基于McWiLL的无线专网技术在配电网通信中的应用

来源:用户上传      作者: 李 鹏

　　摘要：介绍了目前配电网自动化通信系统常见的组网方式和所采用的通信技术，并加以比较，提出基于McWiLL的无线专网技术，以其易安装、覆盖范围广、安全性高、无线传输带宽高、非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强等特点可以作为配电网通信系统建设的有益补充。
　　关键词：配电自动化；通信；McWiLL
　　作者简介：李鹏（1974-），男，宁夏中宁人，宁夏吴忠供电局，工程师。（宁夏 吴忠 751100）
　　中图分类号：TM734  文献标识码：A  文章编号：1007-0079（2011）36-0109-02
　　
　　随着国家电网公司全面建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网工作的深入开展，配电网作为智能电网的重要环节之一，其智能化水平直接关系到国家电网公司建设统一坚强智能电网目标的实现，而配电自动化是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段，也是实现智能电网的重要基础之一。随着无线通信技术的快速发展，其灵活性、易实施性和低成本得到了很好的体现，基于McWill的无线通信技术以其安全性、可靠性、灵活性在某些专业领域得到了应用，它能不能作为配网通信技术的一种有益补充，本文将做初步的探讨。
　　一、配电网通信系统现状及常用通信技术比较
　　1.配电网通信系统现状
　　配电网通信系统一般分为主站层、子站层、配电终端三个层次结构，主站与子站之间，形成通信的骨干网架，子站之间形成子站层（汇聚层），子站与配电终端及用电信息采集器形成接入层。
　　目前国内35kV及以上变电站基本建立SDH/MSTP的电力骨干光纤通信网络，大都实现了环网自愈功能，具备了向下（10kV）延伸的网络基础，主站与子站之间以及子站与子站之间基本形成SDH/MSTP光纤自愈环网。
　　接入层情况较为复杂，往往因地理环境、施工条件、功能需求、资金投入等多方面因素，各地都因地制宜采取了多种多样的通信方式，但一般都采用有线和无线通信，有线通信包括光纤、中低压电力线载波（PLC）、电话线、同轴电缆等，主要用于开闭所DTU、柱上开关FTU等的连接，无线通信主要应用于终端数据采集，一般采用公网GPRS/GSM/CDMA等方式。
　　2.几种主要通信技术的应用比较
　　正如上面提到的，主站层与子站层的通信已有相对成熟的模式，目前配电网主站层、子站层通信网往往采取SDH/MSTP光纤环网，一是因为光纤通信具有高可靠性、大容量等优点，更主要的是因为在过去几年中，骨干网架的建设，都有相当的投入，往往在规划之初，就随同一次网架的建设同杆架设光缆或地埋光缆，具备这样的物理条件，所以主站层和子站层通信采用光纤较其它通信方式有着不可替代的优势。
　　对于接入层来说，主要是实现各开关站、开闭所等重要站所与终端设备的联网，以实时传输数据。从功能需求和其本身的高可靠性上来比较，首选是光纤通信，但现实情况是配电终端分布往往点多面广，且单点传输数据量很小，又因为大多分布在城市的大街小巷，地理环境非常复杂，完全敷设光缆，具有极大的难度，投资也会成倍增加。
　　对于中低压电力线载波通信来说，它可以利用现有电力线作为传输介质来传输数据，具有投资少，见效快、与电网建设同步等得天独厚的条件，但电力线载波方式用于配电网时会因为有分支而使配线信号衰减、反射。
　　目前，也有很多地方采用公网GPRS/CDMA无线通信方式。这种方式利用公众运营商现有的网络实现电力数据的回传工作，具有投资少，见效快的优势，对解决一部分电力采集点的数据信息回传工作，起到了一定的效果。
　　综上分析可以看出，对于配电网通信接入层，现有这些技术的应用都或多或少的有不同程度的致命弱点。解决这些问题，一方面要根据实际情况，因地制宜地采取不同通信方式综合应用，另一方面，就要寻求一种新的技术来弥补以上缺点，使其优点最大化。
　　二、McWiLL技术在配电网通信中应用的可行性
　　以WiMAX、McWiLL等新一代宽带无线通信系统为代表的无线通信技术凭借着易安装、覆盖范围广、无线传输带宽高、非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力等特点可以弥补有线光纤网络在配网自动化系统中的局限性和不足，通过无线传输方式可以便捷、快速的完成配网自动化信息的传输工作，为配网自动化系统的建设提供切实有效的传输解决手段。
　　同时宽带无线通信系统本身其终端具有高稳定性，由于终端与基站之间采用无线链路的方式进行通信，避免了光纤链路损坏这部分的维护量，所以McWiLL的整体维护量应远小于同等条件下光纤的维护量。
　　1.McWiLL无线宽带通信技术
　　McWiLL®（Multi-carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路）宽带无线接入系统是我国自主研发的新一代宽带无线接入技术，McWiLL采用国际最先进的码扩正交频分多址（CS-OFDMA）、智能天线、空间零陷、联合检测等无线通信技术，使其无线性能远远高出现有的宽带无线通信（BWA）技术，包括WiFi、微波以及WiMAX技术。
　　McWiLL系统具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等先进优势，使其广泛的用于公网、电力、水利、油田、煤炭、制造业等行业用户，为用户提供可靠的无线数据语音传输平台。目前McWiLL已成为国际电信联盟（ITU）宽带无线接入国际标准。
　　2.McWiLL与WiMAX的比较
　　根据目前的宽带无线通信技术的应用来看，WiMAX和McWiLL技术均可以满足配网自动化系统接入层对通信技术的要求，两种宽带无线通信均为宽带无线国际标准技术，在产品成熟度、稳定性方面可以达到电力通信网络要求，WiMAX和McWiLL两种宽带无线通信技术在无线带宽、覆盖范围、关键技术等方面指标基本相同，但是在终端类型、应用开发等方面McWiLL技术具有一定的优势，同时McWiLL作为中国自主知识产权的通信技术，具备更好的安全保密性。
　　McWiLL宽带无线通信系统较WiMAX具有完备的安全体系。支持对终端设备接入认证，对业务的鉴权，和对加密业务的鉴权；接入认证采用自主研发的鉴权算法和三方认证方式。
　　根据以上对比分析，McWiLL作为我国自主知识产权的通信技术在技术性能指标、业务提供能力、系统安全保密等方面相比WiMAX具有明显的优势和前景，符合电力宽带无线通信系统的建设要求，可以推进配电网自动化通信系统的快速、高质建设。
　　三、McWiLL的组网方案
　　1.McWiLL的组网模式
　　McWiLL的组网方式，主站层和子站层均利用现有的SDH/MSTP网络提供的IP网络功能，在相应子站建立基站，基站包括天线和网络设备，天线则根据具体地理条件选择铁塔或杆塔，在终端设备，包括DTU、FTU等，安装相应的采集卡，通信模块往往集成在采集卡上，从而完成各地的电力配电设备的相关数据的无线传输工作，在主站，有相应的核心设备，接受处理相应数据，在每个配电设备上连接McWiLL终端设备（MEM），即可实现配网自动化业务。
　　2.主要技术性能
　　（1）对外接口。McWiLL系统通过标准TCP/IP协议可实现与其它系统的连接和信息传输，终端提供标准RS232串口和RJ45网口两种通信接口，可与终端采集设备实时互通。

　　（2）系统保护备份设计。通过本身具有基站射频单元、核心网主控板1+1备份功能，同时可以根据实际的需要提供整机设备的1+1备份功能。
　　（3）系统安全性。McWiLL终端设备（CPE/PDA等）在接入网络时，McWiLL系统将对其硬件设备序列号（EID）、从属基站设定、网络编号（Network ID）进行认证，未在McWiLL网管侧开通的终端设备将无法完成认证过程，系统会拒绝认证不能通过的终端设备接入McWiLL网络。McWiLL®系统支持基于802.1q 的VLAN 功能，将无线宽带网络隔离为不同的虚拟网，增强网络安全性。VLAN 终结模式将McWiLL终端设备划分到不同的虚拟网内，组建用户的无线专网；VLAN透传模式中不同VLAN 流量能够穿透McWiLL终端设备，通过支持802.1q 的交换机将流量隔离到不同的VLAN 中，实现将共用一台McWiLL终端设备的用户数据隔离到不同专网中。
　　McWiLL技术使用自行设计的无线接口协议SWAP＋，从物理层、链路层和网络层提供了无线链路和数据的安全性。McWiLL技术采用码扩OFDMA，其中的码扩技术具有扩频通信中公认的安全性保障。同时McWiLL采用智能天线进行波束赋形，大大降低了信号被窃听的几率，这样在增大系统覆盖范围和提高频谱利用率的同时，也提供了一定的安全性保障机制。
　　为了防止系统受到接入用户的攻击，McWiLL技术禁止客户端与基站通信。根据设置，系统可以禁止客户端与EMS通信，也可以允许指定客户端与EMS通信以为网络管理员提供便捷的远程管理。通过EMS的设置，基站的ARP代理功能提供安全的ARP服务，基站回应来自客户端或网络的ARP信息，在提供客户端之间以及网络端与客户端之间互通的同时拦截ARP广播信息，提高了网络安全性。
　　3.系统适应性
　　作为电力自建的无线通信专网，McWiLL系统具备很高的设备可靠性和抗毁性能，平时McWiLL基站依靠电力自建的光纤传输网络实现与后台中心的数据交互，在遇到突发事件光纤链路中断时，仍然可以依靠自身临时的自组网方式实现信息的应急回传，及基站可以通过自身的终端设备与其他基站实现临时互联，来保证紧急情况或突发事件时的应急应用。同时McWiLL设备在器件选型、产品制造等过程中针对当地自然条件，如风沙、温度等环境特点，进行定制，以适应当地的自然环境特点。
　　四、结束语
　　配网通信建设目前国内还没有统一模式，所应用的技术标准也尚在讨论和制定阶段。各地根据实际情况，对各种通信技术综合利用。McWiLL无线专网凭借着其易安装、覆盖范围广、安全性高、无线传输带宽高、非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强等特点可以弥补有线光纤网络在配网自动化系统中的局限性和不足，特别是在配电网通信接入层，可作为有益的补充。
　　
　　（责任编辑：麻剑飞）
　　

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