基于LPWAN技術的能源電力物聯專網分析

2020-11-26 09:40:42賈俊強

通信電源技術 2020年15期

茍亮，賈俊強，曹澍

（國網新疆電力有限公司信息通信公司，新疆烏魯木齊 831002）

0 引言

近年來我國科學技術發展迅速，促進了各個行業的進一步發展。其中，能源電力系統方面已有大范圍的通信專網建成并投入使用，使得電力生產業務關鍵節點的數據連接得以實現。我國進入能源互聯網時代后，電氣設備溫度、智能表計量數據以及用戶電氣運行狀態等相關方面的工作，都需要更加廣泛的數據連接支持。

1 LPWAN技術的應用優勢

1.1 成本較低

LPWAN物聯網技術與傳統的蜂窩基站相比，低成本的優勢明顯。它的網絡建設成本只有后者的不到10%，且傳感終端連接芯片的成本也大幅降低，購買成本通常不到5美元，最便宜的芯片購買成本甚至只有1美元。預計該技術的規?；A可以達到數十億級，因此購買芯片的成本還會進一步下降，最終達到美分級別?？梢?，LPWAN物聯網技術在網絡部署和終端連接方面具有明顯的成本優勢，能夠有效推動小數據連接，進而實現海量級規模的物聯網，最終推動能源互聯網的發展與應用。

1.2 功耗較低

LPWAN物聯網技術與傳統的物聯網技術相比，能夠實現更長時間的待機，因為該技術中有各種PSM（節電模式）技術進行輔助。比如，通過eDRX和PSM兩種技術可以使NB-loT實現更長時間的待機。終端在PSM模式下雖然注冊在網，但是不能傳達信令，這樣終端在深睡眠狀態中停留的時間會更長，從而實現省電和超長待機的目的。而eDRX等功能能夠進一步延長空閑模式下終端的睡眠周期，從而最大程度減少相關單元不必要的啟動，大幅提升下行可達性。

2 云管端一體化LPWAN技術運營級網絡方案分析

2.1 無線物聯網網關

在泛感知傳感連接中，無線物聯網網關（IWG）是第一級，主要作用是實現海量泛感知小數據的物理層連接功能。無線物聯網網關實際上是一種物聯無線微基站，與傳統公網宏基站存在很大不同，其中最明顯的無線物聯網網關投資少、耗能低，且能夠隨時隨地部署，即裝即用，有利于進一步擴展物聯網網絡。

2.2 多業務平臺

多業務平臺（MSP）在物聯專網中具有重要作用，本質是一個核心管理系統。多業務平臺可以匯集物聯網泛感知連接的海量小數據，并對其進行分析和管理。多業務平臺需要實現多方面的功能，如物聯網無線通信底層協議以及擴展、數據的加密和解密以及解壓縮等。多業務平臺與公網（專網）高速寬帶網之間的連接主要通過云化網絡進行，能夠接收來自無線物聯網網關的數據信息[1]。

2.3 認證中心

對于能源電力物聯網來說，數據的安全性是重中之重。認證中心（AUC）的主要作用是對傳感終端的接入進行鑒權認證，并生成相應的密匙。在電力專用加密芯片中可以嵌入終端模塊，同時能夠構建私有保密協議，從而充分保障網絡的接入和業務安全。

2.4 網絡管理系統

運營級的物聯網系統需要對整個網絡進行電信級管理，即具備輕量化和高效率特點，從而為整個網絡的運營和維護提供相應的服務。

2.5 位置計算服務器

在能源電力物聯專網中，有一些小數據需要連接具備一定的移動性，且需要為其提供一定的位置服務。位置計算服務器（LCS）的主要功能就是提供定位服務，且其具有低成本和低功耗的特點[2]。

2.6 業務運營支撐系統

業務運營支撐系統是運營級能源電力物聯網專網的重要組成部分，主要包括用戶管理系統、客戶管理系統、流量管理系統以及賬單系統等分系統。物聯網業務運營功能的實現主要依靠BOSS，能夠服務整個行業的客戶。

3 一網共平臺多業務應用分析

3.1 四表合一應用

在物聯網應用過程中，抄表一直都是非常重要的應用方向。近些年，智能電表在智能電網大規模建設發展背景下得到了廣泛應用。但是，在實際生活中，水表、熱表等物聯網泛在連接常常會受到信號覆蓋、功率等問題的影響。針對這個問題，我國國家電網公司、水氣熱等公用事業公司與各個地區的地方政府相配合，對“四表合一”的具體方法進行了研究和探索，最終使用能源電力物聯專網制定出更加靈活簡便的解決方案，詳情見圖1。各種水熱電氣表可以通過以LPWAN技術為基礎的能源電力物聯專網，隨時隨地靈活接入，實現“四表合一”。

圖1 四表集抄業務應用

3.2 源網荷互動應用

在能源互聯網發展過程中，源網荷互動應用是重要方向之一。它的服務對象主要是廣大城鄉電力用戶，能源電力物聯專網基于LPWAN技術，因此能夠對分布式發電系統和微網、各種類型的用戶負荷電器方便地進行連接，從而充分實現源網荷互動業務應用。如圖2所示，在智慧生態島上，將具有LPWAN終端的智能插座安裝到用戶負荷電器，并將LPWAN終端控制器安裝到分布式發電系統，能夠實現源網荷的互動連接。