光纖入臺區(qū)1.8GHz微基站用電信息采集技術(shù)研究

郭健鋒，何旭杰，張樹華，任尚君，陳立志，蘇 華，龔 靜

（1.國網(wǎng)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(wǎng)公司重點實驗室，北京 100192；3.國網(wǎng)新疆電力公司，烏魯木齊 830011；4.國網(wǎng)九江供電公司，九江 332000；5.國網(wǎng)新疆昌吉供電公司，昌吉 831100）

光纖入臺區(qū)1.8GHz微基站用電信息采集技術(shù)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(wǎng)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(wǎng)公司重點實驗室，北京 100192；3.國網(wǎng)新疆電力公司，烏魯木齊 830011；4.國網(wǎng)九江供電公司，九江 332000；5.國網(wǎng)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(qū)1.8GHz微基站來建設電力信息采集專網(wǎng)，該網(wǎng)絡具有采集成功率高，安全性高等特點，對智能電網(wǎng)營銷采集系統(tǒng)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(qū)

1　引言

目前，新疆區(qū)域電能采集[1]主要通過GPRS進行業(yè)務傳送，但是通過無線公網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，存在以下問題：在節(jié)假日等系統(tǒng)負荷高峰期時采集業(yè)務實時性較差，延時高，存在數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象；由于流量計費，進行大數(shù)據(jù)業(yè)務傳送時費用較高；隨著國網(wǎng)公司對信息安全要求越來越高，通過互聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，安全性不高，容易受到攻擊；一旦新疆發(fā)生突發(fā)事件，公網(wǎng)大面積信號屏蔽，無法實現(xiàn)電能采集功能。

新疆烏魯木齊供電公司光纖到臺區(qū)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(wǎng)絡通道，因此在臺區(qū)側(cè)，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(wǎng)絡，該網(wǎng)絡具有采集成功率高、安全性高等特點，非常適合營銷數(shù)據(jù)采集。

2　1.8GHz微基站

為適應智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，國家電網(wǎng)公司開展了1.8GHz無線通信網(wǎng)的反復調(diào)研及實際驗證。

2.1頻率資源

根據(jù)TD-LTE[2]技術(shù)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(wǎng)絡的平均速率為峰值速率的1/3～1/2；TD-LTE目前每小區(qū)至少支持200個用戶同時激活，統(tǒng)計在線（IDLE+ACTIVE）用戶數(shù)將達到1,000個以上。

2.2網(wǎng)絡架構(gòu)

1.8GHz微基站是基于蜂窩技術(shù)和1.8GHz頻率特點為電力行業(yè)深度定制的無線專網(wǎng)。光纖臺區(qū)信息采集系統(tǒng)包括EPON OLT[3]、電力業(yè)務平臺、EPON ONU、光纖線路、1.8GHz網(wǎng)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(nèi)置或外置于電力行業(yè)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(shù)分析

光纖到臺區(qū)通信系統(tǒng)具備強大的信息通信以及安全加密功能，可以根據(jù)電力場景進行深度定制，保證營銷數(shù)據(jù)的采集成功率。

3.1安全解決方案

無線公網(wǎng)是一個面向公眾服務的開放性數(shù)據(jù)網(wǎng)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(wǎng)存在的話務量潮汐現(xiàn)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(wǎng)絡繁忙程度而不同，特別是在節(jié)假日話務量高峰期間，信道擁堵進一步降低數(shù)據(jù)采集成功率；無線公網(wǎng)作為第三方網(wǎng)絡得不到工業(yè)級可靠性的保障，電力行業(yè)用戶無法擁有對公網(wǎng)通信終端的有效的監(jiān)測和管理手段，對使用中出現(xiàn)的問題難以及時定位、分析和處理，極大影響業(yè)務安全可靠的開展。

光纖到臺區(qū)1.8GHz微基站電力無線專網(wǎng)，作為電力通信專用信道，系統(tǒng)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(shù)據(jù)加密。第二安全層：AKA認證和密鑰協(xié)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(tǒng)的信息安全；在1.8GHz頻段，組成電力無線專網(wǎng)，與電力光纖網(wǎng)絡無縫對接，專網(wǎng)專用，雙向鑒權(quán)，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(wǎng)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(wǎng)的采集成功率要求。其原因在于，無線公網(wǎng)并非專門為電力應用服務，其服務的對象定位于公眾數(shù)據(jù)，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(wǎng)受政策限制，存在臨時關(guān)閉的情況，因此利用光纖到臺區(qū)1.8GHz微基站技術(shù)，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(wǎng)要求指標。

3.3數(shù)據(jù)通信接口協(xié)議標準

在光纖到臺區(qū)1.8GHz微基站電力無線專網(wǎng)系統(tǒng)中，通過可編程器件或嵌入式CPU系統(tǒng)，實現(xiàn)各種接入模式的信道模塊與集中器[4]的數(shù)據(jù)接口側(cè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)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(chǎn)品化滿足該標準的信道模塊。

4　結(jié)束語

1.8GHz微基站通信系統(tǒng)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(wǎng)，說明光纖到臺區(qū)1.8GHz微基站電力無線專網(wǎng)具有高安全性，采集成功率高的特性，對智能電網(wǎng)營銷用電信息采集系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)[J]．桂林電子科技大學學報，2013年33卷

[2] 易睿得，LTE系統(tǒng)原理及應用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012

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

[4] 趙東艷等，多種通信方式在電能表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)自動化工作。龔 靜，女，1989年生，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)維護。