鹿 優(yōu)，徐 偉

（國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 泰安271000）

0 引言

隨著配電自動(dòng)化升級(jí)改造的不斷深化，各類終端接入增多，智能配電網(wǎng)對(duì)通信的需求與日俱增，同時(shí)，由于電能替代的推廣以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的深度應(yīng)用，用戶對(duì)供電服務(wù)質(zhì)量和效率提出更高要求。供電企業(yè)正依托信息技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)營(yíng)配[1]業(yè)務(wù)融合，建立網(wǎng)格化的供電服務(wù)模式，支撐新業(yè)務(wù)推廣，構(gòu)建快速響應(yīng)的服務(wù)前端，建設(shè)業(yè)務(wù)協(xié)同運(yùn)行、人員一專多能、服務(wù)一次到位的“全能型”[2]供電所。供電服務(wù)創(chuàng)新了工作開展方式，配置了智能移動(dòng)終端[3]，實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)的集成、多部門的協(xié)作和多專業(yè)的融合，簡(jiǎn)化了業(yè)務(wù)辦理手續(xù)，實(shí)現(xiàn)客戶訴求的快速響應(yīng)和“一站式”管理，體現(xiàn)了“以客戶為中心”，也對(duì)通信提出更高要求。

1 實(shí)施背景及創(chuàng)新思路

由于供電企業(yè)信息內(nèi)網(wǎng)輻射范圍有限，通信方式和信息安全限制了業(yè)務(wù)開展。目前，用電信息采集、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、電費(fèi)繳納、搶修通電等業(yè)務(wù)由租用運(yùn)營(yíng)商的GPRS／2G／3G公共通信網(wǎng)承載，雖然能夠與客戶保持良好的溝通和交互，一定程度滿足業(yè)務(wù)對(duì)通信的需求，但是仍然存在運(yùn)營(yíng)成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、故障處理慢、可控性低等問(wèn)題。

無(wú)線通信技術(shù)與電力系統(tǒng)采用的光纖、載波、微波、衛(wèi)星等眾多傳統(tǒng)通信方式相比，擁有敷設(shè)靈活、維護(hù)便捷、經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)搭建承載配用電業(yè)務(wù)的電力無(wú)線專網(wǎng)，確保配電自動(dòng)化、用電信息采集、負(fù)荷控制等業(yè)務(wù)傳輸?shù)陌踩?、?shí)時(shí)性和可靠性，能夠滿足目前智能配電網(wǎng)發(fā)展以及各類配用電終端接入對(duì)通信的巨大需求，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠打通智能電網(wǎng)通信的“最后一公里”[4]。當(dāng)前，電力無(wú)線專網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)工作正在進(jìn)行中，可以預(yù)見(jiàn)的是承載配用電業(yè)務(wù)的通道將從租用的公網(wǎng)向電力無(wú)線專網(wǎng)過(guò)渡。此外，為應(yīng)對(duì)配用電工作場(chǎng)景的復(fù)雜性，通常需要移動(dòng)充電、應(yīng)急照明、信息存儲(chǔ)和精確定位等功能作為支撐。在過(guò)渡過(guò)程中，綜合考慮以上情況，擬以技術(shù)革新的方式，在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的延伸方式和相關(guān)功能的集成應(yīng)用方面尋求創(chuàng)新和突破，以適應(yīng)配電網(wǎng)各項(xiàng)工作情境，滿足供用電多種業(yè)務(wù)需求。

2 技術(shù)路線

該項(xiàng)創(chuàng)新的主旨是無(wú)線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的創(chuàng)新應(yīng)用，主要技術(shù)路線是在保證安全性和可靠性的前提下，充分發(fā)揮無(wú)線通信的靈活性，將承載不同業(yè)務(wù)的供電企業(yè)信息內(nèi)網(wǎng)[5]和信息外網(wǎng)[6]延伸到配用電各個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)一步滿足配電自動(dòng)化運(yùn)維、用電服務(wù)、應(yīng)急搶修等業(yè)務(wù)開展對(duì)通信的需求，同時(shí)提供移動(dòng)充電、應(yīng)急照明、信息存儲(chǔ)和精確定位等輔助功能支持。具體實(shí)施分為兩步：第一步是設(shè)計(jì)并部署一種主從式模塊化多用途通信裝置；第二步是在配網(wǎng)主干節(jié)點(diǎn)和供電服務(wù)關(guān)鍵區(qū)域部署無(wú)線AP[7]。

第一步是關(guān)鍵。以平臺(tái)思維和跨界思維為導(dǎo)向，創(chuàng)新功能集成形式，將支持多種工作場(chǎng)景的功能，以模塊化的形式集成在通信裝置中，將主從式無(wú)線路由通信設(shè)備[8]作為裝置的核心，支持一定范圍的無(wú)線通信組網(wǎng)，發(fā)揮無(wú)線信號(hào)路由或中繼的作用，提升工作現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度和覆蓋廣度，保障雙通道通信鏈路暢通[9]。可將這種通信裝置部署至配電運(yùn)檢工區(qū)和供電營(yíng)業(yè)廳。

第二步作支撐。在配網(wǎng)主干節(jié)點(diǎn)和供電服務(wù)關(guān)鍵區(qū)域部署無(wú)線AP，利用電力線路分布廣泛的優(yōu)勢(shì)和配電自動(dòng)化升級(jí)改造的基礎(chǔ)，按照無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)延伸需求，在線路桿塔上裝設(shè)無(wú)線AP，將企業(yè)內(nèi)網(wǎng)有線信號(hào)轉(zhuǎn)為無(wú)線信號(hào)，形成獨(dú)立的無(wú)線Mesh[10]通信網(wǎng)，為第一步設(shè)計(jì)的多用途通信裝置的主從式通信模塊提供無(wú)線信號(hào)接入服務(wù)，拓展多用途通信裝置的應(yīng)用空間。

3 裝置創(chuàng)新

該項(xiàng)創(chuàng)新的核心體現(xiàn)在“主從式模塊化多用途通信裝置”的設(shè)計(jì)。該裝置主要由三部分組成：模塊化設(shè)備固定框架、主從式通信模塊、多用途功能模塊，其中多用途功能模塊為支撐無(wú)線通信和改善工作條件提供輔助功能，包括電源模塊、照明模塊、存儲(chǔ)模塊、管理模塊（可集成在業(yè)務(wù)終端或以APP形式通過(guò)手機(jī)管理）。主從式模塊化多用途通信裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要功能如圖2所示。

圖1 主從式模塊化多用途通信裝置結(jié)構(gòu)組成

3.1 模塊化設(shè)備固定框架

模塊化設(shè)備固定框架具有三層伸縮蜂巢結(jié)構(gòu)，每層4個(gè)模塊單元，由蜂巢形態(tài)的軟質(zhì)材料保護(hù)并固定各單元中的設(shè)備，各層之間依靠溝槽滑道實(shí)現(xiàn)伸縮和形狀變化，蜂巢結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，裝填入各模塊設(shè)備后的蜂巢結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，將固定設(shè)備后的蜂巢結(jié)構(gòu)置于框架中組成完整的設(shè)備形態(tài)，如圖1（c）所示。在裝置移動(dòng)過(guò)程中，可將框架收縮為長(zhǎng)方形，如圖1（d）所示；應(yīng)用于室內(nèi)業(yè)務(wù)時(shí)，可將框架拉伸為“X”形，如圖1（e）所示，便于信息內(nèi)、外網(wǎng)通信設(shè)備的架設(shè)和信號(hào)輻射；應(yīng)用于戶外業(yè)務(wù)以及暗夜施工時(shí)，可將框架拉伸為“V”形，如圖1（f）所示，便于在延伸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，提供移動(dòng)電源和應(yīng)急照明?？蚣艿撞靠砂惭b支架，支架可用于支撐、手持或安裝背帶，如圖2（a）所示?？蚣軆蓚?cè)可安裝應(yīng)急照明固定架，用于安裝和轉(zhuǎn)動(dòng)LED應(yīng)急燈，如圖2（c）所示。

圖2 主從式模塊化多用途通信裝置主要功能

3.2 主從式通信模塊

主從式通信模塊包含1臺(tái)信息內(nèi)網(wǎng)通信主機(jī)、4臺(tái)信息內(nèi)網(wǎng)通信子機(jī)（2臺(tái)無(wú)線中繼子機(jī)、2臺(tái)電力線中繼子機(jī)）、1臺(tái)信息外網(wǎng)通信主機(jī)、4臺(tái)信息外網(wǎng)通信子機(jī)（2臺(tái)無(wú)線中繼子機(jī)、2臺(tái)電力線中繼子機(jī)）。主從式通信模塊搭載了信息內(nèi)網(wǎng)和信息外網(wǎng)兩套主從式通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了通信設(shè)備的物理隔離。主從式通信設(shè)備是“主機(jī)-子機(jī)-一拖多”的形式，子機(jī)作為主機(jī)的中繼，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的作用，以延伸無(wú)線通信網(wǎng)的覆蓋范圍，建立“以主機(jī)為核心、子機(jī)為支撐”的主從式無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)[11]。支持兩種中繼方式：無(wú)線中繼、電力線中繼。在無(wú)線中繼模式下，主機(jī)、子機(jī)之間以2.4 GB、5 GB雙頻通信，以5 GB為發(fā)射頻率，以2.4 GB為接收頻率，實(shí)現(xiàn)全速傳輸，可承載視頻會(huì)議等高清業(yè)務(wù)；在電力線中繼模式下，主機(jī)、子機(jī)之間通過(guò)電力線傳輸信號(hào)，增強(qiáng)無(wú)線信號(hào)在不同房間的覆蓋范圍。所以，電力線中繼方式更適用于室內(nèi)作業(yè)環(huán)境，無(wú)線中繼方式較側(cè)重于戶外作業(yè)場(chǎng)景。此外，主從通信設(shè)備均帶有網(wǎng)口，在能夠使用網(wǎng)線連接主從設(shè)備的情況下，能夠提供更優(yōu)的傳輸品質(zhì)。主從式通信模塊的應(yīng)用狀態(tài)如圖2（b）、（c）所示。

主機(jī)支持千兆網(wǎng)口、千兆Wi-Fi[12]、透射能力強(qiáng)，使用裝置中電源模塊的充電寶作為電源，信息內(nèi)網(wǎng)主機(jī)經(jīng)過(guò)內(nèi)部認(rèn)證和注冊(cè)后，可經(jīng)過(guò)防火墻、安全接入網(wǎng)關(guān)、隔離裝置接入至信息內(nèi)網(wǎng)，同時(shí)與企業(yè)應(yīng)急通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，共同構(gòu)建高速移動(dòng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)；信息外網(wǎng)主機(jī)可以租用運(yùn)營(yíng)商公共網(wǎng)絡(luò)通道，具備隨身Wi-Fi功能。子機(jī)為即插即用式無(wú)線路由，無(wú)線中繼子機(jī)內(nèi)置充電寶作為電源，電力線中繼子機(jī)以市電作為電源。

3.3 多用途功能模塊

多用途功能模塊由電源模塊、照明模塊、存儲(chǔ)模塊、管理模塊組成。電源模塊包含2塊折疊式太陽(yáng)能光伏發(fā)電板、1塊大容量鋰電池、2塊便攜式鋰電池、1個(gè)整流逆變器，主要為整個(gè)裝置提供交直流電能，支持太陽(yáng)能光伏充電、市電充電，可為移動(dòng)設(shè)備提供充電服務(wù)，如圖2（c）所示；照明模塊包含2塊LED應(yīng)急燈，可以固定在裝置外側(cè)，提供便攜式應(yīng)急照明，如圖2（c）所示；存儲(chǔ)模塊包含1塊企業(yè)內(nèi)網(wǎng)移動(dòng)存儲(chǔ)硬盤、1塊企業(yè)外網(wǎng)移動(dòng)存儲(chǔ)硬盤，具有USB高速接口，分別存儲(chǔ)來(lái)自不同網(wǎng)絡(luò)的信息資料，做到物理隔離、內(nèi)網(wǎng)加密；管理模塊是1臺(tái)平板電腦，支持拍攝、錄像、北斗／GPS定位，用于管理和配置主從式通信模塊、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)和整流逆變狀態(tài)、管控存儲(chǔ)硬盤和電池容量、提供位置信息、與相關(guān)業(yè)務(wù)終端和移動(dòng)通信設(shè)備互聯(lián)。

4 安全防護(hù)策略

安全防護(hù)是無(wú)線通信技術(shù)在推廣過(guò)程中必須考慮和優(yōu)化的首要問(wèn)題，也是直接影響本項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用前景的關(guān)鍵因素。

本項(xiàng)創(chuàng)新的應(yīng)用環(huán)境為電力企業(yè)信息內(nèi)網(wǎng)和信息外網(wǎng)，基于已有的信息安全防護(hù)體系要求，信息內(nèi)網(wǎng)與信息外網(wǎng)要繼續(xù)維持強(qiáng)隔離部署。安全防護(hù)要以“網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”[13]為原則，定制的電力專用智能移動(dòng)終端擁有加密設(shè)置，可以通過(guò)電力無(wú)線專網(wǎng)經(jīng)由“防火墻-安全接入網(wǎng)關(guān)-隔離裝置”[14]接入信息內(nèi)網(wǎng)，從而與生產(chǎn)信息系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，應(yīng)從邊界安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、終端安全等關(guān)鍵要素上建立無(wú)線通信安全防護(hù)體系。

在邊界安全方面，信息內(nèi)網(wǎng)無(wú)線接入邊界需要重點(diǎn)關(guān)注；在應(yīng)用安全方面，移動(dòng)終端應(yīng)用要采取APP加密保護(hù)等措施確保無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的安全；在數(shù)據(jù)安全方面，儲(chǔ)存終端數(shù)據(jù)的TF卡應(yīng)加密[15]；在網(wǎng)絡(luò)安全方面，經(jīng)無(wú)線通道傳輸數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)過(guò)“防火墻-安全接入網(wǎng)關(guān)-隔離裝置”的認(rèn)證；在終端安全方面，部署的定制化智能移動(dòng)終端應(yīng)在信息內(nèi)網(wǎng)注冊(cè)，且采取終端安全狀況監(jiān)測(cè)和軟件完整性校驗(yàn)等措施確保終端安全。

5 成效分析

該項(xiàng)創(chuàng)新的成效主要有兩方面：一方面是應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)延伸，使智能電網(wǎng)配用電終端與信息內(nèi)、外網(wǎng)互聯(lián)互通、相互匹配，改善了通信運(yùn)行方式和業(yè)務(wù)承載；另一方面是通過(guò)通信裝置的技術(shù)革新，將無(wú)信通信技術(shù)與配用電業(yè)務(wù)相結(jié)合，拓展推廣應(yīng)用前景。

5.1 網(wǎng)絡(luò)延伸帶來(lái)的效益

信息內(nèi)網(wǎng)是與信息外網(wǎng)物理隔離的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)無(wú)線通信延伸的信息內(nèi)網(wǎng)可以承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，也可以通過(guò)裝設(shè)防火墻、安全接入網(wǎng)關(guān)和隔離裝置，在滿足邊界安全的基礎(chǔ)上，將目前由公網(wǎng)承載的配用電業(yè)務(wù)經(jīng)“無(wú)線網(wǎng)—信息外網(wǎng)—信息內(nèi)網(wǎng)”的路徑導(dǎo)入信息內(nèi)網(wǎng)，作為用電信息采集、裝表接電、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、應(yīng)急搶修等業(yè)務(wù)的通道或備份通道，也能夠根據(jù)需求調(diào)整承載的業(yè)務(wù)或與電力生產(chǎn)管理信息網(wǎng)、電力應(yīng)急通信系統(tǒng)相互銜接，將增強(qiáng)信息內(nèi)網(wǎng)和信息外網(wǎng)的靈活性和可控性，從智能電網(wǎng)發(fā)展和信息安全的長(zhǎng)遠(yuǎn)著眼，將降低運(yùn)營(yíng)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 技術(shù)革新產(chǎn)生的效益

以技術(shù)革新的方式推動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用和推廣。設(shè)計(jì)了主從式模塊化多用途通信裝置，裝置以通信功能為主，融合了存儲(chǔ)、電源、照明、定位等多種輔助功能，具有主從式模塊化的組成結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了靈活搭配、功能融合和狀態(tài)管控，具有較強(qiáng)適應(yīng)性、較高可靠性和較佳便攜性，推廣應(yīng)用的前景較好。

在適應(yīng)性方面，該裝置適用于多個(gè)工種、適應(yīng)多個(gè)場(chǎng)景、具備多種功能。其中，多工種包含供電服務(wù)、配電搶修、線路巡檢、應(yīng)急通信等；多場(chǎng)景包含室內(nèi)業(yè)務(wù)開展（智能營(yíng)業(yè)廳、視頻會(huì)議等）、戶外業(yè)務(wù)開展（用電宣傳、片區(qū)巡檢、配電施工與搶修、應(yīng)急通信與照明等）；多功能包含信息內(nèi)外網(wǎng)通信、視頻會(huì)議、移動(dòng)設(shè)備充電、信息查詢檢索、信息儲(chǔ)存、應(yīng)急照明、位置定位等。

在可靠性方面，該裝置搭載兩套主從式通信設(shè)備將信息內(nèi)、外網(wǎng)進(jìn)行物理隔離，按照安全策略構(gòu)建信息安全防護(hù)體系，能夠保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不泄露和通信過(guò)程的安全可靠。

在便攜性方面，該裝置可架設(shè)于室內(nèi)，固定位置使用；可固定在車箱內(nèi)，隨載具機(jī)動(dòng)；可置于背囊中，由單人背負(fù)攜行。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和在配電網(wǎng)中的試點(diǎn)應(yīng)用，其所具有的傳統(tǒng)通信方式無(wú)法比擬的靈活性將得以充分發(fā)揮，不僅能夠滿足大量終端的通信需求和信號(hào)的廣域覆蓋，而且符合智能電網(wǎng)對(duì)通信時(shí)延和安全的要求，智能電網(wǎng)“最后一公里”的通信必將是由無(wú)線通信解決。