|
第一部分 概述
日益緊張的能源供給和上漲的能源成本迫使電力供應商更有效地計算、監(jiān)測和控制電能分配。
電網(wǎng)的老化和近年來屢次出現(xiàn)的電力中斷現(xiàn)象很清楚地顯示出輸電網(wǎng)的使用已經(jīng)達到極限。因此電網(wǎng)公司需要更多的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行測算分析，以更有競爭力的價格買賣電能。
全世界的政府機構都很重視可再生能源方面的技術，美國奧巴馬政府斥資45億美元鼓勵創(chuàng)新和促進可再生能源科技的推廣使用。其中創(chuàng)新之一便是公用事業(yè)智能表的改革。中國政府也于日前宣布了高規(guī)格的智能電網(wǎng)計劃。這些計劃將給智能電表行業(yè)帶來前所未有的發(fā)展契機。
智能表允許家用和商用電能系統(tǒng)自動將電能消費紀錄傳給公用事業(yè)管理中心和終端使用者，允許每個人跟蹤其電能使用情況并隨時調節(jié)使用量。如果用戶家中有數(shù)字工具可控制電能使用量，則在用電高峰時期輸電網(wǎng)的最大負荷就可減少高達15%，未來20年里不用再建新的發(fā)電廠和配套基礎設施，由此可節(jié)省700億美元。
從長期來看，保護環(huán)境的需要使得很多國家不得不另辟蹊徑以節(jié)約能源并減少石油消費和二氧化碳的排放量；另外，政府和公司也希望減少偷電等欺詐行為。
廈門才茂通信科技有限公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于無線網(wǎng)絡技術的用電管理系統(tǒng)。它由智能電表、DTU、采集器及中心服務器組成。采集器實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)匯集到服務器。
本系統(tǒng)提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)鏈接或進行二次開發(fā)。
第二部分 第二部分系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站、帶CM 3160P GPRS DTU傳輸終端、采集器及智能表組成。
一、 數(shù)據(jù)中心主站
智能電表系統(tǒng)的管理計算機（服務器或PC機）稱為主站，主站通過寬帶網(wǎng)絡與終端DTU相連。中心提供互聯(lián)網(wǎng)IP地址及互聯(lián)網(wǎng)出口（端口）。
中心條件
首先用一臺能上網(wǎng)的PC機，條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到，如運行中心軟件的PC機在局域網(wǎng)里面，那要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機PC，等這些條件具備之后在本機運行一個中心DEMO，開放一個端口，運行軟件等待DTU的連接。
系統(tǒng)軟件
管理系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循DL/T645部標通訊規(guī)約，并有擴展性。
管理軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE數(shù)據(jù)庫，運行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。
系統(tǒng)的功能與特點有：
(一) 安全可靠：安全性由三方面構成：第一，ORACLE數(shù)據(jù)庫是大型的、多用戶的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數(shù)據(jù)庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權管理功能，通過檢查使用者的名字和授權密碼，賦予使用者相應的操作權，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設置。第三，防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數(shù)據(jù)備份功能確保在硬件系統(tǒng)故障時，也能隨時在新的硬件設備上數(shù)據(jù)無丟失地啟動抄表系統(tǒng)。
(二) 完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費，設置硬件，改變運行參數(shù)操作等及操作者，操作時間，凡是改變數(shù)據(jù)庫的操作都被記錄下來。
(三) 抄表速度快：抄表快、數(shù)據(jù)準確，抄表時PC機只讀采集器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個數(shù)據(jù)塊都有效驗碼，保證了傳輸?shù)臏蚀_性。
(四) 廣播對時功能：該功能使得系統(tǒng)中的所有電能表的時間基準與PC機保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內部時鐘，不再需要PC機的干預。因此，只要保證在對時時刻，PC機的時間是正確的，以后在運行的過程中，改變PC機的時鐘并不會影響電能表的時間。
(五) 自動抄表功能：按照設置的抄表開始時間和抄表間隔，到預定的抄表時刻，系統(tǒng)便會依次撥號去抄采集器或電表內的數(shù)據(jù)。對于抄不上數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動補抄或人工發(fā)命令補抄。
(六) 電量凍結功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當?shù)目偙�，結合抄凍結數(shù)據(jù)功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數(shù)，各分表的讀數(shù)（由此得到讀數(shù)和），就可以計算出某部分電路的電能損耗，為確定電費提供依據(jù)。
(七) 電費管理功能：收電費前，統(tǒng)一抄錄一次電費數(shù)據(jù)。當確保數(shù)據(jù)庫內的數(shù)據(jù)反映最近的電表讀數(shù)后，利用程序中的功能自動計算出當月用電量和電費。交納電費時，只需輸入用戶號，當月用電量和電費由程序填寫。每筆電費都有詳細記錄，便于對帳。
(八) 設備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動報警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護功能，在停電48--72小時內仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結合聯(lián)通公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內容發(fā)短信給相關的管理人員。
本系統(tǒng)適應范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網(wǎng)絡版的軟件可用于供電公司實現(xiàn)一座城市或地區(qū)的用電管理。
二、終端設備---采用廈門才茂通信科技有限公司CM 3160P GPRS DTU
廈門才茂CM3160P/CM3160EP DTU采用高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉換的虛擬專用網(wǎng)絡。針對網(wǎng)絡流量控制的用戶，產品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產品已廣泛應用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。CM3160P/EP是CM3150P/EP的升級和替代產品，3160改進了原來3150的無線模塊的鏈接方式，提高了產品的穩(wěn)定性，軟件、硬件和配置軟件和原來完全兼容。
一、 無線參數(shù)
1、支持EGSM900/GSM1800MHz雙頻，800/900/1800/1900MHz四頻可選
2、GPRS multi-slot class 10
3、編碼方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技術規(guī)范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持數(shù)據(jù)、語音、短信和傳真
三、 硬件系統(tǒng)
1、CPU：工業(yè)級高性能嵌入式處理器
2、接口：
UART:
CM3160P:
1個RS232串口。
串口速率： 110bps ~ 230400bps
數(shù)據(jù)位支持： 8位 或 7位
奇偶校驗位：無 或 奇數(shù)校驗 或 偶數(shù)校驗
停止位： 1位 或 2位
流控： 無 或 RTS/CTS
CM3160EP:
1個RS485接口。（根據(jù)需要，可支持RS232/422/TTL）
串口速率： 110bps ~ 230400bps
數(shù)據(jù)位支持： 8位
奇偶校驗位：無 或 奇數(shù)校驗 或 偶數(shù)校驗
停止位： 1位
流控： 無 或 RTS/CTS
控制口：
RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈：具有電源POWER、通信ACT及在線指示燈Online。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
UIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風接口。
3、供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-32V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
4、尺寸
產品外形尺寸：92x62x22 mm（不包括天線及固定件）
產品包裝尺寸：298x226x60mm
5、重量
0.41KG
6、其他參數(shù):
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
四、 軟件功能
1. TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸；支持多種工作模式。心跳包技術。
2. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。
3. 支持RSA，RC4加密算法
4. 支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
5. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN/VPDN）
6. 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
7. 支持DNS動態(tài)獲取，防止DNS服務器異常導致的設備當機。
8. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份
9. 支持多數(shù)據(jù)中心同時接受數(shù)據(jù)
10. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡連接。
11. 支持短消息備份及告警。
12. 多重軟硬件看門狗
13. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報告。
14. 標準的AT命令界面
15. 可以用做普通撥號MODEM
16. 支持telnet功能。
17. 支持遠程配置，遠程控制
18. 通過串口軟件升級
19. 同時支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系統(tǒng)
五、 產品特性
1. 三層系統(tǒng)保護： 在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗保護，外置硬件看門狗保護）系統(tǒng)保護的基礎上，增加一級系統(tǒng)監(jiān)測保護SWP（System Watch Protect），徹底解決了業(yè)內”假在線”，”假死機”，”當機”等疑難問題。
2. 高速處理CPU： 采用高速ARM9的工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉換，規(guī)避因CPU處理速度慢而導致的數(shù)據(jù)重傳和丟失等問題
3. DNS自動獲�。鹤詣荧@取DNS，不再需要人工配置輸入DNS，規(guī)避了因為選擇的DNS服務器異常，導致DTU設備當機的嚴重現(xiàn)象！
4. 完善的協(xié)議棧： 新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧，網(wǎng)絡通信性能優(yōu)異。
5. EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領域環(huán)境惡劣下使用，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
6. 支持多中心：客戶數(shù)據(jù)可以同時往客戶指定的監(jiān)控中心發(fā)送，最大支持發(fā)送中心達256個
DTU在應用之前首先要進行設置，通過光盤配套的參數(shù)配置軟件設置好數(shù)據(jù)中心的IP和端口及其它參數(shù)的設置，設置好之后串口和采集器串口對接， DTU上電之后根據(jù)事先設置好的中心IP和端口進行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向透明傳輸數(shù)據(jù)。
采集器：收集電表數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，它連接主站和電度表。
智能電表：計量并顯示用戶的用電情況，將用電信息通過采集器傳輸?shù)?FONT color=#333333>DTU傳輸終端。
第三部分 第三部分組網(wǎng)實施
方案一：
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。
此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。
DTU直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
方案二：
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的。
客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，DTU先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
方案三：
中心采用APN專線，所有點都采用內網(wǎng)固定IP
客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
業(yè)務流程
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務器平臺的流程為：
1）用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務處理平臺進行訪問。
附：系統(tǒng)安全
在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對網(wǎng)絡無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。
IP過濾技術
由于監(jiān)控中心服務于GPRS子網(wǎng)用戶，所有訪問客戶的IP必為GPRS子網(wǎng)內的IP，即所有的用戶必須通過VPDN才可能訪問該服務器。因此，我們在系統(tǒng)中采用了IP過濾技術，對所有接受的數(shù)據(jù)包進行過濾，拋棄掉所有的非法IP數(shù)據(jù)報。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護之下，所有的非法用戶只有先穿過了VPDN的安全防護才有可能訪問到本系統(tǒng)，但對于安全措施非常強大的VPDN網(wǎng)絡來說，這將是非常的困難。
身分授權和密碼認證體系
采用IP過濾技術盡管可以防止一些非VPDN網(wǎng)段用戶的侵襲，但由于系統(tǒng)處于GPRS子網(wǎng)以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護，對于那些利用IP偽裝技術的非法用戶則無法識別。
由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務系統(tǒng)，訪問客戶是預先確定的，利用這一特點，我們在系統(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗證技術，系統(tǒng)中存儲了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數(shù)據(jù)包，再驗證其ID號和密碼。對于該系統(tǒng)以外的非法用戶，獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難，所以這一步極大可能地增加了系統(tǒng)的安全性。
圖5 數(shù)據(jù)安全技術解決方案示意圖
數(shù)據(jù)安全加密通道
系統(tǒng)采用標準的SSL數(shù)據(jù)安全通訊協(xié)議在客戶端和服務器端建立加密數(shù)據(jù)通道，保證私有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�；系統(tǒng)在應用層植入高可靠性的加密算法，使得數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產生“報文摘要”已實現(xiàn)對所有發(fā)送報文的數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性，防止數(shù)據(jù)被篡改。
訪問過程跟蹤
系統(tǒng)對所有的訪問過程進行日志記錄，包括用戶身份、IP、時間、數(shù)字簽名、操作事項等信息，向系統(tǒng)管理人員提供了詳細、完整、有效的操作證明。
總 結 電能計量是現(xiàn)代電力營銷系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的電量結算是依靠人工定期到現(xiàn)場抄取數(shù)據(jù)，在實時性、準確性和應用性等方面都存在諸多不足之處。智能電表是公用事業(yè)改革的一部分內容，利用現(xiàn)代通信技術和計算機技術以及電能量測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映電量使用。智能表系統(tǒng)可自我管理，不需要派專人抄表或者派專人管理某處房子的電源系統(tǒng)。智能表系統(tǒng)工作壽命更長，管理成本更低。和傳統(tǒng)的儀表系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在行政費用結算以及登記管理開銷/注銷方面，成本更低；該系統(tǒng)具有可靠、高效和自主管理等優(yōu)點。
|
