馬鋒

(重慶市電力公司江北供電局，重慶 401147)

1.前言

目前，電力通信專網(wǎng)大量的使用了光纖這種方式組網(wǎng)，一旦出現(xiàn)自然災(zāi)害，將對(duì)光纜的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅，很可能出現(xiàn)光纜大面積中斷的情況，而光纜的搶修又要在條件滿足的情況下進(jìn)行，需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，這將對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

2 無(wú)線通信組網(wǎng)技術(shù)

無(wú)線通信一般由無(wú)線基站、無(wú)線終端及應(yīng)用管理服務(wù)器等組成，目前基于該技術(shù)的無(wú)線通信技術(shù)主要有：WLAN、WiMax、WMN、3G等4種技術(shù)。

2.1 WLAN技術(shù)

2.1.1 WLAN是利用無(wú)線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無(wú)線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN的功能，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接人。WLAN技術(shù)也稱為wi-Fi技術(shù)，目前有三個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi的覆蓋范圍可達(dá)90m左右，傳輸速度快，802.1lb的帶寬可以達(dá)到11Mbit／s，而802.11a及802.11g更可達(dá)54Mbit／s。該技術(shù)可以組建無(wú)線局域網(wǎng)，特別在同一層樓內(nèi)的辦公室可以使用無(wú)線辦公，其傳輸速率可以有效的滿足寬帶聯(lián)網(wǎng)的需求。

2.1.2 WIAN組網(wǎng)方案，即由AC(接人控制點(diǎn))+AP(接入點(diǎn))+無(wú)線網(wǎng)卡+網(wǎng)絡(luò)管理組成。

2.1.3 盡管Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)在應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，所以非常容易受到來(lái)自外界的攻擊。

圖1 WiMax組網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案

2.2 WiMax技術(shù)

2.2.1 WiMax技術(shù)簡(jiǎn)介

WiMax使用的標(biāo)準(zhǔn)有802.16d和802.16e兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線信號(hào)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50公里。WiMax是一項(xiàng)新興的無(wú)線通信技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，適用于靜止和半靜止?fàn)顟B(tài)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，其傳輸速率可達(dá)10M一70M左右，能完全滿足寬帶上網(wǎng)的需求。802.16e標(biāo)準(zhǔn)定義了空中的物理層與MAC層，802.16e接人IP核心網(wǎng)，也可以提供VIP業(yè)務(wù)，支持一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。

WiMax是提供最后一英里的無(wú)線寬帶接入技術(shù)，可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式來(lái)。WiMax將提供固定、移動(dòng)、便攜形式的無(wú)線寬帶連接，并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供無(wú)線寬帶連接。

2.2.2 WiMax組網(wǎng)方案

WiMax系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括WiMax終端、WiMax無(wú)線接入網(wǎng)和WiMax核心網(wǎng)3部分，如圖1所示。根據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用場(chǎng)景不同，WiMax終端包括固定(802.16-2004)、便攜和移動(dòng)(802.16e)三種類型。而WiMax接人網(wǎng)主要指基站，需要支持無(wú)線資源管理等功能，有時(shí)為方便和其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，還需要包含認(rèn)證和業(yè)務(wù)授權(quán)(ASA)服務(wù)器。而核心網(wǎng)主要用于解決用戶認(rèn)證、漫游等功能及作為與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口。

2.2.3 WiMax優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

從安全性看，WiMax提供了加密機(jī)制，它在介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)中定義了一個(gè)加密子層，支持128位、192位及256位加密系統(tǒng)，通過(guò)使用數(shù)字證書(shū)的認(rèn)證方式，確保了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸?shù)男畔⒌玫桨踩Ｗo(hù)。

從成熟度看，WiMax是一個(gè)先進(jìn)的技術(shù)，推出相對(duì)較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問(wèn)題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。

從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號(hào)覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好是未來(lái)移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向，提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

2.3 WMN技術(shù)分析

2.3.1 WMN技術(shù)簡(jiǎn)介

WMN即無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)，是移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形態(tài)，它的早期研究均源于移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究與開(kāi)發(fā)。它是一種高容量高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)，不同于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以看成是一種WLAN和AdHoc網(wǎng)絡(luò)的融合，且發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢(shì)，作為一種可以解決"最后一公里"瓶頸問(wèn)題的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。WMN具有寬帶無(wú)線匯聚連接功能、有效的路由及故障發(fā)現(xiàn)特性、無(wú)需有線網(wǎng)絡(luò)資源等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，它可以與多種寬帶無(wú)線接入技術(shù)如802.11、802.16、802.20以及3G移動(dòng)通信等相結(jié)合，組成一個(gè)多跳無(wú)線鏈路的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這種無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以有效減少故障干擾、降低發(fā)射器功率、延長(zhǎng)電池使用壽命、極大的提高頻率復(fù)用度，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，并有效的提高通信可靠性。

2.3.2 WMN組網(wǎng)方案

在使用無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)中，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈格柵狀，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由下列組成部分構(gòu)成：智能接人點(diǎn)(IAP／AP)；無(wú)線路由器(WR)；終端用戶／設(shè)備(Client)。

2.3.3 WMN優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

從安全性看，目前802.11Mesh網(wǎng)的安全方案主要是Tropos的TroposMetroMesh方案和Nortel的方案。Tropos Metro Mesh方案，采用了多層安全架構(gòu)，對(duì)客戶機(jī)提供WEP、WPA保護(hù)；對(duì)無(wú)線路由器間的數(shù)據(jù)采用64／128 bit WEP或128bitAES加密；同時(shí)使用VPN來(lái)增強(qiáng)整體的安全性。鏈路層的保護(hù)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制的第一步，但是單獨(dú)的鏈路層保護(hù)不能提供對(duì)敏感數(shù)據(jù)的保護(hù)。Nortel在安全方面也別具特色。每個(gè)無(wú)線路由器間均建立經(jīng)過(guò)加密的IPSec隧道。以便安全地傳送所有用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、內(nèi)部信令處理和管理信息，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)在無(wú)線路由器之間的傳送都處于IPSec保護(hù)之下。

從成熟度看，WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時(shí)沒(méi)有一個(gè)成熟的產(chǎn)品系列來(lái)支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無(wú)線寬帶接人中有著廣闊的應(yīng)用空問(wèn)，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)、交通等等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN更好的與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。

3 在電力通信專網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 電力對(duì)露線通信網(wǎng)絡(luò)的需求

3.1.1 災(zāi)難時(shí)應(yīng)急：采用無(wú)線通信系統(tǒng)是作為電網(wǎng)運(yùn)行在災(zāi)難時(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)最佳選擇，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)或光纜故障不能及時(shí)維修時(shí)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)可作為應(yīng)急通信方式。

3.1.2 遠(yuǎn)距離接入延伸：對(duì)于變電站、城域網(wǎng)遠(yuǎn)距營(yíng)業(yè)所節(jié)點(diǎn)，由于距離遠(yuǎn)，敷設(shè)光纜費(fèi)用昂貴，可考慮采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行電力通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，解決因光纜敷設(shè)而產(chǎn)生的高額費(fèi)用問(wèn)題，同時(shí)可解決變電站、供電所等節(jié)點(diǎn)的覆蓋問(wèn)題。

3.1.3 用戶抄表：采用無(wú)線通信系統(tǒng)，將可以達(dá)到對(duì)用戶用電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。隨著這種技術(shù)的延伸，還可以對(duì)用戶進(jìn)行精確控制。

3.1.4 配網(wǎng)自動(dòng)化：目前我國(guó)的配網(wǎng)自動(dòng)化上還很薄弱，采用無(wú)線通信技術(shù)可快速覆蓋各節(jié)點(diǎn)，并節(jié)省大量的線纜投資，快速為用戶提供服務(wù)。

3.1.5 新建變電站臨時(shí)通信方案：在變電站建設(shè)期間，由于電力通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)嚴(yán)重受限于變電站機(jī)房環(huán)境、線路施工條件，而電力通信網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通又是變電站投產(chǎn)必不可缺少的前提條件，因此，通信工程的建設(shè)時(shí)間常常不多，還經(jīng)常發(fā)生光纜無(wú)法按時(shí)投產(chǎn)的情況，因此，采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行光纜線路投產(chǎn)前的通信方案組織是一種快捷、方便的選擇。

3.1.6 小范圍覆蓋：對(duì)于變電站、電廠、電力樓宇等區(qū)域，可以考慮采用無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)、語(yǔ)音網(wǎng)的無(wú)線覆蓋，在業(yè)務(wù)流量需求不太大的地方，采用這種方式，可以取代綜合布線系統(tǒng)，避免昂貴的布線費(fèi)用，同時(shí)可以提供便捷、快速的接入方式。

3.2 組網(wǎng)方案

綜上所述，電力通信專網(wǎng)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的需求主要體現(xiàn)在應(yīng)急通信、配網(wǎng)通信、無(wú)光纜覆蓋的廠站等節(jié)點(diǎn)臨時(shí)通信幾個(gè)方面，而為避免網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重復(fù)投資，也避免出現(xiàn)應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)在日常情況下閑置的現(xiàn)象，通過(guò)各方面需求的建設(shè)方案的分別分析，達(dá)到各自的解決方案，并得到不同解決方案的交集，以此交集來(lái)進(jìn)行電力通信專網(wǎng)的應(yīng)急用心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，如圖2所示

圖2 無(wú)線技術(shù)在電力應(yīng)用總況

從圖2分析也可以看出，適合電力通信專網(wǎng)應(yīng)急通信的技術(shù)有WiMax、WMN、衛(wèi)星通信等幾種技術(shù)，而適合配網(wǎng)通信的技術(shù)有WiMax技術(shù)，各種需求的解決方案的交合點(diǎn)是WiMax技術(shù)。而為避免網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重復(fù)投資，也避免出現(xiàn)應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)在日常情況下閑置的現(xiàn)象，可將WiMax技術(shù)結(jié)合WLAN技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行綜合解決方案研究，并注意結(jié)合目前光纖傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和微波網(wǎng)的現(xiàn)狀，充分利用光纖傳輸網(wǎng)和微波網(wǎng)的資源，使得無(wú)線通信技術(shù)在電網(wǎng)中不僅僅是為應(yīng)急通信而建設(shè)，在平常情況下仍然可以作為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)使用。具體方案是在各個(gè)220kV／110kV變電站／供電N／高山上建設(shè)WiMax基站，而各配網(wǎng)業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)DTU、刑、刑以及搶修車(chē)輛、災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)、應(yīng)急通信需求現(xiàn)場(chǎng)配置WiMax CPE終端進(jìn)行回傳，而各基站則采用光纖傳輸網(wǎng)、IP數(shù)據(jù)網(wǎng)、微波網(wǎng)、衛(wèi)星通信接人配網(wǎng)中心、應(yīng)急指揮中心等，使得該網(wǎng)絡(luò)在災(zāi)變的適合可以利用微波網(wǎng)、衛(wèi)星通信等基礎(chǔ)平臺(tái)迅速建立電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，滿足各災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)需求，而在日常中可以利用光纖傳輸網(wǎng)、IP數(shù)據(jù)網(wǎng)作為配網(wǎng)自動(dòng)化的專用通信網(wǎng)絡(luò)，以滿足配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信通道的需求。

在本方案中，各WiMax基站采用光纖傳輸網(wǎng)、IP數(shù)據(jù)網(wǎng)、微波網(wǎng)、衛(wèi)星通信等技術(shù)組成電力通信專網(wǎng)的WiMax網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)，形成WiMax網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)部分。在實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)急通信需要解決語(yǔ)音指揮系統(tǒng)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

WiMax技術(shù)不但適合用于建設(shè)電力系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，也適合于建設(shè)配網(wǎng)通信系統(tǒng)，而且在經(jīng)濟(jì)上是可行的。同時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)并不會(huì)象通常的應(yīng)急通信系統(tǒng)一樣處于閑置狀態(tài)，通過(guò)結(jié)合配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)綜合考慮，充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源。

[1]周建勇.《無(wú)線通信技術(shù)及在電力通信專網(wǎng)中的應(yīng)用》.2008年4期.