基于LPWAN技术的能源电力物联专网分析

苟 亮，贾俊强，曹 澍

（国网新疆电力有限公司信息通信公司，新疆 乌鲁木齐 831002）

0 引 言

近年来我国科学技术发展迅速，促进了各个行业的进一步发展。其中，能源电力系统方面已有大范围的通信专网建成并投入使用，使得电力生产业务关键节点的数据连接得以实现。我国进入能源互联网时代后，电气设备温度、智能表计量数据以及用户电气运行状态等相关方面的工作，都需要更加广泛的数据连接支持。

1 LPWAN技术的应用优势

1.1 成本较低

LPWAN物联网技术与传统的蜂窝基站相比，低成本的优势明显。它的网络建设成本只有后者的不到10%，且传感终端连接芯片的成本也大幅降低，购买成本通常不到5美元，最便宜的芯片购买成本甚至只有1美元。预计该技术的规模基础可以达到数十亿级，因此购买芯片的成本还会进一步下降，最终达到美分级别。可见，LPWAN物联网技术在网络部署和终端连接方面具有明显的成本优势，能够有效推动小数据连接，进而实现海量级规模的物联网，最终推动能源互联网的发展与应用。

1.2 功耗较低

LPWAN物联网技术与传统的物联网技术相比，能够实现更长时间的待机，因为该技术中有各种PSM（节电模式）技术进行辅助。比如，通过eDRX和PSM两种技术可以使NB-loT实现更长时间的待机。终端在PSM模式下虽然注册在网，但是不能传达信令，这样终端在深睡眠状态中停留的时间会更长，从而实现省电和超长待机的目的。而eDRX等功能能够进一步延长空闲模式下终端的睡眠周期，从而最大程度减少相关单元不必要的启动，大幅提升下行可达性。

2 云管端一体化LPWAN技术运营级网络方案分析

2.1 无线物联网网关

在泛感知传感连接中，无线物联网网关（IWG）是第一级，主要作用是实现海量泛感知小数据的物理层连接功能。无线物联网网关实际上是一种物联无线微基站，与传统公网宏基站存在很大不同，其中最明显的无线物联网网关投资少、耗能低，且能够随时随地部署，即装即用，有利于进一步扩展物联网网络。

2.2 多业务平台

多业务平台（MSP）在物联专网中具有重要作用，本质是一个核心管理系统。多业务平台可以汇集物联网泛感知连接的海量小数据，并对其进行分析和管理。多业务平台需要实现多方面的功能，如物联网无线通信底层协议以及扩展、数据的加密和解密以及解压缩等。多业务平台与公网（专网）高速宽带网之间的连接主要通过云化网络进行，能够接收来自无线物联网网关的数据信息[1]。

2.3 认证中心

对于能源电力物联网来说，数据的安全性是重中之重。认证中心（AUC）的主要作用是对传感终端的接入进行鉴权认证，并生成相应的密匙。在电力专用加密芯片中可以嵌入终端模块，同时能够构建私有保密协议，从而充分保障网络的接入和业务安全。

2.4 网络管理系统

运营级的物联网系统需要对整个网络进行电信级管理，即具备轻量化和高效率特点，从而为整个网络的运营和维护提供相应的服务。

2.5 位置计算服务器

在能源电力物联专网中，有一些小数据需要连接具备一定的移动性，且需要为其提供一定的位置服务。位置计算服务器（LCS）的主要功能就是提供定位服务，且其具有低成本和低功耗的特点[2]。

2.6 业务运营支撑系统

业务运营支撑系统是运营级能源电力物联网专网的重要组成部分，主要包括用户管理系统、客户管理系统、流量管理系统以及账单系统等分系统。物联网业务运营功能的实现主要依靠BOSS，能够服务整个行业的客户。

3 一网共平台多业务应用分析

3.1 四表合一应用

在物联网应用过程中，抄表一直都是非常重要的应用方向。近些年，智能电表在智能电网大规模建设发展背景下得到了广泛应用。但是，在实际生活中，水表、热表等物联网泛在连接常常会受到信号覆盖、功率等问题的影响。针对这个问题，我国国家电网公司、水气热等公用事业公司与各个地区的地方政府相配合，对“四表合一”的具体方法进行了研究和探索，最终使用能源电力物联专网制定出更加灵活简便的解决方案，详情见图1。各种水热电气表可以通过以LPWAN技术为基础的能源电力物联专网，随时随地灵活接入，实现“四表合一”。

图1 四表集抄业务应用

3.2 源网荷互动应用

在能源互联网发展过程中，源网荷互动应用是重要方向之一。它的服务对象主要是广大城乡电力用户，能源电力物联专网基于LPWAN技术，因此能够对分布式发电系统和微网、各种类型的用户负荷电器方便地进行连接，从而充分实现源网荷互动业务应用。如图2所示，在智慧生态岛上，将具有LPWAN终端的智能插座安装到用户负荷电器，并将LPWAN终端控制器安装到分布式发电系统，能够实现源网荷的互动连接。

图2 源网荷互动业务应用示意

4 结 论

现阶段，通过有效融合电力通信专网和LPWAN技术，并对运营级能源电力物联专网进行云管一体化设计，能够有效实现传感器的灵活部署，从而低成本、快捷以及广泛部署以往被忽视的小数据连接点以及与小数据特点相符合的数据，有效提高能源电力生产运营服务质量和运维效率，最终促进智慧能源互联网更好地发展。