工科通信学术论文
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工科通信学术论文篇一
浅谈电力通信专网中无线通信技术
摘要：本文通过实际情况为出发点，结合目前电力通信专网技术，对当前几种主流无线通信技术及其该技术在电力通信专网领域里的应用场景展开了探讨，并提出了无线通信技术在电力通信专网中的应用及组网方案。
关键字：电力系统;无线通信;专网技术;组网
1 前 言
随着电力通信组网方案中光纤的大量引进，若遇到自然灾害，将对光缆的正常运行造成严重的威胁，甚至有可能出现光缆中断，而光缆抢修是需要在一定的条件下进行，且时间较长，这将对电网的安全、正常运行造成严重影响。经过实践证明：无线通信技术正好能弥补这种情况下光纤通信网的不足，因此，对无线通信技术的研究，寻找一项适合电力通信专网的无线通信组网方式势在必行。
2 Wi Max技术
2.1Wi Max技术简介
Wi Max使用的标准有802.16d和802.16e两个标准，无线信号传输距离最远可达50公里。Wi Max是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接，适用于静止和半静止状态访问网络，其传输速率可达10M-70M左右，能完全满足宽带上网的需求。802.16e标准定义了空中的物理层与MAC层， 802.16e接入IP核心网，也可以提供VoIP业务，支持一点对多点的结构。Wi Max是提供最后一英里的无线宽带接入技术，可以替代现有的有线和DSL连接方式来。Wi Max将提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供无线宽带连接。
2.2Wi Max组网方案
Wi Max系统的网络结构包括Wi Max终端、Wi Max无线接入网和Wi Max核心网三部分，如图1所示。
图1Wi Max组网结构方案
根据所采用的标准以及应用场景不同，Wi Max终端包括固定(802.16-2004)、便携和移动(802.16e)三种类型。而Wi Max接入网主要指基站，需要支持无线资源管理等功能，有时为方便和其他网络互联互通，还需要包含认证和业务授权(ASA)服务器。而核心网主要用于解决用户认证、漫游等功能及作为与其他网络之间的接口。
自动化的通信系统采用Wi Max电力专网具有很好的应用前景。配电终端数量大，分散，距离远，一个中等城市的变压器有上千个，配电终端有上万个，Wi Max电力专网将配电终端直接无线接入到配电控制中心，将智能电表的大用户的用电量，线路故障信息及时发送到调度中心。Wi Max技术的质量保证、点对多点，远距离传输的特点得到了充分的发挥和应用。
3 WLAN技术
3.1WMN技术简介
WMN即无线网状网技术，是移动AdHoc网络的一种特殊形态，它的早期研究均源于移动AdHoc网络的研究与开发。它是一种高容量高速率的分布式网络，不同于传统的无线网络，可以看成是一种WLAN和AdHoc网络的融合，且发挥了两者的优势，作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构。WMN具有宽带无线汇聚连接功能、有效的路由及故障发现特性、无需有线网络资源等独特的优势。在实际网络发展中，它可以与多种宽带无线接入技术如802.11、802.16、802.20以及3G移动通信等相结合，组成一个多跳无线链路的无线网状网络。这种无线网状网络可以有效减少故障干扰、降低发射器功率、延长电池使用寿命、极大的提高频率复用度，从而提高网络容量、无线网络的覆盖范围，并有效的提高通信可靠性。
3.2WMN组网方案
在使用无线网格网技术建设的网络中，其拓扑结构呈格栅状，整个网络由下列组成部分构成：智能接入点(IAP/AP);无线路由器(WR);终端用户/设备(Client)。
(1)WLAN组网方案，即由AC (接入控制点)+AP (接入点) +无线网卡+网络管理组成。
(2)尽管W i-Fi技术已经在应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患， Wi-Fi采用的是射频(RF)技术发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击。
(3)WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。WLAN技术也称为W i-Fi技术，目前有三个IEEE标准。W i-Fi的覆盖范围可达90m左右，传输速度快，802.11b的带宽可以达到11Mbit/s，而802.11a及802.11g更可达54Mbit/s。该技术可以组建无线局域网，特别在同一层楼内的办公室可以使用无线办公，其传输速率可以有效的满足宽带联网的需求。
3.3WMN优势和劣势
从安全性看，目前802.11Mesh网的安全方案主要是Tropos的TroposMetroMesh方案和Nortel的方案。TroposMetroMesh方案，采用了多层安全架构，对客户机提供WEP、WPA保护;对无线路由器间的数据采用64/128 bitWEP或128bitAES加密;同时使用VPN来增强整体的安全性。链路层的保护是无线网络安全机制的第一步，但是单独的链路层保护不能提供对敏感数据的保护。Nortel在安全方面也别具特色。每个无线路由器间均建立经过加密的IPSec隧道，以便安全地传送所有用户的数据业务、内部信令处理和管理信息，也就是说数据在无线路由器之间的传送都处于IPSec保护之下。
从成熟度看， WMN是正在研究中的技术，在研究中不断在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看， WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等等领域。随着其他技术的不断更新完善， WMN更好的与之相融合、互补，从而能够扬长避短发挥出各自的优势。
4在电力通信专网中的应用
4.1电力对无线通信网络的需求
(1)灾难时应急：采用无线通信系统是作为电网运行在灾难时的通信网络最佳选择，当灾害发生时或光缆故障不能及时维修时，无线通信网络可作为应急通信方式。
(2)远距离接入延伸：对于海岛变电站、城域网远距营业所节点，由于距离远，敷设光缆费用昂贵，可考虑采用无线通信网络技术进行电力通信网络的覆盖，解决因光缆敷设而产生的高额费用问题，同时可解决变电站、供电所等节点的覆盖问题。
(3)用户抄表：采用无线通信系统，将可以达到对用户用电量进行实时监控。随着这种技术的延伸，还可以对用户进行精确控制。
(4)配网自动化：目前我国的配网自动化上还很薄弱，采用无线通信技术可快速覆盖各节点， 并节省大量的线缆投资，快速为用户提供服务。
(5)新建变电站临时通信方案：在变电站建设期间，由于电力通信网络建设严重受限于变电站机房环境、线路施工条件，而电力通信网络的开通又是变电站投产必不可缺少的前提条件，因此，通信工程的建设时间常常不多，还经常发生光缆无法按时投产的情况，因此，采用无线通信网络技术进行光缆线路投产前的通信方案组织是一种快捷、方便的选择。
(6)小范围覆盖：对于变电站、电厂、电力楼宇等区域，可以考虑采用无线通信系统进行数据网、语音网的无线覆盖，在业务流量需求不太大的地方，采用这种方式，可以取代综合布线系统，避免昂贵的布线费用，同时可以提供便捷、快速的接入方式。
4.2组网方案
综上所述，电力通信专网对无线通信技术的需求主要体现在应急通信、配网通信、无光缆覆盖的厂站等节点临时通信几个方面，而为避免网络建设的重复投资，也避免出现应急网络在日常情况下闲置的现象，通过各方面需求的建设方案的分别分析，达到各自的解决方案，并得到不同解决方案的交集，以此交集来进行电力通信专网的应急用心网络建设和配网通信网络的建设。
图2无线技术在电力应用总况
从图2分析也可以看出，适合电力通信专网应急通信的技术有WMi ax、WMN、卫星通信等几种技术，而适合配网通信的技术有WMi ax技术，各种需求的解决方案的交合点是WMi ax技术，因此，建议采用WMi ax技术进行电力通信专网无线通信技术的应用深化研究。而为避免网络建设的重复投资，也避免出现应急网络在日常情况下闲置的现象，可将WMi ax技术结合WLAN技术、卫星技术进行综合解决方案研究，并注意结合目前光纤传输网、数据网和微波网的现状，充分利用光纤传输网和微波网的资源，使得无线通信技术在电网中不仅仅是为应急通信而建设，在平常情况下仍然可以作为生产网络使用。
具体方案是在各个220kV/110kV变电站/供电所/高山上建设WMi ax基站，而各配网业务接入节点DTU、FTU、TTU以及抢修车辆、灾变现场、应急通信需求现场配置WMi ax CPE终端进行回传，而各基站则采用光纤传输网、IP数据网、微波网、卫星通信接入配网中心、应急指挥中心等，使得该网络在灾变的适合可以利用微波网、卫星通信等基础平台迅速建立电力生产业务网络，满足各灾变现场的业务需求，而在日常中可以利用光纤传输网、IP数据网作为配网自动化的专用通信网络，以满足配网自动化对通信通道的需求。
在本方案中，各WMi ax基站采用光纤传输网、IP数据网、微波网、卫星通信等技术组成电力通信专网的WMi ax网络基础平台，形成WMi ax网络的核心网络部分。在实际应用中，由于应急通信需要解决语音指挥系统问题，因此，对于语音系统可结合NGN进行建设，通过NGN来实现语音指挥系统的功能。
5 结束语
综上所述， Wi Max技术不只是适合用于建设电力系统应急通信网络，也适合于建设配网通信系统，而且在经济上是可行的。同时，该网络并不会象通常的应急通信系统一样处于闲置状态，通过结合配网通信网络的建设，可以将两个网络综合考虑，充分的利用网络资源。