230MHz解決計量自動化系統GPRS通信盲點的關鍵技術研究

　　摘 要：針對我國偏遠地區、地下室等GPRS信號未能覆蓋或者信號較弱的環境，計量自動化系統的現場終端無法正常使用GPRS進行及時通信，在不改動GPRS通信設備和現場終端的前提下，利用230 MHz技術來解決計量自動化系統GPRS通信盲點的技術難題。在230 MHz頻段開發提供現場終端上行數據中轉服務的設備，一端與數據采集的現場終端交互數據，現場終端上行數據通過230 MHz信道轉發后，另一端將通過230 MHz信道收到的數據轉發至GPRS網絡，從而傳輸至主站系統，進而建立良好的通信環境。

　　關鍵詞：計量自動化系統;230MHz技術;GPRS通信盲點

　　《計算機應用》創刊于1981年，是中國計算機學會會刊。以介紹計算機應用技術為重點，以推動經濟發展和科技進步為宗旨，以促進計算機開發應用創新為目標。

　　我國電力通信隨著智能電網的飛速發展，從小到大、從點到面發展并形成覆蓋全國的電力通信網，因此，計量自動化系統開始被廣泛使用。該系統以當前各行業先進的技術為基礎，對其進行科學合理的整合最終成型，從而實現實時遠程抄表、分析供電線路損耗、有效控制管理電網負荷以及電網故障預警等先進功能，帶來了巨大的經濟效益和社會效益。計量自動化系統的使用極大的減少了工作人員的數量，節約了管理成本的同時還提高了管理效率。然而，計量自動化系統的現場終端安裝在各種復雜的環境中，部分地域存在GPRS信號未覆蓋或信號不穩定的情況，造成現場終端與主站系統間不能建立通信連接或連接不穩定，無法正常采集到現場終端的各項數據等問題[1-3]。為此，基于計量自動化系統的通信規約要求，研究利用230 MHz來解決計量自動化系統GPRS通信盲點，以便現場終端能與主站系統建立穩定可靠的通信連接。

　　1 計量自動化系統GPRS通信盲點分析

　　1.1 計量自動化系統概述

　　計量自動化系統是一套涵蓋全網絡各種計量點及現場終端，集信息采集、監控、分析和計量管理于一體的應用平臺。系統從單一到完整，功能從簡單到豐富，業務應用從原來主要以自動抄表為主，拓展到用電檢查、計量管理、線損統計及分析、需求側管理、市場分析等多方面，覆蓋廠站、專變、公變及低壓用戶，完成了從點到面的自動化信息管理。計量自動化系統的投入應用，為有序用電、遠程抄表、智能負荷控制、電費結算、市場管理、線損管理、營銷系統的電費結算等業務提供了實時數據支撐，使得電力營銷管理水平和客戶服務水平得到了實質性的提升，取得了供用雙方的效益雙贏。

　　計量自動化系統是電力企業營銷自動化的重要組成部分，其結構如圖1所示，包括主站系統、通信通道、現場終端、本地通信和電能表。計量自動化系統的主站系統是指把各類計算機接入到計量自動化系統，它控制著整個計量自動化系統進行信息采集，并遠程連接通信信道，通過通信信道對現場終端的信息進而二次控制和實時采集，并把得到的結果進行分析與數據處理。通信信道是用來溝通主站系統和現場終端的通信介質，可以是通用分組無線業務GPRS(Genegral Packet Radio Service)、碼分多址CDMA(Code-Division Multiple Access)、公用電話交換網PSTN(Public Switched Telephone Net-work)和/或數據專線等，目前主要應用的是GPRS。現場終端包含一定的客戶端和總站下轄的二級單位，用于通過本地通信具體采集各個計量點(電能表)的電能信息，對數據進行管理，并通過通信信道將數據信息傳輸到主站系統，還執行并轉發主站系統下達的各項控制與操作命令[1-3][5]。

　　1.2 GPRS技術概述

　　GPRS技術是一個疊加在GSM(Global System for Mobile)上專為高速數據通信而設計的新網絡，屬于一種分組交換的數據承載和傳輸方式，是介于第二代和第三代之間的一種技術，稱為2.5G數字移動通信技術，是GSM向3G移動通信發展的必經階段。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、跳頻規則以及相同的TDMA幀結構。它充分利用現有移動通信網絡設備，通過在GSM網絡上增加一些硬件設備和軟件升級形成一個新的網絡邏輯實體，手機通話繼續使用GSM，而數據傳輸則使用GPRS。它采用分組交換方式傳輸數據，理論上最高數據速率可達171.2 Kbps，客戶可以在移動狀態下通話的同時使用各種高速數據業務，包括高速電子郵件傳遞(可帶圖形等大型文件附件)、網上沖浪、訪問企業廣域網等。此外，GPRS是以運營商傳輸的數據量而不是連接時間為基準來計費，從而令每個用戶的服務成本更低[4]。

　　GPRS是在原有基于電路交換(CSD)方式的GSM網絡上引入兩個新的網絡節點：GPRS服務支持節點(SGSN)和網關支持節點(GGSN)。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元實現安全功能和接入控制，并通過幀中繼連接到基站系統。GGSN支持與外部分組交換網的互通，并經由基于IP的GPRS骨干網和SGSN連通。GPRS與Internet連接原理如圖2所示，GPRS模塊通過接口從客戶系統取得數據，處理后的GPRS分組數據發送到GSM基站(BSS)。分組數據經SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網與網關支持接點GGSN進行通信。GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如Internet或X.25網絡等。若分組數據是發送到另一個GPRS終端，則數據由GPRS骨干網發送到SGSN，再經BSS發送到GPRS終端。

　　GPRS采用無線分組技術，將無線通信與因特網緊密結合，作為一種先進的全新的無線網絡承載手段，全面提升了無線數據通信服務，其主要特點表現在：1)永遠在線：只要激活GPRS應用就永遠保持在線，不存在掉線問題，相當于一種高速無線專線網絡;2)按量計費：雖然永遠在線，但只有產生通信流量時才計費，它是一種面向使用的計費方式，更加科學合理;3)快速登錄：全新的分組服務，無需長時間的撥號建立連接過程;4)自如切換：話音和數據業務可以自如切換使用，電話上網兩不誤;5)高速傳輸：GPRS理論傳輸峰值遠高于撥號上網及一般無線數傳電臺[6]。

　　1.3 存在的問題及原因分析

　　計量自動化系統的現場終端主要采用GPRS的通信信道進行數據采集，如某些用戶計量點安裝在偏遠山區或地下室，中國移動、電信或聯通等無線通信運營商的網絡信號覆蓋不到或強度較弱、信號不穩定。信號盲點問題突出，導致現場終端無法遠程接入主站系統，進而無法穩定上線、向主站傳輸數據。而且，通信信道的效果在相當程度上依賴中國移動、電信或聯通運營商的對相關業務的重視程度和維護水平，故障處理時間得不到保障[7]。從計量自動化系統的現場終端運行數據統計情況分析，按地理環境特點分類，存在以下的問題。

　　1)偏遠山區

　　根據對現有情況的總結分析，偏遠山區常見的地理環境特點及其影響有幾個類型：1)處于山峰峽谷地段，一般是現場終端附近沒有網絡信號或者信號較弱，結果會導致終端無法上線，無法進行遠程通信;2)離變電站超10千米的偏遠地區，無信號覆蓋同時也沒有安裝有線電話，導致無法使用有線通信接入;3)位于省際交界區域，其通信網為外省信號，終端SIM卡未開通漫游功能，導致無法進行遠程通信等。為此，改善偏遠山區計量自動化系統的現場終端接入主要技術瓶頸在于如何在信號不穩定或沒有信號環境下保證通信的穩定性和可靠性。

　　2)地下室

　　城市建筑的地下室的地理環境特點是，受墻體、地面等的屏蔽影響，地下室的室內信號弱或者無信號，但室外的GPRS通信良好，形成局部性區域信號不穩定。導致位于地下室的計量自動化系統的現場終端無法穩定與主站系統進行通信[8、11]。

　　2 基于230 MHz技術的計量自動化系統分析

　　2.1 230 MHz技術概述

　　230 MHz技術屬于超短波無線通信技術，是利用223～231MHz超短波頻段電磁波進行的無線電通信。超短波通信由于地面吸收較大且電離層不能反射，只能靠直線方式傳輸，又被稱為視距通信，傳輸距離約50 Km，遠距離傳輸時需經中繼站分段傳輸，即中繼接力通信。為了滿足電力系統建設負荷管理系統的需要，1991年國家曾明確將223～231 MHz頻段共15個雙頻頻點和10個單頻頻點分配給電力專用。

　　230 MHz技術用于負荷管理系統至今己十多年。隨著技術的不斷發展，230MHz電臺和數據傳輸Modem也在不斷進步，數據傳輸速率從最早的600bps己發展到目前成熟的9600bps，電臺的穩定性和可靠性大大改善，整個230MHz通信信道也日益完善。從目前通信技術發展的趨勢，19.2Kbps或者更高的高速傳輸系統為今后大信息量的傳輸，尤其是圖文的傳輸創造了條件。230MHz技術具有建設方便、覆蓋面大等優點。

　　2.2 基于230 MHz技術的計量自動化系統設計

　　為加快營銷計量、抄表、收費標準化建設，電網公司提出全面建設計量自動化系統，實現用戶用電信息“全覆蓋、全采集、全費控”，有效改變長期以來無法及時、完整、準確地掌控用戶用電信息的局面。目前，計量自動化系統主要采用GPRS的通信信道。隨著計量自動化系統的陸續建設，對通信信道也提出了更高的要求。

　　隨著通信技術的發展，利用公網運營商無線專網進行用電信息采集的方式得到了廣泛的推廣應用，但用電信息采集用戶不斷增加，網絡帶寬費用和千萬級用戶采集數據傳輸給我們帶來新的挑戰，因此重新審視230 MHz無線組網方式，考慮將GPRS與230 MHz進行結合使用[9-10]。