電力通信專網(wǎng)中無線通信技術(shù)的運用分析及研究

駱凱波,譚元剛,鄒波

（國網(wǎng)重慶市電力公司，重慶，404100）

電力通信專網(wǎng)中無線通信技術(shù)的運用分析及研究

駱凱波,譚元剛,鄒波

（國網(wǎng)重慶市電力公司，重慶，404100）

本文圍繞電力通信專網(wǎng)中無線通信技術(shù)的相關(guān)運用問題進(jìn)行分析，首先概述了電力通信專網(wǎng)對無線通信網(wǎng)絡(luò)的實際需求，然后對電力通信專網(wǎng)中的無線通信組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，在基礎(chǔ)之上提出了一種基于改進(jìn)算法的電力通信專網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)共存網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)方案，望能夠促進(jìn)電力通信專網(wǎng)整體運營性能的改善與提升。

電力通信專網(wǎng)；無線通信技術(shù)；應(yīng)用

1 電力通信專網(wǎng)對無線通信網(wǎng)絡(luò)的需求

第一，在發(fā)生災(zāi)難應(yīng)急狀態(tài)下：采用基于無線通信技術(shù)的電力通信專網(wǎng)可作為電網(wǎng)運行在災(zāi)難發(fā)生后條件下的通信網(wǎng)絡(luò)最佳選擇方案。即當(dāng)發(fā)生突發(fā)性災(zāi)害事故或光纜線路故障難以及時搶修的情況下，可以無線通信技術(shù)組網(wǎng)方案作為電力通信專網(wǎng)的應(yīng)急通信方式；

第二，遠(yuǎn)距離接入延伸：對于城域網(wǎng)遠(yuǎn)距離營業(yè)以及海島變電站所接入節(jié)點而言，由于距離較遠(yuǎn)，直接敷設(shè)光纖線路的費用高昂，缺乏推廣價值。在這一條件下，為了滿足電力通信專網(wǎng)遠(yuǎn)距離接入延伸的實際需求，可以嘗試引入無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)覆蓋電力通信專網(wǎng)，解決因敷設(shè)光纖線路所產(chǎn)生的費用昂貴問題，同時也能夠有效解決供電所、變電站等電力通信關(guān)鍵節(jié)點的通信信號覆蓋問題；

第三，用戶抄表：在電力通信專網(wǎng)中構(gòu)建無線通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)體系能夠?qū)崿F(xiàn)對電力終端用戶使用電量進(jìn)行實時性、連續(xù)性監(jiān)控的目的。并且，隨著無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展延伸，還能夠?qū)崿F(xiàn)對終端用電用戶用電量的有效控制；

第四，配網(wǎng)自動化建設(shè)：現(xiàn)階段技術(shù)條件支持下我國配網(wǎng)自動化建設(shè)相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用還相對比較薄弱。通過對無線通信技術(shù)及其組網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠快速覆蓋所有節(jié)點，在面向電力通信專網(wǎng)終端用戶提供服務(wù)的同時實現(xiàn)節(jié)約線纜敷設(shè)投資的目的；

第五，新建變電站臨時通信方案：在變電站建設(shè)過程中，變電站機房環(huán)境、線路施工條件等因素會在不同程度上對電力通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生影響，而電力通信專網(wǎng)的建設(shè)與投運是變電站正式投入使用中必不可少的前提條件。因此，能夠留給電力通信專網(wǎng)建設(shè)的時間是非常有限的，光纖線路敷設(shè)量巨大，工期長，因此常常會對變電站的投產(chǎn)時間產(chǎn)生影響。但通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其組網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠作為新建變電站的臨時通信方案，具有方便、快捷等諸多優(yōu)勢。

2 電力通信專網(wǎng)中無線通信技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)

無線通信技術(shù)主要由應(yīng)用管理服務(wù)終端、無線終端、以及無線基站三個方面構(gòu)成。目前，無線通信技術(shù)的主要發(fā)展集中在3G/4G、WLAN、WiMax、以及WMN這幾個方面。其中，可適用于電力通信專網(wǎng)的無線通信技術(shù)主要包括WLAN、WiMax這兩種類型。以下對上述兩類無線通信技術(shù)及其組網(wǎng)方案進(jìn)行簡要介紹與分析：

2.1 WLAN無線通信

WLAN是利用的無線通信技術(shù)在一定范圍內(nèi)所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，是無線通信技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物。WLAN無線通信網(wǎng)絡(luò)以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN所具備的相關(guān)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。目前，WLAN技術(shù)共配置有三個IEEE標(biāo)準(zhǔn)，正常情況下其信號覆蓋范圍可以達(dá)到90.0m左右，基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的帶寬可以達(dá)到11.0Mbit/s左右，而基于802.11a以及802.11g標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的帶寬更是可以達(dá)到54.0Mbit/s左右。

基于WLAN無線通信系統(tǒng)的典型組網(wǎng)方案如下圖所示（見圖1~2）。組網(wǎng)過程中的主要構(gòu)成元素包括接入控制點、接入點、無線網(wǎng)卡、以及網(wǎng)絡(luò)管理終端這四個部分。

圖1 基于WLAN無線通信系統(tǒng)的典型組網(wǎng)方案示意圖

圖2 基于WLAN無線通信系統(tǒng)的熱點覆蓋組網(wǎng)方案示意圖

2.2 WiMax無線通信

現(xiàn)階段，WiMax無線通信技術(shù)系統(tǒng)可使用的標(biāo)準(zhǔn)包括802.16d標(biāo)準(zhǔn)以及802.16e標(biāo)準(zhǔn)兩大類型，正常應(yīng)用中WiMax無線通信信號的傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到50.0km。作為一項新興的無線通信技術(shù)，WiMax能夠面向互聯(lián)網(wǎng)提供高速連接通道，可使用在半靜止以及完全靜止?fàn)顟B(tài)下的網(wǎng)絡(luò)訪問，傳輸速率在10.0M~70.0M左右，完全可以滿足寬帶上網(wǎng)的需求。其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如下圖圖3所示。

圖3 WiMax無線通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖

基于WiMax無線通信系統(tǒng)的典型組網(wǎng)方案如下圖所示（見圖4）。結(jié)合圖4可見，組網(wǎng)過程中的主要構(gòu)成元素包括WiMax無線通信終端、WiMax無線通信接入網(wǎng)、以及WiMax無線通信核心網(wǎng)這三個部分。根據(jù)所遵循標(biāo)準(zhǔn)以及使用場景的不同，WiMax無線通信終端包括固定式終端、便攜式終端、以及移動式終端這三種類型，需要根據(jù)實際情況靈活選用。而WiMax無線通信接入網(wǎng)則是指基站，具備支持無線資源管理的應(yīng)用功能，還可通過配置包含認(rèn)證以及業(yè)務(wù)授權(quán)服務(wù)器終端的方式實現(xiàn)WiMax無線通信接入網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)的交互式聯(lián)通；WiMax無線通信核心網(wǎng)則主要面向其他網(wǎng)絡(luò)連接提供工作接口，可用于解決用戶認(rèn)證、漫游等應(yīng)用問題。

3 電力通信專網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)共存網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)分析

圖4 基于WiMax無線通信系統(tǒng)的典型組網(wǎng)方案示意圖

電力通信專網(wǎng)需要支撐的用戶量大且覆蓋面廣，業(yè)務(wù)高并發(fā)，運行環(huán)境復(fù)雜程度高。既往實踐中表明：單一的無線通信技術(shù)及其運用體制難以滿足電力通信專網(wǎng)的全部運行需求，包括本文前述的WLAN、WiMax、以及WNN等無線通信技術(shù)共同運行于電力通信專網(wǎng)中，電力通信專網(wǎng)存在異構(gòu)多網(wǎng)混合共存的特點，覆蓋不同區(qū)域，應(yīng)用性能相互補充。在電力通信專網(wǎng)基于不同體制的異構(gòu)多網(wǎng)共存時，為電力智能終端提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)接入選擇機會。在這一背景下，必須首先針對電力通信專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)與識別，以實現(xiàn)共存區(qū)域運行網(wǎng)絡(luò)的檢測、識別、分類，方便智能終端接入網(wǎng)絡(luò)選擇策略的制定。

以電力通信專網(wǎng)中TD-LTE無線通信專網(wǎng)、智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)、WiMax無線通信專網(wǎng)、以及230MHz電力無線專網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)共存運行為研究背景，為實現(xiàn)對異構(gòu)多種無線通信網(wǎng)絡(luò)的識別，以下提出一種基于改進(jìn)窗口滑動能量檢測以及多周期特性加權(quán)循環(huán)平穩(wěn)特征檢測算法，以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)與識別。下圖為電力通信專網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)共存的場景模型示意圖（見圖5）。各網(wǎng)絡(luò)基本特征如下表所示（見表1）。

圖5 電力通信專網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)共存場景模型示意圖

表1 多網(wǎng)共存網(wǎng)絡(luò)特征信息示意表

在網(wǎng)絡(luò)識別的過程中，動作響應(yīng)的具體步驟如下圖所示（見圖6）。結(jié)合圖6，網(wǎng)絡(luò)識別的主要工作流程與內(nèi)容安排如下：第一步，當(dāng)鄰網(wǎng)信號被檢測到后，運行經(jīng)過改進(jìn)后的滑動窗口能量檢測算法，對MAC協(xié)議特征進(jìn)行識別，以確定網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木唧w模式。同時，針對建立在幀傳輸基礎(chǔ)之上的鄰網(wǎng)，應(yīng)對其信號幀長進(jìn)行檢測與確定；第二步，運行基于多周期特性加權(quán)循環(huán)平穩(wěn)特征的檢測算法，了解信號循環(huán)相關(guān)譜的分布情況，并根據(jù)譜峰位置以及具體形狀特征，對鄰網(wǎng)物理層信號視頻特征進(jìn)行識別；第三步，如果在第一步中經(jīng)算法處理所得信號傳輸模式為基于幀的傳輸模式，則繼續(xù)執(zhí)行第四步，若所得信號傳輸模式為基于突發(fā)或主從輪詢的傳輸模式，則繼續(xù)執(zhí)行第六步；第四步，若經(jīng)算法處理后所得信號幀長為10.0ms，并且經(jīng)第二步處理后所得信號時頻特征符合TD-LTE無線專網(wǎng)特征，則可將鄰網(wǎng)識別為TD-LTE無線專網(wǎng)，可正常結(jié)束識別過程。若不符合TD-LTE無限專網(wǎng)特征，則繼續(xù)執(zhí)行第五步；第五步，若經(jīng)算法處理后所得信號幀長為5.0ms，并且經(jīng)第二步處理后所得信號時頻特征符合WiMax無線通信專網(wǎng)特征，則可將鄰網(wǎng)識別為WiMax無線通信專網(wǎng)，可正常結(jié)束識別過程。若不符合WiMax無線通信專網(wǎng)特征，則繼續(xù)執(zhí)行第六步；第六步，若第二步處理后所得信號時頻特征與智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)相符合，則可將鄰網(wǎng)識別為智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)，若所得信號時頻特征與智能電網(wǎng)鄰域網(wǎng)不符合，則可將鄰網(wǎng)識別為230MHz電力無線專網(wǎng)。

4 結(jié)束語

以往電力通信專網(wǎng)建設(shè)中大量使用光纖線路進(jìn)行組網(wǎng)。在這種建設(shè)模式下，一旦發(fā)生自然災(zāi)害，勢必會對對電力通信專網(wǎng)中光纜線路的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響，光纜線路極易發(fā)生大面積中斷故障，影響電力通信專網(wǎng)的不間斷運行。更為關(guān)鍵的是，當(dāng)前技術(shù)條件下針對光纜線路的搶修必須滿足適當(dāng)?shù)臈l件，耗時較長，因此勢必會嚴(yán)重威脅到電力通信專網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。針對這一問題，為確保電力通信的安全與穩(wěn)定，就必須考慮在緊急情況下的的電力系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，引入無線通信技術(shù)以彌補傳統(tǒng)光纖線路傳輸存在的局限性，構(gòu)建基于無線通信的電力通信專網(wǎng)組網(wǎng)方案。本文即圍繞電力通信專網(wǎng)中無線通信技術(shù)的具體應(yīng)用問題展開分析，并研究了在多種無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)異構(gòu)并存情況下的網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)方法，望能夠促進(jìn)電力通信專網(wǎng)整體運行性能的進(jìn)一步提升與優(yōu)化。

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The analysis and research of wireless communication technology in power communication network

Luo Kaibo,Tan Yuangang,Zou Bo
（State Grid Chongqing electric power company Chongqing 404100）

this paper focuses on issues related with the wireless communication technology in power communication network are analyzed, firstly summarizes the practical demands of the electric power communication network to the wireless communication network, and then makes a brief introduction of the wireless communication network technology in power communication network, the paper proposes a improved algorithm of power communication network of heterogeneous multi scheme of network recognition technology based on network coexistence, hope to promote the improvement and enhance the overall operating performance of the electric power communication network.

power communication network; wireless communication technology; application