（国网浙江海盐县供电有限公司 浙江省嘉兴市 314300）
摘要：随着TD-LTE电力无线专网试点建设的不断推进，专网承载多项电力业务的可行性得到验证，电力核心控制类业务通过专网可灵活、便捷接入。然而，传统专网无线终端存在诸多不足，制约了电力业务在无线专网中的大规模应用。针对上述问题，文章提出了一种通用型专网无线终端，详细介绍了该终端的设计、测试及应用情况，为推动无线专网规模化、实用化进程提供新的解决思路。
关键词：TD-LTE；电力无线专网；通用型终端
1.传统专网无线终端存在的问题
业务通过无线专网接入后，大带宽视频类业务应用不再受制于高额流量资费，业务应用专享网络带宽和定制化安全防护。但在网络建设之后，却存在规模化应用进展较慢，入网终端数量增速不高的现象。经过仔细分析，发现传统的专网无线终端存在诸多不足，成为制约专网规模化、实用化推进的主要因素，主要存在问题是产业链薄弱，价格居高不下、现有公网终端不支持向专网平滑过渡、标准化程度低，难以兼容电力全业务需求等问题。
2.通用型专网无线终端的研制
传统专网无线终端在价格定位、产业链供应、标准化及制式兼容性等方面存在缺陷。针对上述问题，应整合多种业务接口需求，兼容公网和专网通信制式，实现专网无线终端标准化设计和生产，推动产业链完善。
2.1硬件设计
2.1.1外形设计
电力无线专网终端应用环境复杂，如配电箱内、电线杆上、电表箱内等，因此终端尺寸应足够小巧以满足各种场景应用需求。设计的通用型专网无线终端将TD-LTE套片封装于一个微型装置中，严格控制外壳尺寸，呈现小型立方体状，长、宽、高分别为6.5cm、2.5cm、6.5cm，适用于多种电力业务场景。
2.1.2接口设计
不同的业务终端接口形式多样，有串口、网口或者USB接口，为了适应全业务接入，将通用型无线终端的硬件接口设计为3个通用的microUSB物理接口，并适配出相应的接口连接线，只需更换线缆，即可灵活适配网口、串口或者USB接口，电源供电接口与USB总线共享一路USB接口，在对产品供电的同时不影响USB数据信息的传输。灵活高效的可扩展接口支持大部分电力业务应用，即插即用，安装简便。为方便运维，为串口和以太网数据的传输状态配置了相应的指示灯，便于观察数据的收发状态。
2.1.3布线布局设计
使用cadence软件的allegro模块开展各元器件封装及元器件布局、布线设计，采用4层PCB板，差分对走线采用等长等宽布线策略，对同一模块或芯片的多条数据信号线采取群组走线的策略，从而优化信号质量。
2.2功能设计
2.2.1高效的硬件架构
专网无线终端主要作用是提供安全高效的传输通道，终端的“管道化”特征明显，通信终端本身对数据处理要求不高。因此将传统终端中的非必要模块，如外部CPU以及Flash/DDR从设计中删除，降低芯片的尺寸、功耗和成本。充分利用通信模块基带处理器中的预留内存空间，进行自定义功能开发，并通过优化TCP/IP协议栈进一步节省资源，设计出更加有针对性的高效硬件架构，如图1所示。
图2软件架构方案
2.2.2灵活可定义的软件架构
在软件架构方面，利用有限的资源提供了云应用接口、加密软件、操作维护和底层驱动等软件功能模块，如图2所示。专网无线终端以系统功能可定义式模块为核心，将内部通信芯片上“虚拟”出的一块资源作为应用处理器内核，利用该内核将数据采集、终端安全、网关等功能集中到模块内部，使专网无线终端内部通信模块成为一个相对完整的系统，提升模块集成度，并可以针对数据采集类、远端控制类、移动宽带接入类、视频类等电力业务差异化需求，灵活重定义功能。
2.3安全设计
依据《电力监控系统安全防护规定》、《国家能源局关于印发电力监控系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通知》，在LTE标准安全防护体系之外应附加额外的电力终端安全防护措施，并通过增加的终端安全防护措施使得所接入的电力业务安全性得到加强，使之符合发改委和能源局相关要求。
3.通用型专网无线终端的应用
3.1性能测试
通用型终端研制完成后，分别在试验和生产环境进行了性能和适配性测试。性能测试包括灌包测试和ping包测试。在灌包测试中，测得UDP上下行带宽分别为16.5Mbit/s和36Mbit/s，TCP上下行速率分别为3.75Mbit/s和6.14Mbit/s。在ping包测试中，ping1000字节包的上下行时延分别为28ms和27ms，性能稳定，带宽和时延均满足各项电力业务需求。功能方面，该通信终端与业务终端的业务适配性良好。与配电业务终端进行适配性测试，总召、遥信、遥测、遥控操作均正常；与用采业务终端集中器进行适配性测试，终端登录、心跳、时钟、业务报文、混合模式均正常。
3.2应用场景
对于配电自动化、用电信息采集等业务，当信号良好时，可将通用型专网无线终端就近安装在业务终端旁，如配电箱内。当业务终端信号接近门限值时，可通过同轴电缆接口连接外置天线进行延伸，并将天线置于室外或信号良好的位置，同时根据现场情况，可选择普通外置天线或者玻璃钢外置天线，从而获得相应的增益。对于非工业客户空调负荷控制等业务，终端位于楼宇配电房内时，可采用和230MHz共馈线的方式，从而省去商业体内馈线铺设的工作，大幅降低非工业客户空调负荷控制终端接入的施工难度。230MHz通信终端和1.8GHz通信终端分别通过射频跳线连接合路器的低频、高频端口，合路后的信号通过原有的230MHz馈线传输；在原有的230MHz天线接口处利用分路器将230MHz和1.8GHz信号分路后分别用射频跳线接各自的天线。合/分路器可采用挂壁或抱杆安装方式，防水等级IP65，安装简单便捷。
4.TD-LTE技术在电路无线专网建设中的优化应用策略
4.1提升无线频谱技术选择质量
电力无线专网的建设人员要从成本和覆盖率等方面认识TD-LTE技术的价值，要根据接入层的技术应用需要，对无线频谱技术予以控制，保证接入层的实际需要可以与电路无线专网的具体特征相适应，并为无线频谱资源进一步实现与接入层的技术衔接创造有利条件。
4.2提升载波聚合技术应用科学性
要针对新时期无线技术资源研发体系建设的设计需要，对载波聚合技术的具体应用策略予以优化，保证电力无线专网在进行载波聚合技术应用的过程中，可以充分结合电力无线专网使用层的技术特征，对无线技术资源进行考核分析，并保证使用层的技术资源可以与无线专网的客观应用技术相符合，为无线专网更好的体现使用价值创造有利条件。
结语
本文针对无线专网规模化、实用化推广的难点，从无线终端入手，提出了一种新型通用型专网无线终端。相比于现有的无线模块，主要有如下优势。第一：通用型终端不仅支持主流公网制式，还支持1.8GHz无线专网。第二：通用型终端采用针对性的软硬件设计，在满足业务多样化需求的同时，最大化精简硬件配置，进一步降低成本和功耗，平均价格较传统专网无线终端下降约60%。
参考文献：
[1]吴博科，芮小峰，钱瑛.无线专网技术在电力通信网中的应用[J].中国新通信，2016（9）：50-53.
[2]韦磊，耿铨，过烽，等.基于频率隔离的无线专网多业务承载关键技术研究[J].电力信息与通信技术，2016，14（11）：83-88.
论文作者:储建新,施敏达,徐张健
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/1
标签：终端论文; 专网论文; 业务论文; 电力论文; 接口论文; 技术论文; 通用型论文; 《电力设备》2018年第30期论文;