電力自動(dòng)化背景下的混合式通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究

陳廂

摘 要：該文以電力自動(dòng)化的通信網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，提出將整體通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)為混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，論文分別探討了基于Internet的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、用于電力自動(dòng)化的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和用于電力自動(dòng)化的WiMAX網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（WMN），分析了各種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用要求，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：電力 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 漏洞 自動(dòng)化 解決方案

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0023-02

現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展激活了可靠的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，它能夠監(jiān)控電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和性能。這些通信技術(shù)可分成四類，即：電力線通信、衛(wèi)星通信、光纖通信及無(wú)線通信。每種通信技術(shù)都有其自己的優(yōu)缺點(diǎn)，必須對(duì)這些優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估以確定應(yīng)用于電力自動(dòng)化的最佳通信技術(shù)。

考慮電力自動(dòng)化的通信需求時(shí)，Internet可提供一種可供選擇的通信網(wǎng)絡(luò)，以其現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施以節(jié)省成本的方式對(duì)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視?？紤]個(gè)體通信能力以及電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的位置時(shí)，將整體通信系統(tǒng)考慮為如圖1所示的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)筆者認(rèn)為是合適的。

由于低成本的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化應(yīng)用的核心，該文描述了該混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，尤其詳細(xì)說(shuō)明了Internet VPN、電力線通信、衛(wèi)星通信和無(wú)線通信（無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、WiMAX網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）。我們的目的在于為打算應(yīng)用新的自動(dòng)化通信技術(shù)的電力公司展示一個(gè)結(jié)構(gòu)化框架，從而更加有效直接地做出決策。

1 基于Internet的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)

目前Internet VPN技術(shù)為電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一種可供選擇的低成本的高速通信核心網(wǎng)絡(luò)。該解決方案應(yīng)提供下列基本性能屬性。

（1）服務(wù)質(zhì)量（QoS）：由于因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信主要是基于最佳服務(wù)范例，因此因特網(wǎng)技術(shù)本身并不能保證電力應(yīng)用要求的極其嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量要求。在這方面，Internet VPN技術(shù)的QoS性能則能夠保證關(guān)鍵任務(wù)的優(yōu)先化或延遲敏感流量以及在各種網(wǎng)絡(luò)流量條件下通過(guò)共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)擁堵。（2）可靠性：通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，既使是網(wǎng)絡(luò)元件出現(xiàn)故障或是網(wǎng)絡(luò)擁堵。為此，通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)使得所有工作條件下沒(méi)有損耗并能得體的解決故障。因此，Internet VPN技術(shù)應(yīng)能夠以一種可靠及時(shí)的方式為自動(dòng)化應(yīng)用傳輸數(shù)據(jù)。（3）升級(jí)性：由于變電站和遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)量很大而且增長(zhǎng)迅速，通信系統(tǒng)必須能夠在不以指數(shù)規(guī)律增加通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行次數(shù)的情況下處理極大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因而，所設(shè)計(jì)的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠很好地升級(jí)，以適應(yīng)由顧客需求量推動(dòng)的新的通信要求。（4）健壯性：為避免由于網(wǎng)絡(luò)流量條件變化而劣化通信性能，向Internet VPN之虛擬鏈接分配帶寬的定尺度過(guò)程不僅要根據(jù)主要帶寬需求矩陣，還要根據(jù)其它可能的帶寬需求矩陣，在網(wǎng)絡(luò)定尺度過(guò)程中要提供一個(gè)安全限度，避免擁堵。當(dāng)以目前的網(wǎng)絡(luò)流量無(wú)法避免網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)，應(yīng)堵塞低優(yōu)先級(jí)非關(guān)鍵的數(shù)據(jù)流量，以便最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)能以保證的服務(wù)質(zhì)量傳輸。這樣，可以應(yīng)用高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的額外帶寬實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信，這對(duì)于電力系統(tǒng)的報(bào)警尤其重要。（5）安全性：即支持遠(yuǎn)程控制中心與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間安全通信的能力，使通信免受外部阻斷服務(wù)的攻擊和入侵。因此，Internet VPN必須提供能越過(guò)現(xiàn)有共享因特網(wǎng)中樞的安全數(shù)據(jù)傳輸，能保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，使其成為越過(guò)共享網(wǎng)絡(luò)的機(jī)密。

2 無(wú)線通信

最電力系統(tǒng)“最后一里”連接可選的通信技術(shù)有：電力線通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、無(wú)線通信。以下介紹無(wú)線通信的應(yīng)用。目前有數(shù)種用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的無(wú)線通信技術(shù)。與傳統(tǒng)有線通信網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線通信技術(shù)使遠(yuǎn)程監(jiān)控變電站具有潛在優(yōu)勢(shì)，例如：節(jié)省架設(shè)電纜的費(fèi)用以及通信基礎(chǔ)設(shè)施的快速安裝。但無(wú)線通信對(duì)電磁干擾（EMI）更敏感，通常對(duì)帶寬容量和通信設(shè)備之間的最大距離有限制。此外，由于無(wú)線通信中的無(wú)線電波在空中傳播，能發(fā)生竊聽(tīng)，這對(duì)通信安全是一個(gè)威脅。電力公司使用無(wú)線通信有兩種選擇：（1）利用現(xiàn)有的公共網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施，例如公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)。（2）架設(shè)專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可使電力公司對(duì)其通信網(wǎng)絡(luò)擁有更多的控制權(quán)。但是，專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要大量的安裝投資及維護(hù)費(fèi)用。在電力自動(dòng)化中，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)有所應(yīng)用。最近，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)的短信服務(wù)（SMS）功能已經(jīng)應(yīng)用于變電站的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的控制信道還應(yīng)用于某些基于警報(bào)的變電站監(jiān)視情形。然而，這種通信技術(shù)只適合于發(fā)送小量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，因此不能提供變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用所需的嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。隨著近期無(wú)線通信及數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)步，混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)激活了可供選擇的其他可升級(jí)的無(wú)線通信系統(tǒng)，能夠提供自動(dòng)化應(yīng)用要求的嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。這些最新無(wú)線技術(shù)有：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、WiMAX網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

3 用于電力自動(dòng)化的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

3.1 無(wú)線自動(dòng)儀表讀?。╓AMR）

WAMR系統(tǒng)為電力行業(yè)提供了多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括不再需要人工抄表員而降低了電力公司的運(yùn)營(yíng)成本，還有基于顧客的實(shí)時(shí)能量消耗的實(shí)時(shí)計(jì)價(jià)模式。WAMR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)價(jià)功能對(duì)顧客也很有益。電力公司的實(shí)時(shí)計(jì)價(jià)模式要求電力公司和顧客的儀表設(shè)備之間有可依賴的雙向通信，而WSN技術(shù)通過(guò)提供低成本低功率的無(wú)線通信有效的解決了這個(gè)要求。電力控制中心通過(guò)多跳式無(wú)線通信收集來(lái)自儀表的傳感數(shù)據(jù)，這種監(jiān)控系統(tǒng)為電力公司提供了靈活性?？傊琖AMR系統(tǒng)能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供下列功能。

（1）自動(dòng)儀表讀取功能：WSN可以實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量顧客的能量消耗。自動(dòng)儀表測(cè)量還可以分為：個(gè)體儀表測(cè)量、群體儀表測(cè)量和全球儀表測(cè)量。在此，我們的目標(biāo)是為電力行業(yè)提供具有各種實(shí)時(shí)監(jiān)控選項(xiàng)的靈活管理策略。（2）遙測(cè)功能：電力控制中心可從智能傳感器節(jié)點(diǎn)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，控制位于配電網(wǎng)選定點(diǎn)上的某些元件，例如，控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。因而，配電傳感自動(dòng)化能夠通過(guò)減少故障和修復(fù)時(shí)間增強(qiáng)電力行業(yè)的服務(wù)。（3）動(dòng)態(tài)配置功能：在電力自動(dòng)化應(yīng)用中，即使網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)故障時(shí)也要保證測(cè)量的可靠性。因而，為了滿足應(yīng)用的可靠性要求，動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置就顯得極其重要，例如：動(dòng)態(tài)的路由選擇。在這方面，WSN的自我配置能力能夠使網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的重新配置。（4）狀態(tài)監(jiān)控功能：監(jiān)控儀表設(shè)備的狀態(tài)是WAMR系統(tǒng)的另一個(gè)功能，此功能嵌入在智能傳感器內(nèi)。這一功能對(duì)于準(zhǔn)確及時(shí)地確定網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)故障會(huì)很有幫助。另外，狀態(tài)監(jiān)控功能還可以應(yīng)用于修改儀表設(shè)備的情形。例如，如果某人試圖破壞儀表設(shè)備，系統(tǒng)能夠自動(dòng)通知公安局。這縮減了派出維修人員修理被破壞儀表設(shè)備的大量費(fèi)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著WAMR技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種系統(tǒng)不會(huì)再那么昂貴，并且會(huì)更加可靠。隨著低成本低功率無(wú)線傳感器的發(fā)明，無(wú)線RF通信是收集電力儀表數(shù)據(jù)最為節(jié)省成本的方式。endprint

3.2 電力系統(tǒng)監(jiān)控

設(shè)備故障、電擊、意外事故和自然災(zāi)害等均會(huì)引起電力干擾和斷電，經(jīng)常導(dǎo)致服務(wù)長(zhǎng)期中斷。因此，電力系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)控制和監(jiān)視，以便及時(shí)采取必要的預(yù)防措施。在這方面，WSN能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供一種低成本的可靠的監(jiān)視系統(tǒng)。用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)建設(shè)的有效監(jiān)視系統(tǒng)能夠減少配電網(wǎng)故障檢測(cè)及恢復(fù)電力供應(yīng)的時(shí)間。另外，電力服務(wù)的連續(xù)性在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的電力市場(chǎng)中從顧客滿意度角度來(lái)看也是至關(guān)重要的。為評(píng)定電力系統(tǒng)的性能，用WSN技術(shù)可獲得幾項(xiàng)質(zhì)量服務(wù)（QoS）指數(shù)。例如，可以計(jì)算出服務(wù)中斷的平均持續(xù)時(shí)間和平均維修時(shí)間。

3.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)考慮

要將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于電力自動(dòng)化中，開(kāi)發(fā)既能支持現(xiàn)有功能又能支持未來(lái)電力系統(tǒng)新的運(yùn)營(yíng)要求的低成本的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，有兩個(gè)重要的考慮。

3.3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)要求

傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)使用壽命、路由算法、傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍等幾個(gè)方面具有重要含義。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)要求包括網(wǎng)絡(luò)的物理和邏輯組織以及傳感器節(jié)點(diǎn)的密度。通常，傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)就是有效的覆蓋配置區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)的邏輯和等級(jí)組織還影響能量消耗及通信協(xié)議的選擇。另外，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以是分布式組織或者群集式組織。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)要求回答下列問(wèn)題來(lái)確定：（1）何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最適合這種應(yīng)用？（是一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一還是多對(duì)多？）（2）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)如何工作？（是主輔式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)還是對(duì)等式？）（3）覆蓋區(qū)域內(nèi)最惡劣的環(huán)境條件是什么？（4）電力系統(tǒng)當(dāng)前和以后有多少變電站要監(jiān)控？（5）是否存在已知的物理障礙物、電力線或大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的RF干擾等潛在干擾問(wèn)題？

3.3.2 應(yīng)用要求

通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳播的必需信息應(yīng)予以分類和量化。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用進(jìn)行綜合分析來(lái)實(shí)現(xiàn)這些要求。下列問(wèn)題可幫助電力公司確定這些要求：（1）應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量要求是什么？（要求實(shí)時(shí)監(jiān)視還是容忍延遲監(jiān)視？（2）系統(tǒng)連續(xù)查詢信息（定期監(jiān)視）還是根據(jù)異常查詢（基于事件的監(jiān)視）？（3）傳感器數(shù)據(jù)的類型是什么？即：影像、聲音、數(shù)據(jù)？電力自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)綜合確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用要求，以建立最適合應(yīng)用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。全面考慮各種選擇條件以及是否適合電力公司的應(yīng)用對(duì)于成功實(shí)施至關(guān)重要。

4 用于電力自動(dòng)化的WiMAX網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（WMN）

無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)區(qū)域：在前面提出的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)在電力公司各用戶之間構(gòu)成一個(gè)充分連接的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，每個(gè)無(wú)線網(wǎng)狀區(qū)域可以動(dòng)態(tài)的自我組織和自我配置。換言之，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)建立并保持網(wǎng)絡(luò)連通性。這種特點(diǎn)為電力公司帶來(lái)許多益處，例如先期成本低、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單、健壯性以及可靠的服務(wù)覆蓋范圍。另外，使用先進(jìn)的無(wú)線電技術(shù)，例如多重?zé)o線電界面和智能天線，網(wǎng)絡(luò)容量能大幅增加。WiMAX骨干網(wǎng)：局域控制中心與遠(yuǎn)程控制中心之間必要的遠(yuǎn)距離通信（達(dá)50公里）用微波存取全球互通（即WiMAX）技術(shù)提供。隨著WiMAX技術(shù)的加入，網(wǎng)絡(luò)中樞的容量可增加至75Mbps。另外，WiMAX為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化通信技術(shù)，即IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。這使得不同廠商之間的產(chǎn)品可以互通，這正是電力公司另一個(gè)重要關(guān)注所在。

4.1 WiMAX和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

（1）增加可靠性：在無(wú)線網(wǎng)狀區(qū)域中，無(wú)線中樞在無(wú)線連接的發(fā)送者和接收者之間提供了冗余路徑。這就排除了網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的單點(diǎn)故障和可能存在的瓶頸鏈接，顯著增加了通信可靠性。由于存在多重可能的可選路由，還可以保證網(wǎng)絡(luò)抗?jié)撛趩?wèn)題的健壯性，例如：因RF干擾或障礙而產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)故障、路徑故障。因此，利用WMN技術(shù)，即使在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)元件故障或網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下，電力公司的網(wǎng)絡(luò)也可長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。（2）安裝成本低：由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)只要求線路上的幾個(gè)點(diǎn)連接至有線網(wǎng)絡(luò)，因此建設(shè)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以降低基礎(chǔ)設(shè)施成本，并且能夠以合理費(fèi)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，這一點(diǎn)在現(xiàn)今電力公司競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下尤其重要。（3）較大的覆蓋區(qū)域：目前，無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的數(shù)據(jù)速率通過(guò)應(yīng)用極具效率的調(diào)制配置有所增加，例如：802.11a和802.11g為54Mbps。雖然WLAN的數(shù)據(jù)速率增加了，對(duì)于具體的傳輸功率，當(dāng)來(lái)自存取點(diǎn)的終端用戶更多時(shí)，WLAN的覆蓋范圍和連通性都有所下降。然而，WiMAX技術(shù)可使局域控制中心與遠(yuǎn)程控制中心之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的性能卻不會(huì)降低。因此，混合式網(wǎng)絡(luò)中的WiMAX骨干網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用所要求的高速遠(yuǎn)距離通信。（4）自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連通：在該混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，無(wú)線網(wǎng)狀區(qū)域可以動(dòng)態(tài)地自我組織和自我配置。換言之，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)建立并保持網(wǎng)絡(luò)連通，這可為電力公司提供無(wú)縫多跳式互聯(lián)服務(wù)。例如，當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)利用其網(wǎng)狀功能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)所有可能的路由器并決定到達(dá)控制中心的最佳路徑。此外，鑒于新的可用路由，現(xiàn)有網(wǎng)狀路由器可重新組織網(wǎng)絡(luò)，從而能夠輕松擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的自我配置特點(diǎn)對(duì)于電力系統(tǒng)自動(dòng)化至關(guān)緊要，因?yàn)樗闺娏灸軌驊?yīng)付由顧客需求量推動(dòng)的新的連通要求。

4.2 WiMAX和無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的混合式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵

盡管混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)能夠?yàn)閺V泛配置用于電力自動(dòng)化應(yīng)用的高速無(wú)線通信提供一種經(jīng)濟(jì)可行的解決方案，但使用現(xiàn)有通信協(xié)議進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。因此，需要開(kāi)發(fā)用于混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的新通信協(xié)議，許多開(kāi)放研究問(wèn)題有待解決。

（1）惡劣的監(jiān)視環(huán)境：在變電站，由于障礙及電力線和RF干擾引起的極其嘈雜的環(huán)境，無(wú)線鏈接表現(xiàn)出極為不同的時(shí)間和空間特點(diǎn)。為改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)容量，限制無(wú)線電干擾，開(kāi)發(fā)通信協(xié)議時(shí)應(yīng)使用先進(jìn)的無(wú)線電技術(shù)，例如多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)、多重?zé)o線電界面和智能天線。（2）WiMAX塔臺(tái)的最佳放置：在提出的混合式體系結(jié)構(gòu)中，在符合時(shí)間臨界監(jiān)視數(shù)據(jù)的截止期限的同時(shí)，設(shè)計(jì)一種有效的低成本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施很重要。因此，配有昂貴的RF硬件的WiMAX塔臺(tái)，應(yīng)置于配置區(qū)域的最佳位置，以便既降低基礎(chǔ)設(shè)施成本又滿足服務(wù)質(zhì)量要求。（3）靈活性支持：需要使用低反應(yīng)時(shí)間切換管理算法來(lái)支持移動(dòng)設(shè)施控制器的通信服務(wù)。這樣，必要時(shí)，例如發(fā)生警報(bào)時(shí)，移動(dòng)設(shè)施管理器還可以本地監(jiān)視系統(tǒng)。（4）集成不同種類網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集成的能力有限。因此，為增強(qiáng)混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的性能，應(yīng)改進(jìn)多重?zé)o線界面的集成能力以及網(wǎng)絡(luò)路由器的相應(yīng)網(wǎng)關(guān)/橋接器功能。（5）升級(jí)性：在如今競(jìng)爭(zhēng)性的動(dòng)態(tài)市場(chǎng)環(huán)境下，電力公司可能很快會(huì)配置新變電站、提供更大的服務(wù)請(qǐng)求。因此，設(shè)計(jì)的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠很好地升級(jí)，以適應(yīng)由顧客需求量推動(dòng)的新通信要求。（6）協(xié)調(diào)的資源管理：為對(duì)無(wú)線信道特點(diǎn)、爭(zhēng)用和通信量模式的系統(tǒng)變化作出有效反應(yīng)，需要分布式和協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)資源管理。這樣，才可以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的良好性和網(wǎng)絡(luò)的自我配置。（7）安全：網(wǎng)絡(luò)中的阻斷服務(wù)攻擊可能會(huì)對(duì)配置的混合式網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行造成嚴(yán)重?fù)p害。使用有效的加密術(shù)和密碼系統(tǒng)，可以解決安全性問(wèn)題。為解決所有這些現(xiàn)有的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，從物理層到應(yīng)用層的協(xié)議棧需要改進(jìn)或重新創(chuàng)建。在這方面，需要一個(gè)跨層設(shè)計(jì)來(lái)共同優(yōu)化主要網(wǎng)絡(luò)功能以及設(shè)計(jì)適合無(wú)線信道動(dòng)態(tài)特點(diǎn)的通信協(xié)議集。這樣，混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)才能夠快速確定服務(wù)中斷，及時(shí)恢復(fù)電力公司的服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

該文的目的在于更好的理解能夠提供不同種類電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用要求的混合式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，為打算利用新的自動(dòng)化通信技術(shù)的電力公司展示一個(gè)結(jié)構(gòu)化框架，從而更加有效地做出決策。

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