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(一)網(wǎng)絡拓撲結構和組網(wǎng)技術
一般來說,在系統(tǒng)運行的過程中,組網(wǎng)方式的合理性,在一定程度上關系著以太網(wǎng)運行的可靠性和高效性。隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展和我國電網(wǎng)的進一步深化改革,變電站的智能化程度也越來越高,從當前我國組網(wǎng)方式的運用現(xiàn)狀來看,可以將其簡單概括為:新組建的網(wǎng)絡將系統(tǒng)的性能和功能要求作為基本前提,采用優(yōu)化節(jié)點分布和網(wǎng)絡結構的方式,一方面可以有效提高變電站通信系統(tǒng)的信息化水平,另一方面還能實現(xiàn)投入與效能的均衡化。
(二)以太網(wǎng)交換技術
所謂以太網(wǎng)交換技術,主要指的是在以太網(wǎng)運行的過程中,具有性能高、操作簡單、密集高端口以及低價特點的一種交換產(chǎn)品,將這一技術運用在變電站通信系統(tǒng)中,在一定程度上可以有效提高通信系統(tǒng)的安全性和可靠性。一般來說,在網(wǎng)絡系統(tǒng)中,之所以會提出交換技術這一概念,主要是為了進一步改進網(wǎng)絡系統(tǒng)的共享工作模式。從當前我國以太網(wǎng)交換技術的使用現(xiàn)狀來看,有三種交換技術被得到廣泛地推廣和運用,分別是信元交換、幀交換以及端換。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展,在以太網(wǎng)運用領域出現(xiàn)了三層交換技術,一方面改善了在明確劃分局域網(wǎng)中段之后,只能通過路由器對網(wǎng)絡中子網(wǎng)進行全面監(jiān)督和管理的局面;另一方面也解決了由于傳統(tǒng)路由器的復雜、低速而導致網(wǎng)絡產(chǎn)生瓶頸的問題,有效提高通信系統(tǒng)的工作效率。
二、加強變電站通信系統(tǒng)可靠性的有效策略
(一)雙以太網(wǎng)冗余的實現(xiàn)
在對變電站結構進行全面仔細地分析之后,我們可以知道,IED具備完全獨立的兩組隔離變壓器、控制器、通信電纜以及收發(fā)器等。一般來說,每個通信設備都具有個體差異性,在通信冗余協(xié)議的實現(xiàn)上也存在著一定的區(qū)別,但是具有相同的基本原理。所以,我們在實際的研究工作中,在解決一個通信設備的問題之后,就可以解決其余通信設備的問題。IED可以采用回環(huán)測試的方式,對系統(tǒng)中的鏈路進行全面地檢測,確保通信系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。在實際的工作中,可以將這兩個接口都與協(xié)議棧綁定,并且具備控制層訪問的不同媒體地址。通常在完成以太網(wǎng)與熱備用的連接之后,系統(tǒng)是不具備信息發(fā)送功能的,但是由于充分考慮到鏈路會在發(fā)生故障時被切斷這一因素,所以需要對設備進行不斷地改進,確保系統(tǒng)信息接收的通暢性。系統(tǒng)在正常運行時,利用工作接口IED設備可以在網(wǎng)絡中傳送信息,在進行回環(huán)檢測時,如果IED發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障,就可以馬上發(fā)出命令,對熱備用接口進行設置,確保其通信控制器可以進行信息發(fā)送,并且將全部信息從工作接口的主鏈路上轉移到熱備用接口的鏈路上,這樣一來,就算工作信息接口發(fā)生故障,備用接口也可以完成信息接收任務,在一定程度上可以為變電站通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供有效地保障。在變電站通信系統(tǒng)運行的過程中,雙以太網(wǎng)結構將熱備用作為主要工作方式,在對鏈路進行切換時,不可避免會發(fā)生延時的情況。同時,由于每個IED之間都存在著個體差異性,不同交換機和IED在進行協(xié)議配合時,往往存在著一定的區(qū)別。所以,針對這一問題,在實際的工作中,還需要不斷地研究和改進,只有這樣,才能確保通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
(二)環(huán)網(wǎng)冗余的實現(xiàn)
從當前我國雙以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的運用現(xiàn)狀來看,通信系統(tǒng)在運行的過程中,主要是通過交換機來實現(xiàn)信息接收和發(fā)送目的的。一般來說,不同廠商生產(chǎn)出來的交換機具有一定的區(qū)別,為了確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,廠商在生產(chǎn)交換機時,可以采用生成樹系列的標準協(xié)議,這樣一來,就可以通過交換機構組成相應的環(huán)路,為變電站通信系統(tǒng)可靠性的提高奠定堅實的基礎。通信系統(tǒng)在運用環(huán)網(wǎng)結構時,在信息傳輸?shù)倪^程中,為了避免環(huán)網(wǎng)中信息的循環(huán)傳輸,可以對交換機進行重新設置,將兩個端口分別設置為阻塞態(tài)和轉發(fā)態(tài),這樣一來,信息就可以在系統(tǒng)中進行無障礙傳輸,在一定程度上可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。除此之外,通信線路在正常工作的過程中,系統(tǒng)在傳輸信息時,也需要通過諸多的交換機來完成,同時,將交換機的1、3、6端口設置為阻塞態(tài),這樣一來,該端口就不能進行信息傳送。站控單元可以利用交換機的7—3—1—2端口將控制信號傳送到保護單元,并且在傳送的過程中,不會出現(xiàn)循環(huán)發(fā)送的現(xiàn)象,有效保障了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。在變電站通信系統(tǒng)運行的過程中,當1、3這兩臺交換機的鏈路出現(xiàn)故障之后,3號交換機在接受到系統(tǒng)的命令之后,會自動對環(huán)路進行全面仔細地檢測,如果發(fā)現(xiàn)該鏈路無法保持通暢狀態(tài),則會對它的端口進行重新設置,將阻塞態(tài)變?yōu)檗D發(fā)態(tài),并且及時通知其它的交換機,在進行信息傳輸時,選擇其它的轉發(fā)路徑,這樣一來,就不會出現(xiàn)因為其中一臺交換機故障,而導致整個系統(tǒng)信息被阻塞的現(xiàn)象。同時,在環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議中,延時的時間通常保持在1—3s,不僅可以確保整個通信系統(tǒng)運行的可靠性,在一定程度上還能有效提高工作效率。但是,通常在正常情況下,備用鏈路完全處于閑置狀態(tài),端口和寬帶的利用率相對較低。
三、結束語
首先,在進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)的系統(tǒng)設計過程之中,要嚴格按照電力系統(tǒng)設計的基本原則完成風力發(fā)電場內(nèi)部各種基本設計,并在完成風力發(fā)電場的基本設計的過程之后,再進行相應的風力發(fā)電場通信系統(tǒng)設計;其次,在進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)設計的過程之中,要充分的分析風力發(fā)電場在通信系統(tǒng)之中扮演的角色,并根據(jù)相應的電信業(yè)務的計算,對風力發(fā)電場的通信規(guī)模進行設計,并對風力發(fā)電場的通信容量進行設計,規(guī)劃好風力發(fā)電場通信系統(tǒng);然后,在進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)設計的過程之中,要充分的考慮到如何進行區(qū)域通信網(wǎng)絡共享,幫助風力發(fā)電場充分的利用到區(qū)域的通信資源;最后,在進行風力發(fā)電場的電力通信建設方案的設計和技術方案的規(guī)劃的過程之中,要充分考慮到風力發(fā)電場的實際通信需求,與此同時,還要充分考慮到風力發(fā)電場的遠期發(fā)展的情況,提出可行的通信設計方案(一般情況下至少要設計出兩套較為合理的方案),在進行設備的選型和購買,完成風力發(fā)電場的電力通信建設過程。
2風力發(fā)電場通信系統(tǒng)設計方案
2.1風力發(fā)電場通信系統(tǒng)光纖通信設計方案。風力發(fā)電場通信系統(tǒng)光纖通信設計的過程之中,要根據(jù)風力發(fā)電場的實際施工環(huán)境進行對光纜類型的選擇。例如,在進行風力發(fā)電場電力通信系統(tǒng)的架設光纜的選擇的過程之中,如果在線路架下方有地線就需要選擇OPGW光纜,如果在線路架下方?jīng)]有地線,則需要選取ADSS光纜。在進行電力通信系統(tǒng)的光纜數(shù)量的確定的過程之中,要根據(jù)電力通信系統(tǒng)的傳輸長度以及針對電力通信系統(tǒng)的線路保護的原則來進行選擇。例如,如果電力通信系統(tǒng)的線路長度如果是在六十千米之下,還需要對電力通信系統(tǒng)之中對兩個相互獨立的傳輸通道進行保護,就需要為電力通信系統(tǒng)建立兩條光纜。如果如果電力通信系統(tǒng)的線路長度如果是在六十千米以上,只需要對電力通信系統(tǒng)之中的一條傳輸通道進行保護,就只需要架設一條光纜。在進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)光纖的配置的設計過程之中,也要針對實際的情況進行對風力發(fā)電場通信系統(tǒng)光纖的配置進行設計。例如,如果進行電力通信系統(tǒng)的線路保護過程之中涉及到了兩個光纖的通行通道的,就需要使用兩個2Mbit/s的光纖專用通道來進行設計。如果進行電力通信系統(tǒng)的線路保護過程之中只涉及到了一個光纖的通行通道的,就只需要使用一個2Mbit/s的光纖專用通道來進行設計。與此同時,在進行完光纜的設計過程之中,后續(xù)的設備選型要滿足光纖選擇的需求。
2.2風力發(fā)電場通信系統(tǒng)載波通信設計方案。在進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)線路的設計過程之中,要充分考慮到線路的實際高頻保護問題,具體的來說,目前的高壓線路主要有500千伏、220千伏、110千伏、35千伏這幾種,這就需要針對不同的電壓數(shù)值進行風力發(fā)電場通信系統(tǒng)載波通信設計,并專門規(guī)劃好相應的載波通道。在載波通道的開通過程之中,要充分的考慮到風力發(fā)電場的內(nèi)部的載波現(xiàn)狀,保證所選取的載波頻率的篩選不會干擾的風力發(fā)電場通信系統(tǒng)載波通信的正常運行,與此同時,還要求所選的載波機的型號和風力發(fā)電場通信系統(tǒng)的設備選型保持一致。
2.3風力發(fā)電場場內(nèi)通信系統(tǒng)設計。所謂風力發(fā)電場場內(nèi)通信系統(tǒng)設計,主要滿足的是風力發(fā)電場內(nèi)部的各個用來發(fā)電的風力發(fā)電機機組與風力發(fā)電場的升壓站監(jiān)控主機之間的通信連接系統(tǒng)的功能的發(fā)揮。在進行設計的過程之中,要滿足以下幾個方面的設計原則:首先,要保證風力發(fā)電場的升壓站監(jiān)控主機可以有效的對用來發(fā)電的風力發(fā)電機機組進行控制,還需要使用光纜將風力發(fā)電機機組和升壓站監(jiān)控主機有效的連接在一起,保證升壓站監(jiān)控主機對風力發(fā)電機機組的實時監(jiān)控;其次,進行設計的連接用來發(fā)電的風力發(fā)電機機組與風力發(fā)電場的升壓站監(jiān)控主機之間的光纜要滿足相應的通信頻率和載波頻率的要求;然后,為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?,還要求架設相應的通信支路,并杜絕這些通信支路之間的相互干擾;再者,風電場內(nèi)通信光纜的埋設方式應當采用直埋敷設的埋設方式,當風力發(fā)電場內(nèi)部的架空線路走向與風力發(fā)電場的通信電纜的走向相同的時候,就可以有效的利用風力發(fā)電場內(nèi)部的架空線路同桿架設的架設方式,以便于有效的減少電纜溝的施工,與此同時,電纜一般情況下要選用鎧裝電纜;最后,要保證好通信設備的接地操作,保證通信過程的安全運行。
3結束語
衛(wèi)星信號復用模塊的功能是:將船載北斗收發(fā)設備與其原配的控制終端設備進行分離;將信號根據(jù)不同策略復用為兩路數(shù)據(jù)信號;提供與數(shù)據(jù)采集終端的接口。圖1給出了衛(wèi)星信號復用模塊與系統(tǒng)的其他部分的連接的方式。其中的北斗衛(wèi)星通信天線完成北斗信號的收發(fā)、導航信號的接收以及雙向數(shù)字接口的信號交互;北斗控制終端是國內(nèi)北斗星通公司開發(fā)的多用途控制設備,其功能涵蓋了導航、軌跡錄、報文收發(fā)和緊急情況下的報警呼救等;數(shù)據(jù)采集終端是本系統(tǒng)中的采集數(shù)據(jù)的收發(fā)系統(tǒng),利用人工輸入海洋資源數(shù)據(jù),并通過衛(wèi)星信道將數(shù)據(jù)發(fā)回北斗整列控制中心。衛(wèi)星信號復用模塊是各個模塊的通信中樞,完成設備對信道的申請和釋放,并且為各個工作子系統(tǒng)供電,系統(tǒng)對其工作穩(wěn)定性和可靠性提出了較高的要求。圖2給出了衛(wèi)星信號復用模塊的內(nèi)部結構圖。其中RXD_T和TXD_T分別表示RS232電平的北斗衛(wèi)星天線的數(shù)據(jù)收發(fā)信號;RXD_K和TXD_K表示北斗控制終端的RS232數(shù)據(jù)收發(fā)信號;RXD_C和TXD_C表示數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)收發(fā)信號。其結構比較簡單,但是在前期的設計和測試中發(fā)現(xiàn)了一系列可靠性問題。長時間地將數(shù)據(jù)采集終端以在線方式工作會造成衛(wèi)星天線或者控制終端無法收發(fā)數(shù)據(jù),因此在設計上采用了回饋電源模式,即當采集器不工作時,切換電路工作于信號直接切換模式,信道不受數(shù)據(jù)采集器控制。同時還發(fā)現(xiàn)當數(shù)據(jù)采集器不工作時,地線連接會造成數(shù)據(jù)串擾,所以在設計中采用了地線切換模式,當采集器不工作時將地線斷開。為了進一步提高可靠性,降低干擾,信號切換沒有采用有源的電子器件,而采用了電磁式繼電器,當采集器不工作時系統(tǒng)的信號處于機械切換模式。采取上述措施后,系統(tǒng)無響應和數(shù)據(jù)通信失敗的現(xiàn)象基本沒有出現(xiàn)。
2控制終端設計
控制終端是數(shù)據(jù)采集人員的操作設備,其功能是輸入采集的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)發(fā)送。控制終端采用了ARM9架構的S3C2440作為核心處理器,利用自主開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng),采用面向對象技術進行開發(fā)。其設計的模塊結構圖見圖3。S3C2440核心板上有SDRAM與NANFLASH,分別用于應用程序的執(zhí)行和程序的存儲;北斗控制終端接口包含了北斗天線的串行控制口和電源;智能液晶顯示接口通過串口2將核心板的顯示控制數(shù)據(jù)傳遞給智能液晶模塊;陣列式掃描接口讀取操作人員的輸入鍵值用于數(shù)據(jù)控制??刂平K端的軟件結構圖見圖4。掃描鍵盤處理模塊驅動陣列式鍵盤,讀取用戶的輸入鍵值,并提交系統(tǒng)處理;智能終端GUI模塊負責用戶的圖形界面處理,主要功能包括控件界面繪制,事件響應以及消息傳遞;GPIO電路驅動模塊用于控制衛(wèi)星信號復用模塊的北斗信號切換,以及北斗系統(tǒng)電源的管理;偽漢字空間的轉換模塊負責將采集到的數(shù)字信號映射到GB2312的漢字空間,以適應北斗衛(wèi)星通道的數(shù)據(jù)傳輸;稀疏數(shù)組壓縮模塊解決了北斗數(shù)據(jù)包短,而采集數(shù)據(jù)量較大的問題,通過自定義的無損壓縮算法,將采集的數(shù)據(jù)高效率壓縮以適應北斗數(shù)據(jù)通道的特點;北斗數(shù)據(jù)編碼解碼模塊負責將處理好的數(shù)據(jù)以北斗規(guī)定的格式編碼和解碼;系統(tǒng)參數(shù)管理模塊負責管理存儲在智能終端中的系統(tǒng)參數(shù),以配置不同的應用方案。
3偽漢字編碼方案
北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)對用戶的級別做了嚴格限制,民用的北斗運營商普遍采用了內(nèi)容過濾程序,即當發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為GB2312國標碼時,允許數(shù)據(jù)通過,當發(fā)現(xiàn)傳輸內(nèi)容為非GB2312國際碼時不允許數(shù)據(jù)通過。數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)格式不符合GB2312編碼標準,因此在系統(tǒng)設計上遇到了數(shù)據(jù)無法傳遞的困難。為了解決上述問題,設計了偽漢字編解碼方案。其基本思路是:編碼時將原始的數(shù)據(jù)流進行分解,分配到多個漢字空間,解碼時從漢字空間提取出數(shù)據(jù)流,并且將拆分的數(shù)據(jù)進行合并。GB2312是北斗采用的漢字通信系統(tǒng),用于民用終端的數(shù)據(jù)發(fā)送。GB2312中每個漢字由2個字節(jié)組成,第一個字節(jié)的范圍為176~247,而第二個字節(jié)的范圍為160~254。因此第一個字節(jié)的有效編碼空間為0~71,而第二個字節(jié)的編碼空間為0~94。為了簡化算法,將兩個字節(jié)的編碼空間都設置在0~63即2的6次方范圍內(nèi)。實際上將數(shù)據(jù)看成一個Bit流,將8Bit為單位分解為6Bit為單位,其示例圖見圖5。圖中上方的8Bit的3個字節(jié)被看成24Bit的數(shù)據(jù),在圖中部分解到4個字節(jié),每個字節(jié)為6位,高2位補零。實際上上方的數(shù)據(jù)與中部的數(shù)據(jù)從Bit流看來都是24Bit。得到4個字節(jié)的6Bit數(shù)據(jù)后,在每個字節(jié)上加上176得到圖5中下部的數(shù)據(jù),即偽漢字編碼。該編碼的范圍位于GB2312的范圍內(nèi),可用于北斗信號的數(shù)據(jù)傳送。解碼的過程與編碼的過程相反,不再敘述。在編碼的過程中還會遇到實際問題:圖5中演示的情況屬于比較特殊的情況,輸入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量是3的倍數(shù),輸出的字節(jié)數(shù)量為4的倍數(shù)?,F(xiàn)實的數(shù)據(jù)流不一定滿足上述要求,例如如果輸入的數(shù)據(jù)是4個字節(jié),輸出需要的字節(jié)數(shù)是6個字節(jié);如果輸入的是5個字節(jié)輸出的需要6個字節(jié)。這樣會給編解碼帶來巨大的困難。為了簡化編解碼,可以將數(shù)據(jù)進行特殊的處理,辦法是在傳遞的數(shù)據(jù)中增加一個數(shù)據(jù)的長度指示,并且將數(shù)據(jù)進行整數(shù)倍拼湊。其過程見圖6。在數(shù)據(jù)的頭部附加了一個長度指示器,其作用是當收到的數(shù)據(jù)后部附加的有PAD時可以將原始的數(shù)據(jù)提取出。PAD是附加在有效數(shù)據(jù)后面的無效數(shù)據(jù),PAD的數(shù)量根據(jù)原始數(shù)據(jù)長度變化,其數(shù)量為0~2個。數(shù)據(jù)擴展的原則是將數(shù)據(jù)的整體長度擴展為3的倍數(shù)。這樣得到的偽漢字編碼的數(shù)據(jù)長度就是4的倍數(shù),如此擴展的目的是有利于編碼和解碼。
4北斗數(shù)據(jù)通訊陣列與系統(tǒng)整體架構
由于北斗系統(tǒng)是軍民兩用系統(tǒng),并且隨著用戶數(shù)量的增加,通信帶寬日益緊張,為了保障系統(tǒng)中的高級用戶權限,對用戶的收發(fā)信息的頻度做了限制,平均一分鐘才能發(fā)送一條信息。而對于接收信息的頻度卻沒有限制,所以信息的接收相對較快。由于北斗的信息通道采用了無驗證的協(xié)議,發(fā)送方無法得知接收方是否成功接收數(shù)據(jù)。為了保證通信的可靠性,本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對北斗通信協(xié)議進行了改進。具體方法為:發(fā)送方發(fā)送消息后,從系統(tǒng)中獲取一個隨機變量用于產(chǎn)生延時,如果在規(guī)定的時間長度內(nèi)沒有收到對方發(fā)來的驗證數(shù)據(jù)就繼續(xù)發(fā)送,直到成功收到接收方的驗證數(shù)據(jù)報。采用上述協(xié)議后,系統(tǒng)通信的可靠性得到了提高,但卻給北斗的通信系統(tǒng)帶來的嚴重負擔。特別是隨著采集系統(tǒng)數(shù)量的增加,控制中心的通信負擔日益加大,采集終端數(shù)據(jù)發(fā)送的成功率也大幅下降,嚴重影響了系統(tǒng)的正常工作。為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率,利用北斗系統(tǒng)收發(fā)速率不平衡的特點設計了北斗衛(wèi)星陣列,采用了單點接收設備以及多點發(fā)送的通信模式。當接受北斗設備收到采集系統(tǒng)來自海上的信息后,根據(jù)負載平衡的算法,從發(fā)送陣列中選擇一個空閑設備完成數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒有空閑設備就根據(jù)負載最少原則獲取北斗發(fā)送設備并將數(shù)據(jù)壓入發(fā)送消息隊列。采用北斗陣列和負載平衡算法后,數(shù)據(jù)的吞吐率提高,系統(tǒng)的反應速度加快,也提高了采集設備的用戶體驗。系統(tǒng)的整體結構見圖7。多個北斗設備通過統(tǒng)一的網(wǎng)關接入北斗應用服務器,相關的控制軟件運行在其上,負載解析和實現(xiàn)北斗設備的控制協(xié)議,系統(tǒng)的負載平衡以及將采集的數(shù)據(jù)回寫到數(shù)據(jù)庫服務器。系統(tǒng)決策服務器上運行的軟件負責解析數(shù)據(jù),分析相關的資源信息,以及GIS的控制信息。Web服務器對通過VPN網(wǎng)關的遠程用戶提供了數(shù)據(jù)訪問服務,由于數(shù)據(jù),對不同的用戶采用了硬件加密的認證模式,數(shù)據(jù)的傳輸也經(jīng)過了加密通道的處理。
5實際應用
該研究項目經(jīng)過多年的研發(fā)已經(jīng)在海洋漁業(yè)資源、海洋生態(tài)和海洋安全方面得到廣泛應用。為了分析海洋漁業(yè)資源,在本終端上設計了漁業(yè)捕獲實時報告系統(tǒng)。具體方法是針對漁業(yè)捕撈的的各種船型,每種船型選擇常見的50種魚類,將魚類的名稱和圖片寫入終端。船員在捕撈結束后利用本終端將各種魚類的產(chǎn)量通過北斗發(fā)送給控制中心。其中的數(shù)據(jù)不僅有漁獲產(chǎn)量,而且還有捕撈的時間和地點,控制中心將數(shù)據(jù)記錄入數(shù)據(jù)庫后,結合相關的港口漁獲數(shù)據(jù),以及海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),可以分析海洋魚類的巡游規(guī)律,并且指導漁業(yè)生產(chǎn)。漁業(yè)管理部門也可以了解海洋整體上的生產(chǎn)情況,以便合理地進行生產(chǎn)管理。目前已經(jīng)在南海生產(chǎn)漁船上安裝了近300套設備,大部分設備工作正常。圖8給出了第二代漁獲采集終端實物,圖9給出了GIS軟件上的安裝了設備的漁船的作業(yè)分布圖。該系統(tǒng)還用于漁場預測,結合衛(wèi)星遙感信號得到的溫度、洋流和葉綠素等相關因素,根據(jù)終端傳回的數(shù)據(jù),分析漁場并將得到的預報信息通過控制中心發(fā)送到終端上,從而指導漁業(yè)生產(chǎn),減少資源消耗,提高經(jīng)濟效益。圖10給出了漁場預報的樣圖。該設備還用于增值放流工作的檢測:為了保證漁業(yè)資源的穩(wěn)定,需要人工放流魚種。為了跟蹤放流魚種的生長和巡游情況,放流前在部分魚種上留有標志,并且在放流前將標志與魚種信息記錄在數(shù)據(jù)庫中,當魚被裝有終端的漁船捕獲后,船員將魚的參數(shù)和標志編號輸入終端,通過北斗發(fā)回控制中心,相關的放流數(shù)據(jù)就可以進入軟件分析,從而得到放流的效果評估。目前本終端還具有了天氣預報信息的發(fā)送以及他國漁船越界捕魚事件報告的功能,可以在漁業(yè)安全和保護國家漁業(yè)資源等方面發(fā)揮作用。
6結束語
(1)在電力通信中,完成通信需要多個設備的參與,而這主要是由于設備的性質不同、功能不同,且所承擔的任務也不同,因此,這就使得電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡結構復雜,由于傳統(tǒng)的通信已無法適應電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡發(fā)展的要求,因此,把光纖通信作為介質,提高通信質量也就成為一種趨勢。(2)電力通信與其它通信之間的區(qū)別在于,其不僅對傳輸信息質量要求高,而且在通信實時性方面有著較高要求。隨著中國經(jīng)濟社會發(fā)展的轉型升級,電網(wǎng)規(guī)模的擴大,通信信號的種類日漸繁雜,同樣要求在電力系統(tǒng)通信領域應用光纖通信,不僅包括繼電保護信號,也包括語音信號,通過應用光纖通信,可提高信號傳輸質量。(3)由于電力系統(tǒng)的覆蓋范圍廣,在通信這一領域,對傳輸范圍和抗沖擊能力均有較高的要求,為了最大程度上降低通信的損耗,保證傳輸?shù)馁|量,特別是長距離傳輸?shù)馁|量,也要求應用光纖通信。
2電力系統(tǒng)中光纖通信的特點
光纖通信的特點,主要是相對于傳統(tǒng)電力通信方式來說的,這些特點同時也可視為光纖通信的優(yōu)點,主要包括以下幾個方面:(1)電力系統(tǒng)中的光纖通信的通信容量相當大,一般情況下,一對光纖便足以滿足上百路甚至上千路信息路徑通過,同時在一根光纜中,含有幾十根甚至上百根光纖纖芯。(2)眾所周知,光纖的制作材料一般為硅或者玻璃,所以這也就意味著光纖制作的原料來源非常豐富,所以對于節(jié)約金屬材料的使用量具有重要的意義。(3)在電力系統(tǒng)通信領域中,光纖通信的保密性良好,外界的電磁干擾不容易對其造成影響,同時光纖通信也不受雷擊、潮濕等因素的影響。(4)電力系統(tǒng)用的光纖,主要是OPGW光纜,其敷設與地線一次性完成,比較簡單。(5)由于光纖通信無感應性能,所以電力系統(tǒng)中的光纖通信不容易受到電位升高的影響,毫無疑問,光纖通信技術是電力通信系統(tǒng)最為理想的通信技術。
3光纖通信在電力系統(tǒng)中的應用領域
光纖通信在電力系統(tǒng)中主要在以下方面有應用:(1)電網(wǎng)監(jiān)控與調度自動化。電網(wǎng)智能化和自動化程度提高,在電網(wǎng)中應用光纖通信技術成為一種常態(tài),在監(jiān)控與調度中的應用表現(xiàn)為:把監(jiān)控傳感器采集到的狀態(tài)信息傳輸給上級系統(tǒng),同時下達有關的指令。(2)在配網(wǎng)自動化中的應用。確保系統(tǒng)運行的安全性與可靠性,要求在電力系統(tǒng)通信領域應用光纖通信,在狀態(tài)監(jiān)測、調度管理與分層控制等方面具有重要的作用。此外,光纖通信在繼電保護器中也有著應用,主要是用于保護電流縱差中的導引線、保護繼電保護裝置、智能變電站或控制室內(nèi)的信號傳輸線等。
4光纖通信在電力系統(tǒng)中的發(fā)展前景
現(xiàn)階段,光纖通信在快速發(fā)展的形勢下,已經(jīng)發(fā)展到第五代光纖通信階段,在這一階段的光纖通信技術,具有容量大、信號傳輸速率快等諸多的優(yōu)點。隨著技術的進度與經(jīng)貿(mào)水平的提高,全球的信息化程度逐步提高,因此對光纖通信的通信距離、容量和速度等提出了更高的要求。電力系統(tǒng)中,光纖通信的發(fā)展前景包括下面幾個方面:
4.1光纖傳送網(wǎng)新技術
目前,傳輸40GE/100GE網(wǎng)絡的技術中,主要包括兩種技術:①40Gbit/s技術;②100Gbit/s技術。同時,這兩種技術中又包含有編碼調制技術、色散補償技術與非線性抑制技術,以及OSNR保證對策等幾個方面。在未來電力系統(tǒng)發(fā)展過程中,為有效保證長距離光纖通信的要求,應使用光纖傳輸網(wǎng)新技術,主要是FEC技術,也就是多種增強前向糾錯技術,以及動態(tài)增益均衡技術、新型編碼調制技術等,通過利用電均衡接收機、功率調整技術等,可實現(xiàn)增加容量的目的。而頻分復用技術、偏振復用技術和波分復用技術等,在未來的電力系統(tǒng)通信中,毫無疑問將會有越來越廣泛的應用。
4.2光纖通信接入網(wǎng)新技術
在現(xiàn)階段,電力系統(tǒng)中光纖通信接入技術主要存在傳輸距離、分光比、業(yè)務支持能力等方面的差距。目前光纖接入技術包括EPON技術(即太無源光網(wǎng)絡)、GPON技術(即基于I-TU-TG984標準的新寬帶無源光網(wǎng)絡),以及基于星型結構的以太網(wǎng)接入技術、基于樹形拓撲的APON/BPON技術等。一般情況下,EPON技術的實現(xiàn),相比于GPON技術來說要簡單不少,但是對于多業(yè)務的支持能力不如GPON技術。而基于星型結構的光纖接入技術是在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的基礎上實現(xiàn)的電力系統(tǒng)光纖通信的接入技術,這種技術適宜在單用戶對寬帶的要求大的區(qū)域(此種光纖接入情況下只能對單個用戶進行連接)或者具有豐富光纖資源的區(qū)域,因此,相對來說基于星型結構的光纖接入技術的范圍比較窄,并不是主流光纖接入技術的發(fā)展方向。
4.3光纖通信光交換新技術
對于光網(wǎng)絡來說,典型屬性之一便是光交換。當前,基于實現(xiàn)特征與交換顆粒進行光交換技術的劃分,可以分為OPS即光分組交換、OBS即光突發(fā)交換、OCS即光路/波長交換。OCS的交換單位是波長,具有易于實現(xiàn),交換顆粒大的優(yōu)勢,然而寬帶的利用率以及復用特性非常差;OPS的交換單位是分組,并且交換的顆粒較小,因此不易于實現(xiàn),然而其寬帶的利用率以及統(tǒng)計復用特性非常好?;诠饴?波長光交換技術與光分組交換技術的OBS,相對來說較為容易實現(xiàn),同時,寬帶利用率和復用特性能較好,因此,在未來電力系統(tǒng)通信中光纖通信的應用中,OBS會處于主導位置。
5結語
光纖通信系統(tǒng)主要包括接收、發(fā)射以及基本光纖傳輸系統(tǒng),詳見圖1。二、礦山通信(一)礦山通信的現(xiàn)狀自二十世紀80年代中期以來,世界各大廠商就推出了多種標準。到目前為止,在50多種國際標準中有十幾種常用的。例如工業(yè)以太網(wǎng)、基金會現(xiàn)場總線(FF)等?,F(xiàn)場總線的傳輸介質有很多種,主要有視頻監(jiān)控支持信號線、人員定位支持雙絞線、環(huán)境監(jiān)測支持雙絞線、光纜、通信聯(lián)絡支持無線通信等。這些業(yè)務都有向以太網(wǎng)兼容發(fā)展的趨勢。例如基于工業(yè)以太網(wǎng)的各種監(jiān)測系統(tǒng),基于WIFI通信的信息傳輸系統(tǒng),其中WIFI的使用范圍和發(fā)展尤為迅速且日益壯大。
二、礦山通信的制約因素
礦山通信企業(yè)的特點主要是設備更新速度慢、建設時間長等。由于每個時期的通信設備都一起運行,所以會有信息孤島現(xiàn)象的問題存在。且其內(nèi)部系統(tǒng)有不少不同來源的信息。例如礦山系統(tǒng)和外部環(huán)境間有信息流動和交換的現(xiàn)象,其中包括礦產(chǎn)品銷售、人力供應、電力供應等。這類信息相互制約、相互影響。礦山井下施工建設中,由于井下結構復雜、空間狹小、接收不到信號等因素,急需先進的礦山通信技術,以便在施工過程中能準確、及時的傳輸信息,為優(yōu)化方案提供參考的依據(jù)。
三、光纖通信與礦山通信系統(tǒng)建設的實際應用
(一)礦區(qū)網(wǎng)絡連接系統(tǒng)中的應用
光纖的高寬帶、低成本等特點能滿足礦山信息傳輸日益增長的需求[2]。國家已經(jīng)制定了光纜使用的相關標準,很多礦山企業(yè)也投入生產(chǎn)使用。目前一些普通光纜線、架空地線復合光纜以及阻燃光纜等都被礦山企業(yè)利用,以連接各礦山建筑設施和采礦點。這類光纜的使用大大提高了施工的便捷性和線路的穩(wěn)定性,同時還能有效節(jié)約施工建設的成本。因為增加光纖芯數(shù)并對光纖價格的影響不大,所以在需要光纖芯數(shù)的基礎上再適當預留一點,以免日后需要時能及時提供,以滿足業(yè)務多樣性的需求。由于光纖通信技術具有一致性傳輸系統(tǒng)介質的特點,所以,現(xiàn)代礦山通信系統(tǒng)的建設中,可以將光纖以太網(wǎng)作為介質,其傳輸距離遠,損耗低,承載力強,其接入方法即介質轉換,光纖兩端都是光貓,從光貓出來有的需要接入光端轉換設備,把光纖帶的光信號轉換成網(wǎng)線攜帶的數(shù)字信號,有些光貓集成的轉換功能,可以直接轉換輸出數(shù)字信號。利用光纖線路構建一個礦山骨干通信網(wǎng),再加入無線設備和該通信網(wǎng)配合使用,為礦區(qū)提供無線設備或有線光纜的雙重信息傳輸和接收口。圖2礦業(yè)光纖以太網(wǎng)結構模型例如,某礦業(yè)根據(jù)礦區(qū)的實際情況,經(jīng)過建設和相關系統(tǒng)的整合,建立了光纖以太網(wǎng),該組網(wǎng)可以全面覆蓋整個礦區(qū)的建筑。其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)的整個線路連接選用變電所、兩個大車間以及辦公樓,礦區(qū)的地表到井下被全部覆蓋;其分支線路覆蓋了所有生活區(qū)域。光纜可以傳輸人員定位、電力調度、視頻監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有線電視等業(yè)務數(shù)據(jù),實現(xiàn)一條光纜線的多種業(yè)務同時使用,既節(jié)約施工費用又節(jié)約工程建設的成本。關于該礦山企業(yè)的光纖以太網(wǎng)的構建結構見圖2。將光纖通信技術運用到礦山企業(yè)工程中,建設完整的光纖骨干網(wǎng),為各種業(yè)務傳輸信息數(shù)據(jù),以解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的鏈路問題。
(二)礦區(qū)電力中的應用
當前,礦山電力系統(tǒng)中很多自動化設備只應用于漏電保護、防爆開關和配電網(wǎng)等相關功能,它們之間沒有互相連接的網(wǎng)絡系統(tǒng),都是單獨運行的狀態(tài)。礦井復雜的內(nèi)部結構對供電系統(tǒng)的工程量提出更高要求,配電供電服務系統(tǒng)以及變電所建設的主要目的是保障開挖采掘運輸?shù)倪^程是暢通的。但在實際井下挖掘作業(yè)時,由于井下復雜的地質條件,供電系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)故障,一旦失去電力服務,井下的挖掘工作就沒有辦法進行,這將嚴重影響施工進度,從而降低礦井開采的生產(chǎn)量。利用特種光纖技術能有效改善井下的供電現(xiàn)狀,在礦山供電系統(tǒng)中應用復合電線可以為井下施工的機械設備提供源源不斷的穩(wěn)定電力,保證這些設備的正常操作和運行,利用光纖技術建立完整的網(wǎng)絡系統(tǒng),合理使用和分配電力資源,確保礦山施工區(qū)域供電的穩(wěn)定性。同時,還可以在一定程度上節(jié)省建設供電系統(tǒng)的成本,在電力系統(tǒng)運行的過程中,也能有效縮減成本,從而有效提高礦山企業(yè)工程建設的整體經(jīng)濟效益。在完成網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設基礎上,再采用以太網(wǎng)絡技術,構建更加完善的網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)。除此之外,光纖技術還可以結合多媒體顯像技術,對井內(nèi)的實際運行狀況進行實時監(jiān)控,在很大程度上提高了礦井開采的工作效率。工作人員通過監(jiān)測系統(tǒng)可以充分掌握礦井內(nèi)部的實際施工情況。如果井下有設備故障等問題,監(jiān)測系統(tǒng)可以及時準確地反映故障的實際情況和具置,并第一時間切斷故障發(fā)生的局部電源,同時發(fā)出警報,提示工作人員,以便在第一時間實施具體可行的解決措施,并在最快時間內(nèi)恢復井內(nèi)供電,將故障帶來的影響和損失降到最低。
四、結束語
俄羅斯在前蘇聯(lián)時期擁有巨大的核武庫,指揮效率不高的問題被領導層忽略。隨著履行美俄《削減進攻性戰(zhàn)略武器條約》,俄羅斯核彈頭和運載工具大量減少,指揮效率變得越來越重要。近年來,俄羅斯戰(zhàn)略火箭兵所有研制設計資金都放在“白楊-M”上,在指揮控制項目上的資金缺口很大,使得戰(zhàn)略火箭兵師級機動指揮所和高級指揮環(huán)節(jié)指揮設備的研制工作滯后,戰(zhàn)略火箭兵機動指揮所、指揮備份系統(tǒng)和雙工系統(tǒng)停留在草案階段。俄羅斯國防部專家評估,俄羅斯目前戰(zhàn)略武器指揮系統(tǒng)的生存能力比武器本身要差,整個系統(tǒng)出現(xiàn)了一些不穩(wěn)定因素。為此,俄羅斯計劃在2015年前投資近40億美元建立新的指揮與通信系統(tǒng),以更好地適應從模擬向數(shù)字化的轉變,包括發(fā)展戰(zhàn)略指揮和通信系統(tǒng)(含最低限度通信系統(tǒng)),新型指控系統(tǒng)的建設將使俄核力量的作戰(zhàn)指揮能力和戒備程度大幅度提高。
2最低限度通信系統(tǒng)技術特點
通信網(wǎng)在整個系統(tǒng)中建設周期最長,耗資最大,也是整個系統(tǒng)中最易出故障,最易遭敵干擾和破壞的環(huán)節(jié)。信息系統(tǒng)的可靠性、抗毀性和保密性在很大程度上取決于通信系統(tǒng)的建設,是指揮自動化的基礎,因此,對它的建設有很高的戰(zhàn)術和技術要求。即使是在遭受核打擊之后,也要維持最低的指揮能力。適合這種情況的手段應具有如下特性:①核爆炸引起的電離層異常對通信沒有影響、影響很小;②通信距離遠,核打擊后被直接摧毀或造成線路中斷的概率小;③具有高度的抗毀生存能力和抗干擾能力;④能夠構成柵格狀組網(wǎng),具有許多迂回路由,使通信頑存性強;⑤組成的最低限度通信系統(tǒng),需具有一定的靈活性,具有野戰(zhàn)條件下的環(huán)境適應能力;⑥較好的機動通信能力和協(xié)同通信能力。
3最低限度通信傳輸手段組成及性能分析
通過對最低限度通信系統(tǒng)特點分析,信息系統(tǒng)最低限度通信手段可以采用以下手段:流星余跡通信、中長波通信、短波通信、散射通信以及衛(wèi)星最低限度通信等。流星余跡通信是利用流星高速進入大氣層摩擦燃燒而形成的電離余跡對VHF電波的反射或散射而實現(xiàn)遠距離通信的一種超視距無線通信方式。由于其傳輸信道的隨機出現(xiàn)、不可預測、不受核爆和太陽黑子影響等特殊的傳播機理,使其具有傳輸信道不易被摧毀、抗核爆能力強、隱蔽性和保密性高和通信距離遠(達2000km),可在復雜的電磁環(huán)境條件下保障通信的突出優(yōu)點,在軍事上得到廣泛的應用。其缺點是,受流星信道的不穩(wěn)定影響,不能夠保持實時連續(xù)通信,因此一般僅用來作為最低限度應急通信。中長波通信采用地波傳播,受地形地物影響較小,繞射能力強,傳播損耗小,信號傳輸比較穩(wěn)定,適合諸如山區(qū)、丘陵及叢林等地形復雜地域的通信。山區(qū)通信中,中長波不存在“靜區(qū)”,在上百公里區(qū)域內(nèi)形成完整覆蓋。但設備天線體積較大,動中通困難,中長波的通信容量較低,只能傳送報文,傳送速率一般從每分鐘十幾字節(jié)到每分鐘200Bytes。短波通信體積小、靈活方便、建立通信迅速,由于短波通信自身通信速率較低,作為最低限度通信手段使用時,速率在原來的基礎上還會有所降低,同時易受敵方偵察和干擾。散射通信抗干擾和抗核磁暴能力強,通信容量較其他幾種手段要高。但散射通信通常需要分集接收,使用靈活性較差。不過隨著新的時間分集技術硬件平臺出現(xiàn),價格低廉,適用于設備的大批量生產(chǎn)和推廣應用。衛(wèi)星通信具有通信距離遠,受地形地貌影響小,傳輸質量高,容量大線號穩(wěn)定,但戰(zhàn)時比較脆弱,安全性有時也存在問題。衛(wèi)星最低限度通信作為一種特殊條件下的非常規(guī)最低限度通信手段,可以考慮使用沒有被敵方干擾或摧毀的其他衛(wèi)星,甚至是敵方衛(wèi)星。這就要求采用特殊技術,既不能影響原來衛(wèi)星的正常業(yè)務,同時也能抵抗該衛(wèi)星原有業(yè)務對最低限度業(yè)務的影響。
4最低限度通信系統(tǒng)組織運用
最低限度通信作為未來高技術戰(zhàn)爭中處于劣勢一方的通信保障最后手段,一般情況下不啟用,只有在正常通信系統(tǒng)遭摧毀,或傳輸媒介遭破壞等原因,不能完成作戰(zhàn)命令的上傳下達時,才啟用最低限度通信系統(tǒng)。最低限度通信在不同級別的信息系統(tǒng)中,有著不同的使用場合、保障對象、傳輸手段和應用方式。對于高級別的指揮所(戰(zhàn)略和戰(zhàn)役級指揮所),一般配置信道容量大、傳輸距離遠、信號傳輸穩(wěn)定的傳輸設備;對于級別較低(戰(zhàn)術級指揮所)或特別重要的武器平臺,一般配置靈活性好,展開撤收方便的傳輸設備,信道容量考慮次之。根據(jù)指揮所上下級通信距離和通信環(huán)境以及指揮結構方式的不同,最低限度通信應用一般采用分級、和中心組網(wǎng)方式,系統(tǒng)由主站設備和從站設備兩部分組成。為了完成數(shù)據(jù)信息和報文的傳送目的,必須將主站設備和從站設備結合在一起使用。從站設備可以直接與主站設備互通,也可以通過主站轉發(fā)互通;一個主站可以配置多個從站,主站與主站之間可以無線組網(wǎng),從而可以覆蓋很廣的通信區(qū)域;脫網(wǎng)后,主站與主站之間,以及從站與從站之間也可以互通。據(jù)報道,某外軍流星余跡通信系統(tǒng)的最大用戶數(shù)可達4000個以上,其中主站用戶數(shù)最大可達245個,主站之間可以采用光纜或衛(wèi)星互聯(lián),實現(xiàn)主站之間的高速雙向通信。如果以頻分方式劃分出多個獨立的小系統(tǒng),那么各系統(tǒng)的設備識別地址就可以相同,從而使得用戶數(shù)成倍增加??傊畔⑾到y(tǒng)最低限度通信手段的配置需要考慮多層次、多手段綜合運用方式。首先,信息系統(tǒng)建設要提供足夠的保障手段和設備;其次,在指揮方面也需考慮各類信道的性能,采用最簡的報文編解碼技術和最精簡的組網(wǎng)協(xié)議,適應這類信道傳輸特性,以便傳輸更多的指揮信息。
5比特指揮報文編解碼技術
比特指揮是一種以“比特”為單位進行指揮命令編碼,以組態(tài)報文協(xié)議為核心、適用于惡劣通信環(huán)境的快捷、靈活和高效的輕量級數(shù)字化武器控制手段。它將作戰(zhàn)指揮常用的命令、指示、通知、請示和報告等指揮文書進行標準化、規(guī)范化和代碼化,通過代碼指令實施作戰(zhàn)指揮,提高作戰(zhàn)指揮效能的一種指揮自動化手段。
5.1比特指揮報文編碼技術
5.1.1比特指揮報文字典建立
報文字典是用于比特指揮的報文描述的集合,是進行比特指揮報文編解碼的依據(jù)。報文描述主要包含兩部分內(nèi)容,一是關于報文組成結構的描述,用表格的方式進行說明;二是關于報文在各種使用情形下的使用規(guī)范說明,用CASE和條件語句說明。(1)報文結構報文數(shù)據(jù)元素組成包括索引號、DFI(數(shù)據(jù)域標識符)/DUI(數(shù)據(jù)使用標識符)、位長、存在屬性、數(shù)據(jù)組和重復組。①索引號是對消息中出現(xiàn)的字段編號,采用多級編號的方式有助于顯示字段、組之間的層次關系;②DFI(數(shù)據(jù)域標識符)/DUI(數(shù)據(jù)使用標識符)用來唯一確定該字段對應的數(shù)據(jù)元素。該代碼組合提供了對數(shù)據(jù)元素字典的快速索引;③位長是數(shù)據(jù)字段在內(nèi)存中存儲和發(fā)送時所占用的比特位數(shù);④存在屬性指明字段的強制/可選屬性。強制字段用M表示,可選字段用X表示;⑤數(shù)據(jù)組號是字段所屬的數(shù)據(jù)組的編號,用符號GN表示,其中N為數(shù)據(jù)組在報文中的序號(如G1表示報文中的第一個數(shù)據(jù)組)。嵌套組的表示要在自身的符號之前加上其上層組的符號和“/”(如G1/G2表示報文的第2個組,并且這個組是嵌套在G1組內(nèi)部的);⑥重復組號是字段所屬的重復組的編號,用RN(M)表示。其中N為重復組在報文中的序號,M為該重復組的最大可重復次數(shù);重復組也可以嵌套(如R1/R2(3)表示報文中的第2個重復組,并且該重復組是嵌套在R1重復組的內(nèi)部的,該重復組最多可以重復3次)。(2)處理規(guī)則報文處理規(guī)則用于指出報文賦值、發(fā)送、接收、響應等方面的要求。主要包括適用和條件說明、缺省值、預期回應和其他說明。①適用和條件說明:適用和條件說明是為了嚴格清晰地定義每種報文的構建規(guī)則,以使在多體系下統(tǒng)一的報文構造成為可能。它包括每個報文適用的CASE以及報文內(nèi)有關基礎處理、缺省、合理行為和特殊因素的關聯(lián)條件;有一些報文是為實現(xiàn)多重目的而設計的。在這種情況下,適用和條件說明應清楚地定義每一個消息的合理架構,完成各自特定的目的。②預期回應:預期回應用于說明消息接收方在接收到消息后應給予的回應,預期回應與消息的適用和條件語句有關。
5.1.2建立比特指揮數(shù)據(jù)元素字典
比特指揮數(shù)據(jù)元素字典用于對比特指揮需要的數(shù)據(jù)元素進行定義,包括數(shù)據(jù)元素的名稱、編碼長度、編碼方法和其他說明,在編碼方法中明確了數(shù)據(jù)元素的取值和編碼之間的一一對應關系。數(shù)據(jù)元素字典按照數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域(DFI)和數(shù)據(jù)使用(DUI)進行索引。
5.2報文字典和數(shù)據(jù)元素字典的表示
比特指揮采用正日益成為系統(tǒng)間信息交互標準的可擴展標記語言XML對報文字典和數(shù)據(jù)元素字典進行表示。這種方法充分利用了XML語言的規(guī)范性和可擴展性,實現(xiàn)了編解碼軟件對于報文定義的獨立性,在軟件使用過程中,若報文結構或者數(shù)據(jù)元素的定義需要調整,不需要修改軟件本身,只需修改相應的報文字典或數(shù)據(jù)元素字典即可,有利于軟件長期穩(wěn)定的使用。
5.3比特指揮編解碼軟件組成
編解碼軟件由接口控制模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)校驗模塊、編碼轉換模塊和數(shù)據(jù)封裝模塊組成。其中接口控制模塊負責與上層應用軟件和下層數(shù)據(jù)分發(fā)軟件進行報文數(shù)據(jù)的交互,即從上層應用軟件獲取需要編碼的報文數(shù)據(jù),并向其返回經(jīng)過編碼后的比特報文數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)解析模塊負責解析XML文檔表示的報文字典和數(shù)據(jù)元素字典,獲取指定模塊型報文的定義,包括數(shù)據(jù)元素的組成、存在性、重復性分組,取值范圍、精度以及編碼方式等信息,這些信息是報文編碼的依據(jù);數(shù)據(jù)校驗模塊負責檢驗輸入數(shù)據(jù)是否符合數(shù)據(jù)元素字典中定義的有效性要求;編碼轉換模塊負責將構成報文的數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)轉換為若干個比特位的編碼,這種轉換是以數(shù)據(jù)元素字典的定義為依據(jù)的;數(shù)據(jù)封裝模塊負責將經(jīng)過轉換的數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)按照報文結構要求組裝成經(jīng)過編解碼后的報文,并加上必要的報頭數(shù)據(jù)。比特指揮報文編碼技術主要借鑒了美軍VMF報文編碼的思想,在報文靈活性和精簡性方面具有一定優(yōu)勢,針對最低限度通信信道的特點和典型應用場景,探索性地提出了可行的解決方案,以期得到同行專家的指點,共同促進此項工作的推廣和應用。
6結束語
1.1電力通信專網(wǎng)支撐智能電網(wǎng)信息傳送信息通信、智能管理、采集控制是發(fā)展智能電網(wǎng)不可或缺的三大要素。電力通信專網(wǎng)中傳輸了大量的電網(wǎng)信息,生產(chǎn)自動化、電力營銷業(yè)務、調度自動化、辦公自動化等電網(wǎng)業(yè)務都需要依靠高速、實時、雙向的信息通信,為電網(wǎng)的基礎設施建設、先進工藝引進、智能設備應用創(chuàng)建出最優(yōu)環(huán)境。隨著國家電網(wǎng)公司建設“三集五大”體系目標的提出,為了提升電網(wǎng)的精細化、智能化管理與決策水平,信息與通信服務也逐漸向著一體化方向發(fā)展,與智能化的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相配合,為電網(wǎng)提供更加智能化的移動式服務。
1.2對傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化改造需要信息技術智能電網(wǎng)發(fā)展本質就是新型能源的大量接入以及大量智能化設備的應用。在對傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化改造中,信息技術發(fā)揮著重要的推動作用,智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、數(shù)字家庭、智慧城市等概念,無一不與電力通信有著密切關系。傳統(tǒng)的高頻通信、電力載波通信已經(jīng)逐漸被電力光纖通信所替代,電力通信向著數(shù)據(jù)實時性更高、網(wǎng)絡更加穩(wěn)定、體系更加完善的方向發(fā)展,電網(wǎng)數(shù)據(jù)將為更多領域提供支撐作用,形成規(guī)模效益。
1.3智能電網(wǎng)各項業(yè)務需要發(fā)展信息技術在智能電網(wǎng)發(fā)展中,包括電力生產(chǎn)部門、調度通信部門、行政部門、信息部門、電力營銷部門在內(nèi)的各個業(yè)務應用部門,都是由各類信息技術構架的電力信息通信網(wǎng)來進行信息傳輸,以光纜為代表的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式,經(jīng)過PDH/SDH同步數(shù)字序列和同步技術,經(jīng)過數(shù)據(jù)包交換后上送網(wǎng)絡,最終進入應用業(yè)務層,為繼電保護自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、行政電話、電網(wǎng)管理業(yè)務、電力ERP系統(tǒng)、電力營銷自動化、遠程抄表、負荷控制等業(yè)務服務。
2電力信息和通信技術推動智能電網(wǎng)建設
2.1電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)密不可分,隨著智能電網(wǎng)推進,電力一次設備也在逐步智能化,大量智能斷路器、智能開關等一次設備投入使用,數(shù)字化變電站的蓬勃發(fā)展,在簡化了電力二次接線的同時,也使得變電站對通信系統(tǒng)的依賴性更加增強。大量的合并單元和級聯(lián)裝置的使用,以及IEC61850標準的推行,使得數(shù)字化變電站的信息化、自動化程度進一步增強,市場信息、電網(wǎng)信息、用戶信息、網(wǎng)絡通信在通信系統(tǒng)中傳遞,電網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)獲取、繼電保護、電網(wǎng)控制業(yè)務都需要通信網(wǎng)絡的支撐,進一步促進了電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合。
2.2電網(wǎng)相關的增值業(yè)務隨著各種特種光電復合纜技術的發(fā)展,電力光纖到戶已經(jīng)具備了一定的技術基礎,智能電網(wǎng)下的光纖技術與電力線路相結合,有利于促進電力的業(yè)務網(wǎng)與信息網(wǎng)融合,實現(xiàn)資源共享與優(yōu)勢互補。一旦實現(xiàn)電力光纖到戶,電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)能夠融合發(fā)展,為電網(wǎng)提供多種增值服務,構建更加開放和共享的信息交互平臺。通過電力光纖技術,實現(xiàn)智能電網(wǎng)與用戶的實時雙向互動,為用戶的精細化用電、智能小區(qū)發(fā)展、階梯電價定價、智能充電樁提供信息平臺數(shù)據(jù)庫,并可以更好的實現(xiàn)電力營銷、電費征繳、用電信息通知、商業(yè)信息推廣等、用電安全知識等服務,實現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務與電信、交通、物流、金融等信息的全面融合,以及“電力流、信息流、業(yè)務流”的互動。
2.3電力信息和通信技術在智能電網(wǎng)建設中的具體應用
2.3.1發(fā)電領域在發(fā)電領域,智能電網(wǎng)的重要特征就是新能源的接入和消納,清潔能源接入電網(wǎng)后,必然對電網(wǎng)的電能質量、潮流計算、諧波成分等運行特性產(chǎn)生影響,必須要通過電力通信技術實現(xiàn)信息的采集和傳輸,實時傳送遙測、遙控、遙調、遙信等信號。此外,新能源并網(wǎng)后,與傳統(tǒng)電網(wǎng)的協(xié)同工作需要電力通信提供支撐作用,實現(xiàn)兩網(wǎng)的無縫對接,新能源電站的繼電保護和安全自動裝置、調度自動化系統(tǒng)等關鍵電網(wǎng)安全管理業(yè)務必須具備兩條相互獨立的通信信道,以提高信息傳送的安全性,同時有效的平抑并網(wǎng)波動,為新能源接入后電網(wǎng)的監(jiān)測、運行、控制提供高速、穩(wěn)定、可靠的通信平臺。
2.3.2輸電領域智能電網(wǎng)以特高壓為骨干網(wǎng)架、交直流混聯(lián)、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展,為了確保電能大容量、遠距離、低損耗的電能傳送,我國提出西電東送、建設“三華”同步電網(wǎng)等戰(zhàn)略規(guī)劃,我國的特高壓交直流輸電獲得了大規(guī)模發(fā)展,特高壓再造中國能源大動脈,我國已經(jīng)成為世界上特高壓輸電電壓等級最高的國家。在特高壓輸電的發(fā)展過程中,大量的新設備和新元件投入使用,電網(wǎng)的控制特性更加復雜,以電力電子元器件為例,為了提升特高壓直流輸電的靈活性,大量的晶閘管、無功控制、補償器等元件投入使用,這些元件的接入環(huán)境更加復雜多變,對電網(wǎng)通信環(huán)境提出了更高的要求,高速發(fā)展的計算機和網(wǎng)絡通信技術成為電網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術,通過建立雙向、實時、高速的通信系統(tǒng),為智能電網(wǎng)發(fā)展提供更為廣闊的發(fā)展空間。
2.3.3變電領域在變電領域,智能電網(wǎng)的特征集中體現(xiàn)在數(shù)字化變電站的建設,隨著對傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造不斷深入,我國新建的220kV及以上變電站均為數(shù)字化變電站,而數(shù)字化變電站的三個關鍵特征就是數(shù)字化一次設備、數(shù)字化二次設備和統(tǒng)一的IEC61850規(guī)約通訊平臺,通過信息和通信技術實現(xiàn)對變電站的電氣設備狀態(tài)分析、電網(wǎng)調度管理、電能質量控制、精細用電管理。在數(shù)字化變電站中,所有的一次設備和二次設備之間的信息交互都通過通信網(wǎng)絡來完成,以光纖通信取代了復雜的二次電纜接線,提升了信號傳輸效率,減少了二次接線工作量;通過合并單元和級聯(lián)設備實現(xiàn)信號的高速傳送,減少了通信誤碼率,并具有良好的抗干擾性能,穩(wěn)定可靠的通信傳輸為數(shù)字化變電站的發(fā)展打下了堅實基礎。此外,統(tǒng)一的IEC61850通信平臺解決了電力設備間通信規(guī)約不一致、設備兼容性差等問題,實現(xiàn)了設備間統(tǒng)一的信息模型和通訊接口,提高了設備的互操作性。
2.3.4配電領域在配電領域,國家電網(wǎng)公司將投入大量資金用于配電網(wǎng)的升級和改造。智能配電網(wǎng)發(fā)展對通信技術的可靠性、可擴展性等都有著較高要求,由于配電網(wǎng)運行環(huán)境較為惡劣,運行設備和通信信道相對老舊,且電力通信網(wǎng)的組網(wǎng)方案相對缺乏,還面對規(guī)劃不統(tǒng)一、信道不穩(wěn)定、標準不規(guī)范等問題,通信環(huán)節(jié)已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。目前采取多種通信技術相結合的方式來實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的通信,通過光纖傳輸來實現(xiàn)配電網(wǎng)關鍵數(shù)據(jù)的傳輸,結合載波通信實現(xiàn)調度電話、遠動信息、配電自動化、調度繼電保護信息等。
第一代移動通信技術的特征
第一代的移動通信技術最早是在二十世紀八十年代左右出現(xiàn)的,它經(jīng)歷了大概十幾年的發(fā)展時間,在上世紀九十年展結束。它的技術特點主要有以下幾個方面,它的智能化技術很差,業(yè)務量較小、沒有很好的通信技術、安全性不高、運行起來很慢而且沒有設定加密的功能。在這一代移動通信系統(tǒng)中,主要采用的是模擬傳輸技術,所以傳輸?shù)男Ч懿?,而且在傳輸中會被其他因素影響,抗干擾力很差。那個時期,人們的生活水平并不高,生活也不豐富。所以,只有一少部分人能夠使用這種移動通信設備,并沒有得到廣泛的使用。因此,人們并沒有十分關注這種通信技術的發(fā)展。
第二代移動通信技術的特征
第二代的移動通信系統(tǒng)即2G技術,最開始是從二十世紀九十年代初期出現(xiàn)的,這種技術的出現(xiàn)主要是為了彌補第一代移動通信系統(tǒng)中存在的缺陷,并且擴展相應的功能。第二代移動通信系統(tǒng)的主要內(nèi)容是網(wǎng)絡應用邏輯更強,采用立即計費的方式,支持最佳路由,00/1800雙頻段,話語編解碼等是完全兼容的而且速率更強,頻率結構使用的是更高的加密技術,并且在這一代的通信技術中還應用了智能天線技術和雙頻段技術等。這樣就滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的需求,使業(yè)務數(shù)量持續(xù)的增長。移動通信技術所存在的GSM系統(tǒng)容量不足的缺陷,使GSM功能不斷地得到改善和增強,具備了初步支持多媒體業(yè)務的能力。雖然第二代移動通信技術,在發(fā)展的過程中不斷地得到較好的完善,但是2G的移動通信系統(tǒng),隨著用戶和網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大,頻率資源也己經(jīng)適應不了,移動通信業(yè)務發(fā)展的需求,呈現(xiàn)供不應求的趨式,頻率資源也占有率也接近于枯竭,移動通信的語音質量,也不能達到用戶所要求的高質量的標準,對于數(shù)據(jù)通信速率太低,這個2G無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務的需求。
第三代移動通信技術
第三代移動通信系統(tǒng)技術,主要是在話音和數(shù)據(jù)通信速率等方面得到有效的改進,通信碼率能夠達到384kb/s,第三代移動通信系統(tǒng),也就是通常所說的3G,是現(xiàn)階段正在全力開發(fā)的移動通信的系統(tǒng),這一代移動通信的系統(tǒng),已經(jīng)具備了最基本智能特征,應用了智能信號處理技術,智能信號處理單元,多媒體數(shù)據(jù)通信和話音支持的技術,能夠提供跟前兩代產(chǎn)品相比,所不能提供的多種寬帶信息業(yè)務,第三代移動通信技術具備慢速圖像、高速數(shù)據(jù)、電視圖像等功能。傳輸速率也比前兩代,移動通信技術有高質量的提高,傳輸速率在用戶靜止時,移動通信速率最大為2Mbps,在用戶高速移動時,移動通信速率最大支持144Kbps,所占頻帶寬度為5MHz左右。但是,就目前的第三代3G移動通信系統(tǒng),通信標準總共有三大類CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA,共同組成3G移動通信IMT2000的體系,它們彼此之間存在相互兼容的問題,這就意味著從根本上來說,當前已有的移動通信系統(tǒng),并不是真正的個人通信和全球通信系統(tǒng)。再進一步地說,目前的3G移動通信系統(tǒng)的頻譜利用率還相當?shù)氐?,并沒有充分地利用頻譜資源,達到普及和推廣3G移動通信的業(yè)務,留下了很大的發(fā)展智能移動通信技術的空間。根據(jù)移動通信市場發(fā)展的需要,和3G移動通信所存在的一些欠缺,目前國際上有不少國家,已經(jīng)開始研究第四代移動通信系統(tǒng)。也就是我們將要面對的4G移動通信智能系統(tǒng),這一代移動通信技術,將從根本上彌補前三代移動通信所存在的不足,成為移動通信系統(tǒng)又一個閃光的亮點,在不斷地研究和發(fā)展中,讓更多的用戶認識和接受。
第四代移動通信技術
通常情況下,可以將供電企業(yè)的營銷管理信息系統(tǒng)劃分為四個組成模塊。
1.1系統(tǒng)的登錄模塊
通過本模塊的設計,可以實現(xiàn)權限管理。通過后臺數(shù)據(jù)庫,對不同用戶名擁有的差異化權限進行設置,用戶名與用戶密碼所對應。在管理信息系統(tǒng)中登錄相應的用戶名和密碼之后,灰色的功能模塊菜單是不能使用的,這樣就可以有效控制用戶的權限。
1.2主程序模塊
主程序模塊主要是將一系列的參數(shù)設置提供給管理信息系統(tǒng),例如,可以對用戶錯誤登錄次數(shù)進行設置,對登錄表單、主菜單系統(tǒng)和全局變量等進行調用,菜單灰度顯示可以利用庫表文件的狀態(tài)來控制,這樣就可以有效控制用戶的權限。1.3菜單系統(tǒng)在設計菜單系統(tǒng)的過程中,可以依據(jù)開發(fā)軟件提供的菜單設計器來進行,將系統(tǒng)菜單和各級子菜單系統(tǒng)設置在菜單設計器中,并對菜單網(wǎng)絡進行構建。
1.4用戶數(shù)據(jù)的錄入和結算模塊
在管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入中,用戶數(shù)據(jù)錄入和結算模塊是非常重要的。該模塊用于導入用電用戶每月的用電表底碼和結算電費,并且可以打印發(fā)票。營銷信息管理系統(tǒng)中的錄入和結算模塊可以依據(jù)業(yè)務流程將一整套流程執(zhí)行下去,例如選擇臺區(qū)、用戶數(shù)據(jù)錄入、打印電費結算報表和發(fā)票等,并且會在數(shù)據(jù)庫后臺構建相互聯(lián)系的關系表。
2營銷管理信息系統(tǒng)的應用
過去利用B/S結構來設計用電管理信息系統(tǒng),在客戶端設計和服務器端設計方面較為復雜,難度較大,并且還會影響到系統(tǒng)的代碼重用性,無法有效集中系統(tǒng)應用,再加上傳統(tǒng)系統(tǒng)只有較小的擴展接口,兼容性也相對較小,因此在系統(tǒng)集成和維護方面,就需要花費大量的時間和精力,這就需要重新設計和修改傳統(tǒng)的營銷管理信息系統(tǒng)。當前的修改方式是將J2EE規(guī)范應用到設計中,并且嚴格遵循CORBA和COM構件的開發(fā)標準,這樣可以有效增強系統(tǒng)的擴展性。具體來講,需要實現(xiàn)的關鍵技術包括以下三個方面的內(nèi)容。
2.1耦合技術的應用
在如今軟件開發(fā)中,組件技術是一項非常重要的技術,可以使代碼的利用率得到顯著提升。通常情況下,可以將其劃分為松耦合和緊耦合兩種技術,這種劃分的依據(jù)是組件之間相互關系的差異。具體來講,緊耦合可以實現(xiàn)組件之間的相互調用、協(xié)調和緊密合作,例如可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接池組件和執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的組件之間緊密聯(lián)系。從數(shù)據(jù)流程的角度分析,相互調用組件也可以用緊耦合來定義它們的耦合關系,例如,數(shù)據(jù)庫連接池組件、執(zhí)行SQL組件和XML生成組件之間就可以體現(xiàn)它們之間相互調用的耦合關系。連接重用功能也是數(shù)據(jù)庫連接池組件所具備的一項功能。在數(shù)據(jù)庫連接池的基礎上構建執(zhí)行SQL,結合數(shù)據(jù)之間的邏輯化關系,向XML生成組件反饋結果,后者可以將TAG標簽顯示出來??梢栽赬ML模板庫中讀取報表,然后結合SQL組件在HTML頁面上生成數(shù)據(jù),最后將數(shù)據(jù)反饋在客戶端的瀏覽器上。松耦合組件關系是指各個組件之間是獨立運行的,并獨立完成營銷管理信息系統(tǒng)中的部分功能。在功能完成過程中,這些組件之間可以相互協(xié)作,但相對松散的系統(tǒng)化結構,例如我們從模塊化和系統(tǒng)組成的角度上來分析組件關系,通過數(shù)據(jù)庫連接池、執(zhí)行事務的組件、執(zhí)行數(shù)據(jù)窗口組件和執(zhí)行SQL組件都可以對數(shù)據(jù)庫進行操作,但這些組件之間的功能卻有很大的差異,其中,選擇、刪除、插入和更新等操作由SQL組件來實現(xiàn),并可以存儲和實現(xiàn)視圖過程的操作;在服務器上應用數(shù)據(jù)窗口組件,并且專門對其進行調節(jié)和應用。這三種組件都可以在動態(tài)模式下連接數(shù)據(jù)庫,然后生成報表,同時,還可以相互替換、組合這幾種組件,以便系統(tǒng)進行合理選擇。
2.2組件開發(fā)技術的應用
在營銷管理信息系統(tǒng)中,需要開發(fā)服務器和客戶端兩個層面,如果分別對其進行設置,那么就會加大設計的難度和復雜度,而組件技術的應用可以實現(xiàn)一次性設計,從而降低服務端和客戶端軟件的開發(fā)難度。例如,服務端的組件開發(fā)需要從標準結構出發(fā),制訂特定的業(yè)務結構,并創(chuàng)建遠程接口。在軟件開發(fā)中,通過編譯代碼配置模塊或者應用程序部署等方式對自定義的組件進行構建,可以使不同模塊的重復使用要求得到滿足。
2.3應用程序系統(tǒng)的整合分析
具體來講,應用程序系統(tǒng)是指在應用服務層組件之間耦合的基礎上,集成多種系統(tǒng)的功能,例如DSS、GIS和CALL-CENTER等,以集成PMMIS自身的功能。在整合、集成PMMIS的過程中,需要充分重視通信和應用層的協(xié)調統(tǒng)一問題。在顯示的時候,應用XML技術,并將其作為一種標準信息,同時,為了集成應用程序,還可以應用J2EE技術,以實現(xiàn)多系統(tǒng)的無縫連接,進而強化客戶機/服務器模式的兼容性,促使供電企業(yè)營銷管理信息的集成應用得到滿足。
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