基于TD—LTE新型無(wú)線專網(wǎng)承載配用電業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

孫章才 白彪 車勇波 姚莉 張冠一 梁鴨紅 劉新萌 劉國(guó)波

摘 要：隨著電力行業(yè)信息化、智能化、智慧化速度的加快，對(duì)于承載電力配用電業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求日趨凸顯。目前電力配網(wǎng)主要通過(guò)有線、公網(wǎng)無(wú)線等來(lái)承載相應(yīng)業(yè)務(wù)。近年來(lái)，部分地區(qū)作為試點(diǎn)也在陸續(xù)開(kāi)展寬帶無(wú)線專網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)，截止目前為止無(wú)線寬帶專網(wǎng)覆蓋面相對(duì)較小，不能完全滿足配用電無(wú)線業(yè)務(wù)需求。本文就目前電力配用電業(yè)務(wù)相關(guān)需求闡述，分析應(yīng)用特點(diǎn)，針對(duì)行業(yè)需求及應(yīng)用特點(diǎn)提出基于目前主流TD-LTE技術(shù)的McLTE無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)。全文介紹了McLTE無(wú)線專網(wǎng)的組成、架構(gòu)、及關(guān)鍵技術(shù)，并以S市電力項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)McLTE系統(tǒng)承載配用電業(yè)務(wù)能力進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證McLTE無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)在電力配電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為電力配電網(wǎng)自動(dòng)化及用電信息采集通信網(wǎng)的建設(shè)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：TD-LTE；McLTE；電力；配電自動(dòng)化；用電信息采集；VPN；QOS

0 引言

自“十三五”規(guī)劃以來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)建設(shè)與發(fā)展步伐不斷加快，電力傳輸對(duì)電網(wǎng)的智慧數(shù)字化要求越來(lái)越高，這對(duì)智慧電網(wǎng)的建設(shè)提出了更高的要求。目前我國(guó)電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及調(diào)度組成，其以通信技術(shù)為先導(dǎo)，來(lái)支撐智慧電網(wǎng)建設(shè)，通信技術(shù)在智慧電網(wǎng)中具有積極的促進(jìn)作用。

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，光纖骨干網(wǎng)絡(luò)隨著電力管道的鋪設(shè)已建設(shè)完成。目前35Kv以上變電站線路的通信網(wǎng)絡(luò)已完全建設(shè)完成。隨著智能化電力網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，中低壓配用電網(wǎng)中光纖資源的覆蓋率也不斷增加，光纖通信在骨干配電網(wǎng)絡(luò)中可以游刃有余，但是對(duì)于大量且分散的配用電支線來(lái)說(shuō)卻顯得力不從心，為了達(dá)到國(guó)家能源局頒布的配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015—2020年）要求的到2020年實(shí)現(xiàn)配電通信網(wǎng)覆蓋率達(dá)到95%，智能電表覆蓋率達(dá)到90%，配電自動(dòng)化覆蓋率達(dá)到90%[12]，在光纖的傳輸基礎(chǔ)之上增加分散用戶的通信覆蓋率顯得尤為重要。

目前電力系統(tǒng)中使用的無(wú)線技術(shù)包括230MHz窄帶數(shù)傳電臺(tái)、公網(wǎng)等多種制式。而隨著配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)的逐漸增加，傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)顯得捉襟見(jiàn)肘，不能更好匹配配用電網(wǎng)通信的發(fā)展。目前主流的TD-LTE無(wú)線通信技術(shù)具有可靠性高、傳輸速率高、覆蓋范圍廣、容易建設(shè)等特點(diǎn)，可做為現(xiàn)有無(wú)線配用電專用網(wǎng)絡(luò)的替代網(wǎng)絡(luò)，并可逐漸成為電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的主流方式。

目前電力無(wú)線專網(wǎng)主要承載的業(yè)務(wù)包括配網(wǎng)自動(dòng)化（包括“三遙”業(yè)務(wù)）、-用電信息采集、應(yīng)急搶修管理、特殊區(qū)域視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)，要求無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有安全、可靠和高帶寬的性能指標(biāo)，傳統(tǒng)的窄帶專網(wǎng)雖可滿足基本的配網(wǎng)需求，但是對(duì)于高帶寬及實(shí)時(shí)性需求卻不能保障，而公網(wǎng)因安全性、可靠性較差、帶寬不能保障等問(wèn)題，使公網(wǎng)不能作為主要的無(wú)線傳輸載體。因此，研究并建設(shè)一套基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并具有先進(jìn)技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)顯得尤為必要，本文介紹了基于國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE技術(shù)的McLTE無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)承載電力配用電相關(guān)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)，為電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)提供參考。

1無(wú)線承載配用電專網(wǎng)需求分析

1.1無(wú)線承載配用電業(yè)務(wù)需求

電力行業(yè)的大部分業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)小、數(shù)量大、分布廣的特點(diǎn)，而在配用電智慧電網(wǎng)中要求不同類型業(yè)務(wù)可共網(wǎng)傳輸，這需要建設(shè)的承載網(wǎng)絡(luò)有一定的機(jī)制保障不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)及隔離度。例如在配網(wǎng)過(guò)程中要求保障“三遙”信息的優(yōu)先級(jí)最高，而視頻監(jiān)控、IMS語(yǔ)音、多媒體調(diào)度等一些擴(kuò)展類業(yè)務(wù)對(duì)于數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)要求不高。另外在不同業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及傳輸時(shí)，為使不同業(yè)務(wù)互相間不受影響，也需要一定的隔離技術(shù)，保障信息隔離度。隨著電力行業(yè)業(yè)務(wù)承載多樣速度加快，提供可承載多樣業(yè)務(wù)的無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于解決電力業(yè)務(wù)承載具有深遠(yuǎn)意義。

目前在有線傳輸中，保障業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)及隔離度的主要技術(shù)由QOS和VPN技術(shù)，相應(yīng)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要基于交換、傳輸?shù)仍O(shè)備進(jìn)行展開(kāi)，因此在無(wú)線專用網(wǎng)絡(luò)中也要求具有相應(yīng)技術(shù)來(lái)對(duì)相應(yīng)業(yè)務(wù)提供保障。

1.2無(wú)線承載配用電安全防護(hù)需求

目前，電力LTE無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)需要符合《端到端通信系統(tǒng)安全架構(gòu)》（ITU-T X.805）、《信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（GB/T 22239-2008）、《信息安全等級(jí)保護(hù)管理辦法》（公通字[2007]43號(hào)）和《電力LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)要求》的規(guī)定[1]，從物理、邊界、網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、終端、應(yīng)用、數(shù)據(jù)七類對(duì)象維度開(kāi)展安全防護(hù)。電力監(jiān)控系統(tǒng)包括配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化等生產(chǎn)信息系統(tǒng)，其安全防護(hù)應(yīng)符合《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》（國(guó)能安全[2015]36號(hào)）的要求[1]。在電力二次系統(tǒng)中遵循以上條例要求，在配電終端、子站、主站間實(shí)現(xiàn)橫縱向及業(yè)務(wù)的隔離。

在我國(guó)，電力屬于關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，一旦電網(wǎng)中的某些關(guān)鍵系統(tǒng)遭到安全攻擊，整個(gè)電網(wǎng)可能面臨著癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，因此無(wú)線專網(wǎng)承載配用電業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性要求較高。而采取必要的安全機(jī)制保障配用電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及設(shè)備安全是電力在配用電行業(yè)的一項(xiàng)重要需求，而建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全架構(gòu)也是無(wú)線專網(wǎng)可靠性考量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2專網(wǎng)McLTE系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)網(wǎng)元及功能介紹

TD-LTE在架構(gòu)方面采用扁平化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成演進(jìn)型的核心網(wǎng)EPC和演進(jìn)后的接入網(wǎng)E-UTRAN，演進(jìn)后的系統(tǒng)只存在分組交換域。核心網(wǎng)包括移動(dòng)性管理實(shí)體（Mobility Management Entity，MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（ServingGateway，S-GW）和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（PDN Gateway，P-GW）[4]。無(wú)線接入網(wǎng)是系統(tǒng)中的用戶終端與系統(tǒng)進(jìn)行通信的接入部分，主要由基站（EvolvedNode B）組成。

本文McLTE技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)遵循標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE架構(gòu)，但是在部分網(wǎng)元進(jìn)行創(chuàng)新化設(shè)計(jì)，將部分網(wǎng)元進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元瘦身，在系統(tǒng)部署、業(yè)務(wù)使用上更加貼近行業(yè)專網(wǎng)。另外，在系統(tǒng)中引入集群業(yè)務(wù)，增加業(yè)務(wù)的多元化，在電力行業(yè)目前多業(yè)務(wù)多平臺(tái)現(xiàn)象較多，通過(guò)McLTE無(wú)線專網(wǎng)可將現(xiàn)有的集群調(diào)度、配用電網(wǎng)自動(dòng)化、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)融合，在節(jié)約投資的同時(shí)方便系統(tǒng)維護(hù)。

McLTE系統(tǒng)組成上同標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE一致，包括演進(jìn)的核心網(wǎng)（EPC）、演進(jìn)型基站（EvolvedNode B），但是在網(wǎng)元上將服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）和分組網(wǎng)關(guān)（P-GW）合為一個(gè)網(wǎng)元，成為混合網(wǎng)關(guān)（X-GW），由于專網(wǎng)與外界的對(duì)接可能性較小，在設(shè)計(jì)上將P-GW的功能弱化，只保留其部分功能，并加入PTT網(wǎng)元，這種設(shè)計(jì)不僅可以增加網(wǎng)元的可維護(hù)性與可實(shí)施性，又能夠?qū)崿F(xiàn)一套系統(tǒng)內(nèi)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)通信及集群調(diào)度功能。

2.2核心網(wǎng)設(shè)計(jì)

為滿足電力專網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景需求，McLTE系統(tǒng)硬件采用ATCA框架結(jié)構(gòu)，增加硬件的可靠性。軟件方面采用可移植性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的設(shè)計(jì)。平臺(tái)承載操作系統(tǒng)采用安全性較高的Linux系統(tǒng)，X-GW承載在DPDK平臺(tái)上，其他網(wǎng)元使用XOS平臺(tái)承載。

XOS平臺(tái)對(duì)應(yīng)用層提供統(tǒng)一的API接口，提供通用的模塊與進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，消息隊(duì)列管理，定時(shí)器管理等系統(tǒng)功能，應(yīng)用層軟件模塊能夠?qū)PI接口進(jìn)行調(diào)用。

DPDK是Intel公司開(kāi)發(fā)的一種專用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，該平臺(tái)整合Linux系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)零拷貝技術(shù)，在數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到程序內(nèi)存?zhèn)鬟f過(guò)程中，減少數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)CPU的零參與，從而提供低延遲、大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)能力。為應(yīng)用層集成了一套優(yōu)化的、高效的、完整的API接口接口，保證應(yīng)用層間的相互協(xié)作更加便利、高效。

2.3基站設(shè)計(jì)

McLTE系統(tǒng)的基站在設(shè)計(jì)上采用通用標(biāo)準(zhǔn)，包括基帶處理單元（BBU）和射頻處理單元（RRU），為便于設(shè)備建設(shè)及覆蓋，射頻單元部分采用可光纖拉遠(yuǎn)設(shè)計(jì)，基帶部分則采用可光電混合接入的設(shè)計(jì)，充分利用電力現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。

BBU采用模塊化設(shè)計(jì)，包括三個(gè)子系統(tǒng)：控制系統(tǒng)、基帶處理系統(tǒng)和FPGA。控制系統(tǒng)：集中管理整個(gè)基站系統(tǒng)，包括操作維護(hù)、信令處理。基帶系統(tǒng)：完成上下行數(shù)據(jù)基帶處理功能，包括資源調(diào)度，上下行數(shù)據(jù)的調(diào)度和解調(diào)。FPGA：完成IQ數(shù)據(jù)傳輸，RRU信令消息傳輸，基帶部分時(shí)鐘控制。

RRU采用模塊化設(shè)計(jì)，包括三個(gè)子系統(tǒng)：操作維護(hù)子系統(tǒng)、射頻處理子系統(tǒng)、FPGA。操作維護(hù)子系統(tǒng)：提供RRU的操作維護(hù)能力，使網(wǎng)管通過(guò)BBU實(shí)現(xiàn)對(duì)RRU的管理，主要提供配置管理和告警管理能力。基帶系統(tǒng)：射頻系統(tǒng)完成射頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理、合分路等功能。FPGA：完成IQ數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)中頻算法處理。

3承載配用電業(yè)務(wù)McLT無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

McLTE無(wú)線專網(wǎng)具有優(yōu)異的性能，采用了一系列基于TD-LTE的關(guān)鍵技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上針對(duì)電力行業(yè)應(yīng)用需求定制化開(kāi)發(fā)，以下重點(diǎn)介紹幾種適用于電力配用電業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，包括可保障配用電業(yè)務(wù)的無(wú)線QOS、無(wú)線VPN、VLAN等技術(shù)一級(jí)基于配用電安全需求的系統(tǒng)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1無(wú)線QOS

電力配電網(wǎng)中業(yè)務(wù)的速率占用帶寬較低，但是對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高。因此利用McLTE系統(tǒng)改進(jìn)后的QOS技術(shù)可以保障相關(guān)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）保證是指設(shè)備按照指定的速率并且在指定的時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，QoS目的是為網(wǎng)絡(luò)通信建立一個(gè)有保證的傳輸系統(tǒng)，衡量QoS的基本因素包括帶寬/吞吐量、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率。而在QOS中通過(guò)設(shè)置不同的QCI來(lái)保障相應(yīng)的指標(biāo)。

QCI（Qos Class Identifier，服務(wù)質(zhì)量等級(jí)標(biāo)識(shí)），是控制承載包轉(zhuǎn)發(fā)處理級(jí)別的參數(shù)。不同的QCI標(biāo)識(shí)的業(yè)務(wù)需要使用不同的承載。標(biāo)準(zhǔn)QCI對(duì)應(yīng)的參數(shù)是在各個(gè)設(shè)備上預(yù)先配置的，每一個(gè)QCI與一組參數(shù)相對(duì)應(yīng)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義了QCI值1～9對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，如下表：

McLTE系統(tǒng)QoS的控制主要包含以下幾個(gè)方面：

☆在由業(yè)務(wù)終端觸發(fā)承載創(chuàng)建過(guò)程中，統(tǒng)一對(duì)承載的QoS進(jìn)行控制，避免單個(gè)承載申請(qǐng)的QoS過(guò)高

☆用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)根據(jù)QCI對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，優(yōu)先級(jí)的值越小，優(yōu)先級(jí)別越高，優(yōu)先級(jí)別高的最先轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證優(yōu)先級(jí)別高的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延最小

☆在下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，根據(jù)QCI對(duì)應(yīng)的MBR閥值來(lái)控制下行轉(zhuǎn)發(fā)的最大比特率

☆可以根據(jù)據(jù)IP和端口范圍設(shè)定不同的QoS，當(dāng)有對(duì)應(yīng)IP和端口的下行數(shù)據(jù)包時(shí)，系統(tǒng)將主動(dòng)觸發(fā)專用承載創(chuàng)建，并根據(jù)配置設(shè)定該承載對(duì)應(yīng)的QoS

QOS技術(shù)應(yīng)用于電力配用電業(yè)務(wù)，通過(guò)IP和端口范圍確定配用電相關(guān)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包，并為其創(chuàng)建特定的專用承載，保障配用電業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。

3.2無(wú)線VPN

McLTE系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)改進(jìn)后支持虛擬私有網(wǎng)VPN功能，VPN功能是在公用網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建私人專用網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù)。VPN有別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它并不實(shí)際存在，而是利用現(xiàn)有公共網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)資源配置而成的虛擬網(wǎng)絡(luò)，是一種邏輯上的網(wǎng)絡(luò)。

VPN只為特定的企業(yè)或用戶群體所專用。從VPN用戶角度看來(lái)，使用VPN與傳統(tǒng)專網(wǎng)沒(méi)有區(qū)別。VPN作為私有專網(wǎng)，一方面與底層承載網(wǎng)絡(luò)之間保持資源獨(dú)立性，即在一般情況下，VPN資源不會(huì)被承載網(wǎng)絡(luò)中的其它VPN或非該VPN用戶的網(wǎng)絡(luò)成員所使用；另一方面，VPN提供足夠安全性，確保VPN內(nèi)部信息不受外部的侵?jǐn)_。

McLTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)XGW支持IPSEC VPN功能，通過(guò)ACL創(chuàng)建VPN規(guī)則，提供對(duì)外互聯(lián)接口PDN上IPSEC VPN隧道的建立。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬專網(wǎng)對(duì)終端的訪問(wèn)。

業(yè)務(wù)特點(diǎn)：

（1）McLTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)采用IPSEC加密隧道提供VPN業(yè)務(wù)。

（2）身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制： McLTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)通常預(yù)配置了網(wǎng)關(guān)和客戶端之間的身份驗(yàn)證選項(xiàng)，遠(yuǎn)程用戶可以提供用戶名和密碼、令牌代碼、共享密鑰等來(lái)驗(yàn)證身份。

（3）機(jī)密性和完整性： McLTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)支持分組密碼和流加密算法，包括3DES、AES等。McLTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)支持哈希密碼進(jìn)行完整性驗(yàn)證，并且都有不同的方法來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)包篡改和重放攻擊—通過(guò)序列號(hào)或消息身份驗(yàn)證。

通過(guò)VPN技術(shù)可以有效解決電力行業(yè)不同業(yè)務(wù)的隔離度的需求，提高配用電網(wǎng)自動(dòng)化的安全性和可靠性。

3.3VLAN功能

經(jīng)過(guò)行業(yè)定制化改進(jìn)的McLTE系統(tǒng)支持VLAN功能，VLAN功能提供了將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)隔離成多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，通過(guò)劃分不同的VLAN，每個(gè)VLAN是一個(gè)獨(dú)立的廣播域，從而實(shí)現(xiàn)了不同VLAN廣播域的隔離。這樣，廣播報(bào)文被限制在一個(gè)VLAN內(nèi)，從而保證信息安全。

McLTE系統(tǒng)核心網(wǎng)的XGW實(shí)現(xiàn)是在PND或RAN接口上支持VLAN子接口，一個(gè)VLAN域?qū)?yīng)與一個(gè)XGW的一個(gè)VLAN子接口。通過(guò)VLAN標(biāo)簽來(lái)識(shí)別VLAN子接口。VLAN子接口做為一個(gè)三層接口進(jìn)行路由尋路。

通過(guò)VLAN技術(shù)可以更好的實(shí)現(xiàn)配用電不同業(yè)務(wù)的隔離，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)在傳輸時(shí)互不影響，從另一個(gè)側(cè)面也提高了配用電業(yè)務(wù)的安全性。

3.4安全設(shè)計(jì)

McLTE系統(tǒng)提供雙向無(wú)線鑒權(quán)，鑒權(quán)功能可以防止未經(jīng)授權(quán)的用戶使用網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)安全性。用戶也可以使用鑒權(quán)功能防止接入到未知網(wǎng)絡(luò)，避免可能的安全隱患。除了支持TD-LTE協(xié)議規(guī)定的鑒權(quán)和加密機(jī)制外，還支持應(yīng)用層端到端加密，保證通信業(yè)務(wù)的安全可靠。

McLTE系統(tǒng)提供3GPP要求的安全功能，遵從3GPP TS 33.401中的安全架構(gòu)，如下圖所示：

網(wǎng)絡(luò)安全包含5個(gè)域：

☆網(wǎng)絡(luò)接入安全

☆網(wǎng)絡(luò)域安全

☆用戶域安全

☆應(yīng)用域安全

☆安全服務(wù)的可視性和可配置性

McLTE系統(tǒng)中， eNB輕便小巧，能夠靈活的部署于各種環(huán)境。但是，因eNB部署點(diǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，容易受到惡意的攻擊。為了在接入網(wǎng)安全受到威脅時(shí)不影響到核心網(wǎng)，系統(tǒng)在安全方面采用分層安全的做法，將接入層（AS）安全、非接入層（NAS）安全分離。如下圖所示。

第一安全層是E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)中的RRC信令機(jī)密性和完整性保護(hù)，以及用戶面UP機(jī)密性保護(hù)。

第二安全層是EPC網(wǎng)絡(luò)中的NAS信令機(jī)密性和完整性保護(hù)。

4應(yīng)用驗(yàn)證

4.1 配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)

本次針對(duì)某市試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行配電自動(dòng)化的業(yè)務(wù)驗(yàn)證。驗(yàn)證系統(tǒng)由配電終端、配電子站、配電主站、配電傳輸線路等部分組成，實(shí)現(xiàn)配電過(guò)程的數(shù)據(jù)回傳及指令下達(dá)。

在配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)傳輸占用帶寬較低，約為3-15Kbps/站點(diǎn)，因此，在測(cè)試中主要觀察數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延、丟包率、抖動(dòng)等相應(yīng)參數(shù)，具體拓?fù)淙鐖D4-1所示，系統(tǒng)配電自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端通過(guò)以太網(wǎng)接口或RS-232/RS-485串口與McLTE數(shù)據(jù)終端連接，McLTE數(shù)據(jù)終端將配網(wǎng)信息以透?jìng)鞣绞浇?jīng)無(wú)線基站轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng)，核心網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至主站，配電主站識(shí)別上傳的數(shù)據(jù)信息，主站接終端的信息后，發(fā)出配電命令，經(jīng)核心網(wǎng)、基站到達(dá)配電終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

表4-2為南方電網(wǎng)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范對(duì)使用無(wú)線通信網(wǎng)承載配電自動(dòng)化“三遙”業(yè)務(wù)時(shí)系統(tǒng)性能提出的具體要求，本節(jié)中所驗(yàn)證的相關(guān)業(yè)務(wù)的性能參數(shù)依據(jù)表4-2。

在McLTE系統(tǒng)搭建的配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)驗(yàn)證測(cè)試環(huán)境中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的業(yè)務(wù)運(yùn)行后，記錄一段時(shí)間連續(xù)ping包測(cè)試結(jié)果，詳見(jiàn)表4-3。其時(shí)延、傳輸抖動(dòng)、可靠性均符合相關(guān)要求。另外設(shè)備在運(yùn)行中無(wú)宕機(jī)等故障，傳輸時(shí)延為ms級(jí)，傳輸抖動(dòng)較低。

4.2 用電信息采集業(yè)務(wù)

本次在計(jì)量方面驗(yàn)證的是用電信息采集功能的可實(shí)現(xiàn)性，驗(yàn)證專網(wǎng)McLTE系統(tǒng)可以滿足用電信息采集在時(shí)延（delay）、抖動(dòng)（jitter）、帶寬（bandwidth）等方面的要求。用電信息采集主要測(cè)試集中器在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)延、抖動(dòng)等參數(shù)。本次應(yīng)用模式是利用集中器收集分散采集終端的模式，通過(guò)McLTE專網(wǎng)無(wú)線承載數(shù)據(jù)進(jìn)行信息交互。

用電信息采集拓?fù)鋱D如圖4-2所示，用電信息采集對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不高，而在McLTE系統(tǒng)中將可內(nèi)嵌于集中器的無(wú)線模塊與數(shù)據(jù)集中器連接，集中器將通過(guò)電力載波收集的用戶相關(guān)電能信息利用無(wú)線模塊經(jīng)由無(wú)線基站回傳至后臺(tái)，完成用戶電力數(shù)據(jù)監(jiān)控功能。

電能表信息采集對(duì)于系統(tǒng)時(shí)延、實(shí)時(shí)性要求不高，但是對(duì)于無(wú)線傳輸系統(tǒng)可靠性要求較高，本次業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)針對(duì)單一電能表24小時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性能驗(yàn)證，根據(jù)圖4-5、4-6截圖可以看到，對(duì)于用電信息采集業(yè)務(wù)，無(wú)線專網(wǎng)可進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)承載。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)新型LTE電力無(wú)線專網(wǎng)McLTE系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力配用電業(yè)務(wù)承載，可解決電力行業(yè)目前在配用電上的一些關(guān)鍵性問(wèn)題。本文的研究基礎(chǔ)是基于某市供電局的配用電無(wú)線專網(wǎng)，驗(yàn)證新型無(wú)線專網(wǎng)在配網(wǎng)過(guò)程中的可行性。文章通過(guò)目前配用電業(yè)務(wù)的需求分析及當(dāng)前TD-LTE技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)介紹，引出一種新型無(wú)線專網(wǎng)McLTE系統(tǒng)，該系統(tǒng)在綜合TD-LTE相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了針對(duì)專網(wǎng)需求的定制化改進(jìn)，可以更好匹配配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)功能。文章例舉了基于McLTE系統(tǒng)在某市進(jìn)行的兩種電力業(yè)務(wù)承載驗(yàn)證，包含配電自動(dòng)化和用電信息采集，在功能、傳輸、可靠性等方面驗(yàn)證McLTE系統(tǒng)在承載電力行業(yè)數(shù)據(jù)信息的可行性，給配電、計(jì)量上實(shí)際應(yīng)用及研究提供了參考依據(jù)，為全面加快現(xiàn)代配電網(wǎng)建設(shè)，讓配電網(wǎng)更好的服務(wù)社會(huì)民生提供新的選擇。

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