一．引言

中國共產(chǎn)黨的十六大報告指出：信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。形成以高新技術產(chǎn)業(yè)為先導、基礎產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)為支撐、服務業(yè)全面發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。電力行業(yè)也要信息化，電能表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是很好的應用。

現(xiàn)有的電能表集抄模式由于受到技術、經(jīng)濟的制約，還存在著諸如220V低壓電網(wǎng)的諧波干擾問題；掌上機紅外抄表的人工問題；自建網(wǎng)絡的費用、維護問題；電信電話的資費問題；無線網(wǎng)絡的傳輸質(zhì)量與速率問題等等。為了尋求一種能夠較好地解決這些問題的通訊方式，我們將目光轉(zhuǎn)向了寬帶網(wǎng)。

近年來，隨著全球信息化、信息數(shù)字化的飛速發(fā)展，我國在信息產(chǎn)業(yè)方面投入了巨大的人力和物力，提出了“千兆到小區(qū)，百兆到樓層，十兆到家庭”的目標，并取得了可喜的成績。許多城市和地區(qū)為了打造“數(shù)字信息港”都在花巨資加強基于IP技術的網(wǎng)絡基礎設施建設，并且已經(jīng)解決了“最后一公里”的接入問題，為在網(wǎng)絡上構建適應不同需求的應用服務及培育良好的電子商務市場環(huán)境打下了堅實的基矗因此充分利用快捷、可靠、免維護和相對廉價、并且逐步降價的公共有線網(wǎng)絡來傳輸電能表信息，是電能表集抄未來發(fā)展的一大趨勢，也是城市信息港計劃中增值服務的重要組成部分。

二．網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)的工作原理

網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集設備、數(shù)據(jù)上網(wǎng)設備、寬帶網(wǎng)及集抄主站（包括前臺軟件、后臺數(shù)據(jù)庫）組成。其中數(shù)據(jù)采集設備也即采集終端，它既可以采集脈沖式電子表的脈沖輸出并將其轉(zhuǎn)換為電能表數(shù)據(jù)，又可以采集多功能表通過485口輸出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)上網(wǎng)設備是指網(wǎng)絡通訊服務器或IP服務器，它具有將采集終端發(fā)出的數(shù)據(jù)打包成符合相關網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)包、并進行雙向傳輸?shù)墓δ堋拵ЬW(wǎng)具有在集抄主站計算機與電能表之間傳輸數(shù)據(jù)的功能，其中的網(wǎng)絡監(jiān)視儀具有監(jiān)視系統(tǒng)運行情況、確定故障點、劃分維護職責的功能；網(wǎng)絡終端集線器是網(wǎng)絡運營商（Internet Service Provider，簡稱ISP）在各住宅樓單元內(nèi)的終端設備，通信服務器通過它接入寬帶網(wǎng)。而集抄主站具有處理各種數(shù)據(jù)并與計費系統(tǒng)相連的功能。

網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)的工作原理及數(shù)據(jù)流程如圖1所示。采集終端對采集到的電能表數(shù)據(jù)進行處理和儲存，等待后臺定時或隨時發(fā)出命令后，將數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡通訊服務器，經(jīng)其處理變成符合相關網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)流，傳送至供電局集中抄表主站。抄表主站對所抄收數(shù)據(jù)進行簡單的統(tǒng)計計算，以供抄表專工進行初步的分析判斷，并最終將數(shù)據(jù)送到用電計費系統(tǒng)。由此可見，網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)在短時間內(nèi)就能完成大面積、乃至全市的抄表、計費工作。同時，對重點企業(yè)或需要監(jiān)視的用戶可設置階段性采集和隨機采集，以滿足監(jiān)控需要。

圖1. 網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)工作原理

值得一提的是，在需要進行網(wǎng)絡集抄的區(qū)域，如果采集終端不能就近上網(wǎng)，還可采用“高速PLC”系統(tǒng)以解決“最后一公里”的接入問題。PLC即電力線通信技術(Power Line Communication Technology)，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。“高速PLC”系統(tǒng)由PLC調(diào)制解調(diào)器、PLC路由器及中繼器等設備組成，這些設備的傳輸速率可達2～45Mbps。PLC調(diào)制解調(diào)器的作用與普通MODEM類似，負責將采集終端發(fā)出的數(shù)據(jù)打包并傳輸?shù)诫娏€上。PLC路由器安裝在配電變壓器旁，負責收集各相配電線上由PLC調(diào)制解調(diào)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，然后通過光纖等高速通信手段將數(shù)據(jù)送到Internet上。當PLC調(diào)制解調(diào)器與PLC路由器之間的通信距離超過300米時，還可以使用中繼器對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行信號放大。[1]

三．網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)中的安全措施

網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)的正常運行需要具備以下條件：

(1) 豐富的IP地址資源，如：小區(qū)局域網(wǎng)或公網(wǎng)上的VPN等；
(2) 能防范各種專業(yè)入侵者的非法活動；
(3) 能及時、自動判別系統(tǒng)故障點，確定出故障的設備。

為此，網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集終端、網(wǎng)絡通信服務器及寬帶網(wǎng)三個方面分別采取了不同的措施，以保障自身的安全運行。

1．數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端中的數(shù)據(jù)存儲和傳輸采用了專門的編碼規(guī)則，由于編碼規(guī)則對外保密且是行業(yè)內(nèi)部機密，攻擊者不知道編碼規(guī)則就無法恢復竊取到的數(shù)據(jù)。

行業(yè)內(nèi)部機密，攻擊者不知道編碼規(guī)則就無法恢復竊取到的數(shù)據(jù)。

2．網(wǎng)絡通訊服務器

隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，Internet已深入千家萬戶，特別是隨著寬帶網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，設備低成本地接入Internet已經(jīng)成為趨勢，這些都為普及包括網(wǎng)絡集中抄表在內(nèi)的各類網(wǎng)絡應用創(chuàng)造了條件。通信服務器通過將RS232/485/422等串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，解決了普通串口設備在Internet/Intranet上的通信問題。通信服務器一般都具有一個10 Mbps 以太網(wǎng)接口，可以直接和以太網(wǎng)連接；一個或多個RS232串行接口，可以擴展為RS485等其它形式的串口，用于連接終端設備。

網(wǎng)絡通信服務器的安全措施包括：

(1) 專門設計的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：服務器中有專門的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，攻擊者由于無法得知協(xié)議的細節(jié)，很難從協(xié)議方面進行攻擊。

(2) 數(shù)據(jù)加密機制：在專有通信協(xié)議的基礎上，服務器同時對傳輸數(shù)據(jù)進行了加密，攻擊者在不知道加密算法及加密密碼的情況下，很難得到明文數(shù)據(jù)。

(3) 密碼認證機制：服務器中設計了密碼認證機制，密碼傳輸全部采用密文傳輸，充分保證了系統(tǒng)安全性。

3.虛擬專用網(wǎng)(VPN)

為充分利用網(wǎng)絡資源，獲得經(jīng)濟、靈活的連網(wǎng)方式，節(jié)省用戶在設備、人員和管理方面的投資，網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)采用了基于MPLS的VPN解決方案。

虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network ，簡稱VPN）是網(wǎng)絡運營商利用公眾網(wǎng)的資源為客戶構成專用網(wǎng)的一種業(yè)務。VPN有兩層含義：一、它是虛擬的網(wǎng)，即沒有固定的物理連接，網(wǎng)絡只有用戶需要時才建立；二、它是利用公眾網(wǎng)設施構成的專用網(wǎng)。VPN兼?zhèn)淞斯娋W(wǎng)和專用網(wǎng)的許多特點，將公眾網(wǎng)可靠的性能、豐富的功能與專用網(wǎng)的靈活、高效結(jié)合在一起，是介于公眾網(wǎng)與專用網(wǎng)之間的一種網(wǎng)絡。

MPLS（Multiprotocol Label Switching）即多協(xié)議標記交換，它屬于引入了基于標記機制的第三層交換技術。MPLS把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡的路徑。在MPLS網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的沿途并非按照IP 包頭，而是通過交換標簽來實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡時，數(shù)據(jù)包被解開封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達目的地。在網(wǎng)絡邊緣的節(jié)點被稱作標簽邊緣路由器(LER)，而網(wǎng)絡的核心節(jié)點則被稱為標簽交換路由器 (LSR)。LER節(jié)點在MPLS網(wǎng)絡中完成的是IP包的進入和退出過程，LSR節(jié)點在網(wǎng)絡中提供高速交換功能。在MPLS節(jié)點之間的路徑就是標簽交換路徑(LSP)。一條LSP可以看作是一條貫穿網(wǎng)絡的單向隧道。

網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)所采用的基于MPLS的VPN，可以通過BGP（邊界網(wǎng)關協(xié)議）技術保證網(wǎng)絡的安全性。BGP是一種路由信息分布協(xié)議，規(guī)定了網(wǎng)絡節(jié)點間通信的協(xié)議和屬性。VPN的成員屬性由進入VPN的邏輯端口號和分配給每個VPN的唯一RD（路由標志：Route Distinguisher）決定。最終用戶并不知道RD的值，只有通過預先定義的端口才能參與VPN的通信。在基于MPLS的VPN中，BGP僅僅在更新了VPN站點的LSR之間交換FIB（Forwarding Information base）表更新，這樣可以保證每個LSR只保存與自己相關的FIB表和VPN的信息。由于每個用戶的邏輯端口決定了他的RD，而這個RD是在VPN定義時與某個VPN唯一相關聯(lián)的，因此用戶只能訪問與他相關聯(lián)的VPN，即他只能意識到這個VPN的存在。既然每個VPN定義了唯一的一個RD，將每個RD和VPN的IP地址相結(jié)合，這對于每個節(jié)點就是唯一的。VPN的IP地址的入口信息被存儲在VPN相關節(jié)點的FIB中，VPN的IP轉(zhuǎn)發(fā)表中包含與VPN地址相對應的標記。這些標記將流量路由到它應去的節(jié)點。由于標記代替了IP地址，用戶無需使用NAT（Net Address Translation）或ISP提供的地址，而保留自已的私有地址。由于使用RD和BGP來實現(xiàn)VPN的互連，不同的VPN之間根本意識不到其他VPN的存在，如果需要連接到Extranet VPN，只需通過RD定義兩個VPN之間的信任關系即可。

不僅如此，MPLS還支持防火墻技術以及高應用加密。可見，MPLS VPN主要是靠核心的軟件技術來保證網(wǎng)絡的安全性。它所提供的路由信息分發(fā)限制和MD5路由認證技術，使用戶所依賴的公眾網(wǎng)成為可以信任的網(wǎng)絡。出于安全性的考慮，在PE（網(wǎng)絡運營商邊緣路由器）與CE（用戶邊緣路由器）之間可做適當?shù)脑L問控制：CE可以不允許從PE Telnet到CE路由器，即用戶側(cè)數(shù)據(jù)完全可由用戶側(cè)自己進行維護處理；同時位于局端的PE也不允許CE Telnet到PE路由器。

四．網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)中的常見問題

1．供電局內(nèi)部網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡互聯(lián)：

如上所述，網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)中的供電局集抄主站是以ISP所提供的VPN為通道進行遠程自動抄表的，因此它與供電局的外網(wǎng)是相通的。同時，集抄主站又需要與供電局用電營業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，以及為供電局相關部門瀏覽抄表信息提供數(shù)據(jù)來源，所以它與供電局內(nèi)網(wǎng)也是相通的。因為內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)對網(wǎng)絡適配器（即網(wǎng)卡）的屬性配置有不同的要求，所以如果主站計算機只有一塊網(wǎng)卡，在集抄主站軟件與外網(wǎng)的采集終端通訊或與內(nèi)網(wǎng)的用電營業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換之間，就需要改變網(wǎng)卡的屬性，對于Win98操作系統(tǒng)甚至還需要重新啟動計算機。要解決這一問題，一種比較簡單且投資少的方法是為主站計算機安裝兩塊網(wǎng)卡，它們分別與供電局內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)相連。與內(nèi)網(wǎng)相連的網(wǎng)卡，其IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關等屬性應該按照供電局企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的要求去配置；與外網(wǎng)相連的網(wǎng)卡，則必須按ISP所提供的IP屬性去配置。大多數(shù)供電局為了保證其局域網(wǎng)的安全，一般都要求企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)進行物理隔離。為此可以在主站計算機與外網(wǎng)采集終端的通訊完成后，將外網(wǎng)網(wǎng)線拔掉，以實現(xiàn)供電局內(nèi)、外網(wǎng)的物理隔離。

2．多家網(wǎng)絡運營商的VPN互聯(lián)：

當網(wǎng)絡集抄的采集終端分布在不同ISP的網(wǎng)絡中時，為與這些采集終端通訊，供電局集抄主站也應與這些采集終端位于同一VPN中。因此，首先每個相關ISP都應鋪設一條線路到供電局，并經(jīng)路由器與該供電局的交換機相連，以保證供電局集抄主站在物理上位于各家網(wǎng)絡中。其次在各家網(wǎng)絡公司所連的路由器上，城域網(wǎng)側(cè)端口的IP地址設為該網(wǎng)絡公司所給定的VPN IP地址，供電局局域網(wǎng)側(cè)端口的IP地址設為供電局內(nèi)部網(wǎng)段地址。這樣，供電局集抄主站就可以通過不同ISP各自的VPN去抄收該VPN中的采集終端了。而且這些VPN之間根本意識不到其他VPN的存在，即可以實現(xiàn)無縫連接。圖2顯示了供電局集抄主站與兩家網(wǎng)絡公司聯(lián)網(wǎng)的情況，多家網(wǎng)絡公司可以此類推。當只使用一家ISP所提供的VPN時，只采用一臺路由器即可，這也是解決上述供電局內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)相連問題的一種相對比較復雜且投資多的方法。

圖2.供電局集抄主站與ISP的VPN互聯(lián)

五．結(jié)語

網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)作為一種以寬帶網(wǎng)為通道的遠程自動抄表系統(tǒng)，具有以下特點：

(1) 客觀。實現(xiàn)集中抄表自動化，電能表數(shù)據(jù)通過寬帶網(wǎng)直接傳輸至供電局集抄主站，并通過供電局局域網(wǎng)上送到其用電營業(yè)系統(tǒng)，及時輸出電費單據(jù)，徹底杜絕了人為因素。

(2) 實時性強。供電局抄表專工可隨時點擊查詢?nèi)魏我粋€用戶（居民或企業(yè)）的用電情況，為進行電力稽查或開發(fā)遠端控制系統(tǒng)提供可能。

(3) 快速、準確。與其它通訊方式的電能表集抄系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)的抄收速度快，數(shù)據(jù)準確度高。經(jīng)現(xiàn)場測試，網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)僅需一分鐘左右的時間即可完成一次抄收300塊電表的數(shù)據(jù)，而且抄收數(shù)據(jù)經(jīng)比較完全正確。

(4) 成本低、便于管理。采用電能表網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)，供電局只負責抄表主站與采集終端的管理與維護即可，而通信信道也即寬帶網(wǎng)的運行管理完全可以交給ISP負責，因此供電局作為寬帶網(wǎng)的用戶能夠最大化地得到專業(yè)管理帶來的好處。

(5) 易于推廣。實現(xiàn)電力網(wǎng)絡集抄，所要求的資源不是太多。一般在大中城市，以及發(fā)達地區(qū)的縣級電力局都可以應用。

(6) 意義重大。由于實現(xiàn)了遠程自動抄表，能夠提高企業(yè)工作效率，提升企業(yè)技術、管理水平和樹立企業(yè)新形象。

可見，采用網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)是一件使供電局、網(wǎng)絡運營商及廣大市民三方都受益的事情，因此引起了有關各方的極大關注與濃厚興趣。中國電力科學研究院通訊研究所順應這一信息化發(fā)展的潮流，為滿足市場的需要，研制開發(fā)了電能表網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)，現(xiàn)已在浙江省的寧波市、杭州市的部分居民小區(qū)投入運行。在當?shù)毓╇娋帧⒕W(wǎng)絡運營商的積極配合下，目前該系統(tǒng)的運行狀態(tài)良好。可以預見，電能表網(wǎng)絡集抄系統(tǒng)在不久的將來必將成為遠方自動抄表產(chǎn)品的主流。

參考文獻
[1] 趙丙鎮(zhèn)。電力線高速通信技術的現(xiàn)狀及發(fā)展。電力系統(tǒng)通信。2003-1（12）。

作者簡介：
王金芝（1969-），女，碩士，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化技術；
郝為民（1956-），男，在讀碩士，高級工程師，研究方向為電子工程與通信技術；
鐘鳴（1969-），男，在讀碩士，工程師，研究方向為網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫技術；
趙羨龍（1973-），男，碩士，工程師，研究方向為通信協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸技術。

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