GPRS虚线通信在配电二次设备中的应用.ppt

GPRS虚线通信在二次设备中的应用 2011年8月 1 光纤通信 载波通信 光以太网交换机等光Modem 各厂家设备不兼容光通信设备一般不明确启动功耗和动态功耗 可能导致通信时断时续无源光网络EPON设备 缺乏工程应用经验城市建设没有预留专用通信管道时 光纤通信存在建设周期长 建设费用高的问题 据测算建设费用高达9 12万元 点 包括GPRS 3G无线通信 扩频微波 无线数传电台 WiMAX和McWiLL专网等长距离无线技术 也包括ZigBee WiFi等短距离无线技术GPRS无线通信受现场信号强度影响较大GPRS设备厂家一般不明确动态功耗 可能导致通信时断时续GPRS设备存在 吃卡 现象 需工业SIM卡GPRS运行费用与数据流量合理分配考虑不周到 受供电线路影响较大 可靠性仍然较低载波设备自愈功能不是很好通信速率较慢 大容量数据传输不适用通信问题维护困难 配网自动化系统的通信手段 有线方式 无线方式 2 GPRS通信 光纤通信 适应透明传输 支持任何通信规约通信路由扩展灵活 具备自愈功能硬件接口标准 适应性强 信号强度15级以上电源匹配 区分静态和动态功耗接口电平匹配 足够负载能力维护容易 换卡方便运行费用与数据流量合理分配 应具有多路数据通道 有独立网管通道各厂家光Modem不兼容 选型注意今后延续 载波通信 通信设备应用中的问题 3 支持IE浏览器远程访问终端基本信息及高级功能维护 支持远程参数调试 功能模块组态 支持终端软插件逻辑组态 程序软件远程升级 发展趋势 远程维护 4 简易型 一遥 就地分散分布模式自愈 实用型 二遥 就地分散分布模式自愈 标准型 三遥 集中调控模式自愈 集成型 信息交互总线 集中调控自愈 智能型 分布电源接入 集中调控自愈 故障快速定位系统 配电自动化系统 区域主站 工程建设原则 馈线自动化系统 5 5 通信建设方案推荐 光纤专网 GPRS公网 GPRS专网 EPON AON 电力载波 优先选择无源光网络EPON 有源光网络AON以太网技术 综合考虑多种通信方式 原则上采用光纤 EPON AON 通信方式 其它专网通信方式可补充 骨干通信网 接入通信网 无线专网宜选择符合国际标准 支持多厂家的宽带技术 无线公网宜选择GPRS CDMA及3G通信技术 电力载波宜选择电缆屏蔽层载波等技术 具备路由迂回能力和高生存性能 6 简易型和实用型配套无线通信设备 外置安装型 嵌入安装型 支持UDP TCP 短信 设备加电自动上线 掉电自动重拨 线路自动保持 通信链路中断数据不丢失 支持远程维护和升级其他 短距离无线 蓝牙 无线串口 GSM手机短信 7 GPRS通信有以下优势 传输速率高 GPRS通信的速率理论值可达到171 2Kbit s 实际通信速率可达几十Kbit s 比配电自动化系统常用的电力线载波 有线MODEM速率高很多 GPRS通信是基于TCP IP协议的 有利于构建统一的网络软总线平台 从而简化配电自动化系统的网络结构 有成熟的网络 覆盖较好 比较很多其他种类的无线数据网络 例如微波通信 CDMA 3G等 而言 GPRS网络已经经过运营商多年建设 覆盖率比较高 用户无需投资建设全覆盖的无线网络 因而可以节约大量的固定资产投资 且施工便利 建设和开通速度快 GPRS采用分组交换模式 资源利用率高 计费方式灵活 电路交换模式在整个连接期间内 用户无论是否传送数据 都将独自占有无线信道 而对于分组交换模式 用户只有在发送或接收数据期间才占用资源 GPRS引入了分组交换的传输模式 这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道 从而提高了资源的利用率 另外 GPRS可以实现基于数据流量 业务类型及服务质量等级的计费功能 计费方式更加合理 用户使用更加方便 防雷击 GPRS无线通信终端设备的发射功率非常小 天线非常短 而且无需高架 克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击破坏设备的缺点 通信链路由专业运营商维护 管理 免除通信链路维护的后顾之忧 用户 电力公司 只需要按节点 按月支付低廉的流量费用 从而大大节约了运维管理的成本 8 GPRS在配网自动化系统中的组网方案 移动运营商提供了普通业务和无线DDN专网业务两种业务模式 GPRS普通业务相当于公众网 安全级别不高 不建议在配电网自动化系统中使用 无线DDN专网业务与公众网完全隔离 安全级别较高 可以满足大部分行业的安全要求 9 GPRS在配网自动化系统中的组网方案 配电网自动化终端 RTU DTU TTU FTU等 通过GPRS通信终端连接到移动运营商内部GPRS网络 再通过移动运营商与配电网自动化主站系统之间的有线专线连接到主站系统 GPRS通信终端使用了专用的接入点名称 APN AccessPointName 连接到GPRS网络 在通过身份认证后获得无线DDN网络的私有IP地址 与主站系统构成了一个广域的虚拟专用TCP IP网络 从而提供了配电网自动化终端与主站系统的双向通信链路 可实现实时的远程参数设置 数据采集与分析 远程控制等操作 10 GPRS通信终端的接入流程及安全性 1 终端发出GPRS登录请求 请求中包括由移动公司为GPRS无线DDN专网系统专门分配的专网APN 2 SGSN网元根据请求中的APN向DNS服务器发出查询请求 找到与企业服务器平台连接的GGSN网元 并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN 3 GGSN网元将用户认证信息 包括手机号码 用户账号 密码等 送至Radius认证服务器进行身份认证 4 Radius认证服务器校验手机号等认证信息 确认是合法用户发来的请求 向DHCP服务器请求分配用户地址 5 Radius身份认证通过后 由Radius认证服务器向GGSN网元发送携带用户地址的确认信息 6 终端从GGSN网元获得确认信息 得到用户地址 私有IP 完成接入流程 11 无线DDN专网的特点 只有经过身份认证 要求有SIM卡 知道APN等信息 的GPRS通信终端才能接入无线DDN专网 且运营商内部网络的设计可保证无线DDN专网与Internet网络完全隔离 运营商与主站系统之间采用的也是安全的专线连接 因此 无线DDN专网是一种较为安全的虚拟专网 它具有以下特点 1 数据通信不经过Internet网络 通信数据非常安全 2 数据直接接入网络 经过的网络环节很少 可提高可靠性 降低传输时延 3 只有通过严格身份认证的授权终端才能访问无线DDN专网内的其它终端和主站系统 4 Internet网络主机不可访问无线DDN专网内的GPRS通信终端和主站系统 因此 GPRS通信终端不会受到外界攻击 GPRS通信终端非常安全 5 GPRS通信终端可以访问无线DDN专网内的资源 提高了应用的灵活度 12 GPRS通信终端的类型 根据接口和功能的不同 在配电网自动化系统中使用的GPRS通信终端大致可分为GPRS数传终端 DTU 和GPRS路由器 Router 两大类 两者的功能和性能差异较大 下表中给出了两者之间的主要区别 下文中还将对两者的软硬件结构进行对比说明 13 14 GPRS通信方式存在的主要问题及分析 基站和传输网络的可靠性问题 GPRS无线通信网络的基础措施 基站 传输光缆等 由电信建设和维护 在基站失效 传输线路故障 基站受到人为破坏等情况下可能导致整个基站覆盖范围内的全部配网信息节点通信失败 网络调整影响电力通信业务的问题 电信运营商自身由于设备升级 网络调整 网络规划变化等原因可能引起网络中断 影响电力通信业务 信号屏蔽导致通信失效的问题 学校 政府机关 保密部门等企事业单位有意制定的信号屏蔽等措施可能导致相关区域无法正常运行 特殊区域的信号覆盖问题 部分配网信息节点处于地下室等GPRS信号微弱的区域 出现无法通信或信号不稳定的情况 无线资源拥塞导致的连通率低的问题 由于无线资源受限 在电力专网与公众网共用资源的情况下 有可能在节假日 每天的忙时 大型聚会场合等情况下出现网络拥塞导致通信失败的现象 故障响应速度的问题 故障响应速度上 电信运营商的响应速度可能无法满足电力公司3小时以内解决问题的要求 GPRS通信终端的可靠性问题 GPRS通信终端尚缺乏强制性认证规范 在配网自动化领域的应用时间不长 产品性能 质量参差不齐 在配电网的复杂电磁环境下工作容易受影响 SIM卡的可靠性问题 通过良好的工业设计 GPRS通信终端可以达到电力环境要求的工作温度范围 但普通SIM卡的设计并未考虑工业应用因素 GSM11 11规定的正常的使用环境为 25 70摄氏度 实际测试发现温度超过65摄氏度时SIM卡容易产生变形导致接触不良 低温下SIM卡容易工作失效 普通SIM卡的读写次数 使用寿命也较低 在极端条件 高温 高湿 静电 频繁读写等 下容易损坏 15 GPRS通信方式存在的主要问题及分析 网络管理问题 一个城市内配电网可达到几千至几万信息节点的规模 如何对如此庞大数量的信息节点进行管理是一大挑战 目前的配电网主站系统可以提供基本的链路状态报告和统计功能 但并不具备基本的网管能力 安全性问题 1 物理层安全 SIM卡管理 通信终端管理 机卡锁定 2 接入层安全控制 访问密码 防火墙3 传输层安全控制 黑客攻击 窃取或篡改数据 VPN加密 身份认证4 应用层安全控制 报文合法性校验 容错处理 可靠性设计流量和资