電力無線應急通信網(wǎng)絡(luò)的方案及安全性研究

1 引言

應急通信保障是國家突發(fā)事件應急管理體系的一個重要的組成部分，當通信網(wǎng)設(shè)施遭受破壞、性能降級、或涉及國家公共安全特別是突發(fā)公共事件等特殊通信保障任務(wù)的情況下，應急通信都發(fā)揮著不可替代的作用。電力應急通信系統(tǒng)的實現(xiàn)是電網(wǎng)發(fā)展提出的新課題，目前還處在研究探索階段。由于突發(fā)事件以不確定性和應急性為重要特征，事發(fā)時間、地點無法預先預知，現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)無法確保已有應急需要，指揮中心、相關(guān)部門不能及時、充分地了解相關(guān)情況而無法下達指令，指揮協(xié)調(diào)難度大，所以電力應急通信系統(tǒng)建設(shè)亟需改進和提高。因此，需要建設(shè)一套完整的電力應急通信系統(tǒng)，支持現(xiàn)場視頻回傳與語音通信，以保證在最短的時間內(nèi)調(diào)動不同部門，協(xié)同作戰(zhàn)，對突發(fā)事件做出有序、快速、高效反應。

傳統(tǒng)應急指揮系統(tǒng)中個人通信手段單一，通信車與個人之間僅能提供簡單的語音功能。為了解決傳統(tǒng)應急通信方案的缺陷，本文提出了依托當?shù)鼐C合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，采用國家通信標準和國際通信標準McWiLL寬帶無線通信技術(shù)(國家通信標準號YD/T 1989—2009;國際通信標準號M.1801)的解決方案。通過視頻傳輸用于電力應急指揮系統(tǒng)中，為電網(wǎng)突發(fā)事件情況下，提供電力故障搶修應急指揮通信手段，為生產(chǎn)系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)的業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)部門提供快捷的應急通信方式，實現(xiàn)應急指揮信息接入統(tǒng)一的應急指揮平臺，決策信息和搶險信息實時化、可視化互傳，提高電網(wǎng)應對突發(fā)事件能力。

2 電力應急通信的設(shè)計要求

隨著國民經(jīng)濟的日益增長，加強電網(wǎng)中各種高標準的研究，生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理信息越來越多。這對電網(wǎng)應對突發(fā)事故的處理能力提出了更高的要求。因此研究研究與應用電網(wǎng)事故搶修“應急通信系統(tǒng)”，實現(xiàn)應急指揮、搶險現(xiàn)場的全過程可視化，便于指揮，提高搶修工作效率是電網(wǎng)通信研究與應用的當務(wù)之急。電力應急通信通常包含兩個方面的含義：

(1)電力通信故障應急恢復。指的是當沒有成環(huán)的光纖鏈路發(fā)生故障時，采用臨時的無線傳輸手段將遠端變電站的自動化等數(shù)據(jù)回傳，保障在光纜搶修期間該變電站能正常地運行。

(2)電力事故現(xiàn)場的應急指揮。指的是當發(fā)生突發(fā)事件時，應急指揮車可以開到事故現(xiàn)場附近，搶修人員可以單兵進入事故地點內(nèi)部，通過應急通信終端與應急指揮車通信，指揮車的通信系統(tǒng)可以進行現(xiàn)場各種人員的集群通信和調(diào)度指揮?，F(xiàn)場應急指揮車可通過某種回程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與后方指揮中心聯(lián)系，以此構(gòu)建一個完整的應急指揮系統(tǒng)。

只有綜合考慮這兩種應急需求，在不同的突發(fā)事件時采用不同的應急通信手段，才能為電力系統(tǒng)開展的各項業(yè)務(wù)提供保障，發(fā)揮電力應急通信系統(tǒng)真正的作用。

3　總體方案

與單純的“應急通信”不同，電力應急更加強調(diào)視頻的應用，電力應急通信系統(tǒng)擺脫了以往只能通過電話來協(xié)調(diào)各部門處理事件的局面，各級應急指揮中心都可以第一時間了解搶險現(xiàn)場的真實情況，這種可視化的指揮很大程度提高了電力應急處置水平。電力應急通信系統(tǒng)中視頻信號的傳輸對通信鏈路提出了較高的要求，因此如何確保通信鏈路的可靠性是目前電力應急視頻系統(tǒng)建設(shè)必須解決的技術(shù)問題。目前，電力系統(tǒng)經(jīng)過多年的內(nèi)部信息化建設(shè)，擁有了大容量和遠距離的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)，基本上實現(xiàn)了局、所、站的光纖聯(lián)網(wǎng)，電力光纖綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)帶寬大，可為承載大容量的視音頻數(shù)據(jù)的傳輸提供了高速化、寬帶化的骨干傳輸通道。同時，由于無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、施工方便、成本低，在電力系統(tǒng)也具有良好的可行性和實用性，因此建設(shè)基于光纖有線通信和無線通信方式相結(jié)合的電力應急通信系統(tǒng)，是電力部門進行應急視頻傳輸?shù)淖罴逊绞健?/p>

電力應急無線通信系統(tǒng)由點對點回程通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)組成(見圖1)。

圖1　系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

3.1　點對點回程網(wǎng)絡(luò)

應急指揮通信車通過回程網(wǎng)絡(luò)連接到指揮中心，保證現(xiàn)場通信終端能夠通過通信車訪問位于指揮中心信息網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)服務(wù)器和相關(guān)數(shù)據(jù)庫。本方案采用COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，編碼正交頻分復用的簡稱)技術(shù)實現(xiàn)回程，是目前世界最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。它的實用價值就在于支持突破視距限制的應用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術(shù)，可以對噪聲和干擾有著很好的免疫力?；爻探尤朦c可選擇就近的有光纖并能正常通信的變電站或電力分支機構(gòu)場所。COFDM技術(shù)能夠在“高速運動中”、“非視通條件下”實現(xiàn)高速無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實時傳輸，可完成“運動中和阻擋條件”下傳輸語音、數(shù)據(jù)、圖像等單、雙向網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)，是寬帶無線接入回程網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇。

3.2　現(xiàn)場寬帶無線接入網(wǎng)

應急現(xiàn)場指揮通信車，裝配應急升降桿、McWiLL基站及其核心網(wǎng)系統(tǒng)，通過McWiLL基站建立故障現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的寬帶無線接入網(wǎng)信號覆蓋，構(gòu)建事故現(xiàn)場應急搶修的語音、視頻和數(shù)據(jù)的綜合接入通信通道，可將故障現(xiàn)場信息有效返回到應急現(xiàn)場指揮通信車，可進行現(xiàn)場指揮。在McWiLL無線本地接入網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)每個搶修救援小組可以攜帶一套單兵系統(tǒng)進行現(xiàn)場工作，附近的工作人員攜帶的無線筆記本，PDA和手機等單兵通信終端可以通過單兵系統(tǒng)進行組內(nèi)現(xiàn)場分析和上報。以單兵系統(tǒng)為通信中心組成的救援小組為電力應急無線通信系統(tǒng)提供了靈活的組網(wǎng)和工作方式，提高了電網(wǎng)應對突發(fā)事故的應變能力(見圖2)。

圖2　電力應急系統(tǒng)工作圖

在應急通信應用中，只有選用有效、高速、安全的無線通信技術(shù)才能真正發(fā)揮應急指揮系統(tǒng)快速反應、準確處理的特點，McWiLL寬帶無線接入技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、接入速率高，易于擴展，抗多徑干擾能力強的特點。