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        基于LPWAN技術(shù)的能源電力物聯(lián)專網(wǎng)分析

        2020-11-26 09:40:42賈俊強(qiáng)
        通信電源技術(shù) 2020年15期

        茍 亮,賈俊強(qiáng),曹 澍

        (國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司,新疆 烏魯木齊 831002)

        0 引 言

        近年來(lái)我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速,促進(jìn)了各個(gè)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。其中,能源電力系統(tǒng)方面已有大范圍的通信專網(wǎng)建成并投入使用,使得電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接得以實(shí)現(xiàn)。我國(guó)進(jìn)入能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代后,電氣設(shè)備溫度、智能表計(jì)量數(shù)據(jù)以及用戶電氣運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)方面的工作,都需要更加廣泛的數(shù)據(jù)連接支持。

        1 LPWAN技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

        1.1 成本較低

        LPWAN物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的蜂窩基站相比,低成本的優(yōu)勢(shì)明顯。它的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本只有后者的不到10%,且傳感終端連接芯片的成本也大幅降低,購(gòu)買成本通常不到5美元,最便宜的芯片購(gòu)買成本甚至只有1美元。預(yù)計(jì)該技術(shù)的規(guī)?;A(chǔ)可以達(dá)到數(shù)十億級(jí),因此購(gòu)買芯片的成本還會(huì)進(jìn)一步下降,最終達(dá)到美分級(jí)別??梢?,LPWAN物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)部署和終端連接方面具有明顯的成本優(yōu)勢(shì),能夠有效推動(dòng)小數(shù)據(jù)連接,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海量級(jí)規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng),最終推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用。

        1.2 功耗較低

        LPWAN物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比,能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī),因?yàn)樵摷夹g(shù)中有各種PSM(節(jié)電模式)技術(shù)進(jìn)行輔助。比如,通過(guò)eDRX和PSM兩種技術(shù)可以使NB-loT實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)。終端在PSM模式下雖然注冊(cè)在網(wǎng),但是不能傳達(dá)信令,這樣終端在深睡眠狀態(tài)中停留的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),從而實(shí)現(xiàn)省電和超長(zhǎng)待機(jī)的目的。而eDRX等功能能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)空閑模式下終端的睡眠周期,從而最大程度減少相關(guān)單元不必要的啟動(dòng),大幅提升下行可達(dá)性。

        2 云管端一體化LPWAN技術(shù)運(yùn)營(yíng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)方案分析

        2.1 無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

        在泛感知傳感連接中,無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(IWG)是第一級(jí),主要作用是實(shí)現(xiàn)海量泛感知小數(shù)據(jù)的物理層連接功能。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一種物聯(lián)無(wú)線微基站,與傳統(tǒng)公網(wǎng)宏基站存在很大不同,其中最明顯的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)投資少、耗能低,且能夠隨時(shí)隨地部署,即裝即用,有利于進(jìn)一步擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

        2.2 多業(yè)務(wù)平臺(tái)

        多業(yè)務(wù)平臺(tái)(MSP)在物聯(lián)專網(wǎng)中具有重要作用,本質(zhì)是一個(gè)核心管理系統(tǒng)。多業(yè)務(wù)平臺(tái)可以匯集物聯(lián)網(wǎng)泛感知連接的海量小數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行分析和管理。多業(yè)務(wù)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)多方面的功能,如物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信底層協(xié)議以及擴(kuò)展、數(shù)據(jù)的加密和解密以及解壓縮等。多業(yè)務(wù)平臺(tái)與公網(wǎng)(專網(wǎng))高速寬帶網(wǎng)之間的連接主要通過(guò)云化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,能夠接收來(lái)自無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息[1]。

        2.3 認(rèn)證中心

        對(duì)于能源電力物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)的安全性是重中之重。認(rèn)證中心(AUC)的主要作用是對(duì)傳感終端的接入進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證,并生成相應(yīng)的密匙。在電力專用加密芯片中可以嵌入終端模塊,同時(shí)能夠構(gòu)建私有保密協(xié)議,從而充分保障網(wǎng)絡(luò)的接入和業(yè)務(wù)安全。

        2.4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

        運(yùn)營(yíng)級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電信級(jí)管理,即具備輕量化和高效率特點(diǎn),從而為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供相應(yīng)的服務(wù)。

        2.5 位置計(jì)算服務(wù)器

        在能源電力物聯(lián)專網(wǎng)中,有一些小數(shù)據(jù)需要連接具備一定的移動(dòng)性,且需要為其提供一定的位置服務(wù)。位置計(jì)算服務(wù)器(LCS)的主要功能就是提供定位服務(wù),且其具有低成本和低功耗的特點(diǎn)[2]。

        2.6 業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)

        業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)是運(yùn)營(yíng)級(jí)能源電力物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的重要組成部分,主要包括用戶管理系統(tǒng)、客戶管理系統(tǒng)、流量管理系統(tǒng)以及賬單系統(tǒng)等分系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠BOSS,能夠服務(wù)整個(gè)行業(yè)的客戶。

        3 一網(wǎng)共平臺(tái)多業(yè)務(wù)應(yīng)用分析

        3.1 四表合一應(yīng)用

        在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中,抄表一直都是非常重要的應(yīng)用方向。近些年,智能電表在智能電網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)發(fā)展背景下得到了廣泛應(yīng)用。但是,在實(shí)際生活中,水表、熱表等物聯(lián)網(wǎng)泛在連接常常會(huì)受到信號(hào)覆蓋、功率等問(wèn)題的影響。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、水氣熱等公用事業(yè)公司與各個(gè)地區(qū)的地方政府相配合,對(duì)“四表合一”的具體方法進(jìn)行了研究和探索,最終使用能源電力物聯(lián)專網(wǎng)制定出更加靈活簡(jiǎn)便的解決方案,詳情見圖1。各種水熱電氣表可以通過(guò)以LPWAN技術(shù)為基礎(chǔ)的能源電力物聯(lián)專網(wǎng),隨時(shí)隨地靈活接入,實(shí)現(xiàn)“四表合一”。

        圖1 四表集抄業(yè)務(wù)應(yīng)用

        3.2 源網(wǎng)荷互動(dòng)應(yīng)用

        在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中,源網(wǎng)荷互動(dòng)應(yīng)用是重要方向之一。它的服務(wù)對(duì)象主要是廣大城鄉(xiāng)電力用戶,能源電力物聯(lián)專網(wǎng)基于LPWAN技術(shù),因此能夠?qū)Ψ植际桨l(fā)電系統(tǒng)和微網(wǎng)、各種類型的用戶負(fù)荷電器方便地進(jìn)行連接,從而充分實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷互動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。如圖2所示,在智慧生態(tài)島上,將具有LPWAN終端的智能插座安裝到用戶負(fù)荷電器,并將LPWAN終端控制器安裝到分布式發(fā)電系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)源網(wǎng)荷的互動(dòng)連接。

        圖2 源網(wǎng)荷互動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用示意

        4 結(jié) 論

        現(xiàn)階段,通過(guò)有效融合電力通信專網(wǎng)和LPWAN技術(shù),并對(duì)運(yùn)營(yíng)級(jí)能源電力物聯(lián)專網(wǎng)進(jìn)行云管一體化設(shè)計(jì),能夠有效實(shí)現(xiàn)傳感器的靈活部署,從而低成本、快捷以及廣泛部署以往被忽視的小數(shù)據(jù)連接點(diǎn)以及與小數(shù)據(jù)特點(diǎn)相符合的數(shù)據(jù),有效提高能源電力生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)維效率,最終促進(jìn)智慧能源互聯(lián)網(wǎng)更好地發(fā)展。

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