移动通信在电力运输的应用

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1利用双网双待技术提高信息通道可靠性

数据通信设备作为系统的信息中转站，与管控中心通过移动通信网络进行信息交互。它们之间的信息渠道，要求具有移动性，需要广域覆盖，无盲区，而且需要能够鉴别用户身份，并对信息进行保密。我国的移动运营商目前有三家，中国移动、中国电信和中国联通，分别提供基于TD-SCDMA，CDMA2000和WCDMA的移动通信服务。三种3G技术的区别主要在无线传输技术上，包括无线频段、码片速成率、下行链路信道的结构和网络同步等。其网络均为全国覆盖，总覆盖率相似，然而在偏远地区或人口稀疏地区，各运营商网络覆盖率可能有较大区别。大型电力设备的运输路线较长，往往需要穿越人口稀疏的公路或山区等无线网络覆盖较差的地区。在此过程中，不论数据通信设备接入哪家运营商的网络，理论上都存在通信网络失效（运营商的网络在特定地点无法提供服务）的概率。假设三个运营商的覆盖率相同，设此失效概率为n,则保持正常通信的概率为1-n。在数据通信终端设备上应用双网双待技术，可以同时访问两个不同运营商的网络，在其中一个网络失效的时候，可以使用另外一个网络进行数据交换。只有当两个网络同时失效时，数据通道才真正失效。在这种情况下，通信失效的概率为：n×n=n2，而保障正常通信的概率为：p=1-n2假设运营商网络覆盖率为99%，则n=1%，根据以上计算，单独使用一个运营商网络时保持正常通信的概率为99%，而采用双网双待技术，则可以将正常通信概率提高到99.99%。通过这一技术手段，可以有效提高无线信息通道的可靠性。

2利用SMS服务作为数据业务通道的补充

正常情况下，数据通信终端设备与管控平台基于移动网络进行数据通信。由于公网在某些特殊位置的数据通道质量不稳定，尤其在运输途中经过农村或者山区时，尽管网络覆盖良好，数据服务经常无法使用。在电力运输管控系统中，采用SMS服务作为数据业务通道的补充来解决这一问题。下面以GSM网络的数据业务和短信业务的关系来介绍这一技术措施的原理和可行性。GSM空中接口的信道资源既可以用于话音业务或者GPRS（通用分组无线业务GeneralPacketRadioService）业务。在信道充足时，运营商把一些信道定义为GPRS专用信道，以保证GPRS业务不被话音抢占资源，能维持更好的连续性。但发生资源争抢的时候，要为实时性要求高的话音业务保留高优先权。SMS是短信业务（ShortMessageService）的简称，通过无线控制信道进行传输，经短信中心完成存储和转发，每个短信容量限制为140个字节。与GPRS相比，短信发送的数据包更小，占用空闲的控制信道资源，需要的无线资源少，对网络质量要求不高，是一种更可靠的信息传递业务。在收发数据量不大的条件下可以作为数据业务的替代方案。电力设备运输质量实时监控系统中，在数据信道无法及时传送信息或者发生其它故障时，数据通信终端设备通过短信息业务上报关键的管控信息，短信传输成为数据业务中断时一个良好的通信备份方案，也有效提高了系统的可用性。

3利用存储重发机制保障数据完整性

数据通信终端设备通过移动网络与管控中心进行通信，如果数据业务中断，则使用短信业务进行交互；如果当前的移动网络中断，就切换到另一个网络进行交互。以上两种技术措施从移动通信技术的角度最大限度保障通信的连续性。但是，如果发生更极端的情况：两个移动通信网络都无法提供服务，此时数据通信设备无法实时向管控中心上报消息。在这种情况下，电力设备运输质量管控系统设计使用了存储重发机制保障数据完整性。其工作流程如图2所示。图2本地存储重发流程图利用存储重发机制，系统能够保证在通信中断时能够及时保存无法实时发送的运输质量信息。即使发生长时间没有网络的极端恶劣通信环境，也依然可以保存全程的质量数据以备查询。当无线通信网络业务恢复时，数据通信终端设备立即将存储信息发送给管控平台，将监控的实时性损失降到最低。

4在应用层通信协议中加入确认机制保障信息交付

在电力设备运输质量在线管控系统中，数据通信终端设备收集各种运输质量信息，通过移动通信网络向管控中心上报。管控中心根据需要，向数据通信终端设备下发辅助信息或者变更参数、查看状态等回控指令。这些回控指令能否被数据通信终端设备正确接收并处理，对于系统正常工作非常重要。为保障在无线信道上的信息交付，在应用层协议中对回控指令加入了确认机制。如果管控中心没有在约定时间收到回控指令的确认，就会再次重复下发，直至收到确认。如果超过预定的时限依然无应答，系统认为与数据终端设备失去了联系，设为异常状态，并启动相应的预警流程。在数据通信终端设备和管控中心的应用层通信中加入指令确认机制，可以及时发现通信故障，系统的预警机制可以迅速反应，有效地控制了通信中断故障时间，减少由此带来的风险和损失。

5综合多种加密技术保障移动通信环境下的信息安全

5.1移动通信的加密和鉴权技术

[6]在GSM网络通信中，移动终端、SIM卡、BTS基站、MSC交换机、数据库HLR、鉴权AUC等全部网络设备都需要参与加密算法、密钥鉴权的流程，其中涉及到两种密钥、三种鉴权算法。GSM移动网络的结构设计和加密算法全员参与保障了无线网络通信的机密性、完整性和认证性。由于移动用户与移动网络是通过无线信道进行通信的，空中接口部分成为危险威胁的一部分。为此，移动通信网络利用TMSI识别码识别用户，利用用户语音信息编码加密保护空中传播时的信息安全。用户的语音信息进行数字化后，要继续进行编码、交织和调制三个步骤再送无线发射器发射。编码过程可以改善无线传输质量；调制是为了便于无线发射和传输；交织过程通过把数字化信息打散，重新组合，将有序信息离散化、随机化，提高了非法破译信道信息的难度，增强了信息的机密性。

5.2应用层加密技术

在系统通信过程中，有两个关键部分是需要加强安全防护的，一是登录管控中心服务器时的用户名和密码的机密性；二是数据通信终端设备向管控中心提交的数据内容的保密性和完整性。移动通信的信号传播途径一部分在空中，会受到天气、电磁等干扰。为加固对这两种信息的安全保护，系统采用了HTTPS通信协议。HTTPS通信协议可以保证：客户端产生的密钥只有客户端和服务器端能得到；加密的数据只有客户端和服务器端才能得到明文；客户端到服务端的通信是安全的。电力设备运输质量在线管控系统的管控中心服务器采用HTTPS协议，可以保障用户名和密码的保密性以及数据通信终端上报信息内容的安全。

6结语

大型电力设备运输质量的在线管控依赖于在移动环境下稳定可靠的通信保障。移动中的数据通信终端通过公用移动通信网络与管控中心进行通信，必须通过一些技术手段和方法提高通信的可靠性，保证信息的完整性和安全性。通过本文中以上所论述的5种技术手段和方法的应用，在公用无线通信网的基础上提供了适合电力设备运输质量在线管控要求的移动通信信道，从而为保障整个系统的安全稳定运行提供了有力支撑。工业和信息化部电信研究院泰尔管理研究所工程师。

本文作者:武兰民段小兵张晓鹏赵锐赵飞王旭工作单位:国家电网公司