（电气工程专业论文）新一代用电现场管理系统功能设计与研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 湖北省用电现场管理系统始建于上个世纪9 0 年代初期，随着技术的不断发展和 系统功能需求的不断增加，功能单一的原系统逐渐失去了作用。近年来，互联网技术 的迅猛发展，多功能电能表的大量安装使用，为用电现场管理系统的发展提供了重要 的技术基础；另一方面，随着电力营销管理的逐步深入，产生了大量新的需求，如远 方抄表、反窃电监测、预购电以及用电需求预测等等。正是基于这种需求，湖北省电 力公司决定大力发展用电现场管理系统，准备拉开湖北省新一轮用电现场管理系统应 用的序幕。 本文首先介绍了湖北省用电现场管理系统的发展背景。接着介绍了无线通信的相 关技术，主要介绍了g p r s 技术的特点和运用。然后以基于g p r s 网络的用电现场管 理系统开发的整体构架为线索，介绍了湖北省用电现场功能系统的组网结构，详细分析 了系统的功能设计。最后，对的系统设计进行了总结，概括出了新一代用电现场管理系 统的主要特点，并指出了系统应用过程中的一些不足之处。 本文的研究结果，是在大量的实地调研、广泛听取意见后的成果，是湖北省电力 公司用电现场管理系统项目实施首先完成的技术工作，它对系统软件开发具有重大的 指导意义，为软件的测试工作起到了纲领性作用，为软件的推广应用打下坚实的基础。 关键词：用电现场管理g p r s 用电监测数据采集 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eh u b e ip o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mw a ss e t u pi ne a r l y1 9 9 0 s , w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n dd e m a n d s , t h eo l ds y s t e m se f f e c tb e c o m ew e a k e r i nr e c e n t y e a r s ，t h ei n t e r n e tt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e d ，t h em u l t i - f u n c t i o ne n e r g ym e t e ri su s e dm o r e a n dm o r e ，t h i s s u p p l i e s t h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g yf o u n d a t i o nf o rt h e p o w e rl o a d m a n a g e m e n ts y s t e m ；o n t h eo t h e r h a n d ，w i t h t h ee v o l u t i o no fp o w e r m a r k e t i n g m a n a g e m e n t i tb r i n g sal o to fn e wd e m a n d ss u c ha sa m r 、p o w e rm o n i t o r 、p u r c h a s ei n a d v a n c e 、p o w e rf o r e c a s ta n ds oo n b a s i n go nt h i s h u b e ie l e c t r i cp o w e rc o m p a n y d e c i d e st o e x t e n dp o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i sp a p e r , w ef i r s ti n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do fh u b e ip o w e rl o a dm a n a g e m e n t s y s t e m a n dt h e ni n t r o d u c et h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t et e c h n o l o g yi nb r i e f , m o s t l yi n t r o d u c e t h ec h a r a c t e r i s t i ca n du s a g eo fg p r st e c h n o l o g y t h ew h o l ef r a m eo fp o w e rl o a d m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng p r sn e t w o r ki sc i r c l e d , t h ep a p e rf o c u s e so nt h en e t w o r k s t r u c t u r eo fs y s t e m ，a n dt h ed e s i g no fs y s t e mf u n c t i o ni sr e s e a r c h e da n dd i s c u s s e di n d e t a i l t h el a s t ，c o n c l u d et h em a i nc h a r a c t e r i s t i co fs y s t e mb ys u m m i n gu p ，a n dp o i n to u t s o m es h o r t c o m i n gf o u n do u ti nu t h ec o n c l u s i o no f t h i sp a p e ri sg o tb yi n v e s t i g a t i n ga n dc o l l e c t i n gi d e a sw i d e l y , i t st h e f i r s ts t e pt oe x t e n dt h eh u b e ip o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m ，i tw i l ld i r e c tt h ep r o g r a mo f s y s t e m ，o f f e rm e t h o dt o t e s tt h en e ws y s t e m ，a n dp r o v i d et h ef o u n d a t i o no fs u c c e s sf o r e x t e n d i n gn e wp o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ：p o w e rl o a dm a n a g e m e n t g p r s p o w e rm o n i t o r d a t ac o l l e c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 舻寸寻1 弘衫年f o 月2 9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密d 。 ( 请在以上方框内打“”) 指剥币躲陟工刈 ，多年扩月1 日 华中科技大学硕士学位论文 1 概述 1 1 建设新一代用电现场管理系统的背景 1 1 1 新一代用电现场管理系统建设的必要性 随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，为更好地为用户提供优质、高 效的个性化增值服务，保证电力系统安全、经济运行，电力企业必须使用现代化的科 技手段及时掌握电力客户，特别是大客户的实时运行状况。 1 1 1 1 营销系统要求准确的基础数据和实时的现场信息 电力系统走向市场后，首要的问题是关心企业的营运状况，是赢还是亏。要解决 这个问题，至少必须知道企业今天买入多少度电，售出多少度电，银行账户上回笼多 少资金。现代化的企业不能只靠月末报表来分析，而是要靠采集实时信息来解决。目 前，电力营销系统已初步实现与银行联网，账户上资金回笼的实时信息已基本解决； 与调度m i s 系统联网。主要关口的电量信息也可以共享；如果再把用户的实时信息( 售 出电量) 采集到，电力营销系统就是一个“动态”网络，企业的经营者可以随时了解 企业经营状况，对市场做出快速反映，这是现代化企业必不可少的硬件。但是电力用 户分散在城乡的四面八方，实时信息的采集成本高、难于实现。所以电力现场实时信 息的采集是目前电力营销管理工作较为薄弱的环节。随着管理的延伸和深化【1 翔，加强 用电现场管理的需求变得比以往任何时候的要求更为强烈。 为了进一步扩展电力营销系统的功能，增加电力销售实时信息，包括用电现场的 违章和窃电嫌疑等信息，实现省、地( 市) 、县、供电所、用电现场的五级联网，并 更好的为电力客户提供个性化的服务，需要在耳前的情况下建立一套能够实时采集用 电现场的基础数据、及时上送用电现场异常信息，并和营销系统、9 5 5 9 8 系统等紧密 结合的现场服务系统。 1 1 1 2 用电监测要求及时、准确、丰富的异常信息 随着经济的发展，对电的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电 华中科技大学硕士学位论文 力生产的发展。但是随着经济的发展和用电量的增大，尤其伴随着市场经济体系的建 立，窃电问题变得越来越突出，国家为此蒙受了巨大的经济损失。窃电问题不仅困扰 电力企业的发展，也严重影响了国家的经济建设的稳定。如何及时、准确地发现窃电 行为，避免电力企业和国家的经济损失，已经成为当务之急。反窃电的难点在于现有 管理和技术手段跟不上窃电作案方式和技术水平的变化，特别是难以及时发现窃电并 抓到直接的窃电证据。用电现场管理系统直接深入用户计量现场，它通过实时监测用 户的负荷情况和计量器具的工作状态，判断和捕捉窃电特征，引导用电检查人员及时 发现窃电并抓获现场证据。 1 1 1 3 电力客户需要优质、个性化、高附加值的服务 与此同时，电力客户对于用电服务的要求也越来越高。除了要求电力企业提供可 靠、优质的服务以保证电力系统安全稳定运行以外，电力客户也向电力企业提出了更 多、更高的要求。如何向客户，尤其是大客户提供个性化、高附加值服务的问题，摆 在了电力企业的面前。 1 1 2 新一代用电现场管理系统建设的可行性 用电现场管理系统要实现实时采集用电现场的信息，并在用电现场产生异常的时 候能够在第一时间将信息上送到主站并通知相关的负责人员，这决定了系统建设的关 键是通信网络的建设。 但是传统的通讯方式由于技术上存在的种种缺陷，始终无法很好的满足实际应用 的要求。随着技术的发展，新兴的移动通讯网络则为我们提供了绝好的解决方案。移 动通讯提供的g s m g p r s 和c d m a 无论在建网难度、维护工作量、一次性投资、实 时性和可靠性方面都比其它的传统的无线通讯解决方案更加优越f 3 j 。下面简单的介绍 一下新兴的移动通讯网络的特点。 移动通信，是近年来发展最迅速的行业。移动通信和数掘通信的融合，产生了移 动数据业务。移动和数据的完美结合使得人们能够实现“任何人在任何地点任何时间” 连接到“任何信息”的美好设想。 目i j ，g s m g p r s 和c d m a 提供的服务，可以使得人们不受空间、地域的限制， 2 华中科技大学硕士学位论文 随时随地获取所需的信息，可以在移动中收发短信，收发e - m a i l 、收发传真、访问 i n t e m e t 等通信。这些业务，提供的功能强大，为我们展示了更加美好的前景，运营 商、用户都可以有更多的选择，丰富的服务内容必然会使移动数据业务产生飞跃性的 发展 4 , 5 , 6 , 7 1 。 随着移动通讯技术的发展，人们的生活也正日新月异的发生变化。同时也给我们 电力系统解决通讯问题带来了绝好的解决方案。新一代的用电现场管理系统正是建立 在公共的、稳定的、覆盖范围广的移动通信网络上的，它具有初期投资少、实时性好、 覆盖范围广、网络稳定、无需网络维护等突出的优点，因此成为系统的必然选择。 1 2 湖北省用电现场管理系统概况 1 2 1 湖北省用电现场管理系统的发展 湖北省用电现场管理系统原称电力负荷管理系统，系统始建于上个世纪9 0 年代 初期，最早在襄樊、武汉、黄石等几个负荷分布较大的地区开始应用。截止1 9 9 7 年， 全省1 2 个直属地市除咸宁外都相继投入了电力负荷管理系统，总规模一度达到3 0 0 0 套以上。1 9 9 7 年电力形势缓和以后，功能单一的负荷管理系统逐渐失去了作用，再加 上电力体制改革，各地纷纷撤消三电办，从属于各地三电办的负荷管理机构也失去了 依托，负荷管理工作基本停顿。 分析当时负荷管理系统生命力不强的主要原因【5 1 如下： l 、全省缺乏统一的技术规范，各厂家的系统之间相互隔离，独立成网，无法实 现资源整合与信息共享； 2 、互联网技术尚未成熟，负荷管理系统采集的用电信息无法在供电企业内部资 源共享； 3 、负荷管理系统及终端的生产技术不成熟，终端设备问题较多，影响到功能应 用，同时给负荷管理系统的名声造成了不良影响； 4 、负荷管理系统的资产情况比较混乱，有些是用户资产，有些是三电资产，还 有一部分是电力企业资产，缺乏规范的资产管理，为今后的维护费用的提取留下了隐 患。 3 华中科技大学硕士学位论文 受以上因素影响，湖北省的电力负荷管理系统逐渐萎缩，到2 0 0 1 年止，全省正 常运行的终端不足1 0 0 0 套，设备老化，功能单一，除武汉、襄樊、黄石等少数地区 的系统尚在运行外，其他地市的负荷管理系统基本瘫痪。 2 0 0 2 年底，湖北省在冬季枯水期再度出现电力供应紧张形势及拉闸限电现象，季 节性供电紧张的形势使我省加大了负荷管理系统的建设力度。2 0 0 3 年省电力公司对全 省1 2 个地市的负荷管理系统主站及终端进行全面的升级与改造。2 0 0 4 年，随着我国 大面积的电力供应紧张局势的出现，基于对电力负荷管理系统的定位、功能以及在营 销管理中的应用进行不断探索，电力负荷管理系统更名为用电现场管理系统，湖北省 电网也出现了新一轮的用电现场管理系统建设高潮。 1 2 2 湖北用电现场管理系统技术状况 用电现场管理系统采用单一的专网无线信道( 2 3 0 m ) ，直属1 2 个供电单位，建有 1 2 个地级系统主站，由各地市公司单独组网，各地市系统主站中心实现资源共享 管理 现有系统采取中继站覆盖的组网方式，数据传输速率2 4 0 0 b p s ，m s k 调制，r - s 差错控制技术 省电力公司应用的“湖北省负荷管理信息查询系统”每天从各地主站取出相关数 据，形成专业数据库，以便查询相关数据和形成报表，同时对各地市供电公司系 统运行情况进行监督和考核 各地市供电公司实现面对终端设备的运行操作和维护管理 1 2 3 现有用电现场管理系统主要存在的问题和不足 系统功能简单，数据得不到充分共享及应用 一由于系统的设计初衷，造成“先天”不足，形成信息“孤岛”状况，系统规范与营 销业务不配套 一与营销信息系统编码及概念不统一，开展数据共享难度极大 一用户基本信息不完整，用户用电信息不统一 一缺乏对现场的动态监测，用电监测功能有限 4 华中科技大学硕士学位论文 一数据统计分析功能相当薄弱 一各种功能的操作不够规范，不利于各种管理工作 主站平台技术档次低，处理能力弱，功能不够完善( 尤其是数据的应用和分析功 能) ，不能提供足够的功能扩展条件，难以实现技术升级核心的系统功能规范 由于使用2 3 0 m 无线信道，系统规模受到限制，不能大量扩充终端数量，及限制 了系统的发展 1 2 4 新一代用电现场管理系统的需求 随着互联网技术的迅猛发展，多功能电能表的大量安装使用，为用电现场管理系 统的发展提供了重要的技术基础；另一方面，随着电力营销管理的逐步深入，产生了 大量新的需求，如远方抄表、反窃电监测、预购电以及用电需求预测等等。正是基于 这种需求，湖北省电力公司决定大力发展用电现场管理系统，准备拉开湖北省新一轮 用电现场管理系统应用的序幕。 然而，原有的用电现场管理系统基于2 3 0 m 无线通信技术，其点对点的工作方式 已不适应大量终端设备的应用1 8 l 。新的无线通信技术的应用，也使得用电现场管理终 端的产品变得多样化。既要适应技术的发展，又要兼容已经运行的终端设备，既要克 服原有系统的不足，又要利用先进的网络技术提升系统应用功能，这是对新一代用电 现场管理系统的基本要求1 9 , 1 0 l 。 1 3 本文的主要研究工作 本文的主要研究工作是对湖北省新一代用电现场管理系统主站功能的设计，包括 软件结构、组网结构、应用功能设计等。 在该课题的研究过程中，课题组成员到黄石、黄冈、十堰、襄樊、鄂州和武汉等 地供电公司开展了实地调研，广泛听取了省电力公司级和地区级的相关工作人员的意 见，多次召开了研讨会，反复研究，几经易稿。 一个软件系统的成功与否，很大程度上取决于软件设计的品质高低。推广应用“用 电现场管理系统”，是利用现代通讯技术实现电力营销管理的一次技术革命【1 1 1 ，它将 华中科技大学硕士学位论文 极大地提高电力营销管理的工作效率，成为今后实现数字化电力营销的重要技术支 撑，而“湖北省电力公司用电现场管理系统主站功能设计”则是“用电现场管理系统” 的首先要完成的技术工作，它对系统软件开发具有重大的指导意义，为软件的测试工 作起到了纲领性作用，为软件的推广应用打下坚实的基础，是实现“从功能需求设计、 软件开发、系统测试验收到全面推广应用”全过程的重中之重。 6 华中科技大学硕士学位论文 2 用电现场管理系统技术概述 2 1 用电现场管理系统主要功能 用电现场管理系统是电力营销信息管理三大系统之一，是运用计算机技术、通讯 技术、自动控制技术对电力负荷实施全面管理的综合系统 1 2 , 1 3 ，它集负荷监测、控制、 管理和服务于一体，是电力市场营销工作的“千里眼”。其主要功能有： 2 1 1 负荷控制功能 电力负荷控制是用电现场管理系统的基本功能，是利用用电现场管理系统对客户 实施“错峰、避峰、限电”措施，调整客户用电负荷需求，提高负荷利用效率，以缓 解电力供需矛盾，实现限电不拉闸目标。 2 1 2 远方抄表功能 远方抄表是利用用电现场管理系统数据采集功能，按固定日期和周期远程抄录客 户电能计量装置相关数据，做为营业部门结算客户电量电费依据，是用电现场管理系 统实用化应用的基本要求。 2 1 3 预购电功能 预购电是依据客户缴纳电费信用评定结果和省公司电费回收管理规定，利用用电 现场管理系统对装有负荷管理终端的客户，实施预购电费和停电催费；是规避电费回 收风险，促进电费回收的有效措施，是用电现场管理系统实用化应用的主要业务。 2 1 4 用电监测功能 用电监测是指利用用电现场管理系统对客户实际用民负荷、电量、计量运行状况 等的进行动态监测，是用电现场管理系统实用化应用的重要业务。用电监测功能应用， 实行集中监测和分级管理相结合，由用电稽查部和各营业单位组织实施。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 1 5 统计分析功能 统计分析是利用负荷管理系统数据，对客户实现用电信息数据进行统计分析。工 作包括数据的采集、整理、分类统计以及数据的传送和应用。 2 2g p r s 通信网络 2 2 1 概述 g p r s 是在现有g s m 网络的基础上叠加了一个新的网络，通过在新的网络上增 加一些硬件设备并同时对原有网络进行软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，它 是第二代移动通信技术向第三代移动通信技术演进的中介技术。g p r s 通信技术仅在 实际传送和接收数据时才占用无线资源，在一个小区内，多个用户可以共享一条无线 信道，同时进行通信，大大提高了信道的利用纠s ，1 4 1 。另外g p r s 还有“永远在线”( 即 用户可随时与网络保持联系) ，和按流量收费的特点。g p r s 通信之所以具有这些特点 是因为它采用了分组交换的方式。 2 211 电路交换和分组交换技术 电路交换技术是应用最为广泛的一种通信方式l l s , 1 6 , 1 7 1 ，它的最基本特点是通话前 必须为通话双方分配一条固定带宽的通信电路，通话期间，这部分带宽由通话双方独 享，不能再被别的用户使用。电路交换技术可以保证为用户提供足够的带宽，从而确 保低时延、高可靠的实时通信服务质量( q o s ) 。其缺点是网络带宽利用率不高，无论 用户是否处于讲话状态，分配的电路都将始终被占用。 分组交换方式采用长度一定、结构统一的数据分组作为数据传输的基本单位。每 个分组头( h e a d e r ) 都带有地址、序号、校验码等信息，用于检错纠错、排队、选路等处 理。此外，分组交换采用存储转发机制，每个节点接收到来自其他节点的分组后，先 将其暂存在缓冲区内，然后根据分组头中的地址信息选择下一步应将该分组转发到哪 个节点。同一物理链路在不同时刻可以传送不同的通信会话的数据，也就是对物理链 路可以进行统计复用，而不是电路交换方式中的链路独占。正常通话情况下，大约只 有4 0 的时间为有声期( 即电路实际被使用的时间) ，其余时间电路均被空占着，没有 华中科技大学硕士学位论文 被用来传送信息。这对频率资源是一种极大的浪费，这一问题对数据通信来说尤为严 重，因为数据通信和话音通信相比，有着完全不同的特性和要求。 2 2 12 数据通信的特点 首先，数据通信具有很强的突发性。这表现在短时间内会集中产生大量的信息， 而很长一段时间内，又会根本没有任何信息需要传送。突发性可定量描述为峰值比特 率和平均比特率之比，对于一般的数据传输，突发性可高达5 0 ；文件检索和传送的突 发性也可达2 0 。这样如果采用电路交换方式，按峰值速率分配电路带宽，会造成资源 的严重浪费，若按平均速率分配带宽，则在数据突发传送时，则会造成大量数据丢失。 其次，数据通信中，数据终端的形式多种多样，各种终端对传输速率的要求相差 很大( 如电动机的速率可能只有十几个字节每秒，而多媒体视频终端的速率可能会达到 上百兆每秒) ，电路交换只能定义有限的几种标准带宽的电路，很难用有限类型的电路 将不同类型和速率的数据终端有效的连接起来。 分组交换方式在通信之前不需要对通信双方分配一条独占的链路，可根据用户需 要以及网络能够提供的带宽，为用户动态分配网络资源，从而极大地提高了网络带宽 的利用率；由于存储转发机制可以根据网络的实际状态动态选择路由，这样即使某些节 点或节点间的链路发生故障，数据仍能绕道到达目的地，从而提高了通信的可靠性。 因此，分组交换方式是数据通信的理想选择。 2 2 2g p r s 网络结构 g p r s 系统通过在原有的g s m 系统中引入分组数据单元来提供无线系统上的数 据业务【1 9 加i 。作为承载网络，g p r s 系统本身采用i p 网络结构，并对用户分配独立 地址( 如i p 地址) 将用户作为独立的数据用户。从而实现了从网络到移动用户端到端的 数据应用。 为了实现数据承载，g p r s 系统引入了几种新的网络单元，如p c u ，s g s n ，g g s n ， 以及其他辅助进行数据业务管理和应用的单元，如d n s 和d h c p 服务器、网络时间 协议( n t p ) 、计费网关( g g ) 等。 9 华中科技大学硕士学位论文 图2 - 1 g p r s 系统结构图 g p r s 系统中新引入的网络单元可分为无线部分和数据部分两大类。其中，p c u 属于无线管理部分，s g s n 属于无线管理和数据管理公用部分，g g s n 则完全属于数 据管理部分。其他一些辅助单元虽然在g p r s 系统中未给出定义，但在数据网络中必 不可少，因而也是g p r s 网络的一部分，如域名解析服务器( d n s ) 、动态地址分配服 务器( d h c p ) 、网络时间协议州t p ) 服务器、认证与鉴权服务器r a d i u s 等。 2 2 2 1 分组数据处理单元p c u p c u 与b s c 协同作用，提供无线数据的处理功能，如逻辑链路与物理链路的映 射、数据包的拆封、数据包的确认、无线数据信道的分配等。p c u 可作为模块单元插 入b s c 中，或者作为独立与b s c 的单元存在，它与b s c 之间的接口方式规范未给出 定义。 p c u 与s g s n 之间g b 接口采用帧中继协议。p c u 具有g b 管理的功能。 2 2 2 2g p r s 服务支持节点s g s n s g s n 进行用户数据管理、安全性管理、位置管理以及接入控制等。 s g s n 通过g n 接口提供与网关服务节点g g s n 或其他s g s n 的连接，进行数据 包与外部网络的传送或路由区的更新：通过g r 接口提供与h l r 的连接，提供用户数据 的存取和鉴权管理；通过g s 接口提供与m s c 的连接，进行话音与数据业务的协同工 作。 s g s n 控制建立和管理附着用户的相关信息数据库( 即m mc o n t e x t ) ，以及就绪 o 华中科技大学硕士学位论文 r e a d y 状态下用户的相关p d p 信息( p d pc o n t e x t ) 。 在无线侧s g s n 与p c u 连接，进行p c u 和小区管理，通过g b 接口上的逻辑信 道采用虚电路进行到m s 的分组数据传送，并提供数据流的流量控制。 在用户附着阶段，s g s n 通过接口与h l r 建立信令连接，提取用户信息，参与鉴 权与加密过程，并存储用户相关数据，形成用户数据库；在用户激活p d p 阶段，s g s n 负责进行用户a p n 的选择和控制，并通过与d n s 的协同工作得到a p n 所属g g s n 的地址，然后在与相关g g s n 进行q o s 协商的基础上建立连接，获得用户动态地址， 从而形成用户的p d p 相关数据；在用户就绪状态，s g s n 控制路由区的更新；在数据 传送过程中，s g s n 负责数据包的压缩、封装、分段重组，以及相关逻辑链路的建立、 释放和负荷分担工作。 在g s 接口存在的情况下，s g s n 将负责与m s c 的寻呼控制协调和处理，执行经 由s g s n 本身的l a r a 联合更新、i m s 工附着去附着等功能。 s g s n 还完成相关的s - c d r 与m c d r 等计费信息的收集和传送。 2 2 2 3g p r s 网关支持节点g g s n g g s n 负责g p r s 网络与外部数据网的连接，提供g p r s 与外部数据网之间的传 输通路，进行移动用户与外部数据网之间的数据传送。 g g s n 起到路由器的作用，它与其他相关网络单元如d n s ，d h c p ，r a d i u s 等设 备协同实现数据业务的接入和传送等功能。 g g s n 与s g s n 之间的接口为g n 接口，采用g t p 协议类型；g g s n 与外部数据 网之间的接口为g i 接口，采用i p 协议类型。 对于网络发起的数据单元传送业务，g g s n 需要通过g c 接口到h l r 查询用户相 关信息；对于计费信息的传送工作，( 3 g s n 通过g a 接口完成。 2 2 2 4 域名解析服务器d n s d n s 协议用以提供域名解析功能，负责进行网络域名与i p 地址之间的映射和转 换。d n s 服务器包含主机名与其对应的i p 地址数据库，进行主机名和i p 地址之间的 相互转换，以提高网络操作的方便性。 华中科技大学硕士学位论文 在g p r s 系统中，a p n 主要用以进行网络接入标识，如在中国移动的网络中定义 了c m n e t 和c m w a p 两类a p n ，c m n e t 主要用于进行i n t e r n e t 连接和e m a i l 收取，而 c m w a p 则主要用于浏览w a p 网页。用户申请不同种类业务接入时，系统需要根据a p n 名c m n e t m n c 0 0 0 m c c 4 6 0 g p r s 和c m w a p m n c 0 0 0 m c c 4 6 0 g p r s 通过d n s 解析以得到不 同的接入路径并分配不同的地址。 另外，由于g p r s 系统中较多的采用了i p 和网络技术，系统中网元之间的通信 和管理也可能用到d n s 。 2 2 2 5 动态地址分配服务器( o h c p 服务器) g p r s 系统采用动态地址池对接入网络的移动用户进行动态地址的分配和管理， 以提供用户地址空间的有效利用，d h c p 协议用以完成这种功能。 不同a p n 或企业网可采用不同的地址段，d h c p 服务器根据a p n 信息进行地址 段的分配管理，从而保证了地址使用的灵活性和高效性。 2 2 2 6 网络时间协议服务器( n t p 服务器) n t p 用以提供网络的统一时钟，保证数据流的同步。 2 2 3g p r s 的特点 2 2 31 速率 g p r s 提供4 种类型的编码方式，即c s i 到c s 4 。由于采用不同的编码方式时， 数据块中所包含的数据位不同，从而形成不同的编码速率，c s l 到c s 4 的理论速率分 别为9 0 5 ，1 3 4 ，1 5 6 和2 1 4 k b p s ( 如表2 1 所示) 。由于编码过程中所增加的校验位数 不同，各种编码方式的抗干扰能力也有所差别。c s l 编码方式采用的数据校验位较多， 数据传送速率最低，抗干扰能力最强；c s l 到c s 4 编码方式采用的数据校验位依次减 少，传送速率依次增加，抗干扰能力依次降低，对无线环境的要求依次增强。 通过最多同时使用8 个时隙，当采用c s 4 的编码方式0 8 , 1 9 2 0 l 时，g p r s 可获得的 最大数据传输速率为1 7 1 2 k b p s ，这是当前固定电信网络速度( 5 6 k b p sm o d e m ) 的三倍， g s m 网络中电路交换业务速度( c s d ，9 6 k b p s ) 的十几倍。 华中科技大学硕士学位论文 表2 - lg p r s 数据编码方案 编码编码 无线块长度( 除 受保护c r c卷积编码 u s f 和b c s 之u s f编码块 速率k b p s 方式 塞 u s f r b i t 器输出端 外) b i t c s 1 1 21 8 134 04 5 69 0 5 c s 22 ，32 6 8 6 1 65 8 81 3 4 34 5 6 c s - 33 43 1 261 66 7 61 5 6 c s - 4 1 4 2 8 1 21 64 5 62 1 4 2 2 3 2 立即性 g p r s 的用户一开机，就始终附着在g p r s 网络上，每次使用时只需一个激活的 过程，一般只需要2 - 3 秒的时间马上就能登录至互联网，而固定拨号方式接入互联网 需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，大约需要l o 1 5 秒的时间。 2 2 3 3 频谱效率 分组交换意味着g p r s 只有当用户真正发送和接收数据的时候才会占用无线资 源。而不是在某一固定时间内把无线信道专门分配给某一个移动用户，可用的无线资 源可以同时被若干个用户共享。宝贵的无线资源的有效使用意味着大量的潜在用户可 以共享相同的带宽，使得一个小区能支持更多的用户。当然，实际中所能支持的用户 数量要取决于应用的类型以及数据传输量的大小。由于g p r s 具有很高的频谱效率， 不必建立只有在高峰时期使用的空闲容量，因此g p r s 可以让运营商以动态灵活的方 式最大限度地使用网络资源。 在g p r s 网络中，话音业务仍然使用电路交换方式，而将原先由电路交换数据承 载的业务转移到分组交换的方式上，以提高对无线信道的利用率。 2 2 3 4g p r s 的计费 g p r s 技术是一种面向非连接的技术，用户只有在真正收发数据时才需要保持与 网络的连接，因此大大提高了无线资源的利用率。用户可以一直在线，按照用户接收 和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上，也是 不收费的，这一特点非常适合电力系统数据传输的特点，因此在数据传输领域得到了 很好的应用。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 4 流量分析 终端使用g p r s 流量分析【1 9 2 0 1 如下表： 表2 - 2 流鼍分析 项目1 小时，点半小时，点，5 分钟1 点 握手信号( 又称心跳检测)9 6 9 69 6 任务一2 44 89 6 任务二2 44 89 6 任务3 - - 7 ( 每天一条)555 告警555 l 天总条数1 5 42 0 22 9 8 i 天总字节4 6 2 0 06 0 6 0 08 9 4 0 0 1 天的数据量 4 5 1 k5 9 2 k8 7 3 k 1 月的数据晕1 3 2 m1 7 3 m2 5 5 m 终端通讯的数据帧每条数据的长度大致为1 5 0 字节，考虑每个g p r s 数据包中， g p r s 用于通信而附带的数据需要一半左右，因此每条数据按照3 0 0 字节计算( 相对比 较保守的) 。 握手信号：指维护正常的网络通讯，避免g p r s 掉线； 任务一：电量类数据，包括正、反向总、尖、峰、平、谷等电量相关数据； 任务二：瞬时量数据，包括各相电压、电流、功率等数据； 任务3 7 ：可以设置成各类日数据，如：电压、电流极值，o a 的各项数据； 告警：终端主动上送的告警数据，平均5 条。( 已包含夏季、冬季用电高峰的功 率越限报警) 2 3 用电现场管理系统组网方式 2 3 1g p r s 公网接入 公网接入使用公众a p n “c m n e t ”，使用该接入可以访问公网i n t e m e t ，接入终端 的i p 因为需要占用公网i p 资源，一般是动态生成。从实践的效果来看，存在延时、 1 4 华中科技大学硕士学位论文 掉线的现象。同时，因为与公网相连，存在信息安全上的风险。在实施上，不建议使 用该种接入方式。 2 3 2g p r s 专网接入 专网接入使用中国移动专门分配的a p n 。利用s i m 卡的唯一性，划定终端可接 入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的a p n 进行无 线网络接入，在网络侧对s i m 卡和a p n 进行绑定，只有指定的s i m 卡才能访问专用 a p n 。普通手机号的g p r s 终端无法呼叫专门的a p n 。 专网接入可以使用专网口( 不占用公用m 地址资源) ，中国移动可以针对每个s i m 卡( 终端) 绑定口和端口，从实践效果看，专网接入性能比公网接入大大改善，能 承担用电现场管理系统的需求。 2 3 3 各地市独立模式 本系统以地市局独立与各地市移动分别组网，组网结构 1 8 , 1 9 , 2 0 1 如图： 图2 - 2 用电现场管理系统组网结构图( 地市独立) 用电现场管理系统一方面因为涉及到控制等敏感操作，为防止恶意的攻击，需要 和其它系统分离，单独组网；另一方面，系统又需要和营销客户信息系统、客户服务 系统、其他系统进行数据交换，需要提供外部的访问接口和访问外部的通道。用电现 华中科技大学硕士学位论文 场管理系统通过中间库与营销系统、9 5 5 9 8 系统及其它系统数据传输和隔离。通过配 置路由器和防火墙可使g p r s 前置机通过移动专线与现场终端通讯。 设立独立的w 曲服务器提供有关部门的w e b 访问。 用电现场管理系统单独建立数据库，以支持大数据量的数据采集和高安全性的控 制数据管理。 控制命令仅允许在控制工作站上执行。 地市独立模式具有组网建设周期快，与移动合作灵活等特点，特别适合在系统建 设初期各地市发展不一致的情况下采用，同时通过各地市独立组网，可以摸索出最合 适的与移动合作的方式。 2 3 4 全省统一模式 本系统是以地市局为核心、县( 市) 局建立远程工作站，省公司统一出口建立的 系统，组网结构如下： 图2 3 用电现场管理系统组网结构图( 全省统一) 1 6 华中科技大学硕士学位论文 地市供电公司内基本配置同“地市独立模式”。通过配置路由器和防火墙可使 g p r s 前置机访问省公司通信服务器。其中省公司通讯服务器与移动的专线联接方式 可类比参考“地市独立模式”。 省电力公司统一模式具有出口简单，易于管理，统一结算( 与移动) ，安全性高 的特点，适合各地市系统建设到一定规模后采用。 1 7 华中科技大学硕士学位论文 3 1 概述 3 用电现场管理系统总体设计 用电现场管理系统是电力企业市场营销、客户服务重要的技术支持系统之一，是 电力营销现代化管理体系建设的重要组成部分，是电力营销部门在线监测客户用电数 据、实现客户现场管理的重要技术手段，是加快市场营销现代化进程、促进电力销售 全过程监控和计算机管理，提高营业流程和销售环节的可控性能，提升运营能力和服 务水平的重要基础工作，是促进电力需求侧管理、实现有序供电、保证电网安全的重 要技术手段。它以移动通信网络为主要通信载体、辅以2 3 0 m h z 无线、公用电话网、 光纤网等多种通信方式实现系统主站和现场终端之间的数据通讯，具有数据采集、远 程抄表、预购电、用电异常信息监测、电能质量监测、线损分析、负荷监控管理和用 电数据统计分析等功能【2 1 , 2 2 , 2 3 1 。用电现场管理系统是电力负荷管理系统的继承和发展， 是新一代的电力负荷管理系统。 为使湖北省用电现场管理系统的系统结构、数据流程、基本功能、软件应用、主 要数据库结构等满足湖北省实际需要，使软件开发人员对湖北省用电现场服务系统有 一个基本的概念，比较全面的了解系统所须实现的各项功能，特编制“湖北省用电现 场管理系统主站功能需求”，并据此对程序设计进行指导。 3 1 1 建设原则 “湖北省用电现场管理系统”建设按国网公司营销现代化建设要求，实现业务处 理流程化、操作记录无笔化、台帐管理电子化、信息传递网络化，达到业务处理快捷、 准确和规范的目的，具体应遵循以下原则： 3 1 1 1 开放性 主站系统硬件平台、操作系统、电能表、电表规约、采集终端、通讯规约、数据 传输信道等支持具有多样性，不局限于某种类型、方式、厂家，只要符合系统技术标 准的合格产品均可接入系统。 华中科技大学硕士学位论文 3 1 1 2 安全性 系统应充分考虑安全性，防止非授权用户的侵入和机密信息的泄漏。 3 1 1 3 扩展性 系统具备良好的可扩展性，采用开放式系统结构和负载动态均衡系统设计技术， 保证系统容量的动态增长和功能的完善与升级，适应电力营销管理技术不断进步的需 要，并为新技术的发展提供应有的可行空间。系统可分期、分层建设，可根据发展应 用需要进行平稳完善和远程升级，不会出现重复投资或投资浪费。 3 1 1 4 可靠性 应从系统结构、技术措施、设备选型、设备性能、设备容错、系统管理、厂商技 术支持及服务能力等方面着手，确保系统运行的可靠和稳定运行，使每个故障点对整 个系统的影响尽可能的小，并提供快速的故障恢复手段以及数据备份手段。前置通信 机、数据库服务器、应用服务器、网络交换机、通信通道等关键设备采用双机冗余热 备，以保证数据安全和系统正常运行。 通讯可靠性： 通讯通道稳定、可靠，具备误码校验机制，延迟小，以满足终端监测与控制 的实时性和实效性。 主站可靠性： 主站软件平台和硬件平台应具备2 4 小时不间断运行能力，同时配备硬件冗余 和数据备份，保障系统高效、可靠运行，以满足实用化要求。 3 1 15 准确性及完整性 采集终端数据采集和数据传输的准确性以及主站数据处理的完整性应满足相关 技术标准。 3 1 1 6 实用性与先进性 计算机技术、信息技术发展e t 新月异，系统建设应充分考虑先进性，但先进性不 能以降低系统的可靠性、实用性为代价，要立足于用电现场管理业务实际和现状，切 实服务于用电现场管理和客户服务的各项业务需求，以实用为基础，尽量采用先进技术 和产品，保证系统技术水平和应用水平在未来若干年内保持国内领先水平。 1 9 华中科技大学硕士学位论文 3 1 2 建设目标 在通信规约编码方式、规则相同的情况下，主站对终端的应用功能完全融合，对 不同厂家、不同类型、不同型号、不同信道类型的终端的各类操作、界面、数据采集 应是一样的。 用电现场管理系统的数据及应用界面应支持到相关管理及应用岗位，负荷分析、 远程抄表、有序用电、预购电、用电监测等电力营销技术支持业务的应用分类清晰、 查询操作方便，在各应用业务实施的数量和质量上达到实用化程度。 系统充分考虑到后期与电源侧的s c a d a 系统，供电侧的电能量采集系统、终端 侧的集抄系统集约化整合，实现购电信息、供电信息、销售信息三个环节的实时采集、 统计、分析，形成贯通于购电侧、供电侧和销售侧的电能信息实时采集和监控系统。 3 2 整体构架 3 2 1 软件结构 用电现场管理系统的软件构架如图所示： 图3 1 新一代用电现场管理系统的系统构架图 华中科技大学硕士学位论文 3 2 2 组网结构 本系统以地市公司独立与各地市移动公司分别组网，县( 市) 公司建立远程工作 站，各地信息上报省公司，组网结构1 2 4 2 5 2 6 1 如下： 图3 - 2 用电现场管理系统组网结构图 用电现场管理系统一方面因