光纖入臺區1.8GHz微基站用電信息采集技術研究

郭健鋒，何旭杰，張樹華，任尚君，陳立志，蘇 華，龔 靜

（1.國網烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830011；2.北京智芯微電子科技有限公司，國家電網公司重點實驗室，北京 100192；3.國網新疆電力公司，烏魯木齊 830011；4.國網九江供電公司，九江 332000；5.國網新疆昌吉供電公司，昌吉 831100）

光纖入臺區1.8GHz微基站用電信息采集技術研究

郭健鋒1，何旭杰2，張樹華2，任尚君2，陳立志3，蘇 華4，龔 靜5

（1.國網烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830011；2.北京智芯微電子科技有限公司，國家電網公司重點實驗室，北京 100192；3.國網新疆電力公司，烏魯木齊 830011；4.國網九江供電公司，九江 332000；5.國網新疆昌吉供電公司，昌吉 831100）

針對目前GPRS用電信息采集存在安全隱患的問題，本文提出以光纖入臺區1.8GHz微基站來建設電力信息采集專網，該網絡具有采集成功率高，安全性高等特點，對智能電網營銷采集系統建設具有很好的參考意義。

1.8GHz微基站；用電信息采集；光纖入臺區

1　引言

目前，新疆區域電能采集[1]主要通過GPRS進行業務傳送，但是通過無線公網傳送數據，存在以下問題：在節假日等系統負荷高峰期時采集業務實時性較差，延時高，存在數據丟包現象；由于流量計費，進行大數據業務傳送時費用較高；隨著國網公司對信息安全要求越來越高，通過互聯網傳送數據，安全性不高，容易受到攻擊；一旦新疆發生突發事件，公網大面積信號屏蔽，無法實現電能采集功能。

新疆烏魯木齊供電公司光纖到臺區的重大決策，為無線微基站的應用提供了切實的信息到主站的網絡通道，因此在臺區側，以微基站的型式，通過無線LTE 1.8GHz終端進行用電信息采集，較之無線蜂窩宏基站的方式將大大降低用電信息采集的成本。故本文提出以1.8GHz微基站來建設用電信息采集網絡，該網絡具有采集成功率高、安全性高等特點，非常適合營銷數據采集。

2　1.8GHz微基站

為適應智能電網的發展需要，國家電網公司開展了1.8GHz無線通信網的反復調研及實際驗證。

2.1頻率資源

根據TD-LTE[2]技術特性，在1.8GHz頻段、5MHz頻寬、上下行子幀比設計為3∶1的情況下，上行峰值速率可達到18Mb/s、下行峰值速率可達到10Mb/s，實際網絡的平均速率為峰值速率的1/3～1/2；TD-LTE目前每小區至少支持200個用戶同時激活，統計在線（IDLE+ACTIVE）用戶數將達到1,000個以上。

2.2網絡架構

1.8GHz微基站是基于蜂窩技術和1.8GHz頻率特點為電力行業深度定制的無線專網。光纖臺區信息采集系統包括EPON OLT[3]、電力業務平臺、EPON ONU、光纖線路、1.8GHz網管設備、1.8GHz基站設備以及1.8GHz無線終端組成，1.8GHz無線終端可以內置或外置于電力行業終端設備（配電終端、負控終端、集中器、采集器以及智能電表等）。

3　1.8GHz微基站信息采集技術分析

光纖到臺區通信系統具備強大的信息通信以及安全加密功能，可以根據電力場景進行深度定制，保證營銷數據的采集成功率。

3.1安全解決方案

無線公網是一個面向公眾服務的開放性數據網絡，用于用電自動化通信不但存在長期的信道租賃費用，同時存在潛在的安全隱患；公網存在的話務量潮汐現象使信道忙閑不均，雖然理論傳輸速率很高，但實際傳輸速率會受到網絡繁忙程度而不同，特別是在節假日話務量高峰期間，信道擁堵進一步降低數據采集成功率；無線公網作為第三方網絡得不到工業級可靠性的保障，電力行業用戶無法擁有對公網通信終端的有效的監測和管理手段，對使用中出現的問題難以及時定位、分析和處理，極大影響業務安全可靠的開展。

光纖到臺區1.8GHz微基站電力無線專網，作為電力通信專用信道，系統采用4G通信體制，具有安全強度高的特點，具備三層安全保密機制。第一安全層：空口安全，包括信令的完整性保護和加密、用戶數據加密。第二安全層：AKA認證和密鑰協商，NAS信令的完整性保護和加密。第三安全層：IMS層面安全，包括認證、SIP信令加密/完整性保護，保證電力系統的信息安全；在1.8GHz頻段，組成電力無線專網，與電力光纖網絡無縫對接，專網專用，雙向鑒權，三層加密，使用國密安全算法，為電力應用提供高等級安全保障。

3.2采集成功率分析

圖1 采集模型

當前，用電采用無線公網方式（如GPRS）進行信息采集的，其采集成功率基本在80%左右，難以有效滿足智能電網的采集成功率要求。其原因在于，無線公網并非專門為電力應用服務，其服務的對象定位于公眾數據，具有基站布設不均的特點，無法對用電終端進行全面的覆蓋。

同時，由于特定原因，無線公網受政策限制，存在臨時關閉的情況，因此利用光纖到臺區1.8GHz微基站技術，可以有效地解決用電信息采集成功率的問題，可以把信號的采集成功率提升到98%以上，達到國網要求指標。

3.3數據通信接口協議標準

在光纖到臺區1.8GHz微基站電力無線專網系統中，通過可編程器件或嵌入式CPU系統，實現各種接入模式的信道模塊與集中器[4]的數據接口側實現數據格式的統一，該格式的標準化，有助于各個模塊的制造商可以獨立設計和產品化滿足該標準的信道模塊。

4　結束語

1.8GHz微基站通信系統充分利用EPON線路的回傳特性，通過無線方式組建了完整的電力專網，說明光纖到臺區1.8GHz微基站電力無線專網具有高安全性，采集成功率高的特性，對智能電網營銷用電信息采集系統建設具有很好的參考意義。

[1] 陳超成，葉進，張紅梅．基于GPRS的無線抄表監控系統[J]．桂林電子科技大學學報，2013年33卷

[2] 易睿得，LTE系統原理及應用[M]．北京：電子工業出版社，2012

[3] 王于波，張樹華等，配網自動化EPON/LTE230雙模技術的研究[J]，光通信技術，2015,1:15-17

[4] 趙東艷等，多種通信方式在電能表數據采集系統中的應用[J]．寧夏電力，2002年增刊:66-73

Research on Electric Information Acquisition Technology of 1.8GHz Micro Base Station in Optical Fiber To Transformer Area

Guo Jianfeng1, He Xujie2, Zhang Shuhua2, Ren Shangjun2,
Chen Lizhi3, Su Hua4, Gong Jing5
(1. State Grid Wulumuqi electric power company，Wulumuqi, 830011; 2. State Grid Key Laboratory of Power Industrial Chip Design and Analysis Technology, Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co., Ltd., Beijing, 100192; 3. State Grid Xinjiang electric power company, Wulumuqi, 830011; 4. State Grid Jiujiang electric power company, Jiujiang, 831100; 5. State Grid Changji electric power company, Changji, 831100)

In view of the current safety problems in electric information acquisition using GPRS, 1.8GHz Micro Base Station in Optical Fiber to transformer area is proposed. The network has the advantages of higher safety and high acquisition success rate. It has excellent reference for smart power communication marketing system construction.

1.8GHz Micro Station; electric information acquisition; optical fiber to transform area

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.11.005

TN914-34 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）11-0016-03

郭健鋒，男，1986年生，工程師，主要從事營銷用電信息采集工作。何旭杰，男，1984年生，助理工程師，主要從事電力通信系統設計工作。張樹華，男，1980年生，高級工程師，主要從事電力通信系統與芯片設計工作。任尚君，男，1973年生，高級工程師，主要從事電力通信系統與芯片設計工作。陳立志，男，1980年生，工程師，主要從事智能電網科技管理工作。蘇 華，男，1976年生，注冊電氣工程師，主要從事繼電保護與配網自動化工作。龔 靜，女，1989年生，助理工程師，主要從事電力系統維護。