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1.1采集系统业务简介居民用户用电信息采集以小区楼道、柱上变或小区箱变(公变)为单位,完成单个楼道或箱变负荷范围内全部居民用户、关口计量点的用电信息采集。安装于楼道的采集器、农村柱上变或小区箱变处的集中器即为一个远程通信节点。用电信息采集系统主要由以下几部分组成:主站、通信信道、集中器、低压电力线网络、专变终端、电能表。采集系统主要工作原理:以低压居民集抄GPRS通信方式为例,居民用户的用电数据信息由电能表采集,通过电力载波将用电信息传输给集中器。用电信息数据经协议封装后发送到中国移动(或中国联通)的GPRS数据网络,通过该网络将数据传送至主站,实现电能表数据和主站的实时在线连接。同时,集中器还可将主站发送的遥控指令传给电能表控制模块,对电能表进行数据请求等各种操作。用电信息采集系统中集中器等采集终端的主要通信方式有光纤专网通信、GPRS无线公网通信、230MHz无线专网通信、电力线载波通信、RS-485通信方式等。
1.2主要研究内容通信方式的改造目标是各个集中器或专变终端通过LTE230上行通信模块(UE)将本地采集业务相关数据传输到所覆盖区域基站设备,基站通过光纤、微波等方式将业务数据回传核心网,核心网将各个基站业务数据汇总通过网络接口回传给用电信息采集主站系统,完成主站系统通过LTE230系统对各个居民用户、专变用户等用电信息数据的采集工作。目前张家口用电信息采集业务使用了大量GPRS通信模块。LTE230无线宽带通信网络在张家口的推广应用,首先要开发出符合采集终端通信接口的LTE230通信模块,要求采用与GPRS通信模块完全一致的技术规范和型式规范,这样做后无需对采集终端进行升级改造,就可以直接进行模块替换,降低费用。下面以I型集中器通信模块为例,简述LTE230通信模块开发的关键要点。
1.3LTE230通信模块开发设计
1.3.1底层通信原理考虑到电力系统中大量的终端对业务时延要求较高,尤其是专变终端的时延要求更为严格,需要对系统进行合理设计以有效降低时延。因此,LTE230无线宽带系统采用扁平化的全IP网络架构,组网灵活,能够适用现有业务的开展,而且方便将来新业务的扩展应用,如下图1所示。集中器和无线模块的底层通过AT命令构成通信通道,而无线通信模块,与无线接入设备及主站的底层是基于成熟的LTE的底层信令架构,并针对行业业务特征进行优化而成。IP层是在成熟稳定的底层之上,屏蔽了物理层的细节,使得网络应用层可以自如设计实现。集中器的IP地址都由LTE230系统的核心网管理和维护,集中器连接的无线通信模块正常完成底层接入后,核心网分配IP地址给集中器,核心网一并维护IP地址和集中器的对应列表。
1.3.2LTE230通信芯片选型目前市面上的LTE230通信芯片很少,只有中国普天信息产业股份有限公司的一款芯片,该芯片设计时考虑了在用电信息采集系统中需要的功能,简化了设计,降低了成本,因此在电力行业中得到广泛的应用。
1.3.3LTE230通信模块的TCP软件流程用电信息采集系统中集中器或专变终端通过AT指令与LTE230模块进行命令控制以及数据通信;通过LTE230模块将数据传送至主站,实现与主站的实时在线连接;同时,集中器或专变终端还可接收主站发送的遥控指令进行请求操作。
1.3.4LTE230通信模块设计开发的关键点(1)集中器LTE230通信模块硬件设计需要符合国家电网公司的电力用户用电信息采集系统集中器型式规范的要求。软件设计必须符合国家电网公司2013年的最新版电力用户用电信息采集系统技术规范中的《通信单元技术规范》和《远程通信模块接口协议》,同时须兼容2009年版本的终端。(2)由于各厂家的集中器上行通信模块与主站的交互信息文本没有统一标准,为了避免涉及到与多个厂家开发接口,影响通信模块的兼容性,建议通信模块在网络连接后开启透明通道,建立透明数据传输,避免通信模块对交互信息的解析。图2是LTE230模块建立连接流程图。
二、应用效果
按照上述开发思路研制出了I型集中器LTE230通信模块,经试运行后,在LTE230无线信号覆盖区域内进行了安装,集中器采集数据通过LTE230无线宽带通信网络及光纤网络,上传至统一的采集主站系统,通信系统自建成后一直运行稳定,采集成功率达100%,时延小于2s,满足了电力系统业务稳定性和可靠性要求。
三、结语
虽然移动通信网络技术发展比较迅速,但是仍然存在很多问题,尤其是移动互联网和物联网带来的冲击,其中移动通信网络架构需要考虑的问题主要体现在以下几个方面:(1)从网络建设的角度看传统的网络运营进行网络部署时,需要根据业务的峰值容量进行网络资源的配置,而新兴业务的实际网络资源需求难以评估,因此可能造成网络资源过度配置,设备、机房等增多,运营及维护成本、能源消耗等增大,而未获得显著的效益甚至效益减小;再者,在支持某些新业务时,运营商可能需要对现有网络进行升级或者创新改造,由于传统网络中设备都是软硬件紧耦合的,因此在传统移动通信网络中实现困难,运营商需要对整个网络设备进行升级改造,业务部署周期延长,增值服务创新困难;此外,当新业务造成网络资源紧张时,难以对已有网络进行扩容,因为传统的移动通信网络可扩展性差,进行网络扩容时,不仅需要增加软硬件设备,还需要整个系统进行配置更新,例如对不同厂家的设备及其之间接口进行配置,效率很低;最后,由于传统网络中的资源分配大都基于网络设备自身的资源状况和配置策略进行,缺乏全局的统一调度。因此,当网络中的业务流特征发生变化时,由于网络资源不能动态监控并高效分配,可能造成网络节点的资源紧张。(2)从网络运营的角度看未来的接入网必然是存在多模/多制式的异构网络,这种缺乏相互融合协调的异构网络将对网络的运营和维护带来很多困难。首先,多种接入技术的独立建网会带来多张网络的重复覆盖,造成严重的资源浪费,给运营商带来很高的建设成本和运营维护成本;缺乏融合协调机制的多种接入技术共存,容易造成各个网络的业务负载不均衡,各个网络的资源不能得到充分的利用,造成低效的网络资源利用率;由于多种接入技术之间缺乏协调机制,异构接入技术之间的互操作性很差,进行接入技术切换的过程复杂,甚至可能需要用户参与,时延和信令负荷都较大。(3)从网络控制管理的角度看传统的移动通信网络的架构中采用的集中式的控制管理以及数据路由并不能适应网络中业务类型的变化,例如移动互联网业务造成的信令风暴,物联网的发展更是加剧了对传统移动通信网络管理方式的挑战,主要表现为:网络中的终端数量庞大,采用集中式的网络控制和管理等容易造成移动通信网络中的信令拥塞和处理节点的过载;集中路由对于大量接入Internet的业务并不适用。此外,传统移动通信网络中采用了集中式的锚点网关,无法进行路由优化,例如无法本地接入CDN网络,因此容易造成路由的迂回,降低传输效率和网络资源利用率。
2未来移动通信网络架构的发展趋势
通过对LTE网络的现状、网络运营的特点、移动互联网和物联网的发展以及未来网络中业务需求等因素的综合分析,有理由相信,与传统的移动通信网络架构相比,未来的移动通信网络架构将发生巨大的变化。未来的移动通信网络将是一个泛在的网络,包含丰富的业务种类,支持海量的终端接入和多样化的接入方式,采用动态灵活的运营和管理策略。因此,未来移动通信网络的架构也将出现新的变化。(1)软件化的动态网络移动互联网和物联网的兴起,带动了整个信息产业的蓬勃发展和积极创新,从而导致移动通信网络上支持的业务应用种类出现快速的增长或更迭,这对网络运营提出了很高的要求,包括网络规模需容易进行扩容,业务的部署和运营周期需能够缩短,运营及维护的成本需得到评估和控制,而这些要求正是传统移动通信网络架构所面临的短板。与此同时,IT业界也注意到网络设备厂商提供的设备相对封闭,大大减小了创新和功能开发的空间,而随着软硬件技术的发展,网络设备原材料的价格也在快速下降,意识到可以利用这些计算能力来运行一个逻辑的集中式控制平面,这样就可以更加智能地控制和使用网络硬件。而近几年快速发展的云计算和大数据等新兴业务更是要求能够快速、频繁地实时配置网络,并且能够按需调用网络资源。因此,倡导控制和转发分离、控制的逻辑集中以及网络可编程的SDN(Soft-wareDefinedNetworking,软件定义网络)技术开始流行并且迅速被通信业界吸收。2012年11月,AT&T、德国电信、英国电信、中国移动、意大利电信等13个国际主流运营商牵头,联合多家网络运营商、电信设备制造商和IT设备制造商在ETSI共同成立了网络功能虚拟化(NetworkFunctionVirtualisation,NFV)行业规范组(IndustrySpecificationGroup,ISG),其目标是利用IT虚拟化技术改变网络运营商组建网络的方式,将不同类型的网络设备运行于符合业界标准的高容量服务器、交换机和存储设备之上,并且使得整个网络可以根据其负载状态进行虚拟网络功能的动态扩容(如增加该网络功能的虚拟机)或缩容(如关闭该网络功能的虚拟机),实现网络资源的动态控制。为了解决传统网络的动态可扩展性问题,采用SDN和NFV的技术应该是未来移动通信网络架构的不二选择。未来的移动通信网络中可以通过虚拟化技术,将标准的通用服务器/交换机代替专用网络设备,通过SDN技术实现网络资源的集中控制和动态按需分配,从而实现网络功能的软件化,网络部署的动态化,网络资源调度的智能化。(2)多种接入技术的融合与协调由于技术的发展,移动通信网络出现了多种接入技术,目前市场上存在的接入技术既包括GSM、TD-SCDMA、WCDMA、TDDLTE、FDDLTE等3GPP组织定义的接入技术,也包括cdma2000、WiMAX、WLAN等非3GPP接入技术,再加上更高速率的5G接入技术,未来的接入网必然存在多种接入技术和方式,这种异构网络将对网络的运营和维护带来很多问题。实际上,这些问题并不是未来移动通信网络中所独有的问题,在目前的LTE网络同样存在类似的问题,然而目前的网络架构中并没有解决相关的问题,因此在未来的移动通信网络架构中需要设计多种接入技术之间的融合协调机制。针对异构多接入技术融合协调的问题,业界已经开始了相关的技术研究,例如CMCC在3GPPRAN3会议上提出Multi-RATsCoordination的研究项目,希望在LTE网络中实现多RAT间的协调,然而基于现有的LTE网络的架构,难以产生优化的解决方案。因此,下一代移动通信网络应该从架构上解决该问题,使得网络能够根据终端上的业务QoS需求、各接入技术的网络状况、终端的能力、用户的设置以及网络的配置等进行接入技术的选择或切换,实现用户体验的改善、网络资源利用的高效和运维成本的降低。(3)灵活的网络控制与管理机制智能终端和互联网的发展造就了移动通信网络中数据业务的繁荣,移动通信网络逐渐走向全IP化,对于这些新型的业务,采用传统的移动通信网络架构中的单一的、集中式的控制管理以及数据路由,容易造成网络资源利用率的低效。因此,依据网络中支持的业务特点来进行未来移动通信网络架构和管理机制的设计是提高网络资源利用率的有效手段之一,例如可以在未来移动通信网络架构中对其网络功能进行云化和本地化,避免大量物联网终端的接入请求信令造成关键节点的过载;针对大量的Internet接入流量,未来移动通信网络架构可考虑网关锚点的下沉,实现数据平面的扁平化,减少数据传输的跳数,从而提高网络资源的利用效率。由于移动通信网络中的业务种类较多,适用的网络控制与管理的集中也不同。因此,未来移动通信网络架构的设计应当具有灵活性和适应性,有效地支持各种优化的控制与管理机制。
3结束语
智能建筑的核心是系统集成[1],而系统集成的基础则是智能建筑中的通信网络.随着计算机技术和通信技术的发展和信息社会的到来,迫使现代建筑观念不得不更新.在信息化社会中,一个现代化大楼内,除了具有电话、传真、空调、消防与安全监控系统外,各种计算机网络、综合服务数字网等都是不可缺少的.只有具备了这些基础通信设施,新的信息技术,如电子数据交换、电子邮政、会议电视、视频点播、多媒体通信等才有可能进入大楼.使它成为一个名符其实的智能建筑.目前,在多数涉及与智能建
筑有关的事物中,不论是物业主还是参加竞争的设计者,都把重点放在楼宇管理自动化系统和结构化布线系统上,许多所谓的智能建筑,其实就是楼宇自动化系统加上结构化布线和程控交换机,根本就忽略了通信网络的建设.我们认为,在建筑智能化工程中,应该高度重视信息这个要素,而通信网络正是为建筑的各个部分传递信息的道路.随着分布式智能建筑控制系统技术的日益成熟和应用普及,在BAS中控制将进一步分散,在网络中传递的将更多的是管理信息,系统的集成则越显得重要[2],另一方面,目前由于人们信息需求的激增,以及计算机技术带来的多媒体终端等先进的终端技术,一个智能建筑的智能化瓶颈往往在于它的通信网络.可以说,通信网络技术水平的高低制约着智能建筑的智能程度.为此,智能建筑中的通信网络的设计是完成建筑智能化工程的重点所在.本文讨论基于最新网络技术的智能建筑通信网络的设计.
二、智能建筑的通信网络功能
总体上说,智能建筑的通信网络有两个功能,第一是支持各种形式的通信业务;第二是能够集成不同类型的办公自动化系统和楼宇管理自动化系统,形成统一的网络并进行统一的管理.智能建筑中的通信业务主要有下列一些形式:
1、电话:包括内部直拨,通过PBX与楼外公共交换网连接后通话.发展成为以PBX为中心组网形成2B+D话音和信令通道,使电话用户线具有综合功能.
2、传真:包括利用电话线进行楼内传真以及与楼外的传真,还可以通过发展而成的楼内综合业务数字网(ISDN)的用户线进行楼内之间或楼内外的传真.
3、电子邮件、语音邮件、电子信箱、语音信箱:这是通过计算机网络及其交换系统实现点对点(计算机)的文字或语音通信的一种方式.即通过对计算机屏幕的"书写"或直接通过计算机的音响系统实现双方的通信或对话.与之相应的电子信箱、语音信箱则是通过计算机的存贮系统实现"留信"或"留言".
4、可视电话:可视电话是一种小型图像通信终端,利用电话线路同时传递图像与语音信息.这种系统使用简单,无需特殊线路,每秒可传送10帧彩色图像,并且价格相对低廉,同时,还可通过大楼PBX,进入公用电话网.同外部进行通信.
5、可视电话数据系统:可视电话数据系统是利用公用电话线路的会话型图像通信.利用这种通信系统,键入所需信息代码,传送至数据库计算机,主机收到该代码后,即在数据库中查找所需的信息,并将信息回送屏幕显示出来,
6.会议电视:会议电视系统可支持大楼中各单位,各部门之间通信的要求,通过通信手段把相隔两地或几个地点的会议室连接在一起,传递图象和伴音信号,使与会者产生身临其境的感觉.
7、桌面会议系统:将计算机引入图象通信,使得通信各方不仅可以面对面进行交谈,还可以根据要求随时交换资料和文档,真正实现通信的交互性.桌面会议系统设有电子黑板,使会议各方可在同一块电子黑板上完成信息交互,并可对电子黑板随时打印,还可以重播会议片断和收录会议过程.
8,多媒体通信:多媒体通信是通过计算机网络系统实现同时获取,处理,编辑,存储和展示两个以上不同类型信息媒体(包括文字,语音,图形,图象〕的传送,其最重要的基础必需要具备宽带的网络系统.
9、公用数据库系统:与大楼业务有关的资料可通过大楼的数据库查询,也可通过WAN查询,数据类型可以是数据、文字、静、动态图象.
10、资料查询与文档管理系统:楼内各种办公文件的编辑、制作、发送、存贮与检索,并规定不同用户对各类文档的查询权限.
11、学习培训系统:与网络联机的多媒体终端及各种声、象设备,提供各类业务学习与培训.
12、触摸屏咨询及大屏幕显示系统:安装在大厅,多个触摸屏咨询系统安放在大厅不同位置,以声,象,图表等多种方式向用户介绍大厦业务及其它信息.
13、人事,财务,情报,设备,资产等事务管理:将工作人员的素质,特长,单位,财务收支情况,文件,合同,通知,新技术,新业务,设备资源及其使用情况统统存入数据库中,以便随时查询,实现事务管理科学化.
14、访问INTERNET网络:INTERNET正在发展成为把全球联系在一起的信息网络,所以对于用户来说,具有访问INTERNET的手段就显得十分重要.大楼的智能局域网的主干网具有访问INTERNET的信息通道,这就为大楼内的用户访问INTERNET提供了条件.
这些业务的实现对通信网络的需求往往不同,已发展成熟的各种网络几乎都是针对特定的网络业务,而目前基于ATM的宽带综合局域网技术日益成熟,使得在局域网内实现相当多的业务的综合传输交换成为可能.
智能建筑中的通信网络通常分为主干网和部门子网.主干网是连接部门子网、数据传输速率较高的网络.部门子网是为完成各个部门特定目的而组建的局域网,它一般多种多样.此外,通信网络还包括以电话通信为主的PBX网络.智能建筑的通信网络应能支持上述的通信业务和大楼管理自动化及办公自动化的要求,并且还要能够适应今后15年通信业务发展的需要.
通常情况下在智能建筑中作主干网的有以下一些网络技术:FDDI、100Base-T、100VG-AnyLAN、ATM等.我们认为,从技术及产品日益成熟和通信网络发展方向来看,使用ATM技术作为主干网是一种优选方案.
作为智能建筑中的部门子网,往往根据部门需求选择多种多样的网络.这可分为普通局域网、高速局域网和PBX网三种.在智能建筑中这三种子网往往共存.
三、一种智能建筑通信网络系统
图1是一种智能建筑通信网络系统.主干网络是以ATM交换机为中心的ATM网络,有以下特点:(1)这是一种高速率网络,每个端口速率高达25~155Mbps,这种带宽使各个子网之间的通信畅通无阻,而且各个端口专用带宽,使用户的带宽竞争局限在子网范围内,因此,子网数目的增加不会影响已存用户的业务质量.这对智能建筑内通信网络的扩展来说是其它大多数网络技术所不具备的.(20)采用局域网仿真技术使已有的局域网技术可以平滑无缝地接入主干网构成互连网.基于原有局域网的应用可以不加修改地在ATM互连网上运行.(3)ATM网络与传统局域网的无缝连接,进一步减少了网络之间的桥、路由器、网关及HUB等协议转换设备,使网络延伸、网络配置、网络监视变得相当容易,网络得到平整.这一点是其它主干网技术不可比拟的.(4)采用虚拟局域网技术,可以方便地构成虚拟局域网,不同虚拟局域网之间就像通过网桥连接的局域网.而且,网络管理员可以将地域不集中、连接在不同集线器上的同一部门之间的设备构成一个局域网,这样,网段的物理位置不再影响其逻辑子网,它带来的好处是:每个部门可以拥有自己的虚拟局域网,它不受其它部门的网络通信影响;通信网络上任何位置的主机、服务器等从一个虚拟局域网移动到另外一个虚拟局域网不需要任何物理上的变动;同时,物理上变动的网络设备也可以维持在相同的虚拟局域网上不变.这对智能建筑租用用户来说是相当优越的.(5)ATM网络采用永久
虚通路和交换虚通路来管理网络连接,这样网络延伸变得简单,而且永久虚通路的配置可以保证不同业务的带宽要求.交换虚通路的采用可以简化网络管理员的网络设置工作.交换虚通路的标准化使不同厂家的ATM产品的互连变得简单.(6)ATM是B-ISDN的标准转移模式,因此主干网与广域网的连接也可以归结为ATM与ATM的连接,这样智能建筑通信网可以与广域网无缝连接.(7)ATM网络采用分布式网络结构使它作为主干网有很高的稳定性.
图1一种智能建筑通信网络系统
它采用完全连接网状拓扑来避免网络单点失效,它的网络控制分布存在于各个网络节点,端到端多路由连接,网络可以实现自重构,这些使网络能应付各种灾难情况,在智能建筑出现意外时能确保通信网络畅通.(8)ATM是一种开放式网络结构,ITU-T、ATM论坛分别制定了一系列网络技术标准,这些使ATM网络能够兼容连接过去、现在和将来的各种网络.因此,采用ATM作为主干网可以适应将来网络技术的发展,使网络生存周期增长,网络等效性价比增加.
若干个大容量服务器(多媒体服务器)直接接入ATM网络,可满足多客户机与服务器的多媒体通信对网络带宽的要求.部门子网一般设计为交换模块式局域网,最常用的是10Base-T,它不但是物理上的星型连接,而且使用非屏蔽双绞线作为传输媒质,这非常适合智能建筑综合布线的情况.对于多用户部门,可使用多交换模块组成多网段的部门子网.而对于有高速要求的部门来说,则可组建高速局域网,高速局域网有100Base-T和FDDI和ATM工作组网等,根据我们的经验,采用100Base-T和ATM工作组网更好.通过局域网交换机可将所有局域网部门子网接入主干网.如果部门子网的高速用户数量不多,最好将高速宽带终端用户直接接入主干网,通过ATM网络的虚拟局域网功能,将一些高速宽带终端用户与一些部门子网组建成虚拟局域网.PBX网是以电路交换方式交换话音为主的网络.目前配备有N-ISDN功能的PBX交换机综合了电路交换和分组交换方式,可以综合交换话音和数据.在智能建筑中,使用N-ISDNPBX作电话网的交换节点具有明显的优点:可以方便地将远端和孤立的数据终端通过N-ISDN与主干网的网关接入通信网络;可以方便地与公用N-ISDN的连接,实现对广域网的低速访问;2B+D和30B+D的速率接口可以充分满足用户对外部数据资源的访问,实现用户电报、高质传真、高质电话、可视电话等业务;专用线路业务可以满足特殊用户保密要求,以及实现紧急报警等.PBX网络自成一体,又可通过网关与主干网相连.多功能电视会议中心主要包括数字化投影电视和音响系统及同声传译系统,在智能建筑的设计中,通过网络互连技术,将相应的语音和图像信息传送给相关的子网或公共网,实现信息共享,这样可使智能建筑具有更高的品质.楼宇管理自动化系统网络在逻辑上是独立的,中央监控系统监控和管理整个BAS,通过以太网接口,中央监控系统接入主干网络,可向有关终端传送监视和报警信息.通过主干网和PBX网络接入楼外通信系统.
为了对智能电网背景下一体化信息通信网络进行分析研究,首先需探讨未来电力通信网业务,结合业务情况分析信息通信融合的技术路线及实现模式,提出信息通信网络融合、一网承载的网络架构。
1.1信息通信业务随着智能电网的发展,电力通信业务类型、流量、流向发生了巨大变化。通过分析电力通信业务断面、断面业务种类及数据流向,建立局站业务模式型,为电力网络规划提供科学数据[3]。研究将电网业务分为3类业务:一类业务,电网调度通信业务,是电网通信业务中为电网调度继电保护及安全自动装置、自动化系统和指挥提供数据、语音、图像等服务的通信业务;二类业务,电网管理服务通信业务,是电网通信业务中为电网企业行政交换、电视电话会议、应急指挥通信、管理、办公等提供信息化服务的通信业务;三类业务,外网VPN业务。各业务实时性、传输时延要求、误码率、通信方式、通信特点和数据流向都对网络的建设产生影响,同时业务流量带宽需求与业务流向、组网拓扑有密切关系,组网拓扑的变化会影响到汇聚节点、核心节点的流量带宽需求,如对35kV/110kV变电站汇聚业务的流量带宽变化。此外,新技术的引入也会改变业务模式,如未来云计算方式的引入,可能将大大改变目前的业务流向和计算方式。在业务的梳理过程中,视频业务是现有业务,也是未来业务中对网络带宽需求最大的业务。假定视频业务通过管理信息网,存储在110kV变电站,取一定比例(如5%―10%)的流量上行作为视频上行调用的需求。如果视频业务通过公网或专网上行,存储在地市公司主站,则对现网不产生影响。
1.2一体化信通融合网络1)电力综合业务接入网通信网架构。针对终端通信接入网在电网中的位置,将终端通信接入网划分为10kV通信接入网和0.4kV通信接入网,并结合电力终端通信接入网中电力设备及承载业务尤其是基于智能电网的配电自动化、分布式能源及微电网接入、电动汽车充电站/桩和用户互动等新型业务的通信需求,搭建广域、分布式的通信接入网架构。在此基础上,灵活运用以太网、无线和xPON等技术,实现语音、数据和视频业务的综合接入,促进电力终端通信接入网向一体化、融合化发展。配电环节智能化主要通过10kV通信接入网实现。10kV通信接入网范围为110kV/35kV变电站至10kV配电变压器之间部分,主要包含10kV配电站点及两端设备。适合10kV通信接入网的组网技术有xPON专网、中压PLC、无线专网和公网等。10kV通信接入网建设方案如图1所示。如同时包含生产控制大区和管理信息大区业务时,应配置两套设备用于满足安全隔离需求。xPON未来将作为电力核心专网,承载大量配电网业务;其他技术各有特点,将根据实际情况在不同场景下发挥重要作用。用电环节智能化主要通过0.4kV通信接入网实现。0.4kV通信接入网范围为10kV配电变压器至智能终端(配变->用户电表->家庭网关->智能终端)。适合0.4kV部分组网的技术有低压PLC和无线专网等,除以上技术外,同时还可用于本地信道和室内网组网的技术有无线传感器网络和RS-485串口通信等。此外,部分场景下远程信道可使用公网实现与通信主站的数据交互。0.4kV通信接入网建设方案如图2所示。2)多业务传送网发展策略。智能电网通信业务IP化、宽带化及多样化的发展趋势对传送网提出新的要求。对比目前主流的传送网发展技术,结合电力信息通信业务的特点,管理信息化业务、市场营销类业务、用电服务类业务等业务可基于新型传送网络进行统一承载,同时探索新型传送网络承载继保、生产调度类业务的可行性,改变目前电力通信传送网同时使用SDH/MSTP传输网与数据网进行信息传送的局面,实现面向IP的多业务一网承载。由源宿点、线路段分析,电力业务大部分为市―省终结业务和市内终结业务。映射到现有电力通信传送网络,即对应了干线网和本地网。因此电力多业务一体化传送网也将分为干线承载网和本地承载网。干线承载网从电网结构上分析是指220kV变电所及以上节点所承载的传送网络;从业务承载节点分析,是指市分公司的主要业务的出口局所需承载的传送网络。本地承载网从电网结构上分析是指110kV及以下变电所、营业厅等节点所承载的传送网络;从业务承载节点分析,是指本地网内所有接入节点的综合业务到县、市分公司所承载的网络。从源宿点、线路段的结构分析可知,继电保护业务大量存在在干线承载网,而数据类业务同时由干线承载网和本地承载网承载。因此从业务保护等级考虑,将分别采用确定复用技术和统计复用技术,即MSTP+OTN技术和PTN技术承载[5]。一体化承载网组网架构如图3所示。图3一体化承载网组网架构
2结语
(1)通信网络开放,管理难度增大。计算机技术发展的速度不断突破记录,通信网络开放也带来了很多隐患,物联网、三网融合、云计算使通信网络越来越开放,参与人员越来越多,通信网络系统可靠性面临更大的风险,终端复杂化也使通信网络更容易受到威胁攻击。因此通信网络的运行管理与维护工作也需要不断的与时俱进,需要从计算机空间拓展到物理空间,为系统的可靠性提供保障。
(2)恶意代码传播渠道增多。智能化的手机越来越普及,各种二维码等代码通过手机疯狂传播严重的侵犯了客户信息。关于扫面二维码导致账户丢失以及卡上的钱不翼而飞的案例比比皆是,各通信网络用户应该提高警惕,维护自身的财产安全,相关的管理部门也应该积极地行动起来。
(3)现代通信网络的技术人员素质有待提高。现代网络通信的工作人员大多为技术人员,因此技术掌握的不到位会影响整个系统的运作。而且,部分操作人员不遵守道德规范,运用自身掌握的权利来获取非法经济利益,随着客户信息不断增多,客户信息流转工作也在增加,这就为个别的SP伪造客户信息、篡改、非法获取客户信息提供了便利。
二、通信网络的运行管理与维护策略
(1)研发防御保护技术。在通信网络高度开放的情况下,由于人为的、自然的原因很容易出现故障,提高通信网络的生存性能,可以在通信网络有失效的问题后,动态挖掘可用资源,恢复失效部分。还可以通过建立防火墙来维护整个系统的安全,防止通信信息的泄露,通过标准的网络维护策略,对通信实施强制性访问控制,借此保护通信信息安全。手机等智能机用户需要将账户密码设置的更加高级,全天开启防火墙,禁用或者删掉无用的账号,及时的对可疑的程序进行查杀,拦截外来威胁。
(2)员工正式上岗要进行严格的培训。对于现代通信网络领域工作的员工要进行严格的准入制度,特别是技术性的操作员。首先要考验其道德水准,看其是否会为个人利益而出卖他人或集体的利益,对于道德程度不高的人,一律不予录用。其次,要检验其技术水平,尽可能的引进创新型的人才。
(3)发挥政府的管理作用。对于各行各业的发展,政府有着监督管理职能,政府相关的监管部门需要根据通信网络的最新发展情况,建立国内通信网络运行管理与维护的目标,探讨制定出通信网络运行管理与维护方面的相关政策,并制定出一定的规则标准,监督企业严格施行。
三、结语
(1)设计前期的综合分析。信息系统的设计以满足客户的实际需求为目的,而设计的原则是安全性、稳定性和开放性。在设计过程中,应使用优化的技术,比如系统中的大量图表、数据和文字等,由于处理工作量比加大,需选择功能强大的软件与程序[3]。同时,设计多方方面,选择最优的方案。(2)建立数据模型。建立系统的数据模型,主要是为了用以管理大量的数据信息。同时,数据模型可将数据形象化,提升可操作性与管理效率。一般而言,数据模型有两部分组成:①采用同DBMS分析电路的走势,对于工作人员了解和掌握空间因素具有很大的帮助;②记录线路的位置[4]。(3)建立数据库。在建立数据库前,首先需要做收集和整理数据信息的工作,这也是建立数据模型所需要做得工作。同时,考虑未来发展的需要,研发一些子系统,在建立数据库的过程中,便可清晰把握图层之间的关系,以及阶层之间的相互关系和联系,形成功能完善、强大的通信网络。不过在实际设计过程中,数据库框架即为图层处理,包括多个点层信息,主要是基站层、路面层和通道层等。设计完成数据库后,在系统投入使用前,尚需设计者将搜集到的数据传输到数据库中。在传输时,通常采用ArcSDE平台,将数据传输到数据库中的服务器中,凭借ARCSDE数据管理功能,实现对数据信息的处理。在数据传输时,将同一类别数据,归类到同一图层中,并记录数据信息的实际要去与对应关系,提高管理的有效性[5]。同时,为了方便用户选择和查阅系统内的数据,可在数据库中建立一个空间索引,提高通信网络的管理效率。(4)设计的注意事项。当前,在各种地理信息系统中,往往应用电力通信网络信息管理系统,需整合一个较大的综合管理软件实现统一管理。在设计时需要注意以下两点:①通信信息科通过计算机传输;②对于客户提供的资源,支持地理信息技术与可视化及时。另外,在设计前,收集客户需求的同时,检测客户提供的资源,提高系统的安全性、稳定性和可扩展性。目前,电力通信网络管理信息系统的开发平台一般为Ar-cGIS,需处理图形、文字和数据等多种信息,所以可加入Orade数据库提高系统的处理功能,使得系统的各项功能更加完善。
2电力通信网络信息管理系统的建设
2.1系统的目标
系统设备的升级速度比较快,且运行方式不断演变,实现电力通信网络管理系统的全覆盖,成为必然的趋势。因此,这就需要加大对空白区的覆盖管理力度,有效提升管理的能力。同时,采用先进的管理系统,摒弃人工作业方式,升级为系统自动记录和传输信息,这能够降低网络系统运营的成本。而对于系统的基础设施,比如电源设备、配线设备等,也应加强覆盖管理,以找出原有系统的不足与漏洞,实现改善系统互通性、提升运行效率的建设目标[6]。
2.2系统的结构
一般而言,电力通信网络管理信息系统包括两种结构形式,一种是分布式结构形式,一种是主从式结构形式。其中,主从式结构形式包括电路和统一调配的设备,具有高度集中的操作管理,不过缺点也是明显的,比如资源分布比较集中,增加处理故障的难度。此外,在实时监测方面,由于管理的集中,网络数据易积塞,且节点和链路比较多,监测的效果往往不理想。再比如,如果后台出现问题,整个系统将失去控制中心,增加系统瘫痪的风险。而分布式结构形式具有完善的管理配置模式,这种模式以中央平台为中心,具备独立的数据控制功能,可通过各层管理级别的通信协议,与、管理站和数据库等,构成一个完善的系统。其中,根据环境的不同,管理站可进行不同的设计,是一种介于操作者与系统之间的界面,而信息库主要用于数据的存储,而主要是可实现对电力通信设备和电路数据的处理。
3结语
交通运输业在新的历史时期面临着新的机遇和挑战。必须以网络通信资源开发利用为主线,加快电子政务建设的步伐。
(一)通过全国联网,建立道路数据中心。建立公路、运输业户、运输车辆以及从业人员等大型基础信息资源库。推动各级交通管理部门的目录体系建设。采用数据交换技术,建立行业数据交换平台,形成完善的数据交换指标体系,推动道路运输服务系统的信息化建设。
(二)建立健全交通行业信息化标准体系。以电子政务应用系统数据元标准为核心,以推动标准应用为导向,加强交通运输业信息化建设的标准化工作,完善交通行业信息化标准体系,确保交通运输信息化建设“有标可依”。积极推动智能交通、现代物流、电子数据交换、交通通信与导航及电子地图等信息化推广应用工作。
(三)加大对物流信息化发展的组织和引导力度。积极引导RFID技术、集装箱多式联运等物流信息化研究成果的推广应用,开展公共服务模式的物流信息平台建设。建立和完善公路货运枢纽信息系统,推动农村物流系统、应急保障体系系统、大件运输和危险品运输系统等与人民群众关系密切或“市场失灵”的物流信息平台建设。
(四)建立完善的物流信息平台。以互联互通为目标,启动高速公路信息通信资源整合工程。倡导物流企业间的联合与协作,逐步形成若干具有较强的辐射功能和影响力的区域性物流信息平台。
二、威胁交通运输网络通信安全的因素分析
网络故障基本上都是硬件连接和软件设置问题,也可能是操作系统应用服务本身的问题。网络安全方面的问题有可能是因为电磁泄露、黑客非法入侵、线路干扰、传播病毒、搭线窃听、信息截获等,造成信息的泄露、假冒、篡改和非法信息渗透、非法享用网络信息资源等等。主要表现为计算机打开页面连接浏览器无法与互联网连接和局域网内机器互访信息共享受阻。来自网络安全的威胁因素,根据其攻击的目标和范围不同,对网络的危害程度也不同。网络安全可分为控制安全和信息安全两个层次。控制安全是指身份论证、授权和访问限制。信息安全是要保证有关信息的完整性、真实性、保密性、可用性、可控制性和可追溯等特性。造成对网络威胁的主要原因基本有三:人为的误操作;人为的恶意攻击;计算机网络软硬件的安全漏洞和缺陷。因为开放性、交互性、分散性、脆弱性和连接方式的多样性是计算机网络通讯的共有特征,计算机病毒和黑客入侵是威胁当今网络安全的最主要因素。针对屡屡出现一些技术故障和网络通讯安全方面的问题,探索和掌握一套行之有效的维护网络常见故障的技术和方法是确保网络管理安全运行的关键。
三、交通运输网络通信安全的保障内容
(一)链接网络的安全保障。其是指从技术上和管理上解决网络系统用户应用方面对网络基础设施漏洞、操作系统漏洞和通用基础应用程序漏洞的检测与修复;对网络系统安全性能的整体综合测试;防火墙等网络安全防病毒产品的部署,脆弱性扫描与安全优化;模拟入侵及入侵检测等。
(二)信息数据的安全保障。即是指从技术上和管理上解决信息数据方面和对载体与介质的安全保护和对数据访问的控制。
(三)通信应用的安全保障。指对通信线路的安全性测试与优化,设置通信加密软件、身份鉴别机制和安全通道。测试业务软件的程序安全性等系统自检通信安全的保障措施,对业务交往的防抵赖,业务资源的访问控制验证,业务实体的身份鉴别检测。测试各项网络协议运行漏洞等等。
(四)运行安全的保障。指以网络安全系统工程方法论为依据,提供应急处置机制和配套服务和系统升级补丁。网络系统及产品的安全性检测,跟踪最新漏洞,灾难恢复机制与预防,系统改造管理,网络安全专业技术咨询服务等。
(五)管理安全的保障。包括人员管理及培训,软件、数据、文档管理,应用系统及操作管理,机房、设备及运行管理等一系列安全管理的机制。
四、交通运输网络通信的安全防范措施
随着网络通信安全技术的日益产业化和网络通信安全的法律环境建设的日益完善,交通运输网络通信的安全防范技术也在日臻完善。
(一)保持高度警惕,保持主机和网络上结点计算机的安全。遵循多人负责、任期有限、职责分离三原则。切实提高网络通信安全的防范意识。
(二)控制访问权限,安全共享资源。使每个用户只能在自己的权限范围内使用网络资源。做到开机必查毒,发现必杀毒,经常对系统漏洞补丁升级更新。谨慎下载文档,对于来历不明的电子邮件及附件不轻易用Office软件打开。
(三)选用合格单位的防火墙和防火墙的规则设置、更新。将交通运输局域内网与因特网分隔开来。网络使用者要设置并经常变换口令。对所有进入内网的用户身份进行认证和对信息权限的控制,阻止非授权用户对信息的浏览、修改甚至破坏。对进出内网的数据进行鉴别,防止恶意或非法操作,严防有害信息的侵入。
(四)采用数据加密技术。以不易被人破解为目的,采用密码或计算法对数据进行转换。只有掌握密钥才能破解还原。实现对网络信息数据保密的目的。
五、结语
1.1设备设计存在缺陷
当今网络通信安全问题产生的主要原因就是服务器等装置在设计之初就存在漏洞,极其容易被黑客利用。互联网服务以TCP/IP协议为主,虽然这种协议较为实用,不过其可靠性不强,在使用过程中的安全无法得到有效的保证。网络上的各项线上服务都是基于这两种协议进行的,因此诸如电子邮件服务和WWW服务都处在非常不安全的环境中,非常容易受到侵害。
1.2网卡信息泄露
互联网的信息传输技术是点对点的,信息在不同的子网络之间进行传输,这种结构在连接方式上表现为树状连接,不过主机仍旧在局域网中运行,若信号从位于局域网内的主机上发出,那么处于该局域网中的每一台主机都能够接受到这一信号,不过以太网卡并不相同,它有自身的特点,当主机接收到新信息,原始信息就会被接收端自动丢弃,同时停止上传返回数据,正是这一特性留给了黑客机会,他们可以通过搭线的方式来接收信息,网络通信过程中除了以太网卡存在这样的窃听漏洞,其他类型的网卡同样存在各种容易被窃听的漏洞。
1.3管理人员自身问题很多通信信息泄露事件中,都存在着一个共性,往往负责管理网络通信的人员自身没有一个良好的安全意识。防火墙对于安全来说非常重要,但是很多网站往往忽略这点,放宽了权限设置,使得访问者拥有许多不必要的权限,弱化了防火墙的作用,黑客甚至会从内部人员处得到许多信息,原因就在于网站对于内部人员的访问限制过宽。
1.4恶意攻击频发
由于网络在中国起步较晚,相应的法制建设还不够完善,基本的网络道德观念还没有在众多网民心中形成,因此就出现很多心怀不轨的人利用网络系统来进行渗透或肆意攻击他人,窃取各类信息数据资源,谋取不正当的经济利益。
2网络通信安全隐患产生的原因
2.1客观原因
2.1.1网络系统稳定性设计。现今人们的生活工作都需要借助计算机来完成,几乎没有人能够不依靠计算机来进行工作和生活,所以保持系统的稳定运行显得尤为关键。计算机网络通信面临着各类不同的挑战,比较常见的就是不明缘由的停电、火灾、自然灾害等,这都需要计算机网络系统在设计之初就对这类情况进行考虑,若在设计阶段忽视了不合理方案或技术,会导致投入使用后出现无法想象的安全问题。
2.1.2硬件设计不合理。设备硬件直接决定了机器的性能,若对于硬件的设计没有过关,那么在实际使用时就会出现各种各样的问题。若驱动的设计不符合规范,信息数据就会有泄露的风险,被他人截取利用后承受巨大的经济损失。若显卡设计不当,最常见的问题就是计算机在使用过程中不时出现屏幕宕机现象,强制停止运行,这回对用户造成不便,可能造成信息丢失和泄漏。
2.1.3系统自防能力欠缺。由于网络系统在设计上的局限性,导致了安全功能模块的缺失,增设的安防系统过于简单,使得使用过程中极其容易遭受攻击,攻击者可以轻松地绕过防护系统,从而导致计算机运行很容易被恶意攻击,那么用户的个人信息(账号和密码)就被暴露在他人面前,无法保证个人的隐私,甚至会出现财产损失。
2.2主观原因
2.2.1电力问题及其火灾。突然的停电或者火灾会严重干扰计算机的正常运行,人们往往来不及采取措施,系统运行的数据与信息很容易在这个时候丢失,可这类突发况恰恰是无法避免的。因此,最好的措施就是养成随时保存的习惯,做好备份,以防止出现突发状况来不及反应,最大程度保护自己的信息不受损失。
2.2.2恶意入侵。网络的不断发展让人们享受到了更加快捷方便的生活,拓宽了人们的视野和知识面,不过同时也产生了诸多安全问题。网络给了黑客一个肆意攻击的平台,一旦受到恶意入侵,就会使人们的生活和工作无法正常进行。网络上的仍和一个位置都可能是黑客的陷阱,这些陷阱存在于邮件、软件或者网站上,一旦掉进陷阱,计算机就会面临着入侵的危险,严重的就会导致整个电脑的瘫痪,内部信息和数据泄漏,出现无法估计的损失。
2.2.3病毒感染。病毒有广泛的攻击对象,一旦在一处成功,就会呈指数级扩散,蔓延的速度非常惊人,好比传染病一样侵害一大批用户。计算机病毒在传播时具有广泛、快速的特征,一个网络一旦出现病毒,极短时间内就会出现网速变慢的现象,部分严重的计算机网络甚至会出现大面积终端瘫痪的现象,信息和资料都会丢失,对于个人来说,隐私权会受到侵害,对于公司企业来说,可能造成巨大的经济损失。
3网络通信安全防护措施
互联网技术在不断更新,而同时面临的威胁也愈发严重,对通信安全的要求也越来越高,因此人们趋向于营造出一片自由安全的网络通信环境。所以,为了解决网络通信过程中的信息安全问题,最大程度降低对由于信息泄露造成的损失。一般情况下常用的解决措施有以下几点。
3.1提高系统稳定性
网络系统的设计阶段时至关重要的,需要根据实际需要来进行充分分析,权衡网络通信的各个细节和薄弱点,保证网络系统在各种情况下能够稳定运行,同时还应当在有可能受到病毒攻击的位置设防,做好防御工作。对于运行在计算机上的软件进行定期查毒,对于新安装的软件必须先通过病毒拦截系统的检查,争取将病毒在系统外杀灭。有必要的情况下还可以设置系统分区,将隔离出来的高危文件或未知文件预先放在分区进行处理,防止这些文件侵害网络系统。
3.2改善运行环境
计算机内部有许多非常精密的组件,要保证计算机的正常高效运行就必须要求计算机拥有良好的运行环境,对随时可能发生的突况进行预防,因此应该对电脑线路进行定期的检查,仔细排查电路的问题,做到对隐患的及时发现和消除。重视计算机防雷工作,避免电脑的运行环境中存在磁场干扰,使计算机不受外界自然条件的影响或侵害。
3.3设置访问权限
通常,有关网络通信的安全性主要有信息传输的安全控制与信息存储的安全控制。常见的安全问题主要可分为以下几类:(1)信息传输过程被窃听;(2)数据盗用;(3)冒充用户身份;(4)恶意修改消息;(5)恶意信息拦截。一般都可以通过信息加密的方式来进行保护。主流的信息加密技术可以分为对称密钥加密和非对称密钥加密两种。前者指的就是传统类型的加密技术,应用较为普遍,常用于一般信息的加密,后者也叫做公钥密码技术。传统类型的加密技术通常由序列密码和分组密码组成。实现信息数据加密的途径主要是链路层加密、节点级加密和端到端的加密。
3.4完善相关的网络法律制度
一套完整的法律体系能够极大地保证网络行为的规范化。由于我国网络技术尚处于发展初期,一些相关的法律制度还不够健全,当前应当完善网络法律法规来及时规范人们的网络行为,阻止各种网络犯罪,保证整个网络通信的安全。
架构简介目前多个厂家提出了网络虚拟化技术的解决方案,本文只讲述应用H3C公司的EVI技术为例的设计方案。以太网虚拟化互联(EVI,EthernetVirtualizationInterconnect)是一种“MACinIP”技术,使用MAC地址路由规则,提供叠加网络(OverlayNetwork),使分散的二层区域之间能够实现IP的直接通信,并保持这些区域的独立性。假设省行与业务中心1内部都有VLAN10-20,这些跨站点二层互通的VLAN称为扩展VLAN;衔接二、三层网络执行EVI功能的设备称为边缘设备(ED,EdgeDevice),图3中的Gateway(网关)可与ED整合成一台设备。EVI系统由核心网、站点网、叠加网组成。核心网承担站点间的IP路由通信;站点网通过ED连接核心网,具有业务功能的二层网络,包括交换机和主机;叠加网是不同站点的ED之间建立的虚拟网,它能将多个站点互联后组成更大的二层网络。
二.省行与业务中心EVI通信的运行机制
站点内的二层流量通过传统的ARP广播及单播响应MAC,由交换机自动完成。对于穿越IP核心网的跨站点的二层流量,EVI需在控制层面上完成二层网络的路由和隔离,以及在数据层面上完成二层数据的封装与转发功能。
(一)控制层面的通信步骤
1.需要通信的两个ED之间必须建立EVI的邻居关系。
2.在ED上使用IS-IS路由协议,EVI的IS-IS取消了level字段,扩展了标准报文以便携带主机MAC和其他控制信息,通过ISIS把MAC表和EVI接口IP封装在数据链路层的数据帧中,传递给对端的ED。
3.以EVI接口IP为源IP,通过IS-IS学习到的对端EDEVI接口的IP作为目标IP地址,ED对本地二层流量进行EVI封装,然后通过核心网的IP路由把经过封装的数据包送达异地的ED。
4.异地ED解封数据包,查本地MAC表,把数据送达目的主机。
5.IS-IS自动同步本地的MAC表给邻居,MAC表项的老化、删除、新增都发IS-IS(LSP,CSNP,PSNP)消息通知其他站点。
(二)数据层面的通信步骤
1.两个ED之间建立模式为EVI的GRE隧道,如步骤③,
2.去往异地站点二层的单播流量,查MAC表后进行EVI封装转发。
3.ED在扩展VLAN运行了IGMPSnooping,对组播报文进行“头端复制”作为单播封装发往对端站点,如步骤⑤,解封后进行正常的组播通信。
4.在VLAN的所有接口泛洪MAC为广播的帧,ED对这些广播帧进行优化和复制,把每份复本进行EVI封装成单播包,经核心网传给异地站点。
5.未知单播或组播的默认处理:只在VLAN内的本地接口上进行泛洪,不会泛洪到异地的站点,但可手工配置指定目的MAC地址的帧,查找MAC表失败后,系统能将这部分流量进行泛洪到其他站点,以实现个别应用的特殊通信需求(如VRRP的组播报文)。
三.EVI系统的部署及注意事项