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1、第1章 通信信道及接口通信网络链接主站、采集传输终端、电能表，是信息交互的承载体。通信网络的主要方式有光纤通信、230MHz无线通信、公网无线通信、载波通信等。图 1. 远程、本地通信说明图远程通信是指采集终端和系统主站之间的数据通信。可分为专网通信及公网通信。本地通信是指采集终端和用户电能计量装置之间的数据通信，在本系统中主要集中器和采集器、集中器和电能表、采集器和电能表之间的通信。1.1 通信信道建设原则通信通道的建设以满足系统需求为出发点，综合考虑技术成熟、实时性、通信安全、分布范围、系统可维护、工程建设简易、造价经济以及面向企业发展等因素，根据各网省公司的现实情况选择组件通信网络平台，
2、为低压集抄系统提供稳定可靠的数据交互通道。1) 易于安装指通信网络中相关的设备在初次安装、故障或周期轮换时，安装和参数配置的难易程度。主要表现在各种设备的即插即拔特性和网络系统自适应能力上。2) 易于维护指当系统应用需求发生变更时，计量仪表和系统维护的难易程度。如因价格体系或结算周期发生变更时，造成的费率结构和冻结时间在线或离线调整。3) 系统兼容性指对采集系统中各种采集和传输终端通信方式的兼容性，以及能够适应未来通信技术的不断发展。4) 标准化的接口通信网络系统各个设备之间的互联接口应采用标准接插件或者是事实上的标准接插件。5) 一体化通信通信网络系统是采集主站、采集终端、计量表计之间通信的
3、载体，由于管理需求和用户性质的不同，三者之间能够采用的通信信道媒介差别很大，为保持主站系统的数据采集功能的专一性，建立一体化的通信机制，保证采集主站可以通过标准的统一的方式透明地和采集终端和计量表计通信。6) 经济性通信网络系统在满足系统需求和立足长远发展的基础上，所选用的网络系统应该具有相对好的经济性。为适应各种通信方式的需要在主站数据采集服务器和集中器之间建立一个通信平台。通信平台以网桥的形式存在，综合处理转换采集服务器和远程通信网络之间的信息交换。通信平台和主站采集服务器之间以IP网络方式相连接，通信平台经过处理转换之后根据远程网络情况采用适应的方式和集中器通信。实现采集服务器和集中器之
4、间的透明通信，屏蔽远程通信的通信方式差异。采集服务器对集中器的寻址方式：在IP链路建立之后，以此为物理链路，按照集中器逻辑地址为目的地址进行寻址，通信平台根据集中器逻辑地址选择对应的远程通信方式转发信息。图 2. 通信平台示意图1.2 远程通信远程通信可分为专网信道通信和公网信道通信。专网信道是电力系统为满足自身通信需要建设维护的专用信道，可分为230MHz无线专网及光纤专网两大类。230MHz无线专网使用国家无委会批准的电力负荷管理系统专用频点，其中有15组双工频点和10组单工频点。光纤专网是指依据电力通信规划而建设的以光纤为信道的一种电力系统内部通信网络。公网信道是相对于电力系统自身建设的
5、专用信道而言的，它指的是使用或租用通信运营商建设的公共通信资源。根据公网的分布特点和本系统的数据通信特点公网信道设计使用无线公网通道。1.2.1 远程信道接口设计远程信道软件接口是指通信平台中的对远程通信的通信转换的软件接口。硬件接口是指远程通信中各种通信方式的集中器中的通信终端的接口。图 3. 硬件接口示意图主要原则：模块化：通信软硬件接口应该按照模块化的方式进行设计，终端硬件通信模块具有标准的通信接口；适应性：软件通信接口应能适应通信方式，并具有很好的扩展性，能够适应系统规模的不断扩大，能够适应新通信方式的接入；标准化：采用现有的工业标准化如标准如RJ45、RJ11、RS232、USB等即
6、插即用：硬件接口应能够满足即插即用的功能。互换性：硬件接口应该是通用的，具有很好的互换性。1.2.2 典型远程信道组网方案1.2.2.1 光纤专网1.2.2.1.1 基本条件与建设范围目前35KV、66KV、110KV及以上变电站基本具备骨干光纤通信，具备至1*2M或10M以太网接口，在此基础上具备向下延伸的网络基础。光纤专网旨在电力通信网的基础上，向配网延伸，覆盖全部10KV线路，将高速以太网延伸至每个台区，形成光纤通信专网。业务流向为将低压侧业务，如居民用电信息和商业用户统一接入，由上级变电站通信节点上传至供电公司数据中心。图 4. 光纤组网示意图1.2.2.1.2 光缆建设方案1对于架空
7、线路，同杆塔敷设自承式或复合式特种光缆；2对于具备电力管道路径情况，同路由敷设电力非金属阻燃光缆；3光缆芯数与模式选择，根据线路台区数量可选择12-24芯光缆，但不得少于12芯，光纤类型优先选用单模。1.2.2.1.3 光纤组网方案分为以太无源光网络（EPON），传统SDH/PDH混合组网和光调制解调器组网三种类型。1以太无源光网络（EPON）：EPON是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON（无源光网络）技术，光线路终端（OLT）与光网络单元（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源
8、设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本，尤其适应于10KV线路配网结构，具备通信保护能力。EPON在链路层使用以太网协议，使用标准以太网（I）利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。基于EPON技术的两种组网方式的无源光网络系统示意图如下：图 5. 以太无源光网络组网方式一多级分光方式。此种方式采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT（光线路终端），传输距离可达20公里。在ONU（光网络单元）侧通过多级光分路分
9、送给最多64个用户，因此可大大降低OLT（光线路终端）和主干光纤的成本压力成本较低。此方案适合呈带状或链状分布的10KV线路。图 6. 无源光网络组网方式二在OLT（光线路终端）侧配置多路分光器，直接输出至多路终端进行通信。此种方式组网方式灵活，覆盖半径大，布放多芯光缆时仅需放置分纤器而不使用分光器，传输距离较远。此方案适合业务需求密集的城镇地区。2SDH/PDH混合组网方式是电力通信专网比较传统的通信方式，在骨干网络上应用广泛，即需要在每个站点配置光端机，技术成熟，运行稳定，但对运行环境要求较高。成本较无源光网络亦高。图 7. SDH/PDH网络组网方式此种组网方式每一级都需要进行一次光电转
10、换，通信网节点较多，维护量大。但在已建成的网络中扩展非常方便，只需布放较短距离的光缆即可对网络进行延伸，适用于对通信速度要求不高的场合。3光调制解调器方式组网，在简单点对点通信中应用较广，技术成熟。但对于大数量台区组网，会大量占用光纤资源，增加建设成本。图 8. 光调制解调器组网方式在变电站内放置光收发池，点对点和业务点进行通信。此种方式应用较为广泛，覆盖半径大，设备升级扩展方便，但在原有网络上增加通信节点可能需要重新布放光缆和添置局端设备，成本较高，适合业务数据量较大的城镇地区选用。4推荐使用方案综合以上组网技术和电力网络的实际情况，推荐采用EPON技术进行组网。目前的电力骨干网络已满足向1
11、0KV线路延伸的基本条件，EPON技术非常适合于呈带状或链状分布的10KV线路，系统建设成本低，易于维护，标准10/100BASE-T RJ-45以太网接口输出至终端，方便应用和扩展，也方便原有业务终端的接入。1.2.2.2 GPRS/CDMA1.2.2.2.1 主要特点表 1. 公网信道分类及特点分类信道类型特点无线公网信道GPRSGPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。特点如下：1. 传输速率高，理论最高值171.2kbps，实际应用接近56KModem的速度；2. 支持永久在线；3. 与话音业务共用信道，通信链路饱和时数据通信会受话音业务干扰；4
12、. 资源相对丰富，覆盖地域广；5. 适合大规模应用。CDMACDMA是一种基于扩频技术的码分多址通信业务，面向用户可提供移动分组的IP连接。特点如下：1. 传输速率高，理论最高值307.2kbps，实际应用峰值速率高达153.6kbps，传输速度优于GPRS。2. 支持远方唤醒；3. 专用载频和信道，不与话音共用信道，网络稳定，不易受干扰；4. 资源相对较少，覆盖地域逊于GPRS；5. 适合较大规模应用。SMSSMS是最早的短消息服务标准。特点如下：1. 必须经过短信中心转发，当短信中心繁忙时，通信延时明显，实时性弱于GPRS/CDMA。短信中心能判断接收端是否开机，当接收端关机时短信中心会暂
13、时保存信息；2. 短信的长度有限制，纯文本为160字节，二进制非文本为140字节。公网信道的适用范围如下表：表 2. 公网信道适用范围分类信道类型适用业务地理环境使用建议无线公网信道GPRS实时性要求高的业务，如：控制、实时采集等无线公共网络覆盖完整且无线信号优良的城市、乡镇等主信道优选CDMA同上同上主信道优选SMS1. 实时性要求稍低的业务，如：定时采集；2. 文本通知、提示、告警等业务；同上备用信道建议主站使用短信专线1.2.2.2.2 GPRS/CDMA组网方式图 9. GPRS/CDMA无线公网组网方式说明：采集终端接口方式：集中器以无线MODEM的方式和GSM/CDMA基站进行数据
14、信号的调制通信，遵循GPRS/CDMA无线传输标准。GPRS/CDMA核心网和系统接入设备之间组建独立的APN/VPN私有虚拟专网，公网和采集系统之间以专线形式连接。终端和通信平台之间建立建立TCP/IP协议链接，并一次作为用电信息采集系统通信的物理链接。终端地址分配：静态分配方式MS号码与IP地址进行绑定。终端保持GPRS永远在线状态。1.2.2.2.3 要求1.2.2.2.3.1 安全性要求必须组建独立的APN/VPN私有虚拟专网，从IP层予以隔离，隧道外的公网IP无法访问隧道内的IP，隧道内的IP不能访问隧道外的IP，隧道内的IP互访也仅限于授权的资源。通信运营商需采用IPSec、ACL
15、、信息加密等技术保障公网的通信安全。与通信运营商对接的通信设备必须放置在隔离区，通过防火墙予以隔离。必须设置完善的身份认证体系，拦截非授权设备接入。应建立终端IP绑定机制，身份唯一识别。应建立终端SIM/UIM卡号认证体系，拦截非法SIM/UIM登录。应建立终端主叫识别机制，拦截非法指令。1.2.2.2.3.2 可靠性要求通信网关必须可靠，硬件设备可采用集群机制保障可靠性，单点设备故障不影响整个通信网关的正常通信。通信网关软硬件应具备自诊断、自守护、自恢复功能。1.2.2.2.3.3 实时性要求信道接入应尽量缩短通信延时。正常情况下，采用ADSL、GPRS、CDMA信道遥控响应时间5s，SMS信道召测响应时间30s。1.2.2.2.3.4 可扩展性要求当接入终端规模不断扩大时，公网信道应具备很强的可扩展性，通过增加通信设备或增加通信进程(线程)满足不断增大的系统通信需求。1.2.2.2.3.5 经济性要求在使用公网信道时，应充分考虑使用成本，优先选择性价比高的信道。公网信道中移动通信网络（GPRS/CDMA/SMS
