CN105071999A - 微功率无线的区域覆盖电力通信专网 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微功率无线的区域覆盖电力通信专网，在采用合适的微功率无线通信平台作为通信物理层，并以此通信平台为基础，构建适用于电力无线专网的通信模型，以满足与一定区域内的区域覆盖通信技术，本系统中将按照标准网络设备的OSI七层协议的部分层级模块进行设备系统的功能拓展，具体分为以下几个部分：⑴物理层开发；⑵网络层开发；⑶传输层开发；⑷网络层开发。本发明提供的微功率无线的区域覆盖电力通信专网可实现短距离的功率放大，可以实现通信系统的区域覆盖，在一个区域内采用无线通信方式，不需要铺设通信线路，系统中采用微功率无线通信系统，构建区域无线专网，保障区域内的无线数据及时有效传输。

Description

微功率无线的区域覆盖电力通信专网

技术领域

本发明属于智能电网领域，尤其是一种微功率无线的区域覆盖电力通信专网。

背景技术

随着智能电网建设的深入，越来越多的智能化设备需要接入到智能电网的综合调度系统中，国家电网公司坚强智能电网建设的总体要求，是保证智能电网建设规范有序推进，实现电力用户用电信息采集系统建设“全覆盖、全采集、全预付费”。特别是随着智能电网的营销、配网、调度系统的一体化平台系统的建设深入，关于营配调各个系统内的终端和通信系统在速率、可靠性、实时性、兼容性上提出了较高的要求。

智能电网通信系统目前主要由光纤通信系统、载波通信系统和无线通信系统三种通信方式组成，其中无线通信方式主要是指由GPRS和3G等无线公网组成的无线通信方式，并且目前此种通信方式已经大规模的运用到营销系统的集抄和部分一遥、二遥的配电终端系统中。

现有的无线公网通信系统中，存在计费费用较高、无线信号覆盖不全面等多种不足的问题。同样，在光纤通信系统中，存在施工铺设成本费用较高等问题，在某些特定的区域，并不是最适合的大规模铺设组网的通信系统解决方案。另外，在配网通信系统中，往往设备铺设与10KV的中压系统侧，对设备的低压取电是一个比较棘手的系统解决方案，主要的问题体现在如下几个方面：

面对上述智能电网中的较棘手的技术问题，采用微功率无线系统作为智能电网系统中的特定区域的通信解决方案的较为合适，主要的解决了智能电网系统中的以下几个问题：

铺设成本与难度问题：在智能电网通信系统中，通信线路的铺设一直是一个较难解决的施工难题。

无线公网不能全覆盖问题：无线公网借用电信运营商的无线公共网络，在偏远区域，部分封闭空间，无线公网覆盖度不全，导致众多用户和配电数据不能及时上传。无线通信可靠性不高的问题：由于采用无线公网的通信系统，由于共用电信数据传输网络，较为容易的被大量无关用户捕获或干扰，存在较大的安全隐患。

配网系统中低压取电问题：在偏远的10KV配网区域，通信设备和终端设备的取电问题一直是困扰系统推广的较大的技术难题。采用低功耗的无线通信系统，通过降低功耗和主动休眠的方式，可以使得设备的功耗在mw级，部分现场采用电池供电模式都可以维持较长时间的设备运营。

综上所述，采用低功率无线的通信方式构建的区域电力通信专网可以有效的弥补智能电网通信系统中的不能难以解决的系统难题，为智能电网的通信系统构建提供一种较新的通信方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种为智能电网的通信系统构建提供一种较新的通信方式的微功率无线的区域覆盖电力通信专网。

本发明采用的技术方案是：

一种微功率无线的区域覆盖电力通信专网，在采用合适的微功率无线通信平台作为通信物理层，并以此通信平台为基础，构建适用于电力无线专网的通信模型，以满足与一定区域内的区域覆盖通信技术，本系统中将按照标准网络设备的OSI七层协议的部分层级模块进行设备系统的功能拓展，具体分为以下几个部分：

⑴物理层开发：选用合理的无线通信频段，并规划出合适的物理层通信平台；

⑵网络层开发：选用合适的路由算法，构建坚强自适应网络层；

⑶传输层开发：建立分布式以太网交换模型，创建多样兼容数据接口；

⑷网络层开发：创建集中式管理与远程维护服务，满足一站式运维要求。

而且，在物理层开发过程中，采用230M或者868M的无线频段，编解码方式采用不归零编码，通道复用方式采用TDMA+FDMA两种数据和信号复用模型。

而且，在网络层开发过程中，通信网络模型采用主从式通信结构。

而且，在传输层开发过程中，通信专网的系统接口满足RS232、RS485、基于IP体系的以太网接口等多种数据交互模型。

而且，在网络层开发过程中，网络管理系统采用标准的SNMP网络管理模式，采用标准的SNMP网络管理协议，采用：信息管理端——数据服务端——无线信息采集终端的层级模式。

本发明优点和积极效果为：

本发明提供的微功率无线的区域覆盖电力通信专网可实现短距离的功率放大，可以实现通信系统的区域覆盖，在一个区域内采用无线通信方式，不需要铺设通信线路，系统中采用微功率无线通信系统，构建区域无线专网，保障区域内的无线数据及时有效传输，系统内部集成安全加密和安全冗余系统，从而保证了从物理层和网络层保障数据通信的安全性和可靠性。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种微功率无线的区域覆盖电力通信专网，在采用合适的微功率无线通信平台作为通信物理层，并以此通信平台为基础，构建适用于电力无线专网的通信模型，以满足与一定区域内的区域覆盖通信技术，本系统中将按照标准网络设备的OSI七层协议的部分层级模块进行设备系统的功能拓展，具体分为以下几个部分：

1、物理层开发

选用合理的无线通信频段，并规划出合适的物理层通信平台；

在无线通信系统的构建中，首先需要选用一个可以使用的无线频段。根据国家无线电管理委员会的规定，可以使用的频段有230M、315M、433M、868M等频段。其中230M为电力无线通信系统专用频段，为了既满足通信距离的要求，也满足通信频带数量要求，本项目研究方案选用230M或者868M两个频段。

在物理层开发上面，要达到安全、可靠、高效的数据通信要求，需要构建健壮的数据通信平台，其中包括采用有效的数据编解码模型，合适通道复用技术和基于跳频技术的通道选择技术，具体物理层的通信模块描述如下：

a.编解码方式选择：在本系统中，可以选用一种较为有效而简单的编码方式：不归零编码(NRZ)。

b.通道复用方式采用TDMA+FDMA两种数据和信号复用模型。首先在选择的无线通信频带范围内，采用多个子频带复用到同一个区域内，实现同一区域内多个信号同步传输；其次，由于通道数量有限而设备数量较多的时候，存在多个设备共用到同一个通道内而导致单通道的数据复用的情况，因此在单通道的数据复用采用CSMA+TDMA的两种数据通信模式：采用CSMA的冲突避免机制检测通道内是否有数据冲突，在数据没有冲突的前提下，采用TDMA的数据模型对同一通道内的多组数据进行通信数据复用。

c.对于设备在频段内的频带选择问题，可以采用序列跳频的机制进行频带的选择：微功率无线终端节点需要发送数据时，首先在默认的频点进行频率检测，在频带存在干扰的情况下，按照跳频序列进行逐一检测和扩展，直到频带满足通信要求为止。

要实现一定的区域覆盖，要进行增强型的PA模块的研发。在无障碍模型的通信环境下，达到无遮挡通信距离2KM～3KM；能够在有效距离内可以穿透2面墙。具体性能指标为：发送功率达到24dbm，接收灵敏度达到-102dBm。

2、网络层开发

选用合适的路由算法，构建坚强自适应网络层。

采用微功率无线的通信网络模型采用主从式通信结构，主节点为无线通信网关，从节点为无线通信节点。由于微功率的无线通信距离较近，不能满足长距离的通信，在采用微功率无线电力专网的通信区域内，如果无线通信节点的通信距离不能够上无线通信网关，需要引入无线通信中继设备。

构建坚强的微功率无线通信网络系统的网络层要达到以下几个功能：

a.创建智能的路由算法。在微功率无线网络中，如果无线通信节点到无线网管距离较远，那么就需要其他无线通信节点作为数据中继功能。通过智能的路由算法，对微功率网络中的无线终端中继节点进行自动设置，构建优化的微功率无线网络，形成微功率无线的网状拓扑结构。

b.构建健壮的无线拓扑网络结构。在微功率无线网络中，构建好网状的拓扑结构后。如果在网络中的关键节点出现故障后，关键节点下属的终端节点能够通过网络重组算法重新选用其他中继传输路径，构建新的数据传输线路，形成性的微功率无线的网络拓扑结构。

c.创建双上行数据传输接口。在微功率的无线网络拓扑结构中，无线网关是数据上传的数据接口，如果在一个微功率无线网络中的无线网关存在故障后，网络通信系统数据上传将失效，导致整个网络的数据丢失。在本系统中，将创建主、备双网关的无线网络拓扑结构，在系统正常时，微功率无线网络内的外部数据通过主无线网关模块传输，当无线网络系统的主无线网管失效后，系统自动启用备无线网管，将整个无线网络的数据通过备系统进行交互，并且达到数据不丢失的效果。

3、传输层开发

建立分布式以太网交换模型，创建多样兼容数据接口。

传统的微功率无线通信网络以简单的数据交互模型为基础，主要进行透明的数据转发和交互，通常的数据传输接口采用串口或者其他总线接口进行数据交互。但是随着通信系统的发展，以及智能电网中的各个平台对通信和终端的接口要求的兼容性，建设好区域覆盖的微功率无线专网系统，需要通信专网的系统接口满足RS232、RS485、基于IP体系的以太网接口等多种数据交互模型，据此，需要在微功率无线专网的网络层架构之上，建设满足多种数据交互的分布式以太网数据交互平台，满足以下几个要求：

a.满足基于IPV4平台的局域网通信系统的构建，通过微功率无线的分布式以太网数据交互平台，创建基于各个无线终端和无线网关的分布式网络交换机的网络模型，并实现以IPV4局域网方式无线网关、无线终端以及与网关和终端连接的网络设备之间的相互访问。主要工作为建设分布式局域网，在各个无线终端系统上建设给予微功率无线的虚拟网卡，并将所有数据在虚拟网卡的网络层进行数据交互的模型。

b.在微功率无线通信系统中，即需要保证能满足以太网模型的数据交互网络模型，同时需要满足以串口(RS-232、RS-485)的透明数据传输模型(微功率网络传统数据交互模型)。顾在本系统中需要开发一套基于微功率无线网络系统的应用程序数据交互模型——端口映射数据交互模型，实现微功率无线网关系统的特定端口到特定微功率终端的特定端口的端口绑定。实现绑定端口之间的数据交互。

4、网络层开发

创建集中式管理与远程维护服务，满足一站式运维要求。

随着电力行业信息化层次的不断提高，网络通信设备的智能化程度和覆盖面越来越广，对电力系统的运维部门，庞大的通信终端的运维将是一项非常繁重的任务。因此，从智能电网的推广初期，就要求对智能电网中的所有设备建设各个子系统的集中网络管理系统，并要求通信管理部门建设通信系统的综合网络管理系统。

因此，将微功率无线通信方式建设成为智能电网通信系统的一个重要实现方案，微功率无线的集中式网络管理系统建设不可或缺。为了提高微功率无线网管模式与其他网络管理模块的兼容匹配程度，本项目中的微功率无线网络管理系统采用标准的SNMP网络管理模式，采用标准的SNMP网络管理协议，采用：信息管理端——数据服务端——无线信息采集终端的层级模式。

在微功率无线的综合网络管理平台上，需要达到集中式设备管理，远程一站式维护，需要建设以下几个功能模块：

设备综合管理模块，对设备进行归类命名，并通过远程接口对设备进行远程设备与配置；

故障与告警管理模块：当设备出现故障时，通过告警系统及时提醒用户，并且对于设备的故障，系统通过分析后进行准确定位，方便运维人员及时对网络设备进行运维。

网络拓扑管理平台：对整个区域内的网络进行拓扑构建，比较直观的能够分析出设备的位置，具体的网络拓扑构建等信息。

系统性能分析平台：通过对系统内数据长时间的记录分析，分析网络系统内的数据流量、网络稳定性、通道信噪条件等系统性能信息。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (5)

1.一种微功率无线的区域覆盖电力通信专网，其特征在于：在采用合适的微功率无线通信平台作为通信物理层，并以此通信平台为基础，构建适用于电力无线专网的通信模型，以满足与一定区域内的区域覆盖通信技术，本系统中将按照标准网络设备的OSI七层协议的部分层级模块进行设备系统的功能拓展，具体分为以下几个部分：

⑴物理层开发：选用合理的无线通信频段，并规划出合适的物理层通信平台；

⑵网络层开发：选用合适的路由算法，构建坚强自适应网络层；

⑶传输层开发：建立分布式以太网交换模型，创建多样兼容数据接口；

⑷网络层开发：创建集中式管理与远程维护服务，满足一站式运维要求。

2.根据权利要求1所述的微功率无线的区域覆盖电力通信专网，其特征在于：在物理层开发过程中，采用230M或者868M的无线频段，编解码方式采用不归零编码，通道复用方式采用TDMA+FDMA两种数据和信号复用模型。

3.根据权利要求1所述的微功率无线的区域覆盖电力通信专网，其特征在于：在网络层开发过程中，通信网络模型采用主从式通信结构。

4.根据权利要求1所述的微功率无线的区域覆盖电力通信专网，其特征在于：在传输层开发过程中，通信专网的系统接口满足RS232、RS485、基于IP体系的以太网接口等多种数据交互模型。

5.根据权利要求1所述的微功率无线的区域覆盖电力通信专网，其特征在于：在网络层开发过程中，网络管理系统采用标准的SNMP网络管理模式，采用标准的SNMP网络管理协议，采用：信息管理端——数据服务端——无线信息采集终端的层级模式。