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1、基于G S M G P R S 通信的城市配网监控系统 网络接入方式和应用数据探讨 肖武勇郭上华陈勇 ( 珠海许继电气有限公司，广东珠海市，519 ( ) 6 ( ) ) 城市配电网监控系统是为实现电能数据自动采集、远程传输及合理调配用电负荷，对终端设备与后台 管理软件进行通信配置和系统集成并初步具有配电管理系统( D M S ) 全部功能的监控平台。在此平台 上一般集成了馈线自动化、用户自动化和信息管理自动化等子系统的综合信息系统( I M S ) 。它是一个开 放系统，在操作系统、数据库、人机界面、通信规约上遵守现行的T _ k 标准，具有灵活的扩展性，其 丁作方式就是通过某种通信介质和协
2、议使后台与现场设备进行信息对话，基本实现电力“四遥”功能。 目前城市配电网监控系统与现场设备的通信介质主要有光纤、双绞线、载波和基于G S M G P R S 无线网 络传输四种。针对这四种通信介质，光纤具有可靠性高、数据容量大的特点，但由于其铺设成本高、扩 展性差、设备维护方面不方便而一般应用于一些大型的配电A 动化系统中；双绞线铺设成本低，但其易 受外界环境的干扰，一般应用于一些中小型配电自动化系统；载波通信在配网这样一个多节点、电网参 数不稳定的网络巾，存在信号易反射、传输可靠性不高且设备造价不菲的问题，目前也仅应用于某些难 以架线的场合，作为配网传输方式的补充；而将G S M G P
3、R S 无线网络传输应用于配电自动化系统具有无需 铺网、建设和维护成本较低、系统可以无限扩充、按流量计费等一系列的优点，目前已被越来越多的电 力用户所关注，它虽然可靠性相对较低，但随着应用经验的丰富和“3 G ”技术的日益开拓，基于G S M G P R S 无线网络传输的配电自动化系统应用将会更加成熟和广泛。 本文正是针对G S M G P R S 无线传输网络作为配电网监控系统通信介质的应用特点和协i 义定义的灵活性进 行分析和探讨。 1 、GP R S 通信介绍 G P R S ( G e n e r a lP a c k e tR a d i oS e r v i c e ) 是一种基
4、于G S M 系统、并在此基础上发展起来的无线分组交 换技术提供端到端的、广域的、无线I P 的连接。这种连接可以有效的利用无线网络信道资源。特别 适合突发性、频繁的小流量数据传输；它支持的数据传输的速率更高，理论峰值达1 1 5 k b p s ；并且计费 方式更加灵活，可阻支持按数据流量来进行计费。它具有“实时在线”、“按量汁费”、“快捷髓 录”、“高速传输”、 “自如切换”的优点。通俗地讲，( ；P R S 是一项以高速数据处理的技术，将 数据信息以“分组”的形式传送到指定的接收端。 通用分组无线业务G P R S 是在现有G S M 系统上发展出来的一种新无线数据传数业务。其目的是给用
5、户 提供高速无线T P 或X 2 5 服务，实际应用带宽大约在4 0 10 0 K b i t s ，在此信道上提供T C P I P 连接，可以 用于I n t e r n e t 连接、数据传输等应用。G P R S 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同 一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。G P R S 允许用户在端到端分组转移模式下发送和 接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。 2 、配电网监控系统在G S M G P R S 通信网中的接入方式 目前，配电网监控系统在G S M G P R S 通信网络的接入主要有两种方式，一种是点对点通道结构的
6、配电 网系统运行方式，另一种是多点共线通道结构的配电网系统运行方式。 2 1 、点对点通道结构的配电网系统运行方式 点对点通道结构的配电网系统运行方式是将后台系统当成一个终端设备与其它现场控制设备进行点对点 的信息往来。其系统运行方式如图1 所示。 1 3 0 终踹I终端2 终端、 、口 盯俞系统 图1 点对点通道结构的配电网系统运行方式 该运行方式非常灵活，系统扩充性极强，但通信量非常有限，而且可靠性只能够通过协议约定进行 保证，因此一般只用于在网络覆盖较好的地区，并实现配电网监控系统的部分功能。 在配网规定的“四遥”功能当中，“遥调”的实现必须要非常可靠的通信方式予以保证；“遥测” 因其数
7、据量太大，对通信设备要求很高；而对“遥信”和“遥控”功能的实现，由于传输的数据量 少，可靠性要求也相对较高，这样如果采用点对点通道结构的配电网系统运行方式仅实现开关设备的“遥 信”和“遥控”功能将为“简易型配网自动化系统”提供一个性价比极高的解决方案。 2 2 ，多点共线通道结构的配电网系统运行方式 多点共线通道结构的配电网系统运行方式采取分层通信方式，是将后台系统与移动运营商采用有线连 接，而移动运营商通过内部网络由基站与各终端设备实行无线连接( 如图2 所示) 。 点站豁控系统 图2 多点共线通道结构的配电网系统运行方式 这种方式采用固定I P 或者动态I P + D N S 解析服务，出
8、于安全性和稳定性考虑，后台系统主站在局域网 中，不直接连在I n t e r n e t 网上，而是通过网络代理服务器来负责网络数据链路建立、数据收发的透明中转 以及网络安全性方面的保证。 终端设备在上电后，它会根据设定在其内部的I P 地址或者是域名参数来访问G P R S 网关服务器 ( G G S N ) ，服务器再通过I n t e r n e t 连接主站系统从而建立T C P I P 链路。后台监控系统数据库中本身保存好每 个终端唯一的I P 地址和I D 号，在后台要与某个终端设备进行信息对话时，监控系统会根据维护好的I P 地址 和I D 号参数来找到对应的终端，同时，将要交往
9、的数据内容进行预先的应用数据格式( A D P ) 约定和统一 的加解密算法进行编解码，当终端设备或后台监控系统得到符合A D P 格式定义的命令时，就产生相应的控 1 3 l 制信息，从而完成各种应答式的通讯流程。 总的来说，该方式组网非常灵活、可以随意扩充接人，且通信量和可靠性可以大大提高，通过协议 的约定不但可以实现数据量少可靠性高的遥控、遥信功能，对数据量多的遥测功能也完全能够满足配网的 要求，从而为配电网自动化系统的架设提供一个全面、系统的解决方案。更熏要的是后台系统可以通过 企业的内部网与其他系统( 调度系统，M I S 系统等) 进行无缝连接和信息集成，为企业真正意义上的信 息化
10、建设迈人一个新的台阶。 3 、通信应用数据分析 对于点对点通道结构运行方式的配电网监控系统由于其主要适用于终端设备的遥控分合，及重要状 态信息查询的功能，因此只要针对各类命令采用相同的编码方式以短消息报文的形式进行对话即可完成系 统定义的各种功能的实现，但是为了保证信息的真实性和系统运行的安全性，可以通过在终端设备中维护 固定的S I M 号码来保证设备的操作权的唯一性。 下面主要探讨采用多点共线通道结构运行方式的配电网监控系统的数据结构分析。对于基于G P R S 网 络的监控系统，其网络层次图如图3 所示。 S PI S M G A D PA D P T C P T C P I PI P
11、底层承载 底层承载 A D P ：应用数据协 义 图3 协议网络层次 其中，T C P 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。它将用户数据A D P 打包构成报文段；它发送 数据后启动一个定时器，等待对端数据确认；另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序， 丢弃重复数据；T C P 提供端到端的流量控制，并计算和验证一个强制性的端到端检验和。 针对实际的应用情况，系统功能通过设定的A D P 命令内容在系统和终端之间进行约定。这样对某条 命令的协议格式如图4 所示。 J _ | _ J 一定义 图4 单条命令的协议格式 4 、系统应用介绍 目前基于G S M G P R S 网络通信的
12、配网管理系统主要应用于配变监控和抄表领域，对于在馈线监控方 面的使用由于其可靠性方面不能够得到及时的保证而比较滞后。然而，只要根据实际的需求选择合理的网 络接人方式，并在系统集成上使终端设备和主站系统通过A D P 协 义的约定来保证数据在公网上的安全性和 通信过程的可靠性，即可避免冈G S M G P R S 网络阻塞而导致的开关滞动和误动。 1 3 2 其传输命令数据握手流程如图5 所示： 爨蒜w。黧慧撩卷籍勰氛2004-2删-1GSM G P R S ( B u d ) B a t e s ；1 、顾肇基译。 网络与 电t ，碳黑毪：兰瞥i1 ：邮审出版社2 2 、( 美) R J 通用
13、分细无线业务c ，G ! ：；：箩要囊用9 名竺塞：。三i ；蓑某( 英文版) f 3 、( 美) X i a o d o n gW a n g ，H V 1 n c e n t P o o r 尤线迥1 6 芥矽。 ”“9 “ 电子 訾出览麓曲2 0 ：h 0 百4 - 雠6 - 丽1 婚信网辜棒口协议( V3 0 o ) 中国移动通信集团公司发布2o ? 4 薏。 一c4j 、哩黧嬲黑黄警警G PR S 。黻亲嚣薯篡鬻差淼磊电力 ；5 、黄新波，刘家兵，王向利，等基于 网络闪输电线盼圯铱1 门1 p “一 系统曼戮0 警，耋警跫鬟纛斋北耕国水利电力出黼1 9 9 8 册翌特量妻兰霎等雾差器丢慧套淼器置气浆喜赫杂融嘲8 露黧- 篓缀缀搿瓣； 1 ：裹富茅磊篙I 蒿赫瑚 8 、谭文恕关于配电自动化系统的传输规约 J 电力糸缆仨l 明儿上了了7 “。 1 3 3
