移動通信在電力運輸?shù)膽?/h1>
時間：2022-01-15 03:24:55
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移動通信網(wǎng)絡進行信息交互。它們之間的信息渠道，要求具有移動性，需要廣域覆蓋，無盲區(qū)，而且需要能夠鑒別用戶身份，并對信息進行保密。我國的移動運營商目前有三家，中國移動、中國電信和中國聯(lián)通，分別提供基于TD-SCDMA，CDMA2000和WCDMA的移動通信服務。三種3G技術的區(qū)別主要在無線傳輸技術上，包括無線頻段、碼片速成率、下行鏈路信道的結構和網(wǎng)絡同步等。其網(wǎng)絡均為全國覆蓋，總覆蓋率相似，然而在偏遠地區(qū)或人口稀疏地區(qū)，各運營商網(wǎng)絡覆蓋率可能有較大區(qū)別。大型電力設備的運輸路線較長，往往需要穿越人口稀疏的公路或山區(qū)等無線網(wǎng)絡覆蓋較差的地區(qū)。在此過程中，不論數(shù)據(jù)通信設備接入哪家運營商的網(wǎng)絡，理論上都存在通信網(wǎng)絡失效（運營商的網(wǎng)絡在特定地點無法提供服務）的概率。假設三個運營商的覆蓋率相同，設此失效概率為n,則保持正常通信的概率為1-n。在數(shù)據(jù)通信終端設備上應用雙網(wǎng)雙待技術，可以同時訪問兩個不同運營商的網(wǎng)絡，在其中一個網(wǎng)絡失效的時候，可以使用另外一個網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。只有當兩個網(wǎng)絡同時失效時，數(shù)據(jù)通道才真正失效。在這種情況下，通信失效的概率為：n×n=n2，而保障正常通信的概率為：p=1-n2假設運營商網(wǎng)絡覆蓋率為99%，則n=1%，根據(jù)以上計算，單獨使用一個運營商網(wǎng)絡時保持正常通信的概率為99%，而采用雙網(wǎng)雙待技術，則可以將正常通信概率提高到99.99%。通過這一技術手段，可以有效提高無線信息通道的可靠性。
2利用SMS服務作為數(shù)據(jù)業(yè)務通道的補充
正常情況下，數(shù)據(jù)通信終端設備與管控平臺基于移動網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信。由于公網(wǎng)在某些特殊位置的數(shù)據(jù)通道質量不穩(wěn)定，尤其在運輸途中經(jīng)過農村或者山區(qū)時，盡管網(wǎng)絡覆蓋良好，數(shù)據(jù)服務經(jīng)常無法使用。在電力運輸管控系統(tǒng)中，采用SMS服務作為數(shù)據(jù)業(yè)務通道的補充來解決這一問題。下面以GSM網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)業(yè)務和短信業(yè)務的關系來介紹這一技術措施的原理和可行性。GSM空中接口的信道資源既可以用于話音業(yè)務或者GPRS（通用分組無線業(yè)務GeneralPacketRadioService）業(yè)務。在信道充足時，運營商把一些信道定義為GPRS專用信道，以保證GPRS業(yè)務不被話音搶占資源，能維持更好的連續(xù)性。但發(fā)生資源爭搶的時候，要為實時性要求高的話音業(yè)務保留高優(yōu)先權。SMS是短信業(yè)務（ShortMessageService）的簡稱，通過無線控制信道進行傳輸，經(jīng)短信中心完成存儲和轉發(fā)，每個短信容量限制為140個字節(jié)。與GPRS相比，短信發(fā)送的數(shù)據(jù)包更小，占用空閑的控制信道資源，需要的無線資源少，對網(wǎng)絡質量要求不高，是一種更可靠的信息傳遞業(yè)務。在收發(fā)數(shù)據(jù)量不大的條件下可以作為數(shù)據(jù)業(yè)務的替代方案。電力設備運輸質量實時監(jiān)控系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)信道無法及時傳送信息或者發(fā)生其它故障時，數(shù)據(jù)通信終端設備通過短信息業(yè)務上報關鍵的管控信息，短信傳輸成為數(shù)據(jù)業(yè)務中斷時一個良好的通信備份方案，也有效提高了系統(tǒng)的可用性。
3利用存儲重發(fā)機制保障數(shù)據(jù)完整性
數(shù)據(jù)通信終端設備通過移動網(wǎng)絡與管控中心進行通信，如果數(shù)據(jù)業(yè)務中斷，則使用短信業(yè)務進行交互；如果當前的移動網(wǎng)絡中斷，就切換到另一個網(wǎng)絡進行交互。以上兩種技術措施從移動通信技術的角度最大限度保障通信的連續(xù)性。但是，如果發(fā)生更極端的情況：兩個移動通信網(wǎng)絡都無法提供服務，此時數(shù)據(jù)通信設備無法實時向管控中心上報消息。在這種情況下，電力設備運輸質量管控系統(tǒng)設計使用了存儲重發(fā)機制保障數(shù)據(jù)完整性。其工作流程如圖2所示。圖2本地存儲重發(fā)流程圖利用存儲重發(fā)機制，系統(tǒng)能夠保證在通信中斷時能夠及時保存無法實時發(fā)送的運輸質量信息。即使發(fā)生長時間沒有網(wǎng)絡的極端惡劣通信環(huán)境，也依然可以保存全程的質量數(shù)據(jù)以備查詢。當無線通信網(wǎng)絡業(yè)務恢復時，數(shù)據(jù)通信終端設備立即將存儲信息發(fā)送給管控平臺，將監(jiān)控的實時性損失降到最低。
4在應用層通信協(xié)議中加入確認機制保障信息交付
在電力設備運輸質量在線管控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信終端設備收集各種運輸質量信息，通過移動通信網(wǎng)絡向管控中心上報。管控中心根據(jù)需要，向數(shù)據(jù)通信終端設備下發(fā)輔助信息或者變更參數(shù)、查看狀態(tài)等回控指令。這些回控指令能否被數(shù)據(jù)通信終端設備正確接收并處理，對于系統(tǒng)正常工作非常重要。為保障在無線信道上的信息交付，在應用層協(xié)議中對回控指令加入了確認機制。如果管控中心沒有在約定時間收到回控指令的確認，就會再次重復下發(fā)，直至收到確認。如果超過預定的時限依然無應答，系統(tǒng)認為與數(shù)據(jù)終端設備失去了聯(lián)系，設為異常狀態(tài)，并啟動相應的預警流程。在數(shù)據(jù)通信終端設備和管控中心的應用層通信中加入指令確認機制，可以及時發(fā)現(xiàn)通信故障，系統(tǒng)的預警機制可以迅速反應，有效地控制了通信中斷故障時間，減少由此帶來的風險和損失。
5綜合多種加密技術保障移動通信環(huán)境下的信息安全
5.1移動通信的加密和鑒權技術
[6]在GSM網(wǎng)絡通信中，移動終端、SIM卡、BTS基站、MSC交換機、數(shù)據(jù)庫HLR、鑒權AUC等全部網(wǎng)絡設備都需要參與加密算法、密鑰鑒權的流程，其中涉及到兩種密鑰、三種鑒權算法。GSM移動網(wǎng)絡的結構設計和加密算法全員參與保障了無線網(wǎng)絡通信的機密性、完整性和認證性。由于移動用戶與移動網(wǎng)絡是通過無線信道進行通信的，空中接口部分成為危險威脅的一部分。為此，移動通信網(wǎng)絡利用TMSI識別碼識別用戶，利用用戶語音信息編碼加密保護空中傳播時的信息安全。用戶的語音信息進行數(shù)字化后，要繼續(xù)進行編碼、交織和調制三個步驟再送無線發(fā)射器發(fā)射。編碼過程可以改善無線傳輸質量；調制是為了便于無線發(fā)射和傳輸；交織過程通過把數(shù)字化信息打散，重新組合，將有序信息離散化、隨機化，提高了非法破譯信道信息的難度，增強了信息的機密性。
5.2應用層加密技術
在系統(tǒng)通信過程中，有兩個關鍵部分是需要加強安全防護的，一是登錄管控中心服務器時的用戶名和密碼的機密性；二是數(shù)據(jù)通信終端設備向管控中心提交的數(shù)據(jù)內容的保密性和完整性。移動通信的信號傳播途徑一部分在空中，會受到天氣、電磁等干擾。為加固對這兩種信息的安全保護，系統(tǒng)采用了HTTPS通信協(xié)議。HTTPS通信協(xié)議可以保證：客戶端產生的密鑰只有客戶端和服務器端能得到；加密的數(shù)據(jù)只有客戶端和服務器端才能得到明文；客戶端到服務端的通信是安全的。電力設備運輸質量在線管控系統(tǒng)的管控中心服務器采用HTTPS協(xié)議，可以保障用戶名和密碼的保密性以及數(shù)據(jù)通信終端上報信息內容的安全。
6結語
大型電力設備運輸質量的在線管控依賴于在移動環(huán)境下穩(wěn)定可靠的通信保障。移動中的數(shù)據(jù)通信終端通過公用移動通信網(wǎng)絡與管控中心進行通信，必須通過一些技術手段和方法提高通信的可靠性，保證信息的完整性和安全性。通過本文中以上所論述的5種技術手段和方法的應用，在公用無線通信網(wǎng)的基礎上提供了適合電力設備運輸質量在線管控要求的移動通信信道，從而為保障整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力支撐。工業(yè)和信息化部電信研究院泰爾管理研究所工程師。
本文作者:武蘭民段小兵張曉鵬趙銳趙飛王旭工作單位:國家電網(wǎng)公司