（国网河北省电力公司保定供电分公司）
摘要：近年来，无线通信技术已成为信息通信领域发展最快、应用最广的一种通信技术，未来社会正慢慢朝着全球化的无线网络方向发展。电力通信专网中，其主要是组网方式是光纤通信，而如果出现自然灾害，就会导致光缆正常运行受到影响，严重时将导致大面积的光缆中断而影响其通信安全，且对其进行抢修是将会面临难度大和时间较长的问题，这将直接对电力系统的安全稳定运行产生影响。
关键词：无线通信技术；电力通信专网；应用
1无线通信技术概述
1.1 LTE/SAE安全架构
LTE/SAE网络安全架构中包含五类安全特性。每一类都是考虑某些特定的威胁并达到相应的安全目标。
网络接入安全（I）：此类安全特性提供用户接入服务的安全性，主要保护针对无线接入链接的攻击。
网络域安全（II）：此类安全特性将保护对节点间的信令数据与用户数据提供安全保护，并提供有线网络的保护能力。
用户域安全（III）：此类安全特性将提供近端访问移动设备（MobileStation）的安全性。
应用层安全（IV）：此类安全特性提供用户与运营商应用层面交换消息的安全性。
1.2无线通信技术的安全特征
1.2.1用户到网络的安全
用户到网络的安全主要包含用户身份与设备标识的机密性、实体认证、用户数据与信令数据的机密性与完整性保护4个方面。
1.2.2 eNodeB的安全需求
对eNB的设置与配置需要进行认证与授权，以保证攻击者无法通过本地或远程的接入方式修改eNB上的设置与加载的软件。在eNB设置与配置时的安全要求如下：在eNB与核心网之间、通过X2接口相连接的临近eNB之间都需要配置安全联盟（SA）。安全联盟建立时需要经过双向认证。安全联盟用于保护实体间的通讯安全。
2）eNB中的密钥管理要求
核心网向eNB提供用户相关的会话密钥材料，eNB应当保证所有这些密钥的安全。eNB中存储的密钥在除了其他标准要求的情况下之外不能离开eNB中的安全环境。
3）eNB中用户面数据处理安全要求
eNB应当负责Uu接口与S1/X2接口的用户面数据包的加密与解密。
4）eNB中安全环境要求
eNB中的安全环境是一个逻辑功能模块，是为敏感操作提供支撑的一系列功能的集合。安全环境应能够为敏感数据，如长效秘密信息或者关键配置信息提供支持。
2电力通信专网对无线通信网络的需求
2.1在发生灾难应急状态下
采用基于无线通信技术的电力通信专网可作为电网运行在灾难发生后条件下的通信网络最佳选择方案。即当发生突发性灾害事故或光缆线路故障难以及时抢修的情况下，可以无线通信技术组网方案作为电力通信专网的应急通信方式；
2.2远距离接入延伸
对于城域网远距离营业以及海岛变电站所接入节点而言，由于距离较远，直接敷设光纤线路的费用高昂，缺乏推广价值。在这一条件下，为了满足电力通信专网远距离接入延伸的实际需求，可以尝试引入无线通信网络技术覆盖电力通信专网，解决因敷设光纤线路所产生的费用昂贵问题，同时也能够有效解决供电所、变电站等电力通信关键节点的通信信号覆盖问题；
2.3用户抄表
在电力通信专网中构建无线通信技术网络体系能够实现对电力终端用户使用电量进行实时性、连续性监控的目的。并且，随着无线通信技术的进一步发展延伸，还能够实现对终端用电用户用电量的有效控制；
2.4配网自动化建设
现阶段技术条件支持下我国配网自动化建设相关技术及其应用还相对比较薄弱。通过对无线通信技术及其组网系统的应用，能够快速覆盖所有节点，在面向电力通信专网终端用户提供服务的同时实现节约线缆敷设投资的目的；
2.5新建变电站临时通信方案
在变电站建设过程中，变电站机房环境、线路施工条件等因素会在不同程度上对电力通信网络建设质量产生影响，而电力通信专网的建设与投运是变电站正式投入使用中必不可少的前提条件。因此，能够留给电力通信专网建设的时间是非常有限的，光纤线路敷设量巨大，工期长，因此常常会对变电站的投产时间产生影响。但通过对无线通信网络技术及其组网系统的应用，能够作为新建变电站的临时通信方案，具有方便、快捷等诸多优势。
3电力通信专网中无线通信技术组网技术
3.1WLAN无线通信
WLAN是利用的无线通信技术在一定范围内所构建网络，是无线通信技术与计算机网络相结合的产物。WLAN无线通信网络以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN所具备的相关功能，能够实现用户随时、随地、随意的宽带网络接入。目前，WLAN技术共配置有三个IEEE标准，正常情况下其信号覆盖范围可以达到90.0m左右，基于802.11b标准协议的带宽可以达到11.0Mbit/s左右，而基于802.11a以及802.11g标准协议的带宽更是可以达到54.0Mbit/s左右。基于WLAN无线通信系统的典型组网方案如下图所示（见图1~2）。组网过程中的主要构成元素包括接入控制点、接入点、无线网卡、以及网络管理终端这四个部分。
3.2WiMax无线通信
现阶段，WiMax无线通信技术系统可使用的标准包括802.16d标准以及802.16e标准两大类型，正常应用中WiMax无线通信信号的传输距离最远可以达到50.0km。作为一项新兴的无线通信技术，WiMax能够面向互联网提供高速连接通道，可使用在半静止以及完全静止状态下的网络访问，传输速率在10.0M~70.0M左右，完全可以满足宽带上网的需求。其网络体系结构如下图图3所示。
基于WiMax无线通信系统的典型组网方案如下图所示（见图4）。结合图4可见，组网过程中的主要构成元素包括WiMax无线通信终端、WiMax无线通信接入网、以及WiMax无线通信核心网这三个部分。根据所遵循标准以及使用场景的不同，WiMax无线通信终端包括固定式终端、便携式终端、以及移动式终端这三种类型，需要根据实际情况灵活选用。而WiMax无线通信接入网则是指基站，具备支持无线资源管理的应用功能，还可通过配置包含认证以及业务授权服务器终端的方式实现WiMax无线通信接入网与其他网络的交互式联通；WiMax无线通信核心网则主要面向其他网络连接提供工作接口，可用于解决用户认证、漫游等应用问题。
4电力通信专网中无线通信技术的应用范围及组网方案
4.1应用范围
在电力通信专网中加强无线通信技术的必要性毋庸置疑，所以我们必须对其应用范围有一个基本的认识，才能更好地确保组网方案的科学性。在电力通信专网中，无线通信技术的应用范围主要体现在以下几个方面。
4.1.1在发生自然灾害时为电力系统提供应急通信
电网在运行中，一旦发生灾难，电力系统的应急通信最为重要，而无线通信快速部署、抗灾害能力强的特点，让它成为应急通信的最佳选择。尤其是灾害发生后难以及时排除光缆故障时，将无线通信网络作为应急的通信方式就显得尤为重要。
4.1.2满足远距离通信接入和延伸的需要
由于某供电局的部分供电所与主变电站之间的距离较远，敷设光缆困难且费用昂贵，所以采取无线通信网络技术覆盖通信网络不失为一种可靠的选择，既能避免光缆敷设形成的高额费用，还能确保变电站与供电所之间的网络通信问题，尤其是节点覆盖问题。
4.1.3在用户抄表方面
利用无线通信技术能构建电力无线通信系统，才能实现实时监控用户用电量的问题，且在应用范围不断拓展的今天，能有效的精确控制用户。
4.1.4在配网自动化方面
当前我局在配网自动化建设方面还较为薄弱，所以加强无线通信技术的利用，能快速的覆盖每个节点，节约在线缆方面的投资，同时也能为用户提供更加多元化的服务。
4.1.5为新建变电站临时通信需要提供便利
在新变电站的建设过程中，往往由于多方面的限制使得电力通信网络建设进度受限，而开通电力通信网络又是变电站投产不可或缺的条件，此时利用无线通信技术在光缆线路投产之前进行通信方案的组织，在整个变电站建设期间提供通信服务，是一种便捷灵活的方法。
4.1.6实现小范围内的无线网络覆盖
为了在小范围内实现无线网络的覆盖，例如在变电站和电厂以及电力楼宇等区域加强无线网络的覆盖，尤其是业务流量需求较小时，能替代传统的综合布线，降低这方面的费用，且能提供更加快速便捷的接入方式。
4.2组网方案探讨
综上所述，电力通信专网中对无线通信技术的需求主要表现在应急通信、配网自动化以及无光缆覆盖厂站节点的临时通信上。
在网络建设过程中，如何合理选取无线技术从而避免网络的重复大量投资，避免应急网络被闲置，使电力通信专网经济可行，就需要对组网方案进行科学合理的确定。
4.2.1组网思路
从以上对几种无线通信技术的分析可以看出，WiMAX、WMN、卫星通信几种无线技术都可以用于电力应急通信，但在配网自动化通信中只有WiMAX适合。因此主要考虑在电力通信专网中采用WiMAX技术。
而为了避免出现由于网络建设导致的重复投资和应急网络被闲置的情况，可将WiMAX技术、WLAN技术以及卫星技术等进行有机结合达到综合解决的目的，同时根据我局光纤传输网络、数据网络以及微波网络的现状，切实加强微波网资源和光纤传输网的应用，使得无线通信网络既能在应急通信中使用，在日常运行中也能为生产网络所用。下面就对具体组网方案进行分析。
4.2.2组网方案
根据上述讨论，一个可行的具体组网方案为：分别在各220kV、110kV变电站和供电所以及附近高山上修建WiMAX基站，在各配网接入点、抢修车辆以及灾变现场、应急通信需求现场配置了WiMAXCPE终端进行信息回传，在每个基站则结合实际情况，采取光纤传输网、IP数据网以及卫星通信、微波网等资源将其与配网中心和应急指挥中心接头，从而在灾变过程中就能利用原有基础的网络通信平台进行电力生产网络的构建，从而为灾变现场提供业务通信的需求。
5结束语
总之，以往电力通信专网建设中大量使用光纤线路进行组网。在这种建设模式下，一旦发生自然灾害，势必会对对电力通信专网中光缆线路的正常运行产生严重不良影响，光缆线路极易发生大面积中断故障，影响电力通信专网的不间断运行。更为关键的是，当前技术条件下针对光缆线路的抢修必须满足适当的条件，耗时较长，因此势必会严重威胁到电力通信专网的安全稳定运行。针对这一问题，为确保电力通信的安全与稳定，就必须考虑在紧急情况下的的电力系统应急通信网络，引入无线通信技术以弥补传统光纤线路传输存在的局限性，构建基于无线通信的电力通信专网组网方案。
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论文作者:王庭钧,徐磊,张硕,王卫东,郭悦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：通信技术论文; 专网论文; 变电站论文; 无线通信论文; 电力通信论文; 通信论文; 用户论文; 《电力设备》2017年第10期论文;