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1、经纬电气GPRS虚线通信在二次设备中的应用20201111年年8 8月月1经纬电气光纤 通信载波 通信uu 光以太网交换机等光以太网交换机等光光 ModemModem，各厂家设备，各厂家设备不兼不兼 容容uu 光通信设备一般不明确光通信设备一般不明确 启动功耗和动态功耗，启动功耗和动态功耗， 可能导致通信时断时续可能导致通信时断时续uu 无源光网络无源光网络EPONEPON设备，设备， 缺乏工程应用经验缺乏工程应用经验uu 城市建设没有预留专用城市建设没有预留专用 通信管道时，光纤通信通信管道时，光纤通信 存在建设周期长、建设存在建设周期长、建设 费用高的问题，据测算费用高的问题，据测算 建设
2、费用高达建设费用高达912912万元万元/ / 点点uu包括包括GPRS/3GGPRS/3G无线通信、扩频微无线通信、扩频微 波、无线数传电台、波、无线数传电台、WiMAXWiMAX和和 McWiLLMcWiLL专网等长距离无线技术专网等长距离无线技术 ，也包括，也包括ZigBeeZigBee、WiFiWiFi等短距等短距 离无线技术离无线技术uuGPRSGPRS无线通信受现场无线通信受现场信号强度信号强度 影响较大影响较大uuGPRSGPRS设备厂家一般不明确动态设备厂家一般不明确动态 功耗，可能导致通信时断时续功耗，可能导致通信时断时续uuGPRSGPRS设备存在设备存在“吃卡吃卡”现象，
3、现象， 需工业需工业SIMSIM卡卡uuGPRSGPRS运行费用与数据流量合理运行费用与数据流量合理 分配分配考虑不周到考虑不周到uu 受供电线路影响较大受供电线路影响较大 ，可靠性仍然较低，可靠性仍然较低uu 载波设备载波设备自愈功能自愈功能不不 是很好是很好uu 通信速率较慢，大容通信速率较慢，大容 量数据传输不适用量数据传输不适用uu 通信问题维护困难通信问题维护困难配网自动化系统的通信手段有线方式无线方式2经纬电气GPRSGPRS通信通信光光纤纤通信通信u 适应透明传输，支持任何通信规约u 通信路由扩展灵活，具备自愈功能u 硬件接口标准，适应性强u 信号强度15级以上u 电源匹配，区分
4、静态和动态功耗u 接口电平匹配，足够负载能力u 维护容易，换卡方便u 运行费用与数据流量合理分配u 应具有多路数据通道，有独立网管通道u 各厂家光Modem不兼容，选型注意今后延续载波通信载波通信通信设备应用中的问题3经纬电气uu 支持支持IEIE浏览器浏览器远程访问终端远程访问终端基本信息及高级基本信息及高级功能功能维护维护uu 支持远程支持远程参数调试、功能模参数调试、功能模块组态块组态uu 支持终端软插件逻辑组态、支持终端软插件逻辑组态、程序软件远程程序软件远程升级升级WEB 浏览远程 调试远程 升级发展趋势远程维护4经纬电气uu简易型：一遥简易型：一遥+ +就地分散分布模式自愈就地分散
5、分布模式自愈uu实用型：二遥实用型：二遥+ +就地分散分布模式自愈就地分散分布模式自愈uu标准型：三遥标准型：三遥+ +集中调控模式自愈集中调控模式自愈uu集成型：信息交互总线集成型：信息交互总线+ +集中调控自愈集中调控自愈uu智能型：分布电源接入智能型：分布电源接入+ +集中调控自愈集中调控自愈故障快速定位系统配电自动化系统区域 主站工程建设原则馈线自动化系统5经纬电气 6通信建设方案推荐光纤专网光纤专网GPRSGPRS公公网网GPRSGPRS专专网网EPONEPONAONAON电力载波电力载波优先选择无源光网络EPON、有源光网络AON以太网技术，综合考虑多种通信方式原则上采用光纤（EP
6、ON 、AON）通信方式，其 它专网通信方式可补充骨干通信网骨干通信网接入通信网接入通信网无线专网宜选择符合国际标 准、支持多厂家的宽带技术无线公网宜选择GPRS、CDMA 及3G通信技术电力载波宜选择电缆屏蔽层 载波等技术具备路由迂回能力和高 生存性能6经纬电气简易型和实用型配套无线通信设备外置安装型嵌入安装型 支持UDP、 TCP、短信； 设备加电自动上线、掉电自动重拨、线路自动保持 通信链路中断数据不丢失 支持远程维护和升级 其他：短距离无线-蓝牙，无线串口；GSM手机短信7经纬电气GPRS通信有以下优势：l 传输速率高。GPRS 通信的速率理论值可达到171.2 Kbit/s，实际通信
7、速率 可达几十Kbit/s，比配电自动化系统常用的电力线载波、有线MODEM速率 高很多。 l GPRS 通信是基于TCP/ IP 协议的，有利于构建统一的网络软总线平台，从 而简化配电自动化系统的网络结构。 l 有成熟的网络，覆盖较好。比较很多其他种类的无线数据网络（例如微波 通信、CDMA、3G等）而言，GPRS网络已经经过运营商多年建设，覆盖 率比较高，用户无需投资建设全覆盖的无线网络，因而可以节约大量的固 定资产投资，且施工便利、建设和开通速度快。 l GPRS采用分组交换模式，资源利用率高，计费方式灵活。电路交换模式在 整个连接期间内，用户无论是否传送数据，都将独自占有无线信道；而对
8、 于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源。GPRS引入 了分组交换的传输模式，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道 ，从而提高了资源的利用率。另外，GPRS可以实现基于数据流量、业务类 型及服务质量等级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。 l 防雷击。GPRS无线通信终端设备的发射功率非常小，天线非常短，而且无 需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击破坏设备的缺点。 l 通信链路由专业运营商维护、管理，免除通信链路维护的后顾之忧；用户 （电力公司）只需要按节点、按月支付低廉的流量费用，从而大大节约了 运维管理的成本。8经纬电气GPRS在配网自动化系统中
9、的组网方案移动运营商提供了普通业务和无线DDN专网业务两种业务模式。GPRS普通业务相当 于公众网，安全级别不高，不建议在配电网自动化系统中使用；无线DDN专网业 务与公众网完全隔离，安全级别较高，可以满足大部分行业的安全要求。9经纬电气GPRS在配网自动化系统中的组网方案 配电网自动化终端（RTU、DTU、TTU、FTU等）通过 GPRS通信终端连接到移动运营商内部GPRS网络，再通 过移动运营商与配电网自动化主站系统之间的有线专线 连接到主站系统；GPRS通信终端使用了专用的接入点名 称（APN，Access Point Name）连接到GPRS网络，在通 过身份认证后获得无线DDN网络的
10、私有IP地址，与主站 系统构成了一个广域的虚拟专用TCP/IP网络，从而提供 了配电网自动化终端与主站系统的双向通信链路，可实 现实时的远程参数设置、数据采集与分析、远程控制等 操作。10经纬电气GPRS通信终端的接入流程及安全性 (1) 终端发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为 GPRS无线DDN专网系统专门分配的专网APN； (2) SGSN网元根据请求中的APN向DNS服务器发出查询 请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN网元，并将用 户请求通过GTP隧道封装送给GGSN； (3) GGSN网元将用户认证信息（包括手机号码、用户账 号、密码等）送至Radius认证服务器进行身份
11、认证； (4) Radius认证服务器校验手机号等认证信息，确认是合 法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址； (5) Radius身份认证通过后，由Radius认证服务器向GGSN 网元发送携带用户地址的确认信息； (6) 终端从GGSN网元获得确认信息，得到用户地址（私 有IP），完成接入流程。11经纬电气无线DDN专网的特点只有经过身份认证（要求有SIM卡，知道APN等信息）的GPRS通信 终端才能接入无线DDN专网，且运营商内部网络的设计可保证无线 DDN专网与Internet网络完全隔离，运营商与主站系统之间采用的也 是安全的专线连接。因此，无线DDN专网是一种较为安全的
12、虚拟专 网，它具有以下特点： (1) 数据通信不经过Internet网络，通信数据非常安全； (2) 数据直接接入网络，经过的网络环节很少，可提高可靠性，降低 传输时延； (3) 只有通过严格身份认证的授权终端才能访问无线DDN专网内的其 它终端和主站系统； (4) Internet网络主机不可访问无线DDN专网内的GPRS通信终端和主 站系统，因此，GPRS通信终端不会受到外界攻击，GPRS通信终端 非常安全； (5) GPRS通信终端可以访问无线DDN专网内的资源，提高了应用的 灵活度。12经纬电气GPRS通信终端的类型 根据接口和功能的不同，在配电网自动化系统中使用的 GPRS通信终端大
13、致可分为GPRS数传终端（DTU）和 GPRS路由器（Router）两大类，两者的功能和性能差异 较大，下表中给出了两者之间的主要区别，下文中还将 对两者的软硬件结构进行对比说明。13经纬电气GPRS数传终 端GPRS路由器数据接口串口（RS232/RS485/RS422）以太网口和串口（RS232/RS485/RS422）通信规 约上电后自动接入GPRS无线DDN专网 ，并通过TCP/UDP协议 主动连 接到 预设 的通信服务器地址（IP和端口） ，转发 （同时进 行必要的协议转换 ）配电网自动化终端与通信服务器之 间的IEC60870-5-101数据上电后自动接入GPRS无线DDN专网，
14、等待通信服务器连接配电网自动化终端 的连接请求，对通信服务器和配电网自 动化终端的IEC60870-5-104数据进行路 由转发 和地址转换 （NAT）处理；可同 时处 理IEC60870-5-101的数据，处理方 式同GPRS数传终 端。设备 功 能GPRS无线DDN专网接入；GPRS链路 检测 与维持；与通信服务器的 TCP/UDP连接的检测 与维持；串口数 据封包解包、协议转换 等具备GPRS数传终 端的全部功能（包括 GPRS无线DDN专网接入、GPRS链路检 测与维持等）；同时具备路由转发 、防 火墙、地址转换 、端口映射、网管、远 程升级等复杂功能；成本较低较高功耗较低较高应用范
15、围连接具有串行接口的远方监控终端连接具有以太网接口的远方监控终端14经纬电气GPRS通信方式存在的主要问题及分析基站和传输网络的可靠性问题。GPRS无线通信网络的基础措施（基站、传 输光缆等）由电信建设和维护，在基站失效、传输线路故障、基站受到人为 破坏等情况下可能导致整个基站覆盖范围内的全部配网信息节点通信失败。 网络调整影响电力通信业务的问题。电信运营商自身由于设备升级、网络调 整、网络规划变化等原因可能引起网络中断，影响电力通信业务。 信号屏蔽导致通信失效的问题。学校、政府机关、保密部门等企事业单位有 意制定的信号屏蔽等措施可能导致相关区域无法正常运行。 特殊区域的信号覆盖问题。部分配网
16、信息节点处于地下室等GPRS信号微弱 的区域，出现无法通信或信号不稳定的情况。 无线资源拥塞导致的连通率低的问题。由于无线资源受限，在电力专网与公 众网共用资源的情况下，有可能在节假日、每天的忙时、大型聚会场合等情 况下出现网络拥塞导致通信失败的现象。 故障响应速度的问题。故障响应速度上，电信运营商的响应速度可能无法满 足电力公司3小时以内解决问题的要求。 GPRS通信终端的可靠性问题。GPRS通信终端尚缺乏强制性认证规范，在配 网自动化领域的应用时间不长，产品性能、质量参差不齐，在配电网的复杂 电磁环境下工作容易受影响。 SIM卡的可靠性问题。通过良好的工业设计，GPRS通信终端可以达到电力环 境要求的工作温度范围，但普通SIM卡的设计并未考虑工业应用因素， GSM11.11规定的正常的使用环境为-2570摄氏度，实际测试发现温度超过65 摄氏度时SIM卡容易产生变形导致接触不良，低温下SIM卡容易工作失效； 普通SIM卡的读写次数、使用寿命也较低，在极端条件（高温、高湿、静电 、频繁读写等）下
