電力無(wú)線(xiàn)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(gè)重要的組成部分，當通信網(wǎng)設施遭受破壞、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(zhù)不可替代的作用。電力應急通信系統的實(shí)現是電網(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(shí)間、地點(diǎn)無(wú)法預先預知，現有通信網(wǎng)絡(luò )無(wú)法確保已有應急需要，指揮中心、相關(guān)部門(mén)不能及時(shí)、充分地了解相關(guān)情況而無(wú)法下達指令，指揮協(xié)調難度大，所以電力應急通信系統建設亟需改進(jìn)和提高。因此，需要建設一套完整的電力應急通信系統，支持現場(chǎng)視頻回傳與語(yǔ)音通信，以保證在最短的時(shí)間內調動(dòng)不同部門(mén)，協(xié)同作戰，對突發(fā)事件做出有序、快速、高效反應。

傳統應急指揮系統中個(gè)人通信手段單一，通信車(chē)與個(gè)人之間僅能提供簡(jiǎn)單的語(yǔ)音功能。為了解決傳統應急通信方案的缺陷，本文提出了依托當地綜合數據網(wǎng)絡(luò )，采用國家通信標準和國際通信標準McWiLL寬帶無(wú)線(xiàn)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(guò)視頻傳輸用于電力應急指揮系統中，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、營(yíng)銷(xiāo)系統的業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)部門(mén)提供快捷的應急通信方式，實(shí)現應急指揮信息接入統一的應急指揮平臺，決策信息和搶險信息實(shí)時(shí)化、可視化互傳，提高電網(wǎng)應對突發(fā)事件能力。

2 電力應急通信的設計要求

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的日益增長(cháng)，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(lái)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”，實(shí)現應急指揮、搶險現場(chǎng)的全過(guò)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(gè)方面的含義：

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

(2)電力事故現場(chǎng)的應急指揮。指的是當發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，應急指揮車(chē)可以開(kāi)到事故現場(chǎng)附近，搶修人員可以單兵進(jìn)入事故地點(diǎn)內部，通過(guò)應急通信終端與應急指揮車(chē)通信，指揮車(chē)的通信系統可以進(jìn)行現場(chǎng)各種人員的集群通信和調度指揮?，F場(chǎng)應急指揮車(chē)可通過(guò)某種回程網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與后方指揮中心聯(lián)系，以此構建一個(gè)完整的應急指揮系統。

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

3　總體方案

與單純的“應急通信”不同，電力應急更加強調視頻的應用，電力應急通信系統擺脫了以往只能通過(guò)電話(huà)來(lái)協(xié)調各部門(mén)處理事件的局面，各級應急指揮中心都可以第一時(shí)間了解搶險現場(chǎng)的真實(shí)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建設必須解決的技術(shù)問(wèn)題。目前，電力系統經(jīng)過(guò)多年的內部信息化建設，擁有了大容量和遠距離的光纖骨干網(wǎng)絡(luò )，基本上實(shí)現了局、所、站的光纖聯(lián)網(wǎng)，電力光纖綜合數據網(wǎng)帶寬大，可為承載大容量的視音頻數據的傳輸提供了高速化、寬帶化的骨干傳輸通道。同時(shí)，由于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍大、施工方便、成本低，在電力系統也具有良好的可行性和實(shí)用性，因此建設基于光纖有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信方式相結合的電力應急通信系統，是電力部門(mén)進(jìn)行應急視頻傳輸的最佳方式。

電力應急無(wú)線(xiàn)通信系統由點(diǎn)對點(diǎn)回程通信網(wǎng)絡(luò )和寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )組成(見(jiàn)圖1)。

圖1　系統層次結構圖

3.1　點(diǎn)對點(diǎn)回程網(wǎng)絡(luò )

應急指揮通信車(chē)通過(guò)回程網(wǎng)絡(luò )連接到指揮中心，保證現場(chǎng)通信終端能夠通過(guò)通信車(chē)訪(fǎng)問(wèn)位于指揮中心信息網(wǎng)內的業(yè)務(wù)服務(wù)器和相關(guān)數據庫。本方案采用COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，編碼正交頻分復用的簡(jiǎn)稱(chēng))技術(shù)實(shí)現回程，是目前世界最先進(jìn)和最具發(fā)展潛力的調制技術(shù)。它的實(shí)用價(jià)值就在于支持突破視距限制的應用，是一種在無(wú)線(xiàn)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(zhù)很好的免疫力?；爻探尤朦c(diǎn)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場(chǎng)所。COFDM技術(shù)能夠在“高速運動(dòng)中”、“非視通條件下”實(shí)現高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據的實(shí)時(shí)傳輸，可完成“運動(dòng)中和阻擋條件”下傳輸語(yǔ)音、數據、圖像等單、雙向網(wǎng)絡(luò )綜合業(yè)務(wù)，是寬帶無(wú)線(xiàn)接入回程網(wǎng)絡(luò )的最佳選擇。

3.2　現場(chǎng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)

應急現場(chǎng)指揮通信車(chē)，裝配應急升降桿、McWiLL基站及其核心網(wǎng)系統，通過(guò)McWiLL基站建立故障現場(chǎng)區域內的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)信號覆蓋，構建事故現場(chǎng)應急搶修的語(yǔ)音、視頻和數據的綜合接入通信通道，可將故障現場(chǎng)信息有效返回到應急現場(chǎng)指揮通信車(chē)，可進(jìn)行現場(chǎng)指揮。在McWiLL無(wú)線(xiàn)本地接入網(wǎng)的覆蓋范圍內每個(gè)搶修救援小組可以攜帶一套單兵系統進(jìn)行現場(chǎng)工作，附近的工作人員攜帶的無(wú)線(xiàn)筆記本，PDA和手機等單兵通信終端可以通過(guò)單兵系統進(jìn)行組內現場(chǎng)分析和上報。以單兵系統為通信中心組成的救援小組為電力應急無(wú)線(xiàn)通信系統提供了靈活的組網(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(jiàn)圖2)。

圖2　電力應急系統工作圖

在應急通信應用中，只有選用有效、高速、安全的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)才能真正發(fā)揮應急指揮系統快速反應、準確處理的特點(diǎn)，McWiLL寬帶無(wú)線(xiàn)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(diǎn)。