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所有标准都会被修订,使用本方案的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
[1]中国移动GPRS网络技术体制
[2]中国移动IP地址规划
[3]GSM07.07:
Digitalcellulartelecommunicationssystem(Phase2+);
ATcommandsetforGSMMobileEquipment
[4]GSM07.05:
"
Digitalcellulartelecommunicationsystem(Phase2+);
UseofDataTerminalEquipment-DataCircuitterminatingEquipment(DTE-DCE)interfaceforShortMessageService(SMS)andCellBroadcastService(CBS)"
[5]GSM07.60:
GeneralrequirementsonMobileStations(MS)supportingGeneralPacketRadioBearerService(GPRS)"
3相关术语与缩略语解释
APNAccessPointName接入点名称
ARSAlmightyRouteServer全能路由器
CSDCircuitSwitchedData电路交换数据
DMSDistributionManagementSystem配网管理系统
EMSEnergyManagementSystem能量管理系统
FTUFeederTerminalUnit馈线远程终端
GPRSGeneralPacketRadioService通用分组无线业务
M2MMachinetoMachine机器到机器
MISManagementInformationSystem管理信息系统
PTUPowerTerminalUnit电能终端
RTURemoteTerminalUnit远端测控单元装置
SMSShortMessageService短消息
TTUTransformerTerminalUnit变压器智能终端
USSDUnstructuredSupplementaryServiceData非结构化补充业务数据
WDLWirelessDataLogger无线智能传输器
WICWirelessInformationCommunicatorGPRS无线智能传控终端
WMWirelessModem无线调制解调器
4业务及功能
配电系统是电力系统电能发、变、输、供、配中面向最终用户的一个重要环节。
配电网络自动化是利用现代信息技术,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成,构成完整的自动化系统,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电的现代化管理。
4.1业务需求
监测配电网运行参数,通过移动无线通信系统将配电网运行参数传回电力信息中心,根据配电网情况进行管理维护。
4.2功能要求
根据上述业务需求,电力行业M2M无线通信系统须具备以下基本功能:
1)配电网监测功能:
电力专用设备(如TTU/FTU/RTU等)采集配电网运行数据(如电流、电压、功率等)。
3)自动告警功能:
电网运行情况发生异常,自动告警,通知电力信息中心。
4)信息回传功能:
将现场采集的配电网信息通过无线方式传回电力信息中心。
5)对现场设备的遥控功能:
电力信息中心可以调控现场设备参数(现场设备包括电网设备和电网参数采集设备)。
6)信息统计、分析、存储、转发功能:
电力信息中心对配电网运行数据进行统计分析,及时掌握配电网运行情况。
注:
行业终端通常由电力专用终端(即终端设备(TE))和无线模块(即移动终端(MT))构成;
TE和MT可以是分立物理设备,也可以是集成物理设备。
(终端具体要求见8.1节)
系统应7*24小时不间断工作,在各种气象情况,满足以下要求:
工作场合:
配网变压器、大用户电表、住宅用户电表、变电站等;
传输数据量:
电力行业应用每次传输数据量不大,一般为1.25KB到12.5KB左右;
数据传送频率:
异常情况时监控信息需要及时传到监测工作站;
电力抄表一般为一天或几天一次;
质量要求:
需要保证所有的控制和监测数据在数据传输时不被修改或窃取,行业应用系统本身应具备相应的防入侵措施。
监测工作站需要根据情况实时调整前端设备的检测参数,需要数据可靠传输。
工作温度建议-40~85℃、防电磁干扰、防水/防潮、阻燃/密封/防尘;
移动性:
电力行业终端基本安装在固定位置。
5系统结构和信息流程
根据系统对数据传输的要求分析,建议系统主要使用GPRS承载方式。
(具体分析见附录A:
承载方式分析)
5.1系统结构
图1电力行业M2M无线通信系统结构图
系统设备组成及功能:
电力专用终端(如TTU/FTU端等):
用于采集电力设备数据,进行数据处理(加/解密、压缩与解压缩等);
无线传输模块:
用于接入无线网络,将电力专用终端采集到的现场数据通过GPRS网络传输到通信服务器,并负责通过GPRS网络接收来自监测中心的电力终端控制信息;
通信服务器:
用于建立并维护与无线传输模块间的数据连接,进行通信协议的处理(如解密/解压缩/解包等);
监测工作站:
负责分析处理配网现场数据,监测配网工作情况;
中心服务器:
负责整个电力信息中心的信息处理工作;
DHCP服务器:
用于为电力信息中心设备及现场无线传输模块分配动态IP地址;
RADUIS服务器:
用于为行业用户提供终端鉴权功能;
WEB服务器:
提供WEB方式系统管理查询查询功能。
应用层接口功能:
监测工作站——电力专用终端接口:
用于传输配网现场数据和电力专用终端设备控制信息;
5.2信息流程
图2电力行业M2M无线通信系统信息流程图
1.电力专用终端控制无线传输模块发起GPRS呼叫;
2.用户发出GPRS登录请求,请求中包含专门分配的行业APN;
根据该APN,登陆到行业用户所在GGSN,并将用户请求传送给GGSN;
3.GGSN将用户认证信息(包括手机号码、用户账号、密码等)通过专线送至Radius进行认证;
4.Radius认证服务器得到MSISDN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IP地址;
5.DHCP返回IP地址;
6.Radius通过认证后,向GGSN发送携带用户IP地址的确认信息;
7.GGSN返回IP地址给GPRS模块;
8.电力专用终端使用GGSN返回的IP地址,通过GGSN与通信服务器建立数据连接,开始数据传输。
6业务流程
图3电力行业M2M无线通信系统业务流程图
电力专用终端(FTU,TTU等)将采集到的数据通过GPRS网络发送到电力信息中心的通信服务器上,再转发至监测工作站进行数据处理;
或监测工作站主动发送数据采集指令,该指令通过通信服务器和GPRS网络发送至远端GPRS无线传输模块上,并送达电力专用终端,命令其进行现场数据采集上传。
7码号要求
行业终端无线传输模块:
采用GPRS接入方式时,根据《APN管理原则》建议使用专用区域性APN,动态分配私有IP地址;
建议采用有线接入方式(专线或VPN接入),使用静态私有IP地址。
APN分配原则参见《APN管理原则》。
IP地址使用原则参见《中国移动IP地址规划》。
实际工程中可能会用到不同的IP地址类型,使用不同类型的IP地址数据连接建立的方法也不相同。
对于动态分配私有IP地址的行业终端设备,无法由控制中心主动建立到行业终端设备的数据连接,因此无法实现远程设备监控;
若要进行设备的远程监控,须采取以下方法使控制中心获得行业终端设备IP地址:
1)使用心跳数据包,定期在服务器中更新现场设备IP地址;
2)行业终端无线传输模块的GPRS连接可能会中断,此时行业终端无线传输模块应自动重拨,GPRS重连控制中心时,需要自动更新行业终端无线传输模块的IP地址;
3)行业终端无线传输模块进行GPRS数据上传时也应自动更新其IP地址;
8设备及接口要求
系统主要由行业终端和监测工作站与移动通信网络三部分组成。
8.1行业终端功能
TE和MT可以是分立物理设备,也可以是集成物理设备,其接口遵循ETSI和ITU相关规范,如图4所示。
图4GPRS行业终端接口和参考点
MT设备可以使用GSM/GPRS通信模块,也可以使用通用的GSM/GPRS调制解调器;
其功能主要是无线数据传输。
TE设备功能有明显的行业特征。
电力专用终端(如FTU、PTU等)主要功能为采集电力系统工作参数、控制系统设备、数据存储转发。
TE和MT之间的物理接口可以是RS232串口、红外、PCMCIA、USB或GSM/GPRS通信模块自定义的接口。
TE与MT间通过AT命令进行通信(AT命令格式参见GSM07.07、GSM07.05、GSM07.60)。
8.2监测工作站功能
配电网的监视和控制;
配网故障处理和负荷决策转移;
配电网设备管理;
实时GIS;
在线维护功能等。
8.3系统接口要求
系统接口用于传输配网现场数据和电力专用终端设备控制信息。
接口应用层协议具体消息结构和内容由终端开发厂商或系统集成商或行业用户自行定义。
应用层接口协议定义了信息传输格式、设备控制命令格式、心跳包、确认消息。
8.4对现网设备要求
对现网设备的要求主要包括:
1、需要专用路由器和防火墙负责用户专线的接入和管理。
与GPRS核心网连接既要考虑GPRS核心网安全问题,也要考虑外网安全。
用户需要通过专线接入多种业务,如GPRS、SMS、CSD等。
2、现网GPRS设备需要支持本地APN和全网APN的管理、配置和漫游;
3、可以使用Radius设备加强对行业客户鉴权认证和IP地址的分配管理;
根据用户需要也可以使用行业客户Radius设备。
9计费与结算
采用GPRS承载的计费与结算参见《中国移动GPRS网络技术体制》。
计费系统除支持现有计费方式外,还应支持根据专用APN进行批价的方式。
10网管
目前行业应用系统中,中国移动主要提供网络通道,行业应用系统的后台服务器和行业
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