APN电力抄表方案

1、广西联通电力抄表方案广西联通电力抄表方案目 录1.前言32.客户需求描述43.广西联通GPRS无线网络及优势44.系统实现方案54.1方案介绍54.2电力抄表应用用户模型54.3方案概述64.4提供给客户网络的接入方式64.5GPRS实现方案资源占用情况74.5.1终端状态转移分析84.5.2用户端资源占用情况94.6GPRS APN接入管理94.6.1企业用户自开户104.6.2Hosting及业务接入104.6.3专网AAA114.6.4安全绑定114.6.5GPRS APN企业接入设备管理124.6.6电力无线采集终端监控管理134.7系统访问方式195.广西联通推荐的网络建设方案195

2、.1推荐的解决方案195.2方案优势206.结束语211. 前言首先，衷心感谢广西电力局长期以来对广西联通的信任和支持！希望在贵局网络的建设中广西联通能助您一臂之力，共同搭建现代化的信息网络。本方案是基于GPRS APN接入方式的广域无线专网组网建议方案，为了实现内网互联而专门制定。我们通过与贵单位的领导和专家的前期沟通，在了解通信需求的基础上我们成立了专门的方案小组。并结合广西电力局目前通信条件和通信费用的分析情况制作了本方案。我们衷心的希望可以通过本方案的论证和实施，能进一步加深彼此在通信领域的合作！ 广西联通有限公司集团客户部 敬呈2021年11月1日 2. 客户需求描述经过我们和贵单位

3、相关领导和专家的前期交流探讨，将贵单位的需求归纳总结说明如下：随着电力系统改革的全面展开和不断深入，电力逐步走向市场化。我国电力行业、电力部门在体制结构、运营管理方式上都发生了深刻变化。电力公司由过去的生产型向经营型方向发展，电能作为电力公司的主要商品，它的销售和其对应的电费回收已成为电力公司主要经济考核指标。因此加大对配电网与用电网的监测与管理，实现对大用户电量的远程抄表和自动结算，改进传统的电费结算手段，加强线损管理，提高防窃电能力，加大用电监察水平，满足广大用户对于供电的质量和可靠性要求，是提高电力部门的生产经营管理水平和管理效率，最终实现电网商业化运营，建立区域乃至全国统一的电力大市场

4、而采取的重要举措。在实现大用户的电量抄收、配电变压器的监测与线损分析系统建设方案中，以上采集对象有着地理位置分散、采集点多、数据量少、实时性要求高等特点。因此需要利用目前广域无线通信技术的通信专网，对工业及商业大用户和配电台区变压器电量的抄收和监测，最终实现整个配网的线损动态监视。3. 广西联通GPRS无线网络及优势GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的GSM系统上发展起来的一种新的分组数据承载业务。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统，GPRS在数据业务的承载

5、和支持上具有非常明显的优势，更有效地利用无线网络信道资源，因此GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用范围于偶尔的大数据量传输。支持数据传输的速率更高，理论峰值达171.2kbps。这一特点正适合大用户的考核与电费抄收系统、配电变压器的监测系统、居民台区线损的管理系统的应用。GPRS有如下技术特点:1、专用数据业务网2、实时在线: 采集点的无线终端与主站设备随时都保持网络联系3、高速传输: 相对于传统的电台式数传方式，由于GPRS采取了先进的分组交换方式，数据传输最高理论值可达171.2KB/s, 实际是30KB/s4、全双工通信方式，按量计费: 按数据传输量来计费，

6、没有传输数据信息时，即使实时在线占用数据通道也不会发生费用5、资源利用率高: 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5、空中加密，安全性好6、支持广播和群呼7、网络覆盖性好8、一卡全国通，无需漫游4. 系统实现方案4.1 方案介绍广西联通GPRS系统可提供广域的无线IP连接，本文主要针对广西电力局电力抄表应用，提供解决方案和分析，在广西联通GPRS APN业务平台上构建电力远程抄表应用，实现电表数据的无线数据传输。 GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和电表数据采集点组成，利用广西联通现有的GPRS/GSM网络，电表数据通过广西联通的GPRS/GSM网络进行传输。通

7、过广西联通的GPRS网络系统，电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。广西联通GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。4.2 电力抄表应用用户模型在使用GPRS网络的情况下，要求终端通过定时发“心跳包”将终端保持在连续在线的工作模式，便于系统主站了解各终端的工作状态和统计上线率。(电力数据采集终端的心跳包间隔一般设为20分钟一次)。采集终端定时每15分钟采集并上报一次电力数据，每次的数据1-2Kbyte；可以每15分钟传送一次数据。每天主动采集96个时间点的数据，每个月的流量不到500Kbyte

8、，加上约100Kbyte的“心跳包”数据，每个月的正常数据约600KByte。电力数据采集终端要求通信网络支持“每次传输数据量较少、传输次数频繁”的工作方式。当终端发现数据异常时可以及时向主站上报告警数据，主站可以随时向终端发送数据采集任务。总的来说，要求终端可以随时向主站上报数据，电力的主站服务器也可以随时找到终端，并向终端下发采集任务。4.3 方案概述企业网虚拟专线起点SGSNBSC/RNCGnGiGGSNMS虚拟专线普通接入GPRS APN管理平台专网AAA虚拟专线终点防火墙图1网络方案示意图广西联通GPRS实现电力抄表方案如上图所示，数据采集终端可以看作一台GPRS接入终端，采集终端接

9、入到2G的GPRS网络，GPRS网络提供到电力公司网络的数据采集服务器的接入，即GPRS核心网网元GGSN提供到电力公司企业网的接入(可以通过专线或隧道)，GPRS网络为电力公司服务器所在网络分配APN。数据采集终端发起PDP激活时，提供对应电力网络的APN，指明接入到数据采集服务器所在的电力公司网络，GGSN在收到采集终端的激活请求，认证成功后为采集终端分配一个IP地址。此IP地址由企业用户规划，配置在GPRS APN管理平台上。采集终端PDP激活成功后，能够成功接入电力公司网络访问数据采集服务器，进行必要的通信。4.4 提供给客户网络的接入方式从GPRS接入到企业网，需要在GGSN Gi接

10、口提供到企业网的接入链路。就目前来看有两种方式：1)采用专线方式，该方式下需要从运营商GGSN机房路由器架设专线到企业网的接入路由器（即下图中的路由器1和路由器2），专线方式安全性比较高不需要面对广域网上的恶意攻击，可以不用配置防火墙，而且专线方式，企业网和GGSN之间的通信带宽有保证；缺点是成本较高，可能工期也较长；2)采用公网隧道方式，该方式下在运营商GGSN机房路由器提供到公网的接入，在企业网的接入路由器也提供到公网的接入（即下图中的路由器1和路由器2），在两台路由器之间建立GRE隧道，提供GGSN到企业网的接入。这种方式可以最大程度的利用已有资源，工程量较小。但是需要经过公网，基于安全

11、上的考虑，需要设置防火墙。总的来看成本肯定要较架设专线低。4.5 GPRS实现方案资源占用情况4.5.1 终端状态转移分析结合本次电力抄表中不存在路由、位置更新的实际情况，我们给出如下的可能状态转换图：一状态转移终端表现为Idle、StandBy、Ready态，通路ABC是正常业务流程的状态转变情况，通路1、2是异常的状态转变情况。通路A，其可能需要的时间长度是由人为决定（什么时候打开终端）或者终端自己下线后能主动检测的时间长度。通路B，其可能需要的时间长度取决于终端主动上报数据的时间间隔和主控站对终端的通信间隔。通路C, 其可能需要的时间长度在网管配置。表示最后一个数据包传输完成后多久触发此

12、改变。默认60S，范围30，11160S。通路1，从R变成S态之后不可达定时器设置上，超时后开始隐式分离。定时时长在网管配置，最小45分钟，应该不会发生，所以此通路用虚线表示。通路2，其可能需要的时间长度是由人为决定（什么时候关闭终端），或者异常吊线。二、定时器：定时器1：ready定时器，表示最后一个数据包传输完成后多久触发此改变。默认60S，范围30，11160S。定时器2：隐式分离不可达定时器，表示终端超过定时器时间没有任何消息和数据包，则由STANDBY变到IDLE状态定时器3：SGSN在线控制时间定时器，指多久没有任何数据传送，网络侧强制让终端下线。范围在0.5,24小时，本应用中应

13、该任何值都能满足需求。该定时器与定时器2的不同是，可以控制终端由READY状态直接下到IDLE状态。定时器4：GGSN侧的会话时长和空闲时长定时器，作用类似定时器3，但是可以根据APN来配置。会话时长计时器一般设置为24小时或36小时，最大值72小时，当会话持续时长超过计时器，GGSN强制删除PDP上下文。空闲时长定时器最大值n个小时，当会话空闲超过该计时器，GGSN也强制删除PDP上下文。本应用中本APN两个定时器必需配置成0，都表示不控制。定时器5：SGSN的周期性更新路由定时器，时长60，11160S，可保证终端在线探测。4.5.2 用户端资源占用情况1)网络设备GRE隧道是建立在路由器

14、之间，对于路由器来说只是简单的IP报头封装和解IP报头，因此肯定会对路由器设备增加一下处理需要。但是，我们从GRE隧道的处理任务来看，非常简单，对路由器资源的需求也是非常有限。另外，GRE隧道数只是和提供的企业网数目有关，也就是一个企业网接入才需要维护一条GRE隧道，对于企业网端的路由器来说只要维护一条GRE隧道就可以了，不会因有多个企业网用户在线，而需要为每个用户单独维护用户。2)用户终端：当出现网络连接中断后，终端能自动发起连接。4.6 GPRS APN接入管理电力局管理员访问门户如下图：4.6.1 企业用户自开户电力局管理员可以通过自开户界面完成用户开户和信息捆绑，可以自行管理所属拨号用

15、户，进行开户、销户、设置用户权限等操作。4.6.2 Hosting及业务接入业务接入：企业接入维护、黑白名单管理业务管理：企业域(APN)维护、企业信息管理、终端信息管理、号段管理、IP地址池管理4.6.3 专网AAA主要实现对电力局无线电表数据采集点终端GPRS APN网络接入的统一身份认证、鉴权及IP地址分配。包括：1)增强认证机制：a)在对用户的NAI、Password进行认证的基础上，还增加了对MSISDN是否在企业允许的范围内的核查，杜绝非企业用户对企业接入帐号进行试探的可能性限制。b)企业域认证。2)网络访问限制：a)限定只有电力公司的合法终端用户才具有电力公司业务网络与应用的访问

16、权限。3)鉴权：a)IP地址鉴权b)APN鉴权c)企业域鉴权c)用户身份鉴权e)访问时间段鉴权4.6.4 安全绑定主要实现企业终端用户及企业移动信息化应用的安全接入绑定，包括：1、企业终端用户与域名的绑定维护。2、企业终端用户与IP地址的绑定维护。3、企业终端用户与时间段的绑定维护。4、业务绑定维护 MSISDN与域名（APN）绑定功能实现1、在GPRS APN上网PPP连接建立过程中，GGSN获取拨号手机的MSISDN号码，并发送给GGSN Radius Server2、GGSN Radius Server根据GGSN设备型号，从请求消息中解析出拨号终端的MSISDN号码。3、

17、GGSN Radius Server连接数据库，查询此企业域绑定的MSISDN号码列表。4、若此企业域(APN)作了MSISDN号码绑定，且拨号终端的MSISDN号码不在绑定列表中，则认证失败；若此企业域未作MSISDN号码绑定或拨号终端的IMSI号码在绑定列表中，则认证完成；5、若认证通过，则GGSN将IP地址分配给拨号终端。 MSISDN与IP地址绑定功能实现1、在GPRS APN上网PPP连接建立过程中，GGSN获取拨号手机的MSISDN号码，在用户认证请求和PPP参数中发送给GGSN2、GGSN将MSISDN号码作为一个Radius属性在认证请求中发送给GGSN Radi

18、us Server3、GGSN Radius Server查询数据库，获得此MSISDN绑定的IP地址，在响应中返回给GGSN4、若认证通过，则GGSN将此地址分配给拨号终端 MSISDN与时间段的绑定1、在GPRS APN上网PPP连接建立过程中，GGSN获取拨号手机的MSISDN号码，在用户认证请求和PPP参数中发送给GGSN2、GGSN将MSISDN号码作为一个Radius属性在认证请求中发送给GGSN Radius Server3、GGSN Radius Server查询数据库，获得此MSISDN绑定的时间段列表，在响应中返回给GGSN4、若MSISDN在绑定时间段列表中

19、，则认证通过4.6.5 GPRS APN企业接入设备管理包括：1、GPRS APN企业接入设备信息管理企业名称接入设备地址连接方式：GRE/Route认证方式：PAP/CHAP端口资源2、GPRS APN企业接入设备性能与故障监控4.6.6 电力无线采集终端监控管理GPRS APN接入管理平台提供对电力局无线电表数据采集点终端行为分析与处理、性能监控、状态监测、信息管理、故障分析、统计分析功能。 实现原理系统通过Gb信令探测技术，获取BSC和SGSN之间的通信内容，在此基础上进行信令分析，并且跟踪每个信令流程，完成对PDP激活情况的监视。同时，系统还能实时显示各BSC/BTS的G

20、PRS接通成功率的情况。在GPRS系统防火墙前后端采取端口数据复制技术获取Gn口数据，在此基础上加上GB口信令分析，跟踪每个信令流程，然后将所有收集到的数据按照每个呼叫进程总结归纳。对每个GPRS用户的状态及其标识(IMSI、TLLI、用户的IP地址、APN地址)进行实时的跟踪，从而对用户进行定位。对成功建立的每一个连接实施内容分析，按照预先输入的关键字检索，对符合目标特征的内容进行记录。 系统组网结构GPRS信令网关通过高阻探头在所需的GSM网元上采集Gb信令原始数据，经过初步处理后，分离出有效信元并采用TCP/IP协议包装后送到信令分析处理服务器做进一步分析。 在GPRS系统

21、采取端口数据复制技术(SPAN)获取Gn口数据，在此基础上加上GB口信令分析，跟踪每个信令流程，然后将所有收集到的数据按照每个呼叫进程总结归纳。 终端行为分析与处理实时采样分析监控号码用户在Gb、Gn口上的活动记录，对用户数据包监控，实现一个追踪。系统实时把故障率最高的用户列出，并可以定制告警提示。对历史数据进行挖掘，按LAC或按CELL或APN查找最频繁出现PDP/RAU/ATT激活成功率低的情况，并显示其近期的激活情况。故障处理时可从历史数据中查找投诉号码的激活记录，并将其显示为一个按时间排列的列表。将投诉号码加入监控列表，实行自动监控。 性能监控系统实时显示电

22、力局电力抄表与监控应用APN的PDP激活成功率，电力局用户可以设定APN及门限值以产生告警显示；提供电力局电力抄表与监控应用APN的信息总量、当前单位时间流量，并用统计图如柱状图、饼状图、电子地图展现出来；信息统计分析参数超过阈值，系统可以发出声光告警，阈值可配置； 状态监测与管理GPRS APN接入管理平台及时监测电力局无线电表数据采集点终端的运行状态。电力局管理员只要登录系统即可方便的查看自己所管辖的终端的工作运行状态。终端运行状态主要有三种状态：1)在线状态：企业用户正常的使用数据业务。系统通过对信令消息分析，可以判断出无线终端和host已经建立好链路，并且上面有数据正在传

23、输。2)异常状态：企业用户不能正常发起数据业务。系统通过对Gb、Gn接口信令消息，可以判断无线终端不能和host建立链路，同时也不能开展数据业务。注意我们所说的异常是链路无法建立的异常，至于广西联通已经提供好链路，而用户无法开展业务，则不算终端处于异常状态，这个现象和企业用户在终端上使用的应用有关系，而非广西联通的责任。3)离线状态：企业用户终端的任何Gb、Gn信令消息和数据消息都在一定的周期内没有被监测。电力局管理员可以对状态管理策略进行组管理，也可以进行单个终端策略管理，组策略优先于单个终端策略。状态管理策略如下：1)禁止状态通知：如果客户执行此策略，将不能及时地获取终端状态，但是当出现大

24、量异常时，可以暂时开启，待问题解决后，再关闭，防止不必要的信息干扰。2)允许状态通知：此策略可细分成下面几个简单策略的设置和组合设置。l 状态变更通知：当终端的状态发生变化时，在线切向异常、在线切向离线、异常切向在线、异常切向离线、离线切向在线和离线切向异常的状态变更，系统将自动通过短信或者邮件通知客户。此消息只发送一次，客户可以不作出任何的反馈。l 离线状态告警通知：当终端处于离线状态时，系统自动根据此策略通知客户，直到客户对通知消息作出反馈后，系统将停止发送通知。l 异常状态告警通知：当终端处于异常状态时，系统自动根据此策略通知客户，直到客户对通知消息作出反馈后，系统将停止发送通知。4.6

25、.6.6 信息管理电力局管理员在选择一个终端后，可以查看对应终端的全部相关信息。终端自身信息：终端编号、终端名称、终端IMSI、终端业务类型、终端IP地址、终端地理位置、创建时间.企业用户信息：企业名称、企业地址、联系人、联系电话、邮箱.终端厂商信息：厂商名称、厂商地址、联系人、联系电话、邮箱. 故障管理当电力局无线电表数据采集点终端在GPRS APN网络接入发生故障时，管理平台详细记录终端的故障信息，根据上述理论，对各种故障进行分析和定位，通过短信或者电邮通知客户，使得运营商和企业用户能及时了解电力局无线电表数据采集点终端发生的故障和原因，同时还为终端厂商提供详细的信令流程，方

26、便终端厂商更加精确地诊断故障。 统计查询1、 各种类型终端在本行业的使用分布。统计样例如下：终端类型中兴华为神州数码总计终端个数10201001000终端分布1%2%10%2、 各种类型终端在本行业的故障分布。统计样例如下：终端类型中兴华为神州数码总计故障次数10201001000总次数100020008008000故障率1%1%12.5%12.5%故障分布12.5%25%10%100%3、 单个终端的在线时长、激活时长、利用率、连接次数、成功连接次数、成功率。统计样例如下：终端编号上线时长激活时长利用率连接次数故障次数故障率平均流量神州0011005050%1001010%3M

27、神州00220015075%10088%2M神州003300020066%10099%4M总计5000400080%1000303%9M4、 终端状态信息终端编号Tx0001终端厂商神州企业工行变更时间老状态新状态持续时长短信通知确认通知20061213-12:30:30在线离线2h通知确认20061214-12:30:30离线异常3m屏蔽-.20061215-12:30:30异常在线4h通知确认5、 终端类型个数终端类型个数中兴1型10中兴1型20总计10006、 终端配置信息终端编号IP地址IMSI企业名称企业负责人.HW00015123589674华为张三注：标题

28、头信息包含：终端编号、终端名称、终端IMSI、终端业务类型、终端IP地址、终端地理位置、创建时间、企业名称、企业地址、联系人、联系电话、企业邮箱、厂商名称、厂商地址、联系人、联系电话、厂商邮箱7、 本行业的在线时长、激活时长、利用率、连接次数、成功连接次数、成功率。8、 业务流量总计可以按客户需求增加新的统计指标。 对电力局企业应用的支持电力局企业应用可以通过消息接口取得终端(手机号)所对应的IP地址。对某些终端，平台可以获取终端所属小区信息，从而提供其位置信息。4.7 系统访问方式对于系统的访问，可以通过以下几种不同的方式进行：1)内网访问GPRS APN接入管理平台配置独立的

29、内网地址，广西电力局管理员可以通过内网实现对GPRS APN接入管理平台的访问。即通过IE，访问监控管理平台WEB服务器的80端口(http访问端口)即可。2)公网访问为GPRS APN接入管理平台开放到公网的连接权限，即通过防火墙实现到公网的映射。5. 广西联通推荐的网络建设方案5.1 推荐的解决方案汇聚接入交换机接入方式如下：放火墙企业网虚拟专线起点SGSNBSC/RNCGnGiGGSNMS虚拟专线普通接入GPRS APN管理平台专网AAA虚拟专线终点专线根据我们的经验，考虑到以后网络的稳定性和可靠性，同时为用户节省设备投资，建议用户采用100M光纤专线接入，同时采用2M数字电路或100M专线为备份方式, 两条专线分别接入到广西联通不同的接入局点和接入设备上，用户端采用主备两套设备冷备份，以保证不间断服务。网络采取的认证方式为一次认证