配電網(wǎng)通信模式的研究與實(shí)現(xiàn)實(shí)施計(jì)劃方案

1、. . . . 配電網(wǎng)通信模式研究與實(shí)現(xiàn)實(shí)施方案31 / 34目 錄第一章項(xiàng)目需求與背景介紹11.1 引言11.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化對通信系統(tǒng)的要求11.3項(xiàng)目容21.4 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用的幾種通信模式與其優(yōu)缺點(diǎn)3第二章 WiMAX無線寬帶技術(shù)概述62.1 WiMAX簡介62.2 WiMAX技術(shù)優(yōu)勢7第三章 WiMAX無線寬帶網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)93.1 需求分析93.2 設(shè)計(jì)原則93.3 方案設(shè)計(jì)103.3.1系統(tǒng)原理103.3.2系統(tǒng)說明113.3.3數(shù)據(jù)流113.3.4參考方案13第四章設(shè)備開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與指標(biāo)154.1 中心控制軟件154.2中心控制模塊154.3 終端控制模塊164.4 Sun

2、MAX3500 BS設(shè)備研制174.5 SunMAX3500 CPE設(shè)備研制21第一章 項(xiàng)目需求與背景介紹1.1 引言隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高。城市電網(wǎng)改造對提高城市配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)與可靠性提出了亟待解決而且必須解決好的課題，同時(shí)也帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。城市電網(wǎng)應(yīng)在未來的幾年加速網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)和城區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，提高供電質(zhì)量和供電可靠性，以滿足現(xiàn)代化建設(shè)的供電需求。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（DMS）是集計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)與相關(guān)電力系統(tǒng)技術(shù)于一體的信息管理系統(tǒng)，為配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)視、快速故障定位、故障隔離、

3、供電恢復(fù)以與需求側(cè)管理等提供了有力的技術(shù)手段，能夠有效地縮短事故停電時(shí)間、提高供電可靠性、改善供電質(zhì)量。配電網(wǎng)自動(dòng)化要借助可靠的通信手段，將各遠(yuǎn)方監(jiān)控單元（RTU、FTU、DTU、TTU）所采集的數(shù)據(jù)上傳至控制中心，同時(shí)將控制命令下發(fā)到各遠(yuǎn)方單元或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，通信系統(tǒng)是實(shí)施配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它在很大程度上決定了系統(tǒng)性能的優(yōu)劣和功能的發(fā)揮，我國從上世紀(jì)90年代初即開始實(shí)施配電自動(dòng)化工作，但這么多年沒有得到迅速普與，通信系統(tǒng)的限制是一個(gè)極為重要的因素。1.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化對通信系統(tǒng)的要求配電網(wǎng)系統(tǒng)擁有眾多的配變、用戶變、箱變、開閉所、配電變壓器、柱上開關(guān)等電氣設(shè)備，地域分布廣、種類多、運(yùn)

4、行狀態(tài)復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣，要對這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控就需要安裝大量的RTU、FTU、DTU、TTU等終端設(shè)備，規(guī)模較大的配電網(wǎng)還要配置子站，其總體規(guī)模要比調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大得多。因此，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)必須滿足下述要求：（1）高可靠性：配電網(wǎng)通信設(shè)備大多安裝在室外，自然環(huán)境惡劣，高溫、低溫、日曬、雨淋、風(fēng)雪、冰雹和雷電等自然侵襲以與射頻、工頻等強(qiáng)電磁干擾時(shí)時(shí)發(fā)生。因此要求配電網(wǎng)通信系統(tǒng)要能夠長期穩(wěn)定可靠地工作，并在線路停電時(shí)仍能正常工作；（2）良好的經(jīng)濟(jì)性：限于配電網(wǎng)一次設(shè)備的狀況，通信系統(tǒng)的投資不能過大，并要能充分利用已有的各種通信資源；（3）技術(shù)性能優(yōu)越：速率、容量等不僅要滿足目前需要

5、，還要考慮綜合數(shù)據(jù)通信和未來升級擴(kuò)容的需要，不僅考慮配電網(wǎng)系統(tǒng)的需要，還要綜合考慮數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、語音、圖形圖像等多媒體業(yè)務(wù)的需要；（4）低運(yùn)行維護(hù)成本：要易于建設(shè)、易于使用、易于維護(hù)；（5）結(jié)構(gòu)靈活、擴(kuò)展方便：配電網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)要能方便地覆蓋到新的配電網(wǎng)絡(luò)區(qū)域以與兼容新的通信手段。1.3項(xiàng)目容由于電力配網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模較大、投資較高、技術(shù)復(fù)雜，因此一個(gè)開發(fā)性、分布式的實(shí)用、高效、穩(wěn)定而可靠的系統(tǒng)才能達(dá)到預(yù)期的目的。其信系統(tǒng)是建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通信系統(tǒng)的好壞從很大程度上決定了自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)劣，配電自動(dòng)化要借助可靠的通信手段，將控制中心的控制命令下發(fā)到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)或遠(yuǎn)方終端，同時(shí)將各遠(yuǎn)方

6、監(jiān)控單元（FTU/TTU等）所采集的各種信息上傳至控制中心。1.4 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用的幾種通信模式與其優(yōu)缺點(diǎn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信方式分為有線方式和無線方式，有線包括架空明線或電纜、配電載波、郵電本地網(wǎng)、租用線、光纖、有線電視網(wǎng)（CATV）、現(xiàn)場總線等；無線包括微波、無線電通信（AM、FM、PM等）、無線擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、無線尋呼、數(shù)控電臺、GPRS等，還有近年來比較熱門的WiMAX。以下對幾種主要通信模式作一簡單分析：（1）架空明線或電纜：其優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)簡單，但線路衰耗大、頻帶窄、噪聲大、易受干擾、占地多、投資大；（2）配電載波：目前典型的配電載波機(jī)傳輸速率可達(dá)到150300bit/s，基本能滿

7、足配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)對通信的要求。配電載波有兩種變形即脈動(dòng)控制技術(shù)和工頻控制技術(shù)，都是利用電力線路作為信號的傳輸途徑，并都有應(yīng)用實(shí)例。此外，擴(kuò)頻載波機(jī)也開始應(yīng)用，它根據(jù)香農(nóng)信息理論，用加大帶寬來換取傳輸?shù)目煽啃?，將話音帶寬擴(kuò)展到整個(gè)輸電線路頻譜，提高了傳輸速率。配電載波通信有如下優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡單，建設(shè)容易。配電載波可以連接電力公司管理的任何測控點(diǎn)，沿著電力線路傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，不必考慮另架專用線路；安全性好，所有資源都受電力部門控制；便于管理，不必經(jīng)過無線電管理委員會的許可。但停電區(qū)數(shù)據(jù)如何用配電載波上傳，仍然是一個(gè)有待解決的技術(shù)難題，還有由于反射效應(yīng)在饋線的某些部分存在盲點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率較

8、低、容易受到干擾以與非線性失真和信道間交叉調(diào)制的影響、采用的電容器和電感器體積較大價(jià)格較高等缺點(diǎn)； （3）光纖通信：光纖通信是以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)、以光波作為信息載體的先進(jìn)的通信手段。光纖通信具有傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗小、光電隔離不受電磁干擾、抗腐蝕、可靠性高、性好、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。在配電網(wǎng)自動(dòng)化中，可以利用已建成的變電站到主控中心的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可以架設(shè)專門的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如可以用光纖以太網(wǎng)或光纖自愈環(huán)網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。但是光纖價(jià)格高，鋪設(shè)光纖工作量大，時(shí)間周期長，相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)的成本就提高。因此在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，光纖僅被作為通信主干線應(yīng)用。（4）微波

9、通道：微波在電力通信中發(fā)揮著重要的作用，對調(diào)度自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸有重要意義。微波頻率為1G以上，屬視距傳輸，它傳輸容量大，穩(wěn)定性能好，同時(shí)由于微波通信在電力系統(tǒng)應(yīng)用多年，已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。但微波為點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，而配電系統(tǒng)點(diǎn)多面廣，顯然不適合配網(wǎng)應(yīng)用。（5）無線電通信：傳統(tǒng)的無線通信方式如AM、FM、PM、無線尋呼等也可以應(yīng)用于配電網(wǎng)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸，但速率低且大多只能進(jìn)行單向發(fā)送，對于需要進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信的場合則要使用具有雙向通信功能的新型無線通信技術(shù)。800MHz為無線數(shù)據(jù)通信頻段，可以應(yīng)用于配電系統(tǒng)通信。（6）基于移動(dòng)通信技術(shù)的GPRS通信：GPRS采用無線分組技術(shù)，將無線

10、通信與英特網(wǎng)緊密結(jié)合，作為一種先進(jìn)的全新的無線網(wǎng)絡(luò)承載手段，全面提升了無線數(shù)據(jù)通信服務(wù)，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：a) 資源利用率高，對于分組交換模式，只在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高資源的利用率。b) 傳輸速率高，GPRS可提供171.2Kbps的傳輸峰值（含F(xiàn)EC），凈數(shù)據(jù)速率可達(dá)115Kbps。c) 接入時(shí)間短，分組交換接入時(shí)間小于1秒，能提供快速即時(shí)的連接，可大幅度提高一些應(yīng)用（如遠(yuǎn)程監(jiān)控）的效率。 但是GPRS網(wǎng)絡(luò)屬于開放型無線網(wǎng)絡(luò)，安全性差，覆蓋圍受到移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的限制，人群集會或移動(dòng)業(yè)務(wù)繁忙時(shí)會對GPRS網(wǎng)絡(luò)連接造成嚴(yán)重阻塞；同時(shí)，GP

11、RS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性差，延時(shí)時(shí)間較長且極不穩(wěn)定，不能夠滿足某些設(shè)備的實(shí)時(shí)遙控應(yīng)用；GPRS網(wǎng)絡(luò)帶寬不高，無法滿足某些配電網(wǎng)絡(luò)地區(qū)的一些特殊傳輸要求。（7）WiMAX無線通信技術(shù)：WiMAX是近幾年比較熱門的通信技術(shù)。已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域。下面將簡單的介紹WiMAX技術(shù)、并研究其如何在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中應(yīng)用。各種通信方式擁有不同的特性，適用于不同的場合。在考慮配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設(shè)方案時(shí)，應(yīng)遵循綜合考慮“先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性”的原則，因地制宜地優(yōu)化選擇。新建通信系統(tǒng)可考慮在重要的通信主干線采用高速可靠性價(jià)比優(yōu)越的光纖通信，配電子站到一般終端設(shè)備間則可以采用靈活方便、安全可靠、運(yùn)

12、行穩(wěn)定、投資運(yùn)行成本適中的WiMAX通信方式。第二章 WiMAX無線寬帶技術(shù)概述無線網(wǎng)絡(luò)自誕生以來，已被公認(rèn)為可為用戶提供前所未有的靈活性、便利性與顯著提高工作效率，在減少工作壓力、改善生活水平乃至提高用戶社會地位等方面都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。隨著Internet的蓬勃發(fā)展，信息的獲得更為便利。信息的與時(shí)交換與傳遞顯得非常重要，很多企業(yè)相繼開辦了分支機(jī)構(gòu)，第二廠區(qū)等多個(gè)辦公，生產(chǎn)點(diǎn)。而隨著企業(yè)管理上的需求，需要將這些分散的點(diǎn)的計(jì)算機(jī)組成一個(gè)局域網(wǎng)，無線寬帶就應(yīng)運(yùn)而生，以安全、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)受到人們青睞，成為多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的首先方案。近幾年IEEE802.16系列寬帶無線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受到業(yè)界的

13、廣泛關(guān)注，Intel等世界大型電信設(shè)備制造商成立了WiMAX論壇旨在協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性以與推動(dòng)WiMAX的發(fā)展和普與。作為定位于戶外應(yīng)用的寬帶無線接入技術(shù)WiMAX，無論從技術(shù)角度上還是從應(yīng)用角度上看都有著一系列顯著的特點(diǎn)。因此，無論對于用戶還是對于電信運(yùn)營商都有著極大的吸引力。2.1 WiMAX簡介WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性。WiMAX的另一個(gè)名字是IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，又稱WiMAX，或廣帶無線接入(Broadband Wireless Access, BWA)標(biāo)準(zhǔn)。它是一項(xiàng)無線城域

14、網(wǎng)(WMAN)技術(shù)，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。它用于將802.11a無線接入熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可連結(jié)公司與家庭等環(huán)境至有線骨干線路。它可作為線纜和DSL的無線擴(kuò)展技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無線寬帶接入。WiMAX是一項(xiàng)新興的無線通信技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，該技術(shù)能提供覆蓋三十英里圍的高速寬帶連接。WiMAX聯(lián)盟于2001年4月成立，為了推廣遵循IEEE802.16和ETSIHIPERMAN的寬帶無線接入設(shè)備，并確保其兼容性與互用性，由一些主要的通信部件與設(shè)備制造商結(jié)成了一個(gè)工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織，即WiMAX。 WiMAX的目標(biāo)是促進(jìn)IEEE 802.16的應(yīng)用。 WiMAX

15、的成員包括一些主要的運(yùn)營商、設(shè)備與部件制造商。WiMAX組織將提供一致性測試用工具，加快并增進(jìn)成功的互用性測試。這些工具將在設(shè)備制造商研發(fā)階段就被使用，以確保產(chǎn)品與其在以后的發(fā)展與演進(jìn)過程中始終遵循標(biāo)準(zhǔn)。2.2 WiMAX技術(shù)優(yōu)勢l 可靠的通信抗射頻干擾性能。理想的接收靈敏度，寬圍天線能提供強(qiáng)大的、可靠的無線傳輸。l 低成本可以避免安裝線纜的高成本費(fèi)用，租用線路的月租費(fèi)用以與與設(shè)備需要經(jīng)常移動(dòng)，增加和改變相關(guān)的費(fèi)用。由于使用同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商設(shè)備可在同一系統(tǒng)中工作，增加了運(yùn)營商選擇設(shè)備時(shí)的自主權(quán)，降低了成本l 非視距傳輸采用OFDM技術(shù)，具備非視距傳輸能力，可方便更多用戶接入中心站，大大減

16、少基礎(chǔ)建設(shè)投資。l 靈活性由于沒有線纜的限制，您可以隨心所欲的增加工作站或重新配置工作站。l 快速安裝無須施工許可證，不需要開挖溝槽，安裝無線網(wǎng)絡(luò)所需的時(shí)間只是安裝有線網(wǎng)絡(luò)的零頭。l 高吞吐量 WiMAX所能提供的最高接入速度在20MHz載波情況下可達(dá)75M，目前實(shí)際應(yīng)用時(shí)每3.5MHz載波可傳輸凈速率為10Mbps，頻率利用率高。l 保護(hù)用戶投資可實(shí)現(xiàn)向未來技術(shù)的平滑升級，無須更換設(shè)備重復(fù)投資。l 抗多徑干擾在無線通信中，抗多徑問題一直是難以解決的問題，WiMAX設(shè)備采用OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)將可用帶寬劃分成若干個(gè)子載波，這樣每個(gè)子載波的帶寬較窄，每個(gè)OFDM符號的持續(xù)時(shí)間就比較長

17、，由多徑時(shí)延擴(kuò)展帶來的影響將減小，可以有效地提高系統(tǒng)的抗多徑干擾能力，擴(kuò)大設(shè)備的適用圍。l 點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸l 安全性通過在MAC層中定義了一個(gè)子層來提供安全保障。子層主要包括兩個(gè)協(xié)議：數(shù)據(jù)加密封裝協(xié)議和密鑰管理協(xié)議（PKM）。其中數(shù)據(jù)加密封裝協(xié)議定義了IEEE 802.16支持的加密套件，即數(shù)據(jù)加密與完整性驗(yàn)證算法，以與對MAC PDU載荷應(yīng)用這些算法的規(guī)則。而密鑰管理協(xié)議則定義了從中心站向用戶工作站分發(fā)密鑰數(shù)據(jù)的安全方式，兩者之間密鑰數(shù)據(jù)的同步以與對接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的限制。第三章 WiMAX無線寬帶網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)3.1 需求分析為了實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化，需要將各遠(yuǎn)方監(jiān)控單元（FTU、DTU、TTU）所采集

18、的數(shù)據(jù)上傳至控制中心，同時(shí)將控制命令由控制中心下發(fā)到各遠(yuǎn)方監(jiān)控單元或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.2 設(shè)計(jì)原則l 安全可靠性原則WiMAX IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中使用PKMv2來傳輸EAP消息，增強(qiáng)EAP體系的同時(shí)也在一定程度上提高了整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)證強(qiáng)度。由于終端設(shè)備和用戶的同時(shí)認(rèn)證，網(wǎng)絡(luò)安全性的水平也會得到提高。用戶流在網(wǎng)絡(luò)單元間以隧道傳輸，是安全性設(shè)計(jì)重要的特征，可以阻止攻擊者接入WiMAX控制或網(wǎng)絡(luò)管理通道。IEEE802.16還支持AES-CCM算法。CCMP使用AES有助于滿足傳輸安全性、認(rèn)證和數(shù)據(jù)完整性要求，而該要求也符合了政府級應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)還采用了多項(xiàng)先進(jìn)的IP層安全標(biāo)準(zhǔn)

19、，如IPSec和GRE通道，來為802.16中心站和ASN網(wǎng)關(guān)的連接提供網(wǎng)絡(luò)安全。端到端WiMAX解決方案，考慮了數(shù)據(jù)鏈路層加密的安全性，使用嚴(yán)格的加密算法，確保加密過程的安全，信息盡可能少的被竊聽，解析攻擊較少發(fā)生，防御網(wǎng)絡(luò)入侵。l 使用靈活性原則在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。而一旦WiMAX網(wǎng)絡(luò)建成后，在無線網(wǎng)的信號覆蓋區(qū)域任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要，這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。而WiMAX網(wǎng)絡(luò)可以避免或減少以上情況的發(fā)生

20、。 l 可維護(hù)可擴(kuò)展性原則WiMAX網(wǎng)絡(luò)有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣，WiMAX網(wǎng)絡(luò)就能勝任從只有一個(gè)中心站與幾個(gè)用戶端的小型組網(wǎng)到多個(gè)中心站的大型網(wǎng)絡(luò)。 3.3 方案設(shè)計(jì)3.3.1系統(tǒng)原理由于開閉所、中心站、箱變較為分散，且周圍環(huán)境復(fù)雜，因此該方案考慮使用二級組網(wǎng)方式進(jìn)行傳輸。如下圖3.1所示：每個(gè)開閉所、箱變配有具有繞射能力的SunMAX230，由于SunMAX230傳輸距離有限（500m左右），將多個(gè)SunMAX230CPE的數(shù)據(jù)匯聚到一點(diǎn)，通過SunMAX3500 CPE（SunMAX3500用戶端），將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊unMAX3500BS（SunMAX3500基站），Su

21、nMAX3500BS架設(shè)在具有電力部光纖的地方，通過光纖直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?。圖3.1系統(tǒng)連接說明3.3.2系統(tǒng)說明數(shù)據(jù)采集模塊對外提供標(biāo)準(zhǔn)485或232接口，每個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊通過撥碼開關(guān)設(shè)定一個(gè)自身識別編碼，該編碼在網(wǎng)絡(luò)圍具有唯一性，用來識別各數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊與SunMAX230CPE為一體化設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集模塊用戶端與數(shù)據(jù)采集模塊基站之間通過空中接口連接。數(shù)據(jù)采集模塊基站增加485或232轉(zhuǎn)IP模塊，通過以太網(wǎng)與SunMAX3500 CPE之間直接連接。SunMAX3500 BS與SunMAX3500 CPE之間通過空中接口連接。如果在SunMAX3500 BS處有電力公司提供

22、的IP網(wǎng)絡(luò)接口，可直接使用以太網(wǎng)與電力公司部網(wǎng)絡(luò)連接；如果SunMAX3500 BS處只有電力公司提供的光纖接口，在SunMAX3500 BS上增加IP轉(zhuǎn)光纖設(shè)備，通過光纖與電力公司控制中心連接。3.3.3數(shù)據(jù)流要實(shí)現(xiàn)SunMAX3500BS與任一個(gè)SunMAX230CPE之間實(shí)現(xiàn)雙向通信，即保證從控制中心發(fā)出的對被控終端a的控制信息，只能被a收到，其他的被控終端收不到。被控終端發(fā)出的應(yīng)答信息也只能被控制中心收到。圖3.2 功能模塊連接示意圖如圖3.2所示，在SunMAX3500 CPE與SunMAX230BS之間增加中心控制模塊，該模塊具有唯一IP地址，并實(shí)現(xiàn)IP與485間接口轉(zhuǎn)換。在Sun

23、MAX230CPE后增加終端控制模塊，該模塊具有自定義ID，該ID具有唯一性，并提供485接入口，485輸出口。下行數(shù)據(jù)（從控制中心到終端控制模塊）：在控制中心控制電腦上安裝控制中心軟件，控制中心軟件實(shí)現(xiàn)的功能如下：控制中心軟件接收控制中心發(fā)出的控制命令，并根據(jù)中心控制模塊的IP地址，將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到每個(gè)中心控制模塊。中心控制模塊接收到控制中心的控制命令后，將控制命令頭增加終端控制模塊ID，封裝后命令，以廣播的方式到每個(gè)SunMAX230CPE。SunMAX230CPE接收到SunMAX230BS中心站發(fā)送來的命令后，將該命令透傳給終端控制模塊。 終端控制模塊接收到控制命令后，解封裝命令，根據(jù)

24、該命令中的ID判斷該命令是否是控制中心發(fā)給自己的命令，如果是，透傳給控制終端，否則丟棄。上行數(shù)據(jù)（從終端控制模塊到控制中心）：終端控制模塊接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)重新封裝，即增加中心控制模塊ID，然后將重新封裝后的數(shù)據(jù)發(fā)出。SunMAX230BS中心站、其他SunMAX230CPE都可以收到重新封裝后的應(yīng)答數(shù)據(jù)，解出該數(shù)據(jù)包所攜帶的ID，根據(jù)該ID判斷該數(shù)據(jù)是否發(fā)給自己。如果是則去除ID后，繼續(xù)上傳，否則丟棄。中心控制模塊接收到SunMAX230BS中心站上傳的應(yīng)答數(shù)據(jù)后，將該數(shù)據(jù)發(fā)到控制中心電腦所設(shè)置的IP。3.3.4參考方案項(xiàng)目中預(yù)計(jì)使用1個(gè)SunMAX3500BS設(shè)備，2個(gè)SunMAX3

25、500CPE設(shè)備，2個(gè)SunMAX230BS設(shè)備，14個(gè)SunMAX230CPE，每個(gè)SunMAX230BS設(shè)備下連接5個(gè)10KV開關(guān)和2個(gè)配電網(wǎng)綜合測試儀，同時(shí)聯(lián)合智能終端設(shè)備廠家，對14臺配網(wǎng)智能終端設(shè)備（配網(wǎng)10KV 開關(guān)、變壓器監(jiān)測裝置或低壓表計(jì)集中器）進(jìn)行軟硬件改造，通過WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)，將智能終端設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚潆姽芾硐到y(tǒng)的主站，并將配網(wǎng)管理系統(tǒng)主站的控制命令傳輸?shù)街悄芙K端設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的拓?fù)溥B接圖如下圖3.3所示：圖3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)拓?fù)溥B接圖第四章設(shè)備開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與指標(biāo)4.1中心控制軟件使用VC6.0編寫，在后臺運(yùn)行。給主機(jī)設(shè)定一個(gè)IP，監(jiān)聽控制中心發(fā)出的所有控制命令

26、，根據(jù)每個(gè)中心控制模塊的IP地址，將該命令轉(zhuǎn)發(fā)到所有中心控制模塊。4.2中心控制模塊中心控制模塊為可編程控制的時(shí)分IP與485互轉(zhuǎn)板，該板具有撥碼開關(guān)，用來設(shè)置中心控制模塊ID，該ID在網(wǎng)絡(luò)具有唯一性，用來識別各個(gè)中心控制模塊。軟件查詢網(wǎng)口與485接口，如果網(wǎng)口有下行數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)頭增加各終端控制模塊ID，通過485口將數(shù)據(jù)發(fā)出；如果485口有上行數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口發(fā)到控制中心PC所設(shè)置的IP上。4.3 終端控制模塊終端控制模塊為可編程485控制板，該板具有8位撥碼開關(guān)，4位用來設(shè)置終端控制模塊ID，另外4位用來設(shè)置所在SunMAX230BS中心站的ID；并提供兩個(gè)485接口：上行48

27、5口與下行485口。上行485口接收到數(shù)據(jù)包后，取出該數(shù)據(jù)包所包含的ID，與自身ID比較，如果一致則將該數(shù)據(jù)包去除ID后，發(fā)給下行485口。下行485口接收到數(shù)據(jù)包后，在數(shù)據(jù)增加所在SunMAX230BS中心站ID，將數(shù)據(jù)通過上行485口發(fā)出。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，ARM不斷查詢用戶端數(shù)據(jù)，把現(xiàn)場數(shù)據(jù)不斷地刷新到RAM中。在此設(shè)計(jì)下，監(jiān)控終端一旦接收到監(jiān)控中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求，立刻就把緩沖區(qū)中的當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)送出去，有效地提高了監(jiān)控終端的響應(yīng)速度，而且數(shù)據(jù)最遲也是前12秒的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對于配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)而言，是完全可以滿足其需求的。4.4 SunMAX3500 BS設(shè)備研制該中心站BS包括中心站

28、硬件子系統(tǒng)、中心站單板軟件子系統(tǒng)、網(wǎng)管軟件子系統(tǒng)和中心站結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)四個(gè)部分。中心站硬件設(shè)計(jì)主要包括基帶信道單板（BSCH）、射頻單板（RF）、電源板。中心站硬件子系統(tǒng)模塊框圖如下：圖4.1中心站硬件子系統(tǒng)示意圖各部分功能分述如下：（1）中心站室單元由中心站信道單板（包括OFDM調(diào)制解調(diào)子卡）、射頻板和電源板組成，中心站室單元通過一根射頻電纜與室外單元和天線相連。（2）中心站室外單元和天線將發(fā)射機(jī)的高頻能量轉(zhuǎn)換為電磁波輻射出去，同時(shí)將接收到的信號轉(zhuǎn)換為射頻信號送給接收機(jī)。中心站信道單板主要完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、空中協(xié)議處理與數(shù)字調(diào)制解調(diào)、射頻板配置等功能?；鶐伟逄峁?個(gè)100BASE-T接口并預(yù)留

29、1個(gè)100BASE-T接口作為擴(kuò)展功能使用，提供一個(gè)射頻板接口（可以直接插入射頻模塊）和一個(gè)串口（用于調(diào)試使用），提供一根外部同步信號接口用來作為多扇區(qū)中心站之間同步使用。4.2中心站信道單元原理框圖中心站信道單板由三個(gè)部分組成：通用通信處理器MPC8280、FPGA、基帶調(diào)制解調(diào)。通信處理器、電源等構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口單板（BSNI），基帶調(diào)制解調(diào)（BSBB）單獨(dú)成為一個(gè)子卡插在網(wǎng)絡(luò)接口單板上。各個(gè)組成部分的接口為：1、處理器MPC8280最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)802.16媒體接入控制（MAC）處理。2、FPGA完成接口轉(zhuǎn)換工作以與一些底層業(yè)務(wù)LINK層功能。3、處理器MPC8280和FPGA之間通過Loca

30、l Bus口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。4、網(wǎng)絡(luò)處理器和FPGA之間通過SPI接口對外圍芯片進(jìn)行配置。5、 FPGA和基帶處理芯片之間通過DSI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，F(xiàn)PGA外接兩片OFDM PHY芯片MB87M3550；另外射頻板的配置也是通過FPGA的轉(zhuǎn)換，由處理器完成或者由FPGA完成。A:通信處理器處理器MPC8280完成系統(tǒng)大部分功能，包括802.16MAC，網(wǎng)管等等。MPC8280是一個(gè)多功能的通信處理器，它部包含一個(gè)高性能的PowerPC RISC處理器和一個(gè)通信處理模塊CPM。B: FPGA FPGA的功能框圖如下圖所示：4.3 FPGA功能框圖完成的功能包括：1、MPC8280和FPGA的32

31、bit數(shù)據(jù)接口。2、MB87M3550的DSI接口轉(zhuǎn)換。3、MPC8280的SPI和FPGA接口。4、8M 電路接口以與和MPC8280 Local Bus之間的接口轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展功能。5、射頻板控制以與和射頻板控制接口之間的轉(zhuǎn)換。C:基帶調(diào)制解調(diào)模塊中心站信道單元基帶調(diào)制解調(diào)部分成五部分的工作： 1、數(shù)據(jù)的調(diào)制和發(fā)送。這部分主要由一片富士通MB87M3550芯片完成，MB87M3550直接將調(diào)制后模擬IQ信號送給射頻板。 2、數(shù)據(jù)的接收和解調(diào)。這部分由放大電路和一片MB87M3550芯片組成。 3、提供給射頻板所需的工作電源(+7V，+5V，+3.3V)。 4、提供射頻板的控制接口發(fā)射功率控制，

32、接收增益控制、以與射頻板寄存器配置接口等。 5、基帶板基準(zhǔn)20MHz時(shí)鐘是由射頻板上的VCTXO提供，并由基帶板提供一個(gè)模擬電壓信號控制，因此基帶板上還有一個(gè)DAC來實(shí)現(xiàn)模擬電壓的輸出。 基帶調(diào)制解調(diào)部分的硬件原理框圖如下：圖4.4 基帶調(diào)制解調(diào)部分的硬件原理框圖中心站預(yù)期外形尺寸與效果圖： 中心站的室單元 中心站室外單元中心站室單元為高度2U的19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，室外單元預(yù)期尺寸約為：340 x 130 x 60 (mm).以下是WiMAX中心站的主要技術(shù)指標(biāo)：射頻和調(diào)制解調(diào)部分空中傳輸能力視距，近可視距點(diǎn)對多點(diǎn)應(yīng)用支持的WiMAX標(biāo)準(zhǔn)WiMAXIEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)雙工方式TDD調(diào)制方式自

33、適應(yīng)調(diào)制：BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM最大輸出功率+23dBm空中傳輸距離視距 點(diǎn)對多點(diǎn)5 -10公里注意：空中傳輸距離與實(shí)際應(yīng)用時(shí)的周圍地理環(huán)境關(guān)系很大。IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3 CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)物理接口10/100 Ethernet (RJ-45)以太網(wǎng)最大傳輸速率10 Mbps 3.5 MHz channel22 Mbps 7 MHz channel供 電電源電壓48V DC nominal, 90-265V AC功耗28W環(huán) 境工作溫度室外單元：-40°C to 60°C室單元：0°C to 40°C工作濕度5%-95%，非冷凝，不受天氣影響4.5SunMAX3500 CPE設(shè)備研制本系統(tǒng)中的用戶端CPE設(shè)備采用核心微控制器外帶各專用外圍功能模塊的組成結(jié)構(gòu)；其中的WiMAX功能模塊采用富士通公司的MB87M3550的WiMAX處理器來實(shí)現(xiàn)。MB87M3550系統(tǒng)芯片采用的是正交頻分復(fù)用(OFDM)256物理層(PHY)，這種物理層支持1.75MHz到20MHz之間的信道，可在時(shí)分雙工模式(TDD)和頻分雙工模式(FDD)下工作，支持所有可使用的信道帶寬。芯片中可編程的頻率選擇可為任何需要的帶寬設(shè)置采樣時(shí)鐘。如果在一個(gè)20MHz的信道中運(yùn)用64正交調(diào)幅(