基于LPWAN技术的能源电力物联专网分析

2020-11-26贾俊强

通信电源技术 2020年15期

苟亮，贾俊强，曹澍

（国网新疆电力有限公司信息通信公司，新疆乌鲁木齐 831002）

0 引言

近年来我国科学技术发展迅速，促进了各个行业的进一步发展。其中，能源电力系统方面已有大范围的通信专网建成并投入使用，使得电力生产业务关键节点的数据连接得以实现。我国进入能源互联网时代后，电气设备温度、智能表计量数据以及用户电气运行状态等相关方面的工作，都需要更加广泛的数据连接支持。

1 LPWAN技术的应用优势

1.1 成本较低

LPWAN物联网技术与传统的蜂窝基站相比，低成本的优势明显。它的网络建设成本只有后者的不到10%，且传感终端连接芯片的成本也大幅降低，购买成本通常不到5美元，最便宜的芯片购买成本甚至只有1美元。预计该技术的规模基础可以达到数十亿级，因此购买芯片的成本还会进一步下降，最终达到美分级别。可见，LPWAN物联网技术在网络部署和终端连接方面具有明显的成本优势，能够有效推动小数据连接，进而实现海量级规模的物联网，最终推动能源互联网的发展与应用。

1.2 功耗较低

LPWAN物联网技术与传统的物联网技术相比，能够实现更长时间的待机，因为该技术中有各种PSM（节电模式）技术进行辅助。比如，通过eDRX和PSM两种技术可以使NB-loT实现更长时间的待机。终端在PSM模式下虽然注册在网，但是不能传达信令，这样终端在深睡眠状态中停留的时间会更长，从而实现省电和超长待机的目的。而eDRX等功能能够进一步延长空闲模式下终端的睡眠周期，从而最大程度减少相关单元不必要的启动，大幅提升下行可达性。

2 云管端一体化LPWAN技术运营级网络方案分析

2.1 无线物联网网关

在泛感知传感连接中，无线物联网网关（IWG）是第一级，主要作用是实现海量泛感知小数据的物理层连接功能。无线物联网网关实际上是一种物联无线微基站，与传统公网宏基站存在很大不同，其中最明显的无线物联网网关投资少、耗能低，且能够随时随地部署，即装即用，有利于进一步扩展物联网网络。

2.2 多业务平台

多业务平台（MSP）在物联专网中具有重要作用，本质是一个核心管理系统。多业务平台可以汇集物联网泛感知连接的海量小数据，并对其进行分析和管理。多业务平台需要实现多方面的功能，如物联网无线通信底层协议以及扩展、数据的加密和解密以及解压缩等。多业务平台与公网（专网）高速宽带网之间的连接主要通过云化网络进行，能够接收来自无线物联网网关的数据信息[1]。

2.3 认证中心

对于能源电力物联网来说，数据的安全性是重中之重。认证中心（AUC）的主要作用是对传感终端的接入进行鉴权认证，并生成相应的密匙。在电力专用加密芯片中可以嵌入终端模块，同时能够构建私有保密协议，从而充分保障网络的接入和业务安全。

2.4 网络管理系统

运营级的物联网系统需要对整个网络进行电信级管理，即具备轻量化和高效率特点，从而为整个网络的运营和维护提供相应的服务。

2.5 位置计算服务器

在能源电力物联专网中，有一些小数据需要连接具备一定的移动性，且需要为其提供一定的位置服务。位置计算服务器（LCS）的主要功能就是提供定位服务，且其具有低成本和低功耗的特点[2]。

2.6 业务运营支撑系统

业务运营支撑系统是运营级能源电力物联网专网的重要组成部分，主要包括用户管理系统、客户管理系统、流量管理系统以及账单系统等分系统。物联网业务运营功能的实现主要依靠BOSS，能够服务整个行业的客户。

3 一网共平台多业务应用分析

3.1 四表合一应用

在物联网应用过程中，抄表一直都是非常重要的应用方向。近些年，智能电表在智能电网大规模建设发展背景下得到了广泛应用。但是，在实际生活中，水表、热表等物联网泛在连接常常会受到信号覆盖、功率等问题的影响。针对这个问题，我国国家电网公司、水气热等公用事业公司与各个地区的地方政府相配合，对“四表合一”的具体方法进行了研究和探索，最终使用能源电力物联专网制定出更加灵活简便的解决方案，详情见图1。各种水热电气表可以通过以LPWAN技术为基础的能源电力物联专网，随时随地灵活接入，实现“四表合一”。

图1 四表集抄业务应用

3.2 源网荷互动应用

在能源互联网发展过程中，源网荷互动应用是重要方向之一。它的服务对象主要是广大城乡电力用户，能源电力物联专网基于LPWAN技术，因此能够对分布式发电系统和微网、各种类型的用户负荷电器方便地进行连接，从而充分实现源网荷互动业务应用。如图2所示，在智慧生态岛上，将具有LPWAN终端的智能插座安装到用户负荷电器，并将LPWAN终端控制器安装到分布式发电系统，能够实现源网荷的互动连接。