带来的损失。智能天线技术和GPS技术可以实现天线的快速自动定位,在不增加系统复杂度的情况下,智能天线可以满足无线应急通信网络的业务服务质量和网络容量的需求。通过产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,在利用移动用户信号空间特性的同时抑制了干扰信号。
3)动态带宽分配技术。供电力专网使用的无线频段资源有限,突发事件的业务通信需求往往难以预测。因此,无线网络必须充分利用有限的频谱资源,根据用户的优先级和现场接入业务的类型,灵活地分配带宽,提高频谱效率。动态带宽分配技术在综合考虑业务优先级和服务质量(Quality ofService,Qo S)的基础上,利用不同用户间无线信道状况的差异性,优先将传输资源分配给信道状况好的用户,再配合自适应编码调制技术,最大化网络的系统吞吐量,降低端到端业务的传输时延。同时,动态带宽分配技术也可以为信道环境较为恶劣的用户提供最低的带宽资源保障,确保语音业务能够顺利接入。
3性能测试
为验证LTE宽带无线通信系统对电力应急通信业务的支撑能力,利用LTE实验系统模拟现场应用,对语音和视频业务进行性能测试。考虑到应急通信主要是将现场数据传送到控制中心的上行业务,将TD-LTE系统上下行时隙比设置为3:1,尽可能多地为上行业务提供传输时隙资源。系统采用三扇区4发4收天线覆盖,使用1 795~1 805 MHz的无线专网频段。测试的主要内容包括:1将多路视频上传至调度台;2将现场视频数据分发到多个手持终端;3调度台组呼;4上下行峰值速率测试。
分别用4部手持终端将不同地理位置采集的视频数据同时传输到调度台,以及将摄像头采集到的视频数据通过多媒体调度台分发到4部手持终端上。在测试过程中,上传视频的手持终端始终保持5 km/h的移动速度。测试结果表明,在同时上传4路720 P高清视频业务时,系统运行稳定,画面清晰流畅且无马赛克,端到端时延不超过1 s。多路视频业务接入与视频分发测试结果截图如图4所示。
为了更精确地评估LTE系统的业务传输能力,利用吞吐量测试软件测试了网络上下行峰值的传输速率,其中模拟数据源的发包速率为30 Mbps。由测试结果可知,系统下行峰值速率稳定在18.5 Mbps,而上行峰值速率约为12 Mbps,上下行峰值速率测试结果如图5所示。
上行速率主要受限于终端发射天线数量。在下行速率测试过程中,开启了5 s的视频分发,即将控制中心视频摄像头视频业务分发到现场终端。由于视频业务的优先级高于IP数据业务,因而导致数据传输的吞吐量瞬间发生了抖动。测试结果表明,LTE宽带无线通信系统能够很好地满足电力应急通信业务的需求。
4结语
电力无线通信专网 篇5
关键词:GSM-R;路由;专网
中图分类号:TN929.53文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0110-01
1网络现状
1.1GSM-R网络与PSTN铁路专网互联现状
目前GSM-R网络与PSTN专网互联情况如下:北京、武汉、西安、济南、广州、太原、西宁、拉萨MSC已与当地PSTN铁路专网互联。
1.2PSTN专网网络现状
铁路专用电话交换网长途网由一级交换中心DC1和二级交换中心DC2组成。①DC1设置在铁道部、铁路局所在地,其主要职能是汇接所在铁路局的局间及局内长途来去话务。铁路专网长途网DC1分成六大汇接区,每个汇接区所在地的DC1称为核心DC1,其它DC1称为非核心DC1。②DC2设置在铁路专网本地网,其主要职能是汇接所在本地网的长途来去话务及本地话务。DC2按照汇接区域与其所属的DC1设置电路。DC2分两层,原铁路分局所在地DC2称为核心DC2,其它DC2称为非核心DC2,核心DC2也同样实现双归属连接。
2GSM-R网组网规划
{1}按照铁道部规划,未来将在全国18个铁路局设置MSC,包括拉萨的MSC,全国共19个MSC。GSM-R网络分两级结构组网,分别是TMSC和MSC。TMSC:移动汇接中心,其主要职能是汇接所在铁路局的局间及局内长途、本地来去话,汇接所在汇接大区MSC的长途来去话。MSC:移动交换中心,其主要职责是汇接所在铁路局的局间及局内的长途和本地来去话。各MSC均归属于某一TMSC汇接大区,并与本大区的TMSC间设置直达电路。{2}HLR。按照铁道部规划,未来全国仅设置一个HLR在北京,武汉设置异地备份HLR设备。但现网中目前运行着4个HLR,分别设置在北京、济南、太原、西宁。
3GSM-R网络与铁路专网互联路由设置方案
3.1GSM-R用户呼叫铁路专网PSTN用户
①用户拨号方式:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码,拨号位长:10-12位。
②网间码号传递方式及路由方案:各MSC制作字冠分析数据:901分析位长3位;第一路由设置:发端MSC分析字冠901,删除901后,经MSC与本地PSTN专网交换机间过网电路,送往铁路专网;由铁路专网根据其既有路由规则,接续至被叫用户。过网码号格式:专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码。
③第二路由设置:TMSC局点。第一路由故障时,发端TMSC局点将呼叫指向备份TMSC局点,码号传递方式为:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码;备份TMSC删除901后,将路由指向本地PSTN专网。过网码号格式:专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码。
为了避免路由震荡,备份TMSC局点须遵循一次路由迂回原则。即对于经发端TMSC转接来的呼叫,仅允许通过备份TMSC局点与本地专网PSTN交换机间过网电路进行转接,不允许将该类呼叫再转接至第三方MSC或指回发端TMSC局点。当备份TMSC交换机过网电路也出现故障时,应按照应急情况手动设置路由。
MSC局点。第一路由故障时,发端MSC局点将呼叫指向归属TMSC局点,码号传递方式为:901+专网长途冠号+专网长途区号+专网PSTN用户号码;由TMSC按照其路由规则完成后续接续。
3.2铁路专网PSTN用户呼叫GSM-R用户
①用户拨号方式,0+1498XXXXXXX。②网间码号传递方式及路由方案:各铁路专网交换机制作字冠分析数据:0+1498,分析位长:4或3位。
第一路由设置:发端铁路专网交换机分析0+1498,将路由指向所对应的MSC,过网号码格式统一为:1498XXXXXXX。第二路由设置:第一路由故障时,发端铁路专网交换机将路由指向对应MSC所归属TMSC所在地的铁路专网交换机,码号传递格式:0+1498XXXXXXX;后续各转接交换机按照0+1498进行路由,路由原则比照现有铁路专网路由规范执行;终端铁路专网交换机分析0+1498后,经与本地TMSC间过网电路将呼叫指向TMSC。过网号码格式: 1498XXXXXXX。
4结 语
随着铁路客运专线的快速建设,合理的设置铁路专用GSM-R移动通信系统与既有铁路专网的互联方式和路由将会提高铁路运输通信的安全性。
参考文献:
[1] 钟章队.铁路数字移动通信系统(GSM-R)应用基础理论
电力无线通信专网 篇6
随着智能电网对通信的需求日趋多元化, 以长期演进 (Long Term Evolution, LTE) 技术为代表的新型专网无线通信技术在电力通信系统中的应用受到越来越多的关注。浙江、广东等电力公司近几年纷纷开展了基于不同技术体制的配用电通信无线专网试点建设和探索性应用, 如TD-LTE230 MHz/1.8 GHz等。新型无线通信技术在传输速率、可靠性、实时性以及维护难易程度方面具备有线通信无法比拟的优势, 能够天然地适应通信终端数量众多、通信距离短、节点通信数据量小、受配电网扩容和城建影响大的配用电通信接入网。
现有电力通信网络的各业务领域是独立产生与发展的, 因而与之相应的通信网也一直是根据业务需要单独建设, 直到国家电网公司“十二五”通信网规划中才首次提出“电力终端通信接入网”这一整体概念。此前的单独建网模式既不能充分利用通信资源, 也不利于设备的统一运维管理。因此, 在终端通信接入网中采用统一的物理网络来承载多种电力通信业务, 是今后接入网建设模式的发展方向。
多业务承载建设思路在电信行业乃至电力骨干数据通信网中已有成熟应用, 但在电力通信接入网领域的研究才刚刚展开, 目前还未有成熟的研究成果。本文结合LTE无线通信接入网络架构, 在分析电力通信业务承载情况的基础上, 提出一种LTE系统多业务承载与隔离方案。
1 电力通信网络业务承载需求分析
电力通信终端接入网以覆盖全部电力业务终端为目的, 充分考虑并满足配电自动化及配变监测、电能质量监测、配电监控运行、分布式电源控制、配电线路视频监控等配电业务需求, 及用电信息采集、售电营业、客户服务、电力需求侧管理、负荷监控、电能采集管理和充电桩通信等用电业务需求。其中配电自动化、电能质量监测、分布式电源接入业务位于生产控制大区, 承载于电力调度数据网, 配电视频监控业务位于管理大区, 承载于综合数据网。
目前电力通信网络根据不同的配用电业务独立建网, 各业务系统封闭运行, 造成系统间联系困难, 通信网之间难以实现互相协调与衔接。同时独立建网必然导致网络的重复建设, 建设模式不够集约, 且需要多重管理和维护工作, 造成资源浪费。总之, 现有电力通信资源缺乏有效整合, 通信网络整体性能不强。
在关注电力通信业务统一承载的同时, 还要注意配用电业务涵盖配电和用电2个环节的多种生产及管理业务, 处于不同的安全大区。根据《电力二次系统安全防护总体方案》的规定, 对处于不同分区的业务要采取有效的隔离措施, 隔离基本要求为:生产控制大区 (I、II区) 与管理信息大区 (Ⅲ、Ⅳ区) 业务间采用物理隔离, 大区内不同业务之间采用逻辑隔离。
2 电力LTE系统部署架构
2.1 LTE系统基本结构
LTE系统由演进的通用陆基无线接入网 (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN) 和分组核心演进 (Evolved Packet Core, EPC) 网络组成。演进型基站 (Evolved Node B, e NB) 是组成E-UTRAN的唯一功能实体, 包括基带处理单元 (Building Base band Unit, BBU) 和射频拉远单元 (Radio Remote Unit, RRU) 2个部分, BBU与RRU之间通过通用公共无线电接口 (Common Public Radio Interface, CPRI) 标准的光纤连接。EPC由移动性管理实体 (Mobility Management Entity, MME) 和服务网关 (S-GW) 组成, MME的主要作用是移动性控制, 而S-GW的主要作用是数据包的路由转发, 在实际应用中通常集成于一台核心网设备中。e NB之间通过X2接口进行连接, LTE接入网和核心网之间通过S1接口连接。相对于3G网络, LTE系统采用了更为扁平化的网络架构。LTE系统网络架构如图1所示。
2.2 电力LTE系统部署架构
按照一般电力无线系统的部署模式, BBU应部署在35/110 k V变电站内, RRU及天线通常部署在柱上开关、台变或环网柜旁, 每个RRU通过收发2根光纤连接BBU。在非级联模式下, 1个BBU最多可以下挂6个RRU, 实现多个微小区覆盖;级联模式下, RRU还具有光纤直放站的功能, 可以实现进一步级联延伸, 扩大覆盖范围。
核心网设备部署在县局或市局控制中心, 无线终端接入设备 (Customer Premise Equipment, CPE) 通过有线方式连接业务终端。电力LTE网络部署架构如图2所示。
3 无线多业务承载实现方式与关键技术
3.1 多业务承载网络概述
无论对于运营商还是电力通信系统, 通信承载网络的发展趋势都是网络架构及业务承载的融合化与统一化。未来的语音、视频、数据等业务都将基于IP统一承载, 同一张电信网络需要同时支持各种类型业务。对于电力通信系统, 综合当前技术与应用现状, 有基于电信级以太网[1]与基于VPN 2种多业务承载解决方案。本文讨论的是基于VPN的多业务承载方案, 该方案是在既有的IP通信网络上采用MPLS或IPSec VPN承载新增业务通信, 通过一定的改造, 能够满足多种业务的统一承载, 并满足一定的安全要求和Qo S要求, 各业务及网络原有业务间实现逻辑隔离。
3.2 IPSec VPN技术
虚拟专用网络 (VPN) 是指利用访问控制技术和密码技术在公共物理网络上建立的专用通信网络, IPSec VPN则是采用IPSec安全协议来实现远程接入的一种VPN技术。
IPSec在网络层利用安全算法进行数据加密和验证, 提供端到端的网络安全方案[2]。经过IPSec加密后的数据包仍然是3层IP数据包, 其在网络层提供的安全服务对IP上层协议及应用进程透明, 其他协议和各应用程序都可共享经IPSec加密后的密钥管理及安全服务, 从而减少密钥单独设计与协商的开销, 且能够避免不同密钥系统衔接时产生安全漏洞。IPSec协议提供了封装安全载荷和认证投标2种通信保护机制, 其中封装安全载荷机制为通信提供机密性、完整性保护, 认证投标机制为通信提供完整性保护。
与一般运行在运营商骨干网上的MPLS VPN不同, IPSec VPN常用于企业、园区或其分支机构的内部专用网络[3]。因此电力系统通信网络基于IP over SDH技术体制的汇聚层多选择MPLS VPN实现组网, 而IPSec VPN适合在配用电业务小规模扩容接入骨干通信网时采用。
3.3 无线接入网共享技术
无线接入网共享 (Radio Access Network Sharing, RAN Sharing) 是指不同类别的终端用户接入同一无线网络, 共享相同的无线频谱资源[4]。为满足大量无线通信设备的综合接入需求, 这一技术在运营商的无线网络中已被普遍应用。实现频谱共享即意味着需要一种合理的频谱分配方式, 文献[5]提出了固定频谱分配 (Fixed Spectrum Allocation, FSA) 和灵活频谱分配 (Flexible Spectrum Sharing, FSS) 2种方法。
1) 固定频谱分配法:将无线接入网的整个频谱划分为若干固定带宽的频段 (频段大小可不一) , 并留有一定的保护带宽, 以避免同频干扰与邻频干扰等。FSA方法实现简单, 抗干扰能力强, 但灵活性差, 频谱利用率较低。
2) 灵活频谱分配法:各业务终端被共同分配在整个无线频谱中, 各业务所占频段之间的边界根据业务量大小动态地调节, 业务频段之间同样有保护带宽, 但其大小根据频段使用情况自适应调整 (大于最小干扰距离) 。FSS方法灵活性很高, 能够显著提高频谱利用率, 频谱资源可以得到优化共享。
在多业务统一承载的发展趋势下, 若在电力LTE系统中采用设备物理隔离方式, 即一套基站设备只接入一种业务, 会造成通信资源浪费, 且前期建设成本及后期维护工作量将大幅增加。因此无线部分采用RAN Sharing技术是电力LTE系统多业务承载的理想解决方案。
4 LTE系统多业务承载与隔离方案
4.1 LTE系统多业务承载总体架构
LTE无线虚拟专网分为空口、基站、核心网3个层面, 本方案采用RAN Sharing与多接入点 (Access Point Name, APN) 隔离方案组网, 保障多业务安全隔离。用户设备在基站和核心网中占用不同的资源, 逻辑上处于隔离状态, 相互之间无法访问, 在资源紧张情况下, 可以通过Qo S机制保障高优先级业务。
以分布式能源接入、配电自动化、配变监测和电能质量监测4种业务为例, 给出基于RAN Sharing的隔离方案, 并使用多APN方式进行隔离, 基于RAN Sharing的LTE多业务系统总体架构如图3所示。
不同业务终端数据共享小区无线网络, 每个通信终端都根据业务类别设置了相应的APN签约数据, 当终端发出数据传送请求时, 请求中包括系统为该业务分配的APN, 基站根据APN对该业务终端进行鉴权认证。终端身份信息被确认后, 将得到为其分配的业务专用静态IP地址, 与业务信息一同封装成数据包上传至基站。基站根据APN标识的业务域将数据包从不同的上联端口接入骨干传输设备。
在骨干传输网络边界部署IPSec VPN网关, 作为VPN服务器端与业务终端建立安全隧道, 对所传输业务数据进行加密保护;网络中相应地部署具备VPN功能的路由器, 与VPN服务器自动建立VPN隧道, 通过对该路由器的配置, 实现自动路由选择与虚拟链路建立。业务数据经建立在骨干传输网上的VPN网络传送至核心网设备。核心网设备支持多APN技术, 根据APN将不同的业务数据上传至相应业务系统主站平台。
4.2 基于APN和VPN的业务隔离方案
无线网络中的APN可简单地理解为数据业务链接的名字, 网络侧可以通过不同APN来支持不同类型的电力业务。通过不同APN, 基站与核心网可以对不同类型的数据业务进行区分, 进而可以做更多的控制, 如VPN隔离等。隔离方案的具体实现方式如下。
1) 在无线接入侧, 采用固定频谱分配法与灵活频谱分配法相结合的方式实现不同安全大区的业务承载。同一安全大区内的终端采用灵活频谱分配法, 不同安全大区采用固定频谱分配法, I、II区终端接入频段与III区终端接入频段不交叠, 从而实现空口数据传输的物理隔离。
2) 所有终端的数据包被RRU接收后, 经过光纤链路传输到基站BBU进行基带处理, 各类业务共享基站处理资源。
3) 基站通过设置数据包的APN, 保证每种业务的数据包从BBU的不同上联GE口接入骨干传输设备, 再将其传输到承载相应业务的核心网设备。
4) 骨干传输网/汇聚层网络采用IPSec VPN隔离, 为不同类型业务传输划分独立的逻辑通道。
5) 核心网支持多APN技术, 不同的APN连接到不同的公用数据网 (服务器) , APN之间相互隔离。
5 结语
电力系统通信网的发展趋势是业务承载与网络建设的统一化。LTE系统作为终端通信接入网的新型解决方案, 能够实现多业务承载的基本要求。在实现方法上, 应综合LTE网络结构与电力骨干通信网现状, 设计能够满足业务承载、数据安全要求且切实可行的多业务承载架构。本文提出的LTE系统可应用于电力通信领域的多业务承载方案, 但该方案尚有待工程实践验证, 且其Qo S保障仍需要进一步研究。
参考文献
[1]詹翊春.分组化、高可靠的电力通信多业务承载网[J].电信技术, 2012 (7) :16–18.
[2]王妍.基于IPSec的VPN系统设计与实现[D].成都:电子科技大学, 2013.
[3]王一蓉, 邹颖, 王艳茹.电力无线虚拟专网组网架构及IP地址分配研究[J].电力信息与通信技术, 2014, 12 (6) :16–21.WANG Yi-rong, ZOU Ying, WANG Yan-ru.Study of network architecture and IP address allocation of wireless VPN for power grid[J].Electric Power Information and Communication Technology, 2014, 12 (6) :16–21.
[4]李剑锋.感知无线电中考虑公平性的频谱共享技术的研究[D].北京:北京邮电大学, 2011.
电力无线通信专网 篇7
随着智能电网的发展和电网信息化建设的不断推进,电网配用电环节的业务不断丰富,电力通信网对网络带宽和时延的要求越来越高,现有网络已经开始制约电网业务的发展。与此同时,配用电业务终端数量庞大,分布相对分散。传统的电力通信方式如:电力载波、230 MHz数字电台已经很难满足不同地区、不同业务的通信需求[1]。光纤通信网的建设成本高、施工周期长,难以覆盖所有的终端。因此利用先进的移动通信技术将电力终端设备接入电力通信网,是电网发展的趋势。
电力无线网络的建设可分为公网和专网2个部分。公网即移动运营商的网络,目前电力无线公网的建设多采用租借公网的2G/3G数据通道承载电力业务[2]。租用公网的方式可以大大节约电力无线专网的建设成本和运营费用,但其中存在很多问题。首先,电力业务的安全性和稳定性得不到保证;其次,租用网络必然会“受制于人”,不利于管理和维护; 最后,电力无线网络没有自有的核心技术,对整个电力通信行业的发展不利。在无线专网方面,国家电网公司建设了230 MHz数传电台、TD-LTE230等[3]。然而,这些专网在建设模式上生搬硬套了公网的“全覆盖”方式,没有考虑到配用电业务的分布特点,很大程度上浪费了无线频谱资源。
本文提出了一种利用现有电网光纤线路资源建设基于TD-LTE的分布式电力无线专网的组网方案, 优点如下。
1)灵活部署、灵活覆盖。充分利用现有光纤资源,可以实现无线射频单元的拉远。电力终端设备一般都相对集中,无线射频单元可以有选择性的部署在电力终端密集处,部署方式灵活。光纤线路是随着电力线路出线的,由于天线角度的可调节,可以方便的实现信号覆盖的灵活性。
2)提高基站边缘区域的通信质量。无线基站的覆盖范围是有限的,增加覆盖范围就需要增加天线的发射功率,从而增加了电磁污染。为解决基站边缘的电力设备信号质量低、通信困难的问题,采用光纤拉远回传的方式,使天线远端部署,扩大了基站覆盖的范围,可以使处于边缘的电力设备提高通信质量。
3)面向业务覆盖,提高频谱利用率。采用光纤拉远的方式也可以实现面向业务的无线覆盖方式, 保证重要业务的通信质量。相对于传统的基站信号覆盖形式,该方案可以避免无设备区域的信号覆盖, 提高了无线频谱的利用率。
1 LTE 电力无线专网架构
电力通信网由骨干传输网和接入网组成,接入网是指10 k V通信接入网和0.4 k V通信接入网,承载了配电自动化、配电信息监测、用电信息采集等业务[4]。接入网将终端上传的数据通过路由器接入到骨干传输网。骨干传输网采用SDH、OTN等技术组网,通过路由器接入到主站业务平台。电力通信网整体架构如图1所示。
在此框架下,本文采用TD-LTE无线专网方案建设[5],其主要的优势如下。
1)TD-LTE相对于传统移动通信方式,具有带宽大、传输速率高等优点,可以承载多样化高带宽服务,满足新兴的电力业务的接入。
2)TD-LTE的频谱利用率高,在多天线技术的支持下目前最大可以达到5 bps/Hz,并且可以上下行灵活分配,适合电力业务上行带宽需求大的特点。
3)TD-LTE无线网络采用扁平化结构,时延很小,建网的成本低。
一个完整的LTE无线专网由基站、核心网、终端设备组成。LTE基站包括基带处理单元(Building Base band Unit,BBU)和射频拉 远单元 (Radio Remote Unit,RRU)。BBU部署在110 k V变电站内,每个RRU通过收发2根光纤连接BBU。RRU及天线通常部署在柱上开关、台变或环网柜旁,核心网设备部署在县局或市局控制中心。无线终端 (Customer Premise Equipment,CPE)通过有线方式连接集中器、配电自动化等业务终端,连接方式一般为网口或者串口。CPE将终端设备的数据通过无线网络传输给LTE基站。远端部署的设备如RRU、天线、CPE等需要考虑供电问题,可采用220 V交流电变压为48 V给设备供电或者采用风能、太阳能等新能源供电方式。
2 基于智能天线的无定形小区组网方式
2.1 无定形小区组网方式
目前,电力通信接入网已经具备了一定的光纤线路资源,但距离光纤到户还有一定差距。电力无线专网的建设是接入网的重要组成部分,不但可以作为终端接入方式的重要补充,还可以在建设模式上利用现有的光纤资源。本文提出的基于小型化智能天线的无定形小区组网方案,即通过光纤将基站的射频单元由传统的变电站延伸到环网柜或柱上开关,将最后一公里没有光纤覆盖的业务终端通过无线方式接入子站。该方案特点如下。
1)基站采用小型化(3~10 m以下长度)智能天线,不需要建设铁塔。解决“串形采集点”、“扇形采集点”等无定形小区无线覆盖组网问题,LTE基站智能天线具有宽带化、多模化、多频化、电调化、一体化能力,能够实现无定形小区无线覆盖组网。
2)面向业务的灵活覆盖。采用无线回传链路的低功率移动接入点的应用,与固定接入点构成一种时间、形状和位置均可动态变化的蜂窝小区,从而改善特定地区的无线覆盖信号强度,增强区域容量。同时,可以根据电力业务终端的分布特点,灵活调整部署位置和覆盖范围,满足电力业务需求的复杂环境或者地区的容量需求,将不连续的各个网络组成一个完整网络。
2.2 智能天线技术
智能天线技术在TD-SCDMA系统中的成功应用,成为第三代移动通信时分双工 (Time Division Duplexing,TDD) 模式的一大亮点。因此,第三代合作伙伴计划 (3rd Generation Partnership Project, 3GPP) 在进行TD-LTE工作时,专门为智能天线应用进行了标准化设计。传统的天线是单入单出(Simple Input Simple Output,SISO)系统,即一副发射天线配合一副接收天线。SISO系统受香农信道容量的限制。智能天线技术拥有两大特点[6]:1采用波束形成技术。天线获得发送方向和接收方向的信道信息, 通过调整发送参数,使得信号向接收方向集中,从而达到较好的信号质量;2多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术。通过多天线发送和多天线接收系统,增加信道的容量。
智能天线技术优势如下。
1)增加信号的覆盖范围。由于电力无线专网采用面向业务的覆盖方式,不可避免的有信号盲区,智能天线能够将发送信号集中,增加信号的覆盖范围。
2)增加系统容量。在移动通信中,采用小区分裂和扇区化的方法可以有效地扩大系统容量,但是会增加干扰。
3)增加频谱利用率。智能天线采用空分复用技术,利用在信号传播方向上的差别,将同频率、同时隙的信号区分开来。它可以成倍地扩展通信容量, 并和其他复用技术相结合,最大限度地利用有限的频谱资源。
4)减少信道干扰。智能天线采用波束赋形技术,可以有效地解决大量用户间的相互影响。
2.3 射频单元级联
配用电设备在不同的场景下,有不同的分布方式。如在某些情况下,电力终端设备是沿着电力线分布的,分布的距离远且不集中。因此无线专网的覆盖需要链形覆盖,这和公网的覆盖方式大为不同,分布式基站的RRU级联拉远可以解决这一问题。本文的设计参考某公司的e NB530[7]。e NB530基站包括基带处理单元e BBU530和射频单元e RRU3232。射频单元在级联的工作模式下最大拉远距离40 km, BBU、RRU级联工作示意如图2所示。
级联工作模式下,RRU的首尾最大距离差为2.5 km,且中间每加一个RRU,距离缩短500 m。首个RRU和BBU的距离最大为37 km。所以整个级联模式下的最大拉远距离为40 km,可以满足电力无线专网的建设条件。
2.4 电力 LTE 无线专网拓扑结构
无线专网非常适合电力终端设备的接入,主要原因为:电网终端设备基数庞大;光纤铺设不可能全部覆盖;设备的移动和维护便利。在LTE电力无线专网的建设中,采用部署不同的BBU和RRU拓扑结构,可以适应不同的业务分布。
2.4.1 星形拓扑结构
城市的密集区域,一般是以居民住宅为中心,在居住区旁分布商业区、工厂、学校、医院等一些人们生产、生活聚集地。在此场景下,电力业务多为营销用电业务,如用电信息采集、电动汽车充换电站、分布式能源与微网接入等。该场景可以采用RRU的星形拓扑结构(见图3),即多个RRU服务于同一个BBU。该拓扑结构可以很好地匹配城市密集区域的电力终端设备接入。
2.4.2 链形拓扑结构
BBU、RRU链形拓扑 结构如图4所示,多个RRU在级联的形式下工作,RRU之间也是通过光纤的方式连接。RRU工作在级联方式下会提升背景噪声,影响数据的传输质量。但是TD-LTE系统高速数据业务速率要求不高,一般可以级联10级以上,可以大大拉远基站的覆盖范围。此种组网方式适合于沿着一次电力线路部署的配电设备和农村的用电业务。
2.4.3 树形拓扑结构
BBU、RRU树形拓扑 结构如图5所示,通过RRU的级联方式,可以实现信号的远端覆盖,同时可以覆盖电力线沿途的配电设施。此种结构适用于工厂配用电、距离较远的小区用电等情景。
3 案例分析
3.1 智能小区典型场景绘制
建设部2003年发布了居住区智能化系统配置与技术要求[8]。基于智能电网的智能小区采用光纤、无线等先进通信技术,构造覆盖小区的通信网络。智能小区无线专网覆盖如图6所示,通过用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、电动汽车有序充电、分布式电源运行控制、智能家居等技术[9],对用户供用电设备、分布式电源、公共用电设施等进行监测、分析、控制,提高能源的终端利用效率,为用户提供优质便捷的双向互动服务,并支持“三网融合”业务的开展,以及实现对小区安防设备和系统的协调控制。
3.2 典型电力业务分析
本文对智能电网下的智能小区进行分析,假设该小区内有建筑20栋,楼层高度为18层,每层用户为8户。该小区的典型电力通信业务有:用电信息采集、视频监控、分布式能源接入以及电动汽车充电桩。智能小区典型业务数据流量见表1所列。
表1中列出了该小区无线专网承载的业务类型及数据量。其中,用电信息采集[10]主要数据流包括计量数据、监测数据、告警事件主动上报数据和控制指令数据,每次采集68 B,共需带宽1.54 M。小区中的分布式能源包括:风能发电、光伏电板、沼气发电[11]等, 每个分布式能源接入等同于大型专变用户[12]数据流量计200 B,端数据流估值为4 000 B。电动汽车充电桩等同于大型专变用户,每个充电桩数据流量200 B, 终端数据流估值为8 000 B。视频监控是电力设施监控和小区安防的重要组成部分,为保证视频质量,视频传输格式采用标清,每路视频所需带宽2 M,共计4 M带宽。综上所述,该小区的总带宽至少需要6 M。
3.3 网络性能分析
本文依托南京南瑞集团公司江宁基地LTE电力宽带实验网来模拟智能小区覆盖情况。LTE无线实验网覆盖东起金智路,西至丹阳大道,南起诚信大道,北至佛城西路,共约2 km2的范围,主要包括南瑞集团江宁基地和南京江宁智能电网产业基地。
实验网包含核心网设备1台,基站基带处理单元1台,射频拉远单元RRU共计3台,4T4R天线3副,各类无线终端、视频终端、数据采集终端等。实际测量指标如下。
1)LTE系统支持5 MHz、10 MHz和20 MHz带宽配置。
2)实验网最大用户数不小于2 000个;最大在线群组数不小于300 ;最大并发语音数不小于256。
3)单个RRU覆盖半径不小于1 km。
4)系统吞吐量下行不小于40 Mbit/s, 上行不小于15 Mbit/s(5 M带宽 )。
5)满足配用电业务的实时性指标,业务的端到端时延小于200 ms。
基于实验网实际测量指标和智能小区数据流量估计模型分析,本文提出的面向业务覆盖的新型电力无线专网架构完全满足智能电网的现有及将来可能的业务扩展需求。
4 结语
电力无线通信专网 篇8
1.1软交换平台的功能结构
在电力通信专网中,软件换平台构建的目的是为了实现数据传输的特定功能,采用标准协议与接口,并将业务/控制与传送/接入相分离,进而保障电力通信网络的正常通信和连接通畅。因此适用于电力通信专网的软交换平台需要实现以下主要功能来构建完善的功能结构,即业务交换功能、呼叫控制功能、地址解析功能、业务提供功能、计费功能、协议功能、资源管理功能、互通功能等。软交换平台的各种功能与服务器、网关、终端等相互融合,共同完成软交换的连接与通信。
1.2软件换网络构架
从电力通信专用网络的软件换平台功能结构来看,软交换网络构架则可依据其功能分为接入平面、控制平面、传输平面与业务平面四部分。通常接入层面主要包括媒体网关、信令网关、接入网关等接入网关设备,目的是为各种设备提供接入核心骨干层的方法和手段;传输平面的核心传输网络是IP分组传送网络,为各种媒体流与信令提供传输通道;控制平面主要由软交换设备组成,实现协议处理、呼叫控制等功能,并提供访问底层网络资源的开放接口;业务平面最主要的软交换功能实体是应用服务器,为通信中各业务提供执行环境。
1.3软交换主要协议
适用于电力通信专网的软交换平台是一种开放和多协议实体,电力通信专网中的各种设备之间进行通信是通过软交换提供的各种标准协议进行的,软交换协议保证了不同通信信号、通信设备之间通信业务的稳定实现。一般来说,软交换主要协议包括SIP、M2UA、H.323、MGCP、BICC、H.248/MGACO、RADIUS、SCTP、SIUP、TUP等。软交换提供的各种协议保证了通信系统各网元之间的通信,使设备与设备之间能够交互与协调,进而保障通信网络安全服务的质量。
二、电话公网和电力专网对IP电话的理解及需求差异
2.1理解差异
电力专网通信网要求交换设备性能高、功能齐全、容量相对较小,软交换与IP电话能够实现宽带与窄带混合组网,充分利用网络资源。在电力通信专网中,与电话公网不同的是,电力通信专网的软交换是控制中心,而IP电话是用户终端,IMS则是这一系统的标准架构。适用于电力通信专网的软交换平台将登陆/注册、网管/计费、信令/网关、地址解析/局向路由选择、呼叫/重定向继续控制、互联组网、业务提供、系统安全、用户数据库等功能以模块化软件的结构形式安装在同一台服务器中,进而构建成为一个具有独立性、完整性功能的软交换平台。
2.2需求差异
电话公网与电力专网在媒体流传输方式方面具有不同的需求,电话公网主用MGCP/H.248构架,由网关来实现媒体通道连接,而电力专网IP电话则是基于IMS构架,媒体流直接在IP网络上点对点传输。电话公网设有7号信令网关,而电力专网则没有7号信令系统,而是采用PSS1/QSIG。在软交换平台结构方面,电力通信专网需要独立的综合软交换平台,而电话公网则多采用功能专一的小型机和服务器群。此外电力通信专网采用分层运行管理模式来分别针对发电、输电、配电等主业体系结构,电力专网的软交换平台大量采用IP电话接入的终端接入方式。
三、适用于电力通信专网的软交换平台方案
3.1方案设计实现
为了实现在电力通信专网中电路交换调度的视频调度和变电站范围内的移动调度,软交换平台多媒体调度通信解决方案的设计上,在核心组成部分需要在调通中心部控制层部署一套SW9101软交换核心平台,接入层则包括IP视频电话和PT500多媒体调度台,业务层部署MR4000录音服务器、WM5000网管服务器、MC8064会议控制服务器,所有设备均通过RJ45网口介入本地以太网交换机。在下属的远端变电站则配置相同设备,包括视频电话、多媒体调度台、应急指挥移动设备、以太网交换机等。
3.2方案的可实现性
适用于电力通信专网的软交换平台方案配备可移动的调度通信,能够实时捕捉现场情况,而且这种方案的设计符合电力调度通信网建设以IP技术为主的发展规划。在软交换平台体系中,系统能够提供音视频、数据等多媒体调度,而且更加智能化的操作处理方式满足了智能电网的多业务接入需求,具有多点拓扑结构,使其业务扩展性良好。
参考文献
[1]王敏.软交换技术在电力调度通信专网中的研究与应用[D].山东大学.2012.10
[2]郭海潇.电力通信专网适用的软交换平台以及Vo IP[J].赤子(上中旬).2014.7
电力无线通信专网 篇9
智能配用电通信网是智能配用电网络的重要组成部分。配用电通信网处于电力系统通信网络的末端,覆盖范围大,信号分散。在光纤通信不易实现的地方,选择合理的无线通信方式是建设可靠、实时、安全、经济的配用电网络的重要环节。
准确了解智能配用电系统在带宽、传输速率、信息安全等各方面的通信需求,并从满足智能电网业务需求的角度,选择或设计出一套高速、可靠、安全的电力无线通信系统具有重要意义。
由于智能电网业务分析其通信需求是选择合理通信方式的前提,一些文献就此进行了分析研究[1,2,3,4]。目前采用的主要分析方法是对通信需求的估算。它是基于对采样速率、采样值等多个参数假设后得到的,不能准确反映实际通信需要,而且在结合电力业务需求分析方面,也没有针对智能配用电通信接入网。
围绕智能电网的建设和发展,无线通信在智能电网中的应用越来越受到关注。许多文献对无线通信技术的发展方向进行了分析[5,6],还有些文献将无线通信技术与智能电网业务相结合,提出不同应用场景的不同无线网络结构[7,8,9,10]。但由于无线通信技术种类很多,而智能电网对业务的通信需求又不尽相同,因此在选择通信方式上还需要结合智能配用电通信网络实际应用需求进一步研究。
本文从智能配用电的业务出发,对通信接入网在带宽、时延以及安全方面的需求进行了定量分析,并结合配用电通信现状,提出了一种基于分时长期演进(TD-LTE)技术的新型电力无线宽带系统解决方案。
1 智能配用电通信结构和特点
智能配用电通信网络由于规模大、结构复杂,涉及的设备和信息多且分散,单一的通信模式不能满足双向、可靠、安全的要求,通常需要采用复合组网结构实现。为便于管理,将智能配用电网一体化通信平台分为4个层次。其基本结构如图1所示。
第1层:供电企业现有的光纤骨干传输网。
第2层:实现从光纤网(光纤接入点)至配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、公用配电变压器、分布式能源站点、配电线路等的通信覆盖。
第3层:实现从配电变压器至用户表计、电动汽车充电站、分布式能源站点等的通信覆盖。
第4层:实现家庭内部组网,为智能用电服务系统建设提供高速数据通道。
根据配电自动化通信网的层次划分,在实际应用中,可以采用无线网络和有线网络相结合的通信方式。其中,在第2层光纤接入点至各配电集中器之间采用无线通信方式,能充分发挥无线通信组网灵活、易于扩充的特点,具有建设周期短、易维护等优点。配用电接入网通信现状如附录A所示。
2 主要业务需求分析
2.1 带宽
1)用电业务
电力用户用电信息采集系统的采集对象为所有电力用户,包括:大型专用变压器(以下简称专变)用户(A类)、中小型专变用户(B类)、三相一般工商业用户(C类)、单相一般工商业用户(D类)、居民用户(E类)、公用配变考核计量点(F类)。各类用户的采集数据流量估算如表1所示。
表1数据来源为深圳市国电科技通信有限公司。其中E类用户(居民用户),按照15min的采集间隔进行计算。各类采集终端均有基本模式和最全模式2种状态。基本模式下只对必需的数据进行采集;最全模式则对规范中的全部数据进行采集。
按照式(1)计算各用户所需带宽为:
A,B,C,D类的用电信息采集无集中器,每个终端模块只承载一个用户,单个通信模块数据传输要求远低于E,F类用户。
对于E类的用电信息采集业务,按照每个集中器承载50个采集器,每个采集器承载10个电能表(参考实际工程中用电信息采集的建设情况,考虑集中器最大承载电能表数量)计算,集中器所需有效带宽如下。
最全模式:
基本模式:
每个台变下平均有5至10个关口计量点(F类),按最多10个F类用户计算,单台变下F类用户所需的传输带宽如下。
最全模式:
基本模式:
2)配电自动化
配电自动化系统主要实现开关站、环网柜、箱式变电站、柱上开关、柱上变压器等设备信息的采集和控制。
根据GDW 382—2009《配电自动化技术导则》,配电终端与配电主站/子站之间的通信宜分别采用符合DL/T 634《远动设备及系统》和DL 451《循环式远动协议》标准中的DL/T 6345-101,DL/T634.5-104通信协议和循环远动协议(CDT)。
按照DL/T 634.5-101,DL/T 634.5-104协议,标准传输速率是:2.4,4.8,9.6,19.2,38.4,56.0,64.0kbit/s;《循环式远动协议》标准中CDT支持的传输速率有:1.2,2.4,4.8,9.6kbit/s。
3)应急抢修、检修及移动资产可视化管理
应急抢修、检修及移动资产可视化管理通常采用视频监控,如采用标准化图像格式(CIF),分辨率为352×288像素,H.264编码,帧速率为15帧/s(可保证图像流畅),占用带宽约为512kbit/s;如采用D1格式,分辨率为720×576像素,则需占用带宽1.0~1.2 Mbit/s。
以上是对配用电系统主要业务的带宽需求分析,随着如智能电网用户服务、分布式电源管理、电动汽车等智能配用电新业务的接入,带宽需求将会进一步增加。
2.2 实时性
配电网是一个实时监测系统,不同的业务对时延的要求不同。其中配电自动化对主要通信下的技术指标如表2[11]所示。
根据《电力用户用电信息采集系统设计导则第三部分:技术方案设计导则》,用电信息采集系统的系统响应速度要求分别是:主站巡检终端重要信息时间小于15min;系统控制操作响应时间小于5s;常规数据召测和设置响应时间小于15s;历史数据召测和设置响应时间小于30s;计算机远程网络通信中实时数据传送时间小于5s。
2.3 安全性
通信网络为智能电网提供网络支撑平台。它包括网络中提供的路由、交换设备及安全防护体系建设所引入的安全设备、网络基础设施等。通信网络层的安全防护目标是防范恶意人员通过网络对业务进行攻击,同时阻止恶意人员对网络设备发动攻击等。通信网络层采取的安全防护措施包括短距离无线通信网络安全、无线公网/专网网络安全、以太无源光网络(EPON)安全、系统主站与通信网络层边界安全、主站局域网网络安全等[12]。
为确保系统的安全性,配电自动化系统主站与子站及终端的通信方式原则上以电力光纤通信为主。但对于不具备电力光纤通信条件的末梢配电终端,通常使用无线通信方式。
对于只采集遥信、遥测的配电终端,可采用无线公网方式进行通信。公网通信必须采取接入点名称(APN)和虚拟专用网络(VPN)等安全隔离、访问控制、认证加密等安全措施。具备遥控功能的配电自动化区域应优先采用专网通信方式;依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域宜采用光纤专网通信方式。无论采用哪种通信方式,都应对控制指令使用基于非对称密钥的单向认证加密技术进行安全防护[13]。
用电信息采集系统需要在不同主站系统之间建立远程安全加密信道,并采用身份认证、网络边界防护、隔离装置等安全措施,为应用系统提供数据源认证、抗回放、数据加密、数据完整性验证等多重安全功能,有效抵抗窃取网络信息、篡改网络数据、网络重放攻击,确保发送电力数据的加密性,保证充值数据的安全性以及防止内部网络信息等攻击。
3 新型电力无线宽带
基于TD-LTE技术,在电力专用频谱上研究开发的新型电力无线宽带系统是一种电力无线专网,系统采用正交频分复用技术(OFDM)、载波聚合、干扰抑制、灵活的帧结构,以及2层安全保护等关键技术,实现对电力业务的定制开发。
3.1 关键技术
1)载波聚合
这种新型电力无线宽带是在国家无线电委员会批准的230 MHz频段范围内专用的15对双工频点和10对单工频点构建的电力专用无线通信系统。该频段主要实现电力需求侧管理,频谱离散地分布在民用短波频段上,分布区间宽度为8.15 MHz。每个离散的频点带宽为25kHz,共有40个子带,最低频点的子带为223.525 MHz,最高频点的子带为231.65 MHz。
为了提高频谱效率,系统采用了载波聚合技术。载波聚合技术将每个离散的信道看成一个成员载波,将不连续分配的成员载波进行聚合,并统一分配给一个用户使用,这样可以产生大于原来窄带系统几倍的传输带宽,从而达到宽带传输的效果。
2)灵活的帧结构
配电网系统要求双向通信,但是上下行业务的通信量并不均衡。与公网的通信不同,配电网中上行的业务量远大于下行业务量。时分双工(TDD)系统中,上下行信道占用资源可通过调整上下行时隙比例方式灵活配置,适合这种非对称业务。
TD-LTE系统支持多种时隙比例配置,对于10ms周期的帧格式,可将一帧报文的5个子帧分别设计为:1个子帧承载下行业务,3个子帧承载上行业务,中间1个特殊子帧做同步和上下行通信的转换。
3)安全结构
在电力无线宽带系统设计了2层安全保护:第1层为演进的通用陆基无线接入网(E-UTRAN)中的无线资源控制协议(radio resource control,RRC)层安全和用户层安全,即接入层安全;第2层是演进型分组核心网(evolved packet core,EPC)中的非接入层安全。这种形式可使2层之间相互影响最小,提高了整个系统的安全性。
这种新型电力无线宽带系统在设计和开发过程还应用了很多其他关键技术,如干扰协调、链路自适应、频谱感知和OFDM等技术,这些对提升系统性能都发挥了很重要的作用。
3.2 实施方案
这种新型电力无线宽带在远端监控模块与后台主站之间提供安全、可靠的数据传输通道,并提供对网络设备和远端通信模块的配置和管理功能。它支持的电网业务有:配电自动化、负荷管理、用电信息采集、智能电网用户服务、应急抢修、检修及移动资产可视化管理、电力安全监控等。新型电力无线宽带网络的系统结构如图2所示。图中:FTU为馈线终端单元;TTU为配变终端单元;DTU为配电终端单元;业务平台提供业务数据统计、查询、分析,实现视频监控等;核心网负责业务数据的传输、接入网络的控制管理;接入设备提供无线覆盖、终端设备的接入控制等;终端设备负责业务数据的汇聚和上传、控制信息的下发。
这种新型电力无线宽带系统对现有系统设备的影响很小,在终端设备上采用统一接口,只需要将现有终端设备中的通用分组无线业务(GPRS)发送模块更换成新的远程通信模块即可,最大限度降低对现有系统的影响。
基站是系统建设中占用投资比重较大的部分,但因为使用目前电力专用230 MHz频段,其频率较低,系统的覆盖面积较大,能有效节约成本。实际上,研究发现,建设这种电力无线专网系统的成本比使用无线公网要低一些[14]。
3.3 测试验证
1)覆盖范围测试
由于这种新型电力无线宽带系统的工作频段为230 MHz,频率低、传播损耗小,具有覆盖距离远的特点。
系统分别从小区搜索、随机接入、业务覆盖距离以及不同环境进行了覆盖范围的测试。测试结果为:基站最远覆盖距离可达12km,在楼群遮挡的凹地环境中覆盖距离也可达3km,并且在有树木遮挡、有楼宇遮挡、室内、雨天、雾天等复杂环境下,都具有良好的覆盖能力。
2)传输速率测试
在加性高斯白噪声(AWGN)信道下,对新型电力无线宽带系统采用不同调制编码方式所能够达到的最大上行传输速率进行链路仿真,结果见图3。由图3可知,在正交相移键控调制(QPSK)方式下,最大能够获得的传输速率为0.42Mbit/s;在正交幅度调制(16QAM)方式下,最大能够获得的传输速率为0.93 Mbit/s;在相正交振幅调制(64QAM)方式下,最大能够获得的上行传输速率为1.76 Mbit/s。
实验室环境下,设备的实际测量数据和系统的理论数值基本一致,现场实测的平均上行传输速率最高达1.6 Mbit/s。
3)系统容量测试
由于配用电无线通信系统的业务复杂、终端分布广泛且密度大,因此需要提高系统容量来满足海量用户的需求。测试主要针对用电信息采集业务,设定调度周期为4s,如果有实时性要求高的业务,可以将调度周期调整到400ms或800ms。
设在一个频点上每400ms有6个调度请求资源。由于230 MHz频段有40个工作频点,因此每16个无线帧时间内有240个资源可以用于发送调度请求。当系统调度周期为4s时,则最多可以分配的用户数为2 400个。为保证系统稳定工作,需要留有一定的冗余,因此,将系统最大用户数设定为2 000个。
经测试,在2 000个用户情况下,系统的时延能满足每个用户调度时延小于4s的要求,能满足电网业务用户数量大、调度时延小的需求。
4)抗干扰性能测试
接入设备和终端设备在主要的射频指标(频率容限、发射机最大输出功率和杂散发射),满足《关于印发民用超短波遥测、遥控、数据传输业务频段规划的通知》等标准的情况下,对系统与数传电台兼容共存的情况进行测试。
测试主要分为2个部分:一是传统数传电台对系统的干扰,二是系统对传统数传电台的干扰。经过实际测试,当和传统数传电台共存时,实测噪底略有抬升,但电力无线宽带通信系统和传统数传电台均能正常工作,即电力无线宽带系统可与传统数传电台兼容与共存。
5)电力业务的承载测试
目前,这种新型的电力无线宽带系统已经在浙江省海盐供电公司稳定运行一年多,主要应用于抄表等数据业务和视频监控等图像业务。经过现场测试,与GPRS和数传电台相比,这种新型电力无线宽带系统具有频谱效率高、数据吞吐量大、支持多媒体业务能力和系统稳定性好等综合优势。具体数据比较如表3所示。
运行试验证明这种新型电力无线宽带系统能够很好地支持电力配用电业务的无线传输需求。
4 结语
本文按照通信需求提出一种新型的电力无线宽带系统的建设方案。该方案面向用电信息采集、配电自动化、负荷管理,以及应急通信等智能配用电业务。通过实验室实验和现场试运行证明,建设这种基于电力专用频谱资源,使用TD-LTE技术的电力专用无线通信网络,是智能配用电系统大范围、多测量点通信技术问题的比较理想的解决方案。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
电力无线通信专网 篇10
在电话通信领域, 存在着两个并行的网络, 这就是公用电话网和包含电力通信网在内的企、事业单位专用电话网。前者服务于整个社会;业务覆盖国内 (乃至全球) 的所有部门、家庭和个人。后者为一个企业或事业单位所专有, 业务包括两大范畴:其一, 服务于企业业务运营 (或特定事业单位内部管理控制) 的指挥调度系统;其二, 用于办公联络的行政 (公务) 电话系统, 具备小而专的特点。
当前, 中国公用电话固网将软交换的应用限制在固网内部, 用于局间中继的汇接交换层面, 并通过政策法规来限制基于软交换的IP电话系统与PSTN网络的互联。宣传上将软交换与IMS (因特网多媒体子系统) 分离开来。
专用电话网的IP电话策略, 同3G移动电话网一样, 将IMS视为软交换和VoIP的核心, 关注点放在IP电话终端应用和组建IP电话专用网络上。
对于IP电话, 国际上有三种态度:
第一种, 将IP电话与传统的TDM (时分调制) 有线电话等同对待, 分配给IP电话专门的号码资源。
第二种, 保护传统PSTN (公共电话交换网) 的垄断地位, 对IP电话的使用进行严格管制, 阻隔IP电话与PSTN电话的互联互通。
第三种, 介于第一、二种之间, 既不鼓励IP电话的发展, 也不限制IP电话的应用。
1. IP电话对公用电话固网的冲击
20世纪八九十年代, 一统天下的中国电信掀起了基础设施建设的热潮, 将全中国所有城市、乡镇的街道都翻挖开来, 埋放管道, 敷设电缆。对于必须通过一对双绞电缆接入固网本地交换机的传统电话而言, 接入缆线管道网, 筑起了一道其它竞争者难以逾越的屏障 (接入屏障) 。不可能再有第二家电信运营商, 能将中国大小城镇的街道再翻挖一遍。假如, 没有IP电话终端入户, 这一道屏障将永远阻断ISP (IP业务提供商) 涉足电话基本业务的妄想。
IP网络与PSTN不同, 用户上网, 可以随心所欲地选择接入站点。即使通过电话固网ADSL接入, 也不一定非得连在电信公司的网站上。因而, 对于IP业务而言, 电话固网的接入屏障被打破了, 使网络运营与业务运营分离开来。
2. 电话公网和电力专网对IP电话的理解差异
2.1 中国电话公网对IP电话的见解
在中国公共电话固网看来, 软交换与IP多媒体子系统 (IMS) 不是同一个理念;软交换与VoIP也不是同一个理念。软交换应该是传统语音电路交换网络的演进模式。而IMS和VoIP则是跨越传统电路交换的新型电话模式。
中国公共电话网技术专家放言:“NGN不是一个严谨的技术标准, 只是一种思想和思路。各家、各行业的具体实现方案、侧重、演进差异极大。”
图1绘出了当前中国电话固网网络构成拓扑图。不难看出, 其软交换应用, 仅限于本地网、长途网的汇接层面。在接入层面, 只容许通过接入网关 (AG) 或综合接入设备 (IAD) 即机顶盒方式, 向用户提供模拟电话接入, 不支持基于IMS架构的IP电话接入。这是因为AG和IAD连接的用户, 只能固定接入电信公司, 仍然在接入屏障的保护范围之内。
2.2 电力专网对IP电话的期待
电力专用通信网要求交换设备功能齐全 (上百种) , 性能高, 容量相对较小。电力专用电话网络, 是IP电话和软交换的“受益者”。对于电力专网来说, 软交换与IP电话是克服其承载平台局限, 实现宽带、窄带混合组网, 突破电信公司垄断、挟持, 跨区域布放内部专用电话, 实现电话终端移动的利器;铺就了电力通信系统降低电话使用费用和网络建设、维护费用, 拓展诸如可视电话, 一体化语音邮箱, 统一通信平台等新兴业务, 充分利用网络资源的康庄大道。
与电话公网不同, 电力专用通信网将软交换、IMS、IP电话 (Vo IP) 视为同一个概念。软交换是控制中心、IP电话是终端。软交换与IP终端, 构成一个全新的电话通信系统。IMS是这个统一系统的标准架构。
电力IP电话网络的规划建设有两种方案可控选择。方案一:在TDM电话交换基础平台上, 叠加一体化嵌入式IP电话 (Vo IP) 系统;方案二:在软交换中心平台上配置TDM接入网关 (AG) 和中继网关 (TG) 。
作为示例, 图2绘出了在塔迪兰电信Coral IPx电话交换设备上叠加一体化软交换嵌入平台 (PUGW) 的系统构成图。
IP电话软交换服务器与交换机数据总线之间的连接, 通过控制总线接口来实现。
嵌入式IP电话平台是一个板卡, 可插在Coral IPx交换机的任意一个插槽内, 通过外部IP网络接口 (相当与路由器) 与外部IP网络连接。
IP电话之间通话, 采用IMS架构, 嵌入IP电话平台只起到接续信令控制、地址域名解析的作用。双方的话音数据在IP网路上采用P2P方式传输。
IP电话与交换机模拟、数字电话用户之间的通话, 以及IP电话通过交换机2M数字中继接入电信公网的通话, 皆由媒体网关提供的通道进入交换矩阵, 实现连接。
方案一的嵌入式IP电话平台 (PUGW板卡) 可以堆叠使用。单卡可提供240个IP电话或IP中继电路的接入。单机可插10块PUGW卡, IP电话容量可达2400线。多台交换机组网时, 可组成10万线以上的专用电话交换系统。
当系统扩展, 引入了大型的软交换中心平台, 本方案的交换机可以立即转换成NGN四层结构中的接入/中继网关。
对于方案二, 作为示例, 图3绘出了采用塔迪兰电信Coral Ses Softsweitch (CSS) 软交换平台组成的电力IP电话专网的典型结构拓扑图。
方案二适用于以直接连接在IP网络上的IP电话为主, 通过接入网关 (AG) 和机顶盒连接的模拟电话为辅的应用模式。
适用于电力通信专网的软交换平台, 将登录/注册、地址解析/局向路由选择、呼叫/重定向接续控制、信令/网关、网管/计费、业务提供、用户数据库、互联组网、系统安全等功能以模块化软件的结构形式, 安装在同一台服务器中, 构成一个功能完整的独立软交换平台。
中继网关TG, 用来连接传统TDM电话网络, 包括接入电信公网和与专网中还在运行的老式电话交换系统组网。
电力专用IP电话网络是一个功能开放的系统, 其计费、语音邮箱、查号、录音、客户服务中心、IP调度电话、可视电话会议、及时通信和统一通信平台等等, 都可以通过添加功能服务器的方式来扩展。
电力系统在建设好基础承载平台——专用IP网络之后, 便可以将软交换模块连接到网络上。由于专用网软交换平台具备叠加和异地容灾设置的特性, 用户完全可以因需要而设置, 因发展而扩充, 避免了因过量的预留而造成初次投资资金的积压与浪费。
3. 电话公网和电力专网对IP电话的需求差异
3.1 媒体流的传输方式
中国公共电话固网主用MGCP/H.248 (媒体网关控制) 架构。所有通话的接续控制 (信令) 由中心平台的媒体网关控制器来完成。通话语音的媒体流也要经过中心平台, 由网关来实现媒体通道连接。
电力专用通信网IP电话所需求的是基于IMS (IP多媒体子系统) 架构, IP电话终端之间的通话接续信令由软交换中心平台控制。通话语音的媒体流直接在IP网络上点对点传输, 不经过软交换控制中心。
3.2 信令网关
公共电话固网的软交换平台必须具备完整的7号信令网关, 与七号信令支撑网连接, 实现传统电话网络全程全网的信令传送与接续功能。
电力专用通信网没有7号信令系统, 因而也就没有对7号信令网关的需求。电力专用通信网普遍采用PSS1/QSIG (专用通信网1号信令系统) 。要求IP中继也具备PSS1/QSIG信令功能, 具备路由预测, 统一网络编号等全程全网功能。
3.3 软交换平台结构
公共电话固网的软交换平台设备, 通常采用功能专一的小型机和服务器群, 组成100万线以上的大容量系统, 以满足公共电话网络需求的高话务流量和高呼叫处理能力。
电力专用通信网需要独立的综合软交换平台。就是, 可以单独使用, 也可以叠加起来使用的一个个软交换用户模块。软交换模块叠加, 可组成容量超过10万线的大型专用IP电话通信网络。在常见的产品系列中, 根据所选配服务器的性能, 独立的综合软交换平台的容量可在200门～3000门之间。
3.4 终端接入
中国的公共电话固网, 主要采用接入网关AG的方式, 让用户保留模拟电话接入。即使在规划的三网合一中, 通过IP接入网布放分机, 也采用机顶盒模式, 绝不容许用户的IP电话直接连接在IP网络上。
电力IP专用通信网, 大量采用IP电话 (包括IP话机和IP软件电话) 接入。当前的电力部门, 在桌面布放有IP网线, 空间又被Wi-Fi无线局域网覆盖, 音频双绞电缆和模拟话机便成了多余的累赘。
4 结语
针对公用电话网和企事业单位的专用电话网 (包含电力专用通信网) , 中国市面上有两类合法、可以公开销售的软交换平台供用户选用。第一类用于电信公网;第二类用于企事业通信专网 (包括电力通信专网) 。
当今中国, 出于对电信固网的保护, 严格限制带经营性质的IP电话运营。然而, 对于企事业专网自用, 非运营性质的IP电话则没有明文限制。面对思科、塔迪兰、西门子、AWAYA、阿尔卡特等专用软交换平台在中国国内的大量采用, 工信部仍以PBX入网证的方式来包容。
不难理解, 中国软交换入网证, 是面向电信公网的。PBX入网证才是面向企事业专网的。具备PBX入网证, 并标注为IP-PBX的设备, 才是企事业专用通信网所需求的软交换平台。
NGN和软交换还在不断发展, 国家的政策法规也会随之演进。可以预计, 企事业专网不可能为公网所取代。支持公网的软交换平台和企事业单位的专用软交换平台将长期共存。
参考文献
[1]韦乐平.把握网络的演进性, 实现转型的高效性[J].人民邮电报, 2008.2.21
[2]徐培文, 王鹰, 尹宁旻.软交换及其管理技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.