淺談當前電力通信中的無線通信組網的技術及應用

馬鋒

(重慶市電力公司江北供電局，重慶 401147)

1.前言

目前，電力通信專網大量的使用了光纖這種方式組網，一旦出現自然災害，將對光纜的正常運行造成嚴重的威脅，很可能出現光纜大面積中斷的情況，而光纜的搶修又要在條件滿足的情況下進行，需要的時間比較長，這將對電網的安全運行造成嚴重影響。

2 無線通信組網技術

無線通信一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成，目前基于該技術的無線通信技術主要有：WLAN、WiMax、WMN、3G等4種技術。

2.1 WLAN技術

2.1.1 WLAN是利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的網絡，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網LAN的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接人。WLAN技術也稱為wi-Fi技術，目前有三個IEEE標準。Wi-Fi的覆蓋范圍可達90m左右，傳輸速度快，802.1lb的帶寬可以達到11Mbit／s，而802.11a及802.11g更可達54Mbit／s。該技術可以組建無線局域網，特別在同一層樓內的辦公室可以使用無線辦公，其傳輸速率可以有效的滿足寬帶聯網的需求。

2.1.2 WIAN組網方案，即由AC(接人控制點)+AP(接入點)+無線網卡+網絡管理組成。

2.1.3 盡管Wi-Fi技術已經在應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術發送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊。

圖1 WiMax組網結構方案

2.2 WiMax技術

2.2.1 WiMax技術簡介

WiMax使用的標準有802.16d和802.16e兩個標準，無線信號傳輸距離最遠可達50公里。WiMax是一項新興的無線通信技術，能提供面向互聯網的高速連接，適用于靜止和半靜止狀態訪問網絡，其傳輸速率可達10M一70M左右，能完全滿足寬帶上網的需求。802.16e標準定義了空中的物理層與MAC層，802.16e接人IP核心網，也可以提供VIP業務，支持一點對多點的結構。

WiMax是提供最后一英里的無線寬帶接入技術，可以替代現有的有線和DSL連接方式來。WiMax將提供固定、移動、便攜形式的無線寬帶連接，并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供無線寬帶連接。

2.2.2 WiMax組網方案

WiMax系統的網絡結構包括WiMax終端、WiMax無線接入網和WiMax核心網3部分，如圖1所示。根據所采用的標準以及應用場景不同，WiMax終端包括固定(802.16-2004)、便攜和移動(802.16e)三種類型。而WiMax接人網主要指基站，需要支持無線資源管理等功能，有時為方便和其他網絡互聯互通，還需要包含認證和業務授權(ASA)服務器。而核心網主要用于解決用戶認證、漫游等功能及作為與其他網絡之間的接口。

2.2.3 WiMax優勢和劣勢

從安全性看，WiMax提供了加密機制，它在介質訪問層(MAC)中定義了一個加密子層，支持128位、192位及256位加密系統，通過使用數字證書的認證方式，確保了無線網絡內傳輸的信息得到安全保護。

從成熟度看，WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標準化，該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。

從應用前景看，該技術可以在較大范圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數基站就可以實現全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業界看好是未來移動技術的發展方向，提供優良的最后一公里網絡接入服務。

2.3 WMN技術分析

2.3.1 WMN技術簡介

WMN即無線網狀網技術，是移動AdHoc網絡的一種特殊形態，它的早期研究均源于移動AdHoc網絡的研究與開發。它是一種高容量高速率的分布式網絡，不同于傳統的無線網絡，可以看成是一種WLAN和AdHoc網絡的融合，且發揮了兩者的優勢，作為一種可以解決"最后一公里"瓶頸問題的新型網絡結構。WMN具有寬帶無線匯聚連接功能、有效的路由及故障發現特性、無需有線網絡資源等獨特的優勢。在實際網絡發展中，它可以與多種寬帶無線接入技術如802.11、802.16、802.20以及3G移動通信等相結合，組成一個多跳無線鏈路的無線網狀網絡。這種無線網狀網絡可以有效減少故障干擾、降低發射器功率、延長電池使用壽命、極大的提高頻率復用度，從而提高網絡容量、無線網絡的覆蓋范圍，并有效的提高通信可靠性。

2.3.2 WMN組網方案

在使用無線網格網技術建設的網絡中，其拓撲結構呈格柵狀，整個網絡由下列組成部分構成：智能接人點(IAP／AP)；無線路由器(WR)；終端用戶／設備(Client)。

2.3.3 WMN優勢和劣勢

從安全性看，目前802.11Mesh網的安全方案主要是Tropos的TroposMetroMesh方案和Nortel的方案。Tropos Metro Mesh方案，采用了多層安全架構，對客戶機提供WEP、WPA保護；對無線路由器間的數據采用64／128 bit WEP或128bitAES加密；同時使用VPN來增強整體的安全性。鏈路層的保護是無線網絡安全機制的第一步，但是單獨的鏈路層保護不能提供對敏感數據的保護。Nortel在安全方面也別具特色。每個無線路由器間均建立經過加密的IPSec隧道。以便安全地傳送所有用戶的數據業務、內部信令處理和管理信息，也就是說數據在無線路由器之間的傳送都處于IPSec保護之下。

從成熟度看，WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支持該技術的大規模應用。從應用前景看，WMN這一新興網絡不僅在無線寬帶接人中有著廣闊的應用空問，在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進行監控或數據采集，并廣泛應用到環境檢測、工業、交通等等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN更好的與之相融合、互補，從而能夠揚長避短發揮出各自的優勢。

3 在電力通信專網中的應用

3.1 電力對露線通信網絡的需求

3.1.1 災難時應急：采用無線通信系統是作為電網運行在災難時的通信網絡最佳選擇，當災害發生時或光纜故障不能及時維修時，無線通信網絡可作為應急通信方式。

3.1.2 遠距離接入延伸：對于變電站、城域網遠距營業所節點，由于距離遠，敷設光纜費用昂貴，可考慮采用無線通信網絡技術進行電力通信網絡的覆蓋，解決因光纜敷設而產生的高額費用問題，同時可解決變電站、供電所等節點的覆蓋問題。

3.1.3 用戶抄表：采用無線通信系統，將可以達到對用戶用電量進行實時監控。隨著這種技術的延伸，還可以對用戶進行精確控制。

3.1.4 配網自動化：目前我國的配網自動化上還很薄弱，采用無線通信技術可快速覆蓋各節點，并節省大量的線纜投資，快速為用戶提供服務。

3.1.5 新建變電站臨時通信方案：在變電站建設期間，由于電力通信網絡建設嚴重受限于變電站機房環境、線路施工條件，而電力通信網絡的開通又是變電站投產必不可缺少的前提條件，因此，通信工程的建設時間常常不多，還經常發生光纜無法按時投產的情況，因此，采用無線通信網絡技術進行光纜線路投產前的通信方案組織是一種快捷、方便的選擇。

3.1.6 小范圍覆蓋：對于變電站、電廠、電力樓宇等區域，可以考慮采用無線通信系統進行數據網、語音網的無線覆蓋，在業務流量需求不太大的地方，采用這種方式，可以取代綜合布線系統，避免昂貴的布線費用，同時可以提供便捷、快速的接入方式。

3.2 組網方案

綜上所述，電力通信專網對無線通信技術的需求主要體現在應急通信、配網通信、無光纜覆蓋的廠站等節點臨時通信幾個方面，而為避免網絡建設的重復投資，也避免出現應急網絡在日常情況下閑置的現象，通過各方面需求的建設方案的分別分析，達到各自的解決方案，并得到不同解決方案的交集，以此交集來進行電力通信專網的應急用心網絡建設和配網通信網絡的建設，如圖2所示

圖2 無線技術在電力應用總況

從圖2分析也可以看出，適合電力通信專網應急通信的技術有WiMax、WMN、衛星通信等幾種技術，而適合配網通信的技術有WiMax技術，各種需求的解決方案的交合點是WiMax技術。而為避免網絡建設的重復投資，也避免出現應急網絡在日常情況下閑置的現象，可將WiMax技術結合WLAN技術、衛星技術進行綜合解決方案研究，并注意結合目前光纖傳輸網、數據網和微波網的現狀，充分利用光纖傳輸網和微波網的資源，使得無線通信技術在電網中不僅僅是為應急通信而建設，在平常情況下仍然可以作為生產網絡使用。具體方案是在各個220kV／110kV變電站／供電N／高山上建設WiMax基站，而各配網業務接入節點DTU、刑、刑以及搶修車輛、災變現場、應急通信需求現場配置WiMax CPE終端進行回傳，而各基站則采用光纖傳輸網、IP數據網、微波網、衛星通信接人配網中心、應急指揮中心等，使得該網絡在災變的適合可以利用微波網、衛星通信等基礎平臺迅速建立電力生產業務網絡，滿足各災變現場的業務需求，而在日常中可以利用光纖傳輸網、IP數據網作為配網自動化的專用通信網絡，以滿足配網自動化對通信通道的需求。

在本方案中，各WiMax基站采用光纖傳輸網、IP數據網、微波網、衛星通信等技術組成電力通信專網的WiMax網絡基礎平臺，形成WiMax網絡的核心網絡部分。在實際應用中，由于應急通信需要解決語音指揮系統問題。

4 結束語

WiMax技術不但適合用于建設電力系統應急通信網絡，也適合于建設配網通信系統，而且在經濟上是可行的。同時，該網絡并不會象通常的應急通信系統一樣處于閑置狀態，通過結合配網通信網絡的建設，可以將兩個網絡綜合考慮，充分的利用網絡資源。

[1]周建勇.《無線通信技術及在電力通信專網中的應用》.2008年4期.