摘要：通过4GLTE技术实现配电馈线终端FTU的网络接入。针对用户需求,在其与移动运营商之间物理专线的基础之上,利用运营商提供的集团客户VPDN业务,采用L2TP over IPSec技术实现了DAS与FTU之间的VPN网络通道,达到配电自动化信息安全传输的目的。基于所构建的通信网络,进行DAS通信服务器软件的设计,实现了DAS系统数据采集和输出控制的通信功能。实验结果表明,所构思实现的通信子系统达到了通信功能和网络安全的指标要求。
关键词：配电自动化系统；网络接入；LTE技术
1基于LTE的DAS通信子系统架构
1.1 LTE网络架构
LTE即长期演进,是移动通信的一种技术方案,直到LTE-Advanced版本,才成为真正的4G移动通信技术,我国的4G移动网络采用了TD-LTE技术。LTE移动网络简单扁平,降低了组网成本,减少了系统延迟,增加了组网灵活性,具有高速率(下行通信速率可达100M,上行通信可达50M)、低时延(业务面传输时延<10ms,信令面建立时间<100ms)、永远在线(AlwaysOnline)等特点,使得4G移动网络成为电子商务、物联网终端接入的重要通信载体。LTE架构主要由用户设备(UE)、演进UMTS地面无线接入网(E-UTRAN)和演进分组核心(EPC)三部分组成,其中E-UTRAN可以看作基站的集合,EPC则可以看作是运营商的核心网服务器,实现与诸如因特网,专用企业网络或IP多媒体子系统的分组数据网络(PDN)的通信连接.部件之间的接口协议分别为LTE-Uu、S1和SGi。
1.2基于LTE的DAS通信子系统架构需要
在配电网的馈线终端侧,采用4G路由器接入无线公网,在控制中心侧,部署具有4G路由功能的接入路由器作为LNS(L2TP NetworkServer)。为了保障运营商和DAS监控中心的网络安全,两侧各自部署专门的防护墙。按照电力二次系统安全防护规定,在通信服务器和DAS数据库服务器之间部署横向网络隔离装置,进一步保障DAS系统的网络安全。
1.3支持LT2P协议的VPDN业务
在构建通信子系统时,已经考虑到了网络攻击的安全问题,本节主要考虑数据传输的安全问题。虚拟专用拨号网VPDN采用专用的网络加密通信协议,在公共网络上建立安全的虚拟专网,是一种最常用也是非常有效的保证数据传输安全的技术。DAS通信子系统则采用这一技术实现通信服务器到FTU之间的数据传输安全。从具体实现的角度,L2TP隧道协议(Layer 2 TunnelingProtocol)用于承载VPDN业务。L2TP隧道建立的过程为:4G路由器启动运行后,自动检测在线状态,如果离线则发送PPP连接请求给4GLTE网络,EPC中的L2TP访问连接器受理其请求,并以L2TP隧道方式将该请求延伸到LNS,从而建立起客户4G路由器到LNS之间的L2TP隧道。为了达成加密数据传输的目的, L2TP over IPSecVPN技术被用于搭建集团客户VPDN业务网络。在客户4G路由器到LNS之间的L2TP隧道建立后,启用IPSec协议, 采用IPSec反向路由注入(Reverse RouteInjection)功能, 进一步构建4G路由器和LNS之间的IPSec隧道, 同时LNS自动将4G路由器的网段注入路由表中, 从而实现控制中心与FTU之间安全、可靠的网络互连。
2 DAS通信子系统软件设计
2.1通信服务器软件架构
通信服务器软件采用VC++集成开发环境设计,使用基于MFC类库和数据库支持的单文档架构,主要实现软件人机交互、底层通信驱动、配网数据处理和DAS实时数据库服务器访问等功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆DAS实时服务软件主要实现配电网运行告警、遥控命令转发、通信配置修改同步等功能,并以网络套接字协议与通信服务器软件实现实时信息交互[1]。为了保证系统实时性,DAS的数据库服务器采用了OSIsoft公司的PI实时数据库系统,通信服务器软件采用ODBC接口进行数据库表访问。软件架构中的人机交互、底层通信驱动和配网数据处理部分在后面小节中分别予以阐述。
2.2人机交互界面设计
通信服务器软件基于VC++单文档界面设计,并使用无模式对话框实现通信报文监视。根据软件的使用需求,软件主界面分为4部分,第1部分包括最顶层的操作菜单和图标按钮,以及最底层的状态栏;中间的信息区分割为3窗口,左上角为配网终端的索引树窗口;右上角为主信息显示窗口,切换显示配网终端的通信状态、配电终端采集的数据等信息,帮助用户系统维护和联调;下面的窗口用于显示软件运行生成的日志信息。主信息显示窗口为基于DC技术实现的图形界面,以画面形式显示设备运行状态和实时数据信息。日志信息窗口基于List控件设计,按条目显示底层通信状态和数据处理所生成的日志信息[2]。此外,软件设计了一个无模式对话框进行通信报文显示,帮助用户进行终端设备的通信联调。无模式对话框划分为3部分,顶部放置操作按钮,左下部分显示配电终端索引树,操作终端索引树指定要监视报文的终端,右下部分为编辑框控件,格式显示101或104规约报文。其它人机交互操作则采用模式对话框实现。
2.3底层通信驱动软件设计
底层数据通信基于TCP/IP套接字协议设计,使用了多线程编程方法。为了方便起见,对配电终端索引树中的每个终端都自动创建一个套接字子线程,并与终端配置指定的通信规约绑定,按规约规定的流程进行报文通信[3]。套接字子线程根据配电终端的配置创建,因此要根据配置信息的改动进行动态创建和删除。套接字子线程运行过程中,如果发生断链情况,则生成运行日志信息、改变FTU的运行状态,并按指定时间间隔重新发起建链。
2.4配电网通信数据处理
通信服务器软件只负责基本的配电网数据处理,包括遥测采集数据乘系数回归计算、遥测越限告警事件生成、遥信变位事件生成和遥控过程事件生成等处理业务。为了实时将告警事件通知DAS的人机工作站,除将告警事件保存到DAS数据库之外,并采用专门的套接字线程发送给服务器上的实时服务软件,并由之向人机工作站广播[4]。为了提高通信服务器软件的实时性,抽象配电终端,设计专门的终端信息处理类,并按配置自动生成一一对应的实例对象,数据处理需要的参数常驻对象实例中,并与DAS数据库的内容保持同步。
结束语
针对配电网自动化系统DAS的通信服务子系统的建设需求,依照配电自动化系统技术规范,采用EPC中基于L2TP over IPSec VPN技术的集团客户VPDN业务实现了DAS与FTU之间的通信链路。该通信链路具有DAS与FTU之间通信简洁、速度快、安全性指标高等特点,满足技术规范书的要求。在所构建的基于4G宽带的通信子系统之上,采用套接字子线程编程技术,实现了使用101和104规约的通信服务器软件包,实现了DAS数据通信采集和输出控制的功能。
参考文献
[1]李浩良, 骆潘钿, 魏征. 基于4G网络的配电网远程监控系统设计与实现[J]. 广西电力, 2017(04):47-48+52.
[2]黄维芳, 金鑫, 文安,等. 基于4G无线通信的自适应分布式差动保护系统[J]. 电器与能效管理技术, 2017(6):47-50.
[3]林献坤, 潘志彬, 张毅刚. 支持4G通道的自动化监控系统通信管理机开发[J]. 仪表技术与传感器, 2017(10):33-37.
[4]刘辛颖. 矿山4G智能通信平台研发与应用[J]. 通讯世界, 2018(1):107-108.
论文作者:侯少康
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：通信论文; 终端论文; 子系统论文; 服务器论文; 软件论文; 网络论文; 实时论文; 《基层建设》2019年第14期论文;