LTE 230M無線通信技術(shù)的實現(xiàn)原理及應(yīng)用

文/吳笑 喻琰 章立偉

LTE 230M無線通信技術(shù)具有較強的安全性，實時性強，并且通信網(wǎng)絡(luò)在今后能夠?qū)崿F(xiàn)靈活擴展，故在電力行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，尤其在配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集及傳輸方面。本文分析的LTE 230M無線通信技術(shù)的實現(xiàn)原理及應(yīng)用，對于提高LTE 230M無線通信技術(shù)在電力企業(yè)中的應(yīng)用范圍具有一定的價值。

1 LTE 230M無線通信技術(shù)

1.1 LTE 230M無線通信概述

在LTE 230M無線通信技術(shù)中，所采用的頻段為223～235MHz，這是分配給電力行業(yè)采用的頻段，可以用在電力企業(yè)自動化數(shù)據(jù)的傳輸中。在電力企業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)中，涉及到遙控、遙測等數(shù)據(jù)的傳輸，有的數(shù)據(jù)可以通過光纜進行通信，而有些數(shù)據(jù)需要通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)進行采集，并傳輸?shù)较到y(tǒng)主站，采用LTE 230M無線通信技術(shù)可以很好地滿足電力企業(yè)的需求。采用低頻段具有一定的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)較廣的覆蓋面積，在網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成本方面也能得到明顯的降低，故能夠廣泛應(yīng)用。LTE 230M無線通信技術(shù)在電力行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，在電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮了重要的作用。LTE 230M無線主要承載的是IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，承載以太網(wǎng)（含有線和無線）、RS232、RS485等非實時業(yè)務(wù)，和語音、視頻等實時業(yè)務(wù)。LTE終端多個業(yè)務(wù)種類接入后，通過以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)將其匯聚并復(fù)用，以IP包的形式在LTE 230M無線網(wǎng)中傳輸，并通過服務(wù)端將其分離和分別管理。

1.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

在分析LTE 230M無線通信技術(shù)的實現(xiàn)原理之前，首先需要確定該無線通信網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)。在配電網(wǎng)中采用LTE 230M無線通信技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃的過程中，應(yīng)該使無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠符合電力通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的整體規(guī)劃，并能夠與輸電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)可靠的銜接。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)時，應(yīng)該采用開放的規(guī)劃思路，在通信技術(shù)的選擇方面應(yīng)該考慮到網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的經(jīng)濟成本，并且滿足電網(wǎng)未來發(fā)展的需要，有利于對通信網(wǎng)絡(luò)進行擴展。在構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)的過程中，應(yīng)該將通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和電網(wǎng)建設(shè)進行同步，使得相互能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)。在系統(tǒng)的整體架構(gòu)方面，主要包括以下內(nèi)容：

圖1：系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

（1）業(yè)務(wù)平臺，通過通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中的業(yè)務(wù)平臺，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計功能，并對實際的電網(wǎng)運行具有一定的指導(dǎo)作用。

（2）組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，數(shù)據(jù)的傳輸必須要通過網(wǎng)絡(luò)通道才能進行傳輸，對電網(wǎng)中的各類業(yè)務(wù)終端應(yīng)能實現(xiàn)兼容接入。

（3）網(wǎng)絡(luò)管理控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能夠?qū)Ω黝惥W(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行統(tǒng)一控制。當(dāng)網(wǎng)管系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在異常運行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時，應(yīng)能夠及時發(fā)出相關(guān)的告警信號，從而使得運行人員能夠及時采取必要的措施加以解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障。

（4）網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要依靠接入網(wǎng)設(shè)備才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，并上傳到網(wǎng)絡(luò)中，也需要對接入網(wǎng)設(shè)備進行控制。

（5）終端設(shè)備，通過終端設(shè)備，能夠直接執(zhí)行主站下發(fā)的控制數(shù)據(jù)，也能夠?qū)⒉杉降臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行上傳到網(wǎng)絡(luò)中。

以X86系統(tǒng)為硬件載體，在LINUX系統(tǒng)上開發(fā)軟件功能模塊，管理配置包括射頻單元、路由單元、安全策略單元和接入接口單元。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可知，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)主要包括230射頻處理模塊、WLAN處理模塊、以太網(wǎng)接口模塊、RS485接口模塊和RS232模塊，可以看出該系統(tǒng)能夠支持的業(yè)務(wù)類型較多，并通過系統(tǒng)總線實現(xiàn)統(tǒng)一管理。從圖中可以看出，系統(tǒng)總線是整個通信系統(tǒng)的核心部分，應(yīng)該保證系統(tǒng)中的各個模塊能夠協(xié)調(diào)運行，提高網(wǎng)絡(luò)通信的性能。

2 LTE 230M無線通信技術(shù)的實現(xiàn)原理

2.1 LTE 230M無線通信協(xié)議

在電力企業(yè)中，使用的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)和外部公用數(shù)據(jù)網(wǎng)等，各種不同類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)根據(jù)應(yīng)用場合的不同加以使用。有線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)一般是通過使用光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)也是電力企業(yè)中的重要的通信方式，也需要根據(jù)一定的通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在LTE 230M無線通信中，也需要采用相對應(yīng)的通信協(xié)議才能夠?qū)崿F(xiàn)正常的數(shù)據(jù)通信功能。

2.2 LTE 230M無線通信的組網(wǎng)

LTE 230M無線通信需要按照一定的要求進行組網(wǎng)，將無線通信終端和通信網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)正常的通信。目前在電力通信的過程中主要是采用沿架空地線架設(shè)的光纜作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹魍ǖ馈＝陙黼S著配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的建設(shè)，無線專網(wǎng)頁逐漸在網(wǎng)絡(luò)中得到了使用。采用LTE 230M無線通信技術(shù)，可以構(gòu)建相應(yīng)的無線專網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，滿足電網(wǎng)發(fā)展的需求。LTE230具有較廣的覆蓋能力，并且能夠與移動通信技術(shù)兼容，從而提高頻率資源的使用效率，可以滿足電網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)資源的使用要求。在對LTE 230M無線通信進行組網(wǎng)時，應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠運行，各項網(wǎng)絡(luò)指標都符合相關(guān)的運行規(guī)范。

2.3 多業(yè)務(wù)的路由策略

當(dāng)電力通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中同時接入了多種業(yè)務(wù)類型之后，由于各個業(yè)務(wù)都使用同一個傳輸通道，故在路由策略方面需要進行選擇，并可以根據(jù)條件實現(xiàn)路由策略的優(yōu)化。LTE終端可以承載多種不同類型的業(yè)務(wù)，當(dāng)利用以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)將其匯聚并復(fù)用之后，IP數(shù)據(jù)包就可以在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)傳輸。在路由策略方面，可以根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率、所花費的成本和最短路徑等方法，實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的路由策略優(yōu)化，保證各類業(yè)務(wù)能夠順利實現(xiàn)傳輸和采集。

3 LTE 230M無線通信技術(shù)的應(yīng)用

3.1 基于X86系統(tǒng)架構(gòu)的控制技術(shù)

控制技術(shù)為在硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對硬件設(shè)備的控制?？梢栽贚INUX系統(tǒng)上開發(fā)軟件功能模塊，對硬件設(shè)備中的各個單元進行整體控制。硬件設(shè)備中的路由單元負責(zé)對數(shù)據(jù)進行傳輸路徑的選擇及優(yōu)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。安全策略單元負責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問控制策略的管理，由于為了保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩枰拗品欠ㄔL問，故在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中添加一定的安全策略，只有符合安全訪問策略的網(wǎng)絡(luò)才能對數(shù)據(jù)進行訪問，否則會被安全策略單元攔截。接入接口單元負責(zé)接入多種類型的業(yè)務(wù)，各類業(yè)務(wù)之間應(yīng)能實現(xiàn)兼容。

3.2 業(yè)務(wù)接口的IP優(yōu)化研究

不同的電網(wǎng)業(yè)務(wù)，通過設(shè)置不同的IP地址加以區(qū)分，在IP地址的規(guī)劃中，要考慮到全網(wǎng)涉及到的業(yè)務(wù)，保證IP地址能夠高效利用。LTE 230M無線系統(tǒng)為無線IP承載網(wǎng)，故本項目所述的無線接入終端雖然具有多業(yè)務(wù)接入功能，但必須將RS232、RS485接口進行IP化后再采用以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)進行復(fù)用打包，并進行管理和傳輸。

3.3 QOS的研究

QOS即服務(wù)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的服務(wù)質(zhì)量，有利于提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。評判網(wǎng)絡(luò)的性能，可以采用一定的評估指標，如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延、丟包率等，網(wǎng)絡(luò)的時延越小、丟包率越低，網(wǎng)絡(luò)所具備的帶寬越大，則表明該網(wǎng)絡(luò)的性能越好，服務(wù)質(zhì)量越高。在無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信基站，應(yīng)該能夠滿足不同的業(yè)務(wù)開展需求。在提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的同時，也應(yīng)該提高網(wǎng)絡(luò)的安全水平，可以從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的加密等方面提供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全水平。在對信息的加密過程中，應(yīng)該保證具有較好的用戶體驗，不能出現(xiàn)較長的時延，也不能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的頻繁中斷，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠運行。在電力行業(yè)中，一般需要采用電力專用的數(shù)據(jù)加密算法，對網(wǎng)絡(luò)中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加解密操作。通過采用LTE230無線通信技術(shù)構(gòu)建無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可以滿足未來智能電網(wǎng)發(fā)展對通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。

4 小結(jié)

LTE230無線通信技術(shù)目前已經(jīng)在電網(wǎng)企業(yè)中得到了相關(guān)的應(yīng)用，本文對LTE230無線通信技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)原理進行了分析，并分析了業(yè)務(wù)接口的IP優(yōu)化方法，對于提高LTE230無線通信技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用范圍具有一定的意義。