刘艳楠
上海致达智能科技股份有限公司 201900
内容摘要：随着科技水平的飞速发展和人们生活水平的大幅提高，电力通信系统的需求量也在持续增加；而以电力物联网为基础智能电网的发展显得愈发重要，电力物联网的核心部分是电力通信系统，因此，电力通信系统中异构网络的愈发强大才能满足电力系统中自身不断改革发展的需求。本文以此为基础，通过三种方法：调查、文献研究和定性分析等来对电力通信系统中异构网络关键技术进行研究和探讨，从而争取为我国电力通信系统的长久稳定发展做出些许的贡献。
关键词：电力通信 异构网络 关键技术
1 引言
作为现代社会发展的重要基础设施，电力物联网无论是从组成部分还是设备应用方面都涉及较为广泛的范围，一般情况下，智能电网的通信网络构架主要包含三个方面：第一，广域网，释义广域数据的传输网络；将其应用于智能电网的输电领域，主要用途是通过利用其自身的特性对输电区域内的数据信息进行汇聚成节点，而后与智能电网控制中心的主干数据信息进行互通传输；第二，对相邻电力网络区域内的信息进行传输，即邻域网；将其应用于智能电网的配电领域，主要是将客户家中的智能电表的数据信息与相邻区域内的数据信息汇聚节点进行接入传输；第三，客户家庭内部的数据信息传输网络，即家域网；此网络主要用于将客户家中的各类智能电器与智能电表进行有机的连接[1]。不同方面的网络对数据信息的传输速度和网络带宽的要求也存在差异，正是由于这种差异性决定了应用通信技术和网络技术的差异性。虽然如此，但是当下的电力系统的终端搜集覆盖范围较小，网络通信的覆盖度也比较狭隘，彼此之间的数据有所差异，不能实时互通，这也就导致了目前智能电网的数据需求很难得到满足。所以来说，电力通信系统中异构网络关键技术的研究迫在眉睫，其意义主要是对数据信息的传输效率进行大幅度升级，从而保证智能电网的建设和完善。
2 电力通信网络以及电力物联网系统介绍
2.1电力通信网络
随着社会的发展和科技的进步，众多高科技技术应用于电力系统网络的案例已数不胜数，而这些高科技的应用也使得智能电网的建设更为顺畅，电力通信系统网络更为安全可靠，智能电网的各项性能也得以大幅度提升和完善。随着我国经济的持续增长和工业建设的飞速发展，电力系统网络的科学性、合理性和安全性也得到了大幅度的提升。其中有三大系统发挥着举足轻重的作用，分别是电力通信网络、自动调度和安全控制三大系统[2]，其相互促进、相互补充，对于电力系统的安全稳定运行做出了重大的贡献。
之所以要对电力系统设置多级别的专门电力调度岗位，主要是避免由于电力系统通信内划分了多个行政区域， 而忽视了电力网络工作和服务的质量。因此，电力通信网络也被划分为多个级别的形式，但级别彼此之间的网络是相互连接的，彼此之间电力通信网络的运行和维护又是两个完全没关系的部分，这主要是由于长期的习惯性行为所影响的；本部门设置专门的人员对各个岗位的网络设备进行维护，这就会出现管理是分开的，运行是统一的，这也会使电力系统通信网络的复杂和工作难度大幅度提升，对此应将应用功能进行共享，网络运营系统可外接，保证电力系统内部的电力网络数据信息传输的高效率[1]。
2.2电力物联网系统
电力物联网的组成和其他领域的传感网络大体一致，都是由感知、网络、平台和应用四个层次组成（如图１）。首先，数据搜集是感知层，主要组成部分是各类的电力终端，比如，温度传感器、湿度传感器和监控摄像等，从而对环境的数据信息进行采集获取。其次，感知层所获取的数据信息需要利用多种通信技术传输至上层，这就需要网络层的工作。主要的传输技术包括四种：有线网、蜂窝网、卫星无线网和电力专用网络等传输技术。再次，传输至上层的数据信息需要贮存和管理，平台层应运而生。平台层首先会收到海量的电力数据信息，再进行贮存处理，最后根据不同类型的数据信息为客户提供管理接口。最后，个人和企业客户主要会涉及到应用层[3]。主要包含的应用是数据信息查阅和数据信息的分析整理等，这些都是以海量的电力数据信息为基础的。
3 异构网络组成及其特点
3.1 ZigBee通信技术
ZigBee通信技术，也称为紫峰通信技术。紫峰通信技术主要的应用场景是短距离和低速率下的数据信息传输。其特点是：第一， 功耗较低。一整套的紫峰通信技术系统具有非常低的占空比（通电时间在同一个脉冲循环内与总时间的所占的比例），可以达到＜0.1%。每个设备的工作周期比较短，功效也就比较低，不仅如此，其还有“休眠”的概念。第二，成本较低。相比于紫峰通信技术刚建立初期的模块费用为6.0美金，现在的模块成本费用已经降低到2.5美金。与此同时，紫峰通信技术与其他通信技术相比还能剩下一大笔知识产权的费用，主要由于其是不需要缴纳专利费。第三，传输速率较低。紫峰通信技术系统的每个节点每一秒的传输速率仅有１０～２５０kbps；这也就导致其不能进行高速率的数据信息传输，也对其的组网方式进行了限定。第四，时间延时比较短。紫峰通信技术系统的相应速度较快，一般情况下，由睡眠转接到工作状态只需要15ms，节点连接进入网络也只需要30ms。对于工业互联网等对于时间延时较为敏感的应用，紫峰通信技术是比较适合的选择[3]。因此，电力物联网领域也广泛地引入紫峰通信技术，从而保证了电力系统的安全稳定和对资源的高效合理利用。
3.2 NB-IoT
NB-IoT也称为窄带物联网。NB-IoT是物联网新兴的一种无线通信技术[1]。其所解决的问题主要是对于功耗的降低、小数据信息包和海量连接。所以，其所具备的优点也很突出：覆盖范围广泛、海量数据信息连接、极低的功耗和极低成本的模块费用。也正是由于此，使其广泛地应用于电力物联网，电力物联网海量数据信息的传输都是采用的NB-IoT。
3.3 RFID技术
RFID即射频识别技术，其在电力物联网中的应用比较多。其主要是通过非接触的数据信息通信，从而对目标进行识别、对数据信息进行读写。单一的标签阅读器可以对 多个标签进行识别，而且还能应用在高度移动的环境当中[3]。
3.4230MHZ电力专网通信
230MHz电力专网通信工作的频段是230MHz。众多关键技术都是独创，比如，25kHz离散频点的独立使用、聚合随意载波和动态频谱的感知等。对边缘计算和网络切片等功能进行融合，产品形态非常丰富，为客户提供的功能也非常丰富，如，提供数据信息、语音信息、视频信息和物联网业务的无线接入等。无线频谱是不可再生的国家级战略资源[2]。230MHz电力专网通信主要是下沉核心网的功能，与计算机边缘计算进行配合，保证电力通信低时延功能的实现。与此同时，对高层的指令进行优化完善，其连接海量电力数据信息的能力主要是通过增强连接、唤醒机制等满足。该技术的系统架构是扁平化，具有简单的网络拓扑、较低的部署成本、可靠的系统和较小的维护量等，使其与电力通信接入网的需求完美契合。230MHz电力专网通信的特点主要是安全、稳定、多功能、灵活、全面、简单和便捷等；除此之外，其所连接的低时延、高可靠业务还包括配电自动化的“三遥”和精准负荷控制等，目前也逐步在向5G技术演变。
4 电力物联网中异构网络关键技术
4.1干扰消除
异构网络中之所以会出现干扰，主要是由于同一信道被不同网络所使用而产生。电力物联网中的小基站比较多，其所覆盖的范围也有彼此之间相互重叠的部分[2]。当两个小基站采取同频组网或异频组网的模式（两个不同的小基站复用相邻或同一信号进行数据信息地传输），就会干扰电力物联网终端的信号传输。为了解决此类问题，可以在电力物联网中引入增强型的小区间干扰协调技术，从而减少或消除小区间的干扰。所切入的角度主要是：1.功率角度。本质上是对功率的分配，可以利用干扰与功率大小呈正比这一特点，控制系统的功率。2.频域角度。传输数据信息时，尽量使不同的小区间选择不同的正交信道。3.时域角度。主要是将数据信息的传输在不同的时间间隙进行。
4.2多连接技术
多连接技术可以在被多种制式的通信技术覆盖的区域内，加强重叠区域内的数据信息传输能力[3]。随着科技的进步和电力物联网的飞速发展，多模终端也势必会成为其发展的主要趋势。多模终端从本质上来说，就是可以将多种制式的通信技术连接到同一终端。多连接技术主要是相互融合支撑不同通信协议，最后汇总传输数据信息。多连接技术的网络选择策略必须是最优质的。与此同时，多连接技术还可以大幅度提升数据信息的传输效率，但也会增加其成本。所以，电力物联网的服务质量由通信技术的选择而决定。
4.3网络间切换技术
网络间的切换技术也是多连接技术的一个关键性问题。常规来说，多连接技术场景的切换可能由以下两种情况：第一，当网络连接无法满足业务服务的质量需求，同时考虑到移动终端的状态，可能会进行网络间的切换；第二，当移动终端在覆盖密集的网络下进行移动，为了保持业务的稳定和连续，可能会进行网络间的切换。此类网络切换技术本质上就是网络的再选择过程。环境中的通信状态会随着系统中终端的网络切换进行改变。此时不仅移动终端会受到影响，其他的终端也有可能“被切换”[1]。主要是由于系统的最佳状态平衡被扰乱，各个终端的网络选择并不见得是最优的。但系统中的网络切换也会导致系统的混乱。所以，需要设定一个合适的阈值来控制网络间的切换，以此保证当发生网络切换时，其他的客户不会受到影响或尽可能地减少影响，从而保证电力物联网系统的安全与稳定。
4.4网络切片技术
5G网络的趋势主要是将功能软件化、分离客户界面和数据界面、边缘计算等。为了保证这些功能的顺利实现，网络切片技术保证无线网络的智能与数字化。主要是虚拟网络功能，采用软件的方法，将网络划分为多个虚拟的子网，保证不同应用的不同需求可以得到同时地满足。对网络的容量进行扩充，实现网络的最佳性能。网络切片结束引入电力物联网，可以帮助其扩充更大的容量、提高更快的传输速率、保证传输通信的及时性及提高通信服务的安全与稳定。对于电力系统而言，网络切片技术还可以对切片之间进行物理分隔，保证网络切片的正常工作不会受到另一网络切片故障、阻塞的影响；从而智能电网领域的业务隔离和运行独立也得以满足[2]。
可以预见的是，未来的电力物联网势必会是一种高度融合的通信架构，以此来满足通信业务日益增加的需求，以保证电力物联网的性能。所以，对于电力通信系统中异构网络关键技术的研究和探讨还要进一步加深，争取最终形成一套完整的电力混合专用网络。
参考文献
[1] 金国强，陈征洪．我国智能电网发展现状与趋势［Ｊ］．质量与认证，２０１９（９）：５４－５６.
[2] 李淑贤．面向智能配电的异构无线网络接入选择研究［Ｄ］．北京：华北电力大学，２０１９．
[3] 周静，孙媛媛，胡紫巍，等．智能电网信息通信架构演进探讨［Ｊ］．中国电力，２０１８，５１（３）：１３１－１３５．