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3G和4G無線通信技術(shù)在電力ICT網(wǎng)絡(luò)模式中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-06-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/154626.htm

表2 2G 和3G 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率
表2 2G 和 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率

  比較表1 和表2 的數(shù)據(jù)可知,2G 的數(shù)據(jù)傳輸速率無法滿足傳輸較為清晰、連續(xù)的視頻流的要求, 相對(duì)于2G 在數(shù)據(jù)速率上有了很大提高,視頻電話、在線電視等多媒體服務(wù)已成功用于。但是傳輸更為清晰流暢、質(zhì)量更高的視頻,同時(shí)在高速移動(dòng)環(huán)境下仍能保持高數(shù)據(jù)速率的通信,均對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)提出更高的要求。

  LTE 項(xiàng)目是3G 的演進(jìn),始于2004 年3GPP的多倫多會(huì)議。LTE 并非 技術(shù),而是3G 與技術(shù)之間的一個(gè)過渡,是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn),它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G 的空中接入技術(shù),采用OFDM 和MIMO 作為其演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

  LTE 的峰值數(shù)據(jù)速率為上行50 Mbit/s,下行100 Mbit/s.被業(yè)界普遍認(rèn)為是 標(biāo)準(zhǔn)的LTEAdvanced,考慮的峰值速率上行達(dá)到500 Mbit/s,下行1 Gbit/s。如此高的傳輸速率,能夠傳送圖像質(zhì)量更好的視頻流,提供更為豐富的多媒體服務(wù)。

  同時(shí),在保證數(shù)據(jù)可靠性、降低誤碼率方面,4G 系統(tǒng)不僅采用信道編碼、交織等技術(shù),還采用HARQ進(jìn)行鏈路差錯(cuò)控制。

  HARQ 將FEC 和ARQ 兩種差錯(cuò)控制技術(shù)相結(jié)合, 綜合了FEC 方式的高通過率和ARQ 方式的高可靠性。HARQ 通信系統(tǒng)是在一個(gè)ARQ系統(tǒng)中包含一個(gè)FEC子系統(tǒng),如圖3 所示。

圖3 HARQ系統(tǒng)原理
圖3 HARQ系統(tǒng)原理

  常FEC 部分用來糾正信道中經(jīng)出現(xiàn)的錯(cuò)誤,以減少重傳次數(shù)進(jìn)而提高系統(tǒng)通過率;ARQ 部分的作用是糾正那些不常出現(xiàn)的、FEC不能糾正的錯(cuò)誤,即當(dāng)校驗(yàn)結(jié)果正確時(shí),往發(fā)送端反饋ACK信號(hào),當(dāng)校驗(yàn)錯(cuò)誤時(shí),則往發(fā)送端反饋NACK 包。

  2.4 智能電網(wǎng)

  智能電網(wǎng)起源于1998-2002 年美國(guó)電科院推動(dòng)的復(fù)雜交互式/系統(tǒng),該系統(tǒng)試圖為電網(wǎng)開發(fā)一個(gè)中央神經(jīng)系統(tǒng),以提高調(diào)度員對(duì)故障的判斷能力。經(jīng)過幾年的發(fā)展,智能電網(wǎng)已經(jīng)得到世界各國(guó)的認(rèn)可。尤其是近年,智能電網(wǎng)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段,2009 年5 月19日,美國(guó)能源部公布了第一批智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn);《IEEE 2030指南:能源技術(shù)及信息技術(shù)與系統(tǒng)(EPS)、最終及負(fù)載的智能電網(wǎng)互操作》(P2030)也將于近期討論和公布,芯片廠商英特爾將主持2009 年6月3-5日在加州圣克拉拉舉行的首次會(huì)議,討論這份智能電網(wǎng)指南,內(nèi)容包括智能網(wǎng)格的定義、拓?fù)洹⒒ゲ僮餍?、最終、接口和集成等。在中國(guó),智能電網(wǎng)技術(shù)也受到了政府和企業(yè)的高度重視,國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極地開展智能電網(wǎng)的研究和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作。

 智能電網(wǎng)目前并沒有一個(gè)公認(rèn)的定義,但是大家普遍認(rèn)為它不是局部的解決方案,而是著眼于未來電網(wǎng)的發(fā)展前景。它將實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、配電、儲(chǔ)能和用電完全自動(dòng)的配置和管理,使電網(wǎng)變成一個(gè)高速、雙向、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、交互的網(wǎng)絡(luò)。

  為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)全自動(dòng)化,需要采用先進(jìn)的以保證信息高效傳輸。在系統(tǒng)的通信傳輸通道種類繁多,有銅芯線、線載波、微波中繼、光纖通信等。通過應(yīng)用這些載體,以及引入新的網(wǎng)絡(luò),智能電網(wǎng)可以在更廣的范圍實(shí)現(xiàn)更多的信息和應(yīng)用的連接和集成,使數(shù)據(jù)在整個(gè)電力系統(tǒng)的不同主體及不同的應(yīng)用系統(tǒng)間進(jìn)行傳輸,滿足智能電網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)的要求。

  4G WiMAX、3G 語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信都可用于智能電網(wǎng),它們的特點(diǎn)是:均為雙向通信系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)智能電表的數(shù)據(jù)采集和控制;部署較靈活、方便,通過用戶附近的基站就可實(shí)現(xiàn)智能電表的接入;具有較好的傳輸帶寬,可以實(shí)現(xiàn)較高速率的數(shù)據(jù)傳輸;無線覆蓋面廣,可以應(yīng)用于不具備有線通信條件或有線通信無法滿足需求的情況,成為智能電網(wǎng)中有線的有益補(bǔ)充。目前,國(guó)外公司已經(jīng)展開這方面的應(yīng)用,美國(guó)通用電氣公司已經(jīng)制造了采用WiMAX技術(shù)的智能電表,使用的是英特爾的WiMAX 芯片。

  3. 基于3G 和4G 技術(shù)的電力網(wǎng)絡(luò)中的安全

  與有線通信方式相比, 無線通信的信息安全問題更為突出:信道開放,無法阻止攻擊者竊聽,惡意修改并轉(zhuǎn)發(fā);無線傳播會(huì)因多種原因造成信號(hào)衰減,導(dǎo)致信息丟失;需要經(jīng)常移動(dòng)設(shè)備,設(shè)備容易丟失或失竊; 用戶不必與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)際性的連接,使得攻擊者偽裝成合法用戶更為容易。

  4G 網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于2G 和3G 網(wǎng)絡(luò)在信息安全方面有了很多改進(jìn),設(shè)有二層保護(hù):第一層為接入網(wǎng)(E -UTRAN), 由eNB 和UE 提供RRC(RadioResource Control,無線資源控制)信令完整性保護(hù)和機(jī)密性保護(hù);第二層為核心網(wǎng)(EPC),由MME和UE 執(zhí)行NAS信令的加密和完整性保護(hù)。無線鏈路和核心網(wǎng)有各自的密鑰,以下安全措施能夠保證接入到電力 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全性。

  1)擁有網(wǎng)絡(luò)和用戶間的雙向認(rèn)證,使攻擊者無法偽裝成合法用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或竊取合法用戶信息, 非法基站無法偽裝成接入點(diǎn)騙取用戶的接入,從而獲得用戶上傳的信息。

  2)使用安全算法對(duì)用戶數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。

  3)eNB 和核心網(wǎng)之間有安全聯(lián)盟,相鄰的eNB 之間也有安全聯(lián)盟。

  4)4G 核心網(wǎng)與電力 網(wǎng)絡(luò)間設(shè)置防火墻,實(shí)現(xiàn)2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的隔離,同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)間傳輸信息的安全性。

  4. 結(jié)束語(yǔ)

  移動(dòng)通信從3G 發(fā)展到4G,數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高,提供的業(yè)務(wù)向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)電視、視頻通話等多媒體IP 方向發(fā)展,業(yè)務(wù)種類更多,服務(wù)質(zhì)量更高。未來的電力ICT 網(wǎng)絡(luò),將是一個(gè)高帶寬、IP 化、多級(jí)QoS保障、提供多種業(yè)務(wù)的信息通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。無線通信網(wǎng)絡(luò)可以作為其有線網(wǎng)絡(luò)的延伸,提供更豐富、靈活和方便的接入方式,從多方面滿足電力ICT 網(wǎng)絡(luò)無線通信的需求。


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