电力行业技术方案.doc

中国移动通信集团公司 发布QB-中国移动通信企业标准电力行业M2M无线通信技术方案The Technical Specification of M2M Wireless Communication in Electric Power Industry版本号：1.0.0（征求意见稿）-实施-发布17 / 17前 言本文基于电力行业应用的需求，提出电力行业M2M无线通信技术方案，包括功能要求、系统结构、码号要求、设备及接口要求等，并附参考案例，是中国移动集团公司和省公司为电力行业提供M2M解决方案的技术依据。本技术方案由中国移动通信集团公司数据部归口管理。本技术方案解释权属于中国移动通信集团公司，具体技术细节由中国移动研发中心负责解释。本技术方案起草单位：中国移动通信集团公司研发中心。本技术方案主要起草人：李石、吕志虎、赵生、唐剑锋、任赪、姚丰、孙金霞、李威。目 录1范围42引用标准43相关术语与缩略语解释44业务及功能54.1业务需求54.2功能要求55系统结构和信息流程65.1系统结构65.2信息流程76业务流程87码号要求88设备及接口要求88.1 行业终端功能98.2 监测工作站功能98.3 系统接口要求98.4 对现网设备要求99计费与结算1010网管1011安全1011.1 终端鉴权与认证1011.2 用户信息安全1011.3 GPRS网络安全1012编制历史11附录A 无线承载技术分析12附录B APN管理原则14附录C 链路检测与激活15附录D 典型案例161项目摘要162项目简述162.1项目背景162.3实施单位163项目内容173.1整体方案173.2 GPRS系统功能和性能173.2.1 GPRS终端主要功能173.2.2 GPRS终端性能技术参数173.2.3 ARS功能181范围本技术方案原则上在中国移动通信集团内部使用，为集团公司和省公司在电力行业开展M2M无线通信业务提供技术依据。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本方案中引用而成为本方案的条文。本方案出版时，所示版本均为有效。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: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);AT command set for GSM Mobile Equipment4GSM 07.05: Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); Use of Data Terminal Equipment - Data Circuit terminating Equipment (DTE - DCE) interface for Short Message Service (SMS) and Cell Broadcast Service (CBS)5GSM 07.60: Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); General requirements on Mobile Stations (MS) supporting General Packet Radio Bearer Service (GPRS)3相关术语与缩略语解释APNAccess Point Name接入点名称ARSAlmighty Route Server 全能路由器CSDCircuit Switched Data电路交换数据DMSDistribution Management System配网管理系统EMSEnergy Management System能量管理系统FTUFeeder Terminal Unit馈线远程终端GPRSGeneral Packet Radio Service通用分组无线业务M2MMachine to Machine机器到机器MISManagement Information System管理信息系统PTUPower Terminal Unit电能终端RTURemote Terminal Unit远端测控单元装置SMSShort Message Service短消息TTUTransformer Terminal Unit变压器智能终端USSDUnstructured Supplementary Service Data非结构化补充业务数据WDLWireless Data Logger 无线智能传输器WICWireless Information Communicator GPRS无线智能传控终端WMWireless Modem 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-4085、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GPRS网络GGSN无线传输模块图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87645321无线传输模块电力专用终端RADUISGGSNDHCP通信服务器图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业务流程电力专用终端采集现场数据数据压缩/加密/打包打包数据通过无线网络传输通信服务器接收数据解压缩/解密/解包监测工作站作相应处理图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；通信服务器：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，其接口遵循ETSI和ITU相关规范，如图4所示。图4 GPRS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终端由行业客户自行管理。11安全11.1 终端鉴权与认证对终端的认证包含了对SIM卡的鉴权认证、对用户号码的APN授权的鉴权认证、基于IP地址识别用户号码（针对绑定IP地址的应用）。实际使用可以综合采用以上手段。11.2 用户信息安全本方案无特殊保密需求，端到端加密技术需要由行业用户自行实现。移动网络与控制中心的传输通道建议采用有线方式（如专线直联或VPN技术），确保用户信息安全。11.3 GPRS网络安全实施行业应用时应注意与外部数据网的隔离，中国移动GPRS网在与外部数据网互连的Gi接口上应设置防火墙。具体方案参见中国移动GPRS网络技术体制。12编制历史电力行业M2M无线通信技术方案编制历史版本时间重大修改V1.0.0 征求意见稿2004年8月征求意见稿完成。附录A 无线承载技术分析GPRSUSSDSMSCSD连接方式分组交换方式，适合面向连接和无连接面向连接方式存储转发方式电路交换方式，适合面向连接和无连接无线承载信道多PDTCH通话状态下FACCH非通话状态下SDCCH通话状态下SACCH非通话状态下SDCCHTCH数据速率CS-1最大有效速率为59.28kbpsCS-2最大有效速率为88.88kbps最大400bps普通短信最大160Byte/条扩展短信（EMS）200-600Byte/条最大9.6kbps连接建立时间PDP激活时间小于3秒终端与USSDC之间建立连接时间在3-4S无连接建立过程V.110接入方式为4S左右普通MODOM接入方式为30S左右时延（RTT）1-2.5s存储转发方式，时延变化范围较大400ms网络发起理论上可以，实际存在问题理论上可以，厂家目前大多不支持可以不行QoS保证理论上可以，目前只能做到besteffort存储转发，无任何QoS保证带宽可以保证无线资源利用按照需要动态建立和释放无线业务信道连接建立过程中一直占用无线控制信道按需建立和释放无线控制信道（GSM）或业务信道（GPRS）固定占用1个无线业务信道通话和数据传输是否可同时进行A类终端可以，B类终端可实现电话呼叫挂起数据传输，并在通话结束后恢复可以可以不行根据电力行业M2M无线通信系统功能要求分析，通常电力行业无线通信数据量较小10K100K。目前GPRS网络设备的上传能力约11.2Kbps 每信道，一般能够利用1个或者2个上传信道，下载能力约2030Kbps，所以电力行业无线承载可以采用GPRS方式。考虑到电力行业数据传输数据量较小，也可以采用SMS/USSD承载方式，其中短信方式由于需要存储转发，传输可靠性不能满足电力行业需求。对于可靠性要求较高的数据应用（特别是下行控制）可以采用USSD承载方式。为了提高系统的可靠性，可以使用GPRS作为主要承载方式，GPRS工作不正常的情况下使用替代承载方式（SMS/USSD）。行业用户通信服务器与移动通信网间连接，可以采用VPN或专线方式。为满足电力行业数据的安全性能要求，应在系统内分配私有IP地址，屏蔽系统与Internet间的通信。电力行业无线DDN系统中需要远程控制电力专用终端，需要保持终端在线，目前采用定期发送心跳包激活连接的方式，心跳包频率需要根据当地具体网络环境设置。附录B APN管理原则一、GPRS业务的APN由集团公司统一规划和管理。全网业务的APN由集团公司分配，省内业务的APN由各省公司在集团公司规范的范围内进行分配。二、APN命名和分配原则1.以下提到的APN标识为网络标识；2.目前大众用户的APN为CMNET 、CMWAP，如需增加新的大众用户APN，由集团公司统一分配，长度不超过8位；3.行业客户和跨省集团客户的APN由集团公司与客户商定，编码格式为：（用户名）.（CMCC）； 4.省内业务的APN为（用户名）.（省名拼音缩写），省名拼音缩写编码同域名；5. 用户名可以为字母A-Z（不分大小写）、数字（0-9）和破折号（-），长度不超过20位。其它字符无效；6统配符APN “*”不向用户分配；7. 每用户同时注册的APN不能超过7个。三、省内业务的APN如无漫游需求，各省可自行分配，启用前报备集团公司。四、省内业务的APN如有漫游需求，各省应提前2周上报集团公司，上报的材料应包括该APN涉及的业务描述、网络方案、新增设备等。集团公司数据部请网络部、计费中心做好数据改造后，通知各省启用该APN。附录C 链路检测与激活对于经常性传输和实时性要求较高的数据传输，需要定期发送少量数据（心跳包）维持行业终端在线。心跳包通常由包序列号、行业终端设备IP地址、用户自定义数据组成，数据发送间隔（又称心跳间隔）应根据网络质量和应用要求进行设置（通常略短于无线通信系统对行业终端PDP上下文的保存时间）。附录D 典型案例1项目摘要项目名称：TTU/FTU数据传输GPRS无线网络解决方案用户名称：济南供电公司市中供电部 供应商名称：广州从兴电子开发有限公司所用的数据业务类型：TTU/FTU数据传输实现的主要功能概述：TTU/FTU数据通过GPRS网络准确的传至集控中心，集控中心实现数据采集，告警监控，数据分析等。2项目简述2.1项目背景项目来源：济南TTU/FTU无线通道项目是济南电力配网自动化改造项目之一，主要实现对各供电线路上的配电变压器的监测。立项原因：通过济南TTU/FTU无线通道项目掌握所有或部分重要的区调内配电变压器的运行情况，可以帮助管理者及时掌握区调配电网的整体状况，了解不合理运行的原因。同时，对于380V低压线路的电量管理也有帮助。相关环境：要对区调内散布在不同地理位置，数以千计的台变进行实时监控和运行数据参数进行实时采集，采用何种数据通讯方式建设TTU传输通道的选择是至关重要的。前期曾采用通过电信电话线拨号上网的方式，存在有些地方没有电话线，无法实现实时监控等问题。2.3实施单位广州从兴电子开发有限公司3项目内容3.1整体方案该项目共有20多个TTU/FTU采用了GPRS网络传输方式，TTU/FTU端采用了广州从兴电子科技股份公司产品WDL，型号（WDL-01A）；集控站采用了ARS软件（版本号2.1V）。整个通信链路为企业无线虚拟专网，和INTERNET没有连接。WDL通过232接口和TTU/FTU相连接，接口参数可设置。波特率