（国网金昌供电公司）
摘要：随着智能化设备的飞速发展，智能电网、智能变电站等新理念开始悄然来到电力行业试行并渐渐体现出其特有的优势，但是将变电站设备均接入采集监视系统及控制系统则成为了变电站智能化的难题，其原因主要在于电源、通信方式、现阶段使用的zigbee无线组网方式的局限性等。本文将从针对这些瓶颈原因解决办法的各个角度来探讨未来智能电网嵌入式设备的无线接入方式。
关键词：智能变电站；6LoWPAN；嵌入式设备；无线接入系统
1.系统简介
现代智能化变电站的理念即为实现变电站设备的物联网，即将变电站内设备如智能抄表设备、电能采集装置、环境测温、电能质量监测、仪器状态监测等组网并实现各个设备的数据实时监测上传，因此需要一套完整的接入系统将各个设备接入统一网管，实现中心站集中管理。现阶段应用广泛的基于Zigbee协议的嵌入式无线接入系统虽然发展较快，但是由于Zigbee协议的局限性（与IP设备（主要是计算机设备）互通繁琐等），同时IP技术已经日趋成熟，计算机必然成为多种复杂设备的网管载体，其方便操作、可操作性高、集中管理等优点无法被Zigbee设备继承，所以迫切的需要一种能够支持IP协议的嵌入式无线网络接入方案。
将IP协议引入无线通信网络一直被认为是不现实的(不是完全不可能)。迄今为止，无线网只采用专用协议（如Zigbee），因为IP协议对内存和带宽要求较高，要降低它的运行环境要求以适应微控制器及低功率无线连接很困难。基于IEEE 802.15.4实现IPv6通信的IETF 6LoWPAN标准的发布有望改变这一局面。
2.组网方案
2.1 嵌入式设备
智能变电站的需求令本系统选择了嵌入式设备代替人工/移动机器人等设备来监测、控制成千上万的需要接入网络的设备。嵌入式设备已经广泛用于电网中的设备，典型的设备如SCADA系统中的RTU（远程终端单元）。嵌入式设备主要负责采集和储存所在设施的运行状态各项参数，通过集成低功耗的6LoWPAN无线发射模块将数据上传至调度中心，还可以执行远端集中控制站对于设备的控制命令。
2.2 通信方式
通信方式从有线通信和无线通信中选择无线通信。有线通信其占地面积、布线空间、复杂度、不可移动、供电等局限性导致其不能成为智能变电站中多设备的通信方式。无线通信可由低功耗的基于6LoWPAN协议的集成模块组网，由于智能变电站需要接入网络的设备诸多，可以采用网状组网和自组网的方式进行组网，此外由于6LoWPAN还带有邻居发现功能，能使新接入设备有了更好更快捷的组网方式。
2.3 组网协议
组网协议由现阶段应用较广的Zigbee协议和日趋成熟的新技术6LoWPAN协议中选择了后者，WiFi和蓝牙因其诸多缺点和局限在本系统不被考虑。表1为主流各无线组网方式各项数据比较。
3.技术支持
3.1 6LoWPAN简介
6LoWPAN（IPv6 Low Power Wireless Personal Area Network）是一种基于IPv6的低功耗无线个域网标准，即IPv6 over IEEE 802.15.4。 6LoWPAN为在低带宽无线网络中的低功耗、处理能力有限的嵌入式设备中使用IPv6扫清了障碍，IPv6是互联网应对快速增长和挑战的一种解决方案，是互联网协议的最新版本。正因为有了IPv6，物联网才有了进一步发展的可能，同时智能电网才有了部署的可能性。
为何采用6LoWPAN：1、基于IP的设备可以很容易的连接到其它IP网络，无需转换网关或代理；2、IP网络可以利用现有的网络基础设施；3、基于IP的技术已经存在很多年，广为人知并证明了他的可行性和可扩展性。套接字API(应用程序接口)就是典型例子，是世界上被广泛使用的API之一；4、已经存在各种各样的基于IP的网络管理、调试和诊断工具，其中很多管理协议简单优化即可用于6LoWPAN。
6LowPan技术底层采用IEEE 802.15.4规定的PHY层和MAC层，网络层采用IPv6协议。由于IPv6中，MAC支持的载荷长度远大干6LowPan底层所能提供的载荷长度，为了实现MAC层与网络层的无缝链接，6Low-Pan工作组建议在网络层和MAC层之间增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作。
3.2 contiki系统简介
6LoWPAN协议已经在许多开源软件上实现，其中最著名的就是是Contiki。Contiki 是一个小型的，开源的，极易移植的多任务电脑操作系统，包括一个多任务核心、TCP/IP 堆栈、程序集以及低能耗的无线通讯堆栈。Contiki是采用C语言开发的非常小型的嵌入式操作系统，运行只需要几K的内存。它专门设计以适用于一系列的内存受限的网络系统，包括从8位电脑到微型控制器的嵌入系统。Contiki只需几KB的代码和几百字节的内存就能提供多任务环境和内建TCP/IP支持。
4.总结前瞻
6LoWPAN以其各方面的优势成功的胜任了智能变电站乃至智能电网设备的需求，总结其优势如下
（1）普及性：IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速其普及的步伐，在低速无线个域网中使用IPv6更易于被接受。
（2）适用性：IP网络协议栈架构受到广泛的认可，低速无线个域网完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。
（3）更多地址空间：IPv6应用于低速无线个域网时，最大亮点就是庞大的地址空间。这恰恰满足了部署大规模、高密度低速无线个域网设备的需要。
（4）支持无状态自动地址配置：IPv6中当节点启动时，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。
（5）易接入：低速无线个域网使用IPv6技术，更易于接入其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。
（6）易开发：目前基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对低速无线个域网的特性对这些技术进行适当的精简和取舍，可以简化协议开发的过程。
综上优点，相信将来智能化变电站设备乃至智能电网、物联网终端都会朝着低功耗、易组网、易开发、易扩展的基于6LoWPAN的无线接入系统发展。
参考文献
[1]（芬）Zach Shelby. 6LoWPAN：无线嵌入式物联网. 机械工业出版社,2015.2.
[2]吴德伦. Zigbee和6LowPan——基于IEEE 802.15.4的两种新技术.现代电信科技,2006.
作者简介：
1 郭宇飞（1990.5）、男、陕西兴平、通信运检、金昌供电公司信通公司、助理工程师、通信运维检修。
2 邵娟 19850507，女，甘肃兰州，助理工程师，硕士，主要研究方向：终端信息安全防护。
论文作者:郭宇飞,邵娟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：设备论文; 变电站论文; 协议论文; 嵌入式论文; 智能论文; 网络论文; 通信论文; 《电力设备》2017年第30期论文;