基于LTE-230M的合肥電力無線專網建設分析

陳小龍，張 謝，朱 慶，姜 紅

（國網合肥供電公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

近年來，電力產業(yè)的發(fā)展使智能電網日益普及，各地區(qū)用電需求不斷上升。無線專網技術憑借自身優(yōu)勢在電網建設中發(fā)揮了巨大作用，是未來配網全覆蓋、信息自動采集的關鍵。LTE-230M系統(tǒng)可實現配網自動化，能夠滿足LTE-230M建立無線專網的建設需求。該項目竣工后，整個基站的覆蓋范圍將擁有毫秒級精準負荷控制業(yè)務的能力。

1 LTE-230M電力無線專網需求分析

1.1 需求分析

為滿足近期毫秒級精準負荷控制業(yè)務需求，本項目計劃在國網安徽省合肥地區(qū)220 kV蓮花、220 kV紫云變以及合肥集控中心等地區(qū)，采用電力無線專網230 MHz頻段部署電力無線專網相關設備。涉及的設備包含3套核心網設備、1套網管系統(tǒng)與三層交換機、2臺BBU與6臺RRU等。項目竣工后，要求整個基站的覆蓋范圍內擁有足夠的毫秒級精準負荷控制業(yè)務能力。

分析LTE-230M電力無線專網的建設需求，具體如下：（1）該項目無線通信接入系統(tǒng)以提供精準負荷控制業(yè)務終端與精準負荷控制業(yè)務主站的通信服務為建設需求，要求系統(tǒng)中的核心網、基站、網元管理系統(tǒng)建設良好，系統(tǒng)擁有一定的擴展性，滿足后期精控技術需求；（2）系統(tǒng)應用分布式基站架構，BBU與RRU分別部署在變電站通信機房和天線塔上，要求核心網、網管系統(tǒng)與三層交換機部署在通信機房；（3）該項目建設應滿足國家工業(yè)與信息化部無線電管理局提出的設備使用頻段規(guī)定，確保系統(tǒng)通信處于223～226 MHz和229～233 MHz頻率范圍；（4）系統(tǒng)應支持不同廠家統(tǒng)一標準路線內設備開放接口的相互操作，基站與核心網需要通過電力系統(tǒng)認證中心的型式測試；（5）核心網設備應帶有容災能力，設備處于故障或過載狀態(tài)下可以將核心網切換至備用核心網，使其持續(xù)為用戶提供通信服務，因此建議使用N+1設備備板卡級容災能力[1]。

1.2 特點分析

應用載波聚合技術，使LTE-230M系統(tǒng)在數據傳輸中憑借基站的調度功能實現不同子載波的整合，從而解決頻帶資源的限制性問題。LTE-230M系統(tǒng)中，離散信道可以看成成員載波。應用動態(tài)調度技術可以對信道傳輸與變化情況進行資源分布與挑戰(zhàn)。LTE-230M無線專網具有3方面的應用優(yōu)勢。第一，覆蓋面積廣?；?30 MHz無線頻譜頻段，通過應用無線通信技術可在密集城區(qū)內使用，且專網運維成本較低，相關技術標準如表1所示。第二，可靠性、安全性較高。LTE-230M系統(tǒng)無線專網速度更快，可滿足配網自動化與用戶信息自動采集需求，推動了智能電網建設。第三，通信環(huán)境良好。該無線專網建設以解決配網問題為目的，可以更好地為當地提供服務。

2 基于LTE-230M的合肥電力無線專網建設研究

2.1 無線專網基站建設

eNodeB作為LTE系統(tǒng)的無線接入設備，擁有無線接入功能，其中包含空中接入管理、接入與移動性控制以及資源分配等功能。分布式基站中包含基帶控制單元BBU與射頻拉遠單元RRU兩種功能模塊。該模塊體積小，可以在站點靈活安裝，并滿足不同容量需求。LTE-230M系統(tǒng)的無線基站即eNodeb，需要為該區(qū)域提供無線覆蓋與終端接入控制服務。BBU與RRU集成一體化的基站和天線在基站建設中意義重大，其中定向天線的性能參數如表2所示。

表1 LTE-230M電力無線專網建設方案特點

表2 定向天線設備性能參數

BBU3910是基帶控制單元，包含以下幾種功能：（1）為基站提供S1接口與X2接口；（2）為RRU通信提供CPRI接口，實現上基帶與下基帶的信號處理；（3）可對整個LTE-230M電力基站系統(tǒng)展開集中管理，并對系統(tǒng)帶有操作維護功能和信令處理功能，可為系統(tǒng)提供U2020維護通道；（4）可為系統(tǒng)提供時鐘接口與監(jiān)控接口，對系統(tǒng)展開環(huán)境監(jiān)控，且具有USB加密特性，確保系統(tǒng)運行安全[2]。

2.2 核心網部署

LTE-230M系統(tǒng)核心網可以在通信機房內部署。核心網的硬件形態(tài)屬于機架式服務器，應用軟件主要有簽約數據管理模塊、業(yè)務數據處理模塊以及業(yè)務邏輯處理模塊3種。核心網同LTE-230M系統(tǒng)主站之間的通信需要利用光纖網絡IP接口實現，核心網設備需要完成業(yè)務數據的安全傳輸和網絡接入過程中的控制管理等業(yè)務。LTE-230M系統(tǒng)核心網可以采用統(tǒng)一的華為OSTA5.0（3U）為硬件，各部分功能模塊相關參數如下。第一，電源輸入模塊。LTE-230M系統(tǒng)核心網中需要2個電源輸入模塊，可以采用直流或交流供電方式，應用1+1或N+1備份模式，避免電源出現單點故障。第二，風扇模塊。LTE-230M系統(tǒng)核心網需要2個風扇模塊，采用前進后出的風道形式實現部件散熱，保證冷風從機框前端進入并從機框后端排出。該模塊的最大功耗為90 W。第三，多功能交換板MSXA。系統(tǒng)需要2塊多功能交換板，可實現操作維護和設備管理。每塊單板對外提供2個1GE Base端口和2個40GE eFabric端口[3]。

核心網與終端之間應用終端核心網雙向鑒權和信令完整性保護兩種空口安全技術。終端核心網雙向鑒權防止偽系統(tǒng)基站篡改或竊取終端數據，防止偽終端對系統(tǒng)網絡造成侵害。信令完整性保護避免高層控制信令被惡意篡改。基站和核心網之間S1鏈路使用IPSec加密作為空口安全技術。IPSec能夠保護2個eNodeB之間、eNodeB和核心網之間或者安全網關與eNodeB之間的數據流。

2.3 網管部署

LTE-230M系統(tǒng)中的網管需要對核心網、基站以及終端展開統(tǒng)一管理。網管由服務器與客戶端組成，其中臺式服務器屬于網管的硬件，而配置模塊、故障管理與性能管理等模塊屬于網管的軟件。加強對網管U2020的管理，通過遠程部署的管理方式，可使LTE-230M系統(tǒng)運行更加安全可靠。U2020/U2020網絡管理系統(tǒng)對華為eLTE-G基站和eCore網絡設備展開集中管理，通過客戶端/服務器工作方式提升軟件應用功能。第一，拓撲管理功能。構造網絡拓撲結構，監(jiān)控和管理網元組網狀態(tài)。第二，故障管理功能。監(jiān)控并查詢網絡警告，對設備故障展開實時定位。第三，配置管理功能。查看網元配置與資源利用情況。第四，性能管理。管理性能數據，評估網絡運營情況，保障網絡服務質量。第五，安全管理。對網管U2020進行權限控制，記錄其運行狀態(tài)。第六，軟件管理。提供軟件補丁，實時查詢或升級不同版本軟件的相關數據文件。LTE-230M系統(tǒng)終端模塊中，硬件包含內嵌式與外置式兩種。內嵌式模塊更加滿足我國國網運行標準，可以與專網負控終端、數據集中器和采集器終端相連。外置式模塊和以往的數傳電臺顯示能夠通過網口與終端相連。

3 結 論

針對安徽合肥某地區(qū)進行LTE-230M系統(tǒng)的無線專網建設研究，通過分析無線專網技術特點，對220 kV蓮花、220 kV紫云變、合肥集控中心等地區(qū)展開環(huán)境與地貌勘查，提出了相對完整的專網建設方案。從基站建設、核心網部署、網管部署等方面入手，實現了無線專網的全方位覆蓋，提升了合肥電網智能化發(fā)展水平。