一．引言
中國(guó)共產(chǎn)黨的十六大報(bào)告指出：信息化是我國(guó)加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。形成以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為先導(dǎo)、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)為支撐、服務(wù)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(yīng)用。
現(xiàn)有的電能表集抄模式由于受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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(jī)紅外抄表的人工問題；自建網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用、維護(hù)問題；電信電話的資費(fèi)問題；無線網(wǎng)絡(luò)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(guó)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(biāo)，并取得了可喜的成績(jī)。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(qiáng)基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并且已經(jīng)解決了“最后一公里”的接入問題，為在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建適應(yīng)不同需求的應(yīng)用服務(wù)及培育良好的電子商務(wù)市場(chǎng)環(huán)境打下了堅(jiān)實(shí)的基矗因此充分利用快捷、可靠、免維護(hù)和相對(duì)廉價(jià)、并且逐步降價(jià)的公共有線網(wǎng)絡(luò)來傳輸電能表信息，是電能表集抄未來發(fā)展的一大趨勢(shì)，也是城市信息港計(jì)劃中增值服務(wù)的重要組成部分。
二．網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)的工作原理
網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)上網(wǎng)設(shè)備、寬帶網(wǎng)及集抄主站（包括前臺(tái)軟件、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫）組成。其中數(shù)據(jù)采集設(shè)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(shè)備是指網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器或IP服務(wù)器，它具有將采集終端發(fā)出的數(shù)據(jù)打包成符合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)包、并進(jìn)行雙向傳輸?shù)墓δ堋拵ЬW(wǎng)具有在集抄主站計(jì)算機(jī)與電能表之間傳輸數(shù)據(jù)的功能，其中的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視儀具有監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況、確定故障點(diǎn)、劃分維護(hù)職責(zé)的功能；網(wǎng)絡(luò)終端集線器是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（Internet Service Provider，簡(jiǎn)稱ISP）在各住宅樓單元內(nèi)的終端設(shè)備，通信服務(wù)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(jì)費(fèi)系統(tǒng)相連的功能。
網(wǎng)絡(luò)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(duì)采集到的電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，等待后臺(tái)定時(shí)或隨時(shí)發(fā)出命令后，將數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器，經(jīng)其處理變成符合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)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(duì)所抄收數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以供抄表專工進(jìn)行初步的分析判斷，并最終將數(shù)據(jù)送到用電計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。由此可見，網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)就能完成大面積、乃至全市的抄表、計(jì)費(fèi)工作。同時(shí)，對(duì)重點(diǎn)企業(yè)或需要監(jiān)視的用戶可設(shè)置階段性采集和隨機(jī)采集，以滿足監(jiān)控需要。
圖1. 網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)工作原理
值得一提的是，在需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)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(shù)(Power Line Communication Technology)，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)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(shè)備組成，這些設(shè)備的傳輸速率可達(dá)2～45Mbps。PLC調(diào)制解調(diào)器的作用與普通MODEM類似，負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(dāng)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(shí)，還可以使用中繼器對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)放大。[1]
三．網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)中的安全措施
網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)的正常運(yùn)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(dòng)；
(3) 能及時(shí)、自動(dòng)判別系統(tǒng)故障點(diǎn)，確定出故障的設(shè)備。
為此，網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集終端、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器及寬帶網(wǎng)三個(gè)方面分別采取了不同的措施，以保障自身的安全運(yùn)行。
1．?dāng)?shù)據(jù)采集終端
數(shù)據(jù)采集終端中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸采用了專門的編碼規(guī)則，由于編碼規(guī)則對(duì)外保密且是行業(yè)內(nèi)部機(jī)密，攻擊者不知道編碼規(guī)則就無法恢復(fù)竊取到的數(shù)據(jù)。
行業(yè)內(nèi)部機(jī)密，攻擊者不知道編碼規(guī)則就無法恢復(fù)竊取到的數(shù)據(jù)。
2．網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(kuò)大，設(shè)備低成本地接入Internet已經(jīng)成為趨勢(shì)，這些都為普及包括網(wǎng)絡(luò)集中抄表在內(nèi)的各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。通信服務(wù)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(shè)備在Internet/Intranet上的通信問題。通信服務(wù)器一般都具有一個(gè)10 Mbps 以太網(wǎng)接口，可以直接和以太網(wǎng)連接；一個(gè)或多個(gè)RS232串行接口，可以擴(kuò)展為RS485等其它形式的串口，用于連接終端設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器的安全措施包括：
(1) 專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：服務(wù)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(xì)節(jié)，很難從協(xié)議方面進(jìn)行攻擊。
(2) 數(shù)據(jù)加密機(jī)制：在專有通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，服務(wù)器同時(shí)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)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(rèn)證機(jī)制：服務(wù)器中設(shè)計(jì)了密碼認(rèn)證機(jī)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(luò)資源，獲得經(jīng)濟(jì)、靈活的連網(wǎng)方式，節(jié)省用戶在設(shè)備、人員和管理方面的投資，網(wǎng)絡(luò)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(jiǎn)稱VPN）是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商利用公眾網(wǎng)的資源為客戶構(gòu)成專用網(wǎng)的一種業(yè)務(wù)。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(luò)只有用戶需要時(shí)才建立；二、它是利用公眾網(wǎng)設(shè)施構(gòu)成的專用網(wǎng)。VPN兼?zhèn)淞斯娋W(wǎng)和專用網(wǎng)的許多特點(diǎn)，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(luò)。
MPLS（Multiprotocol Label Switching）即多協(xié)議標(biāo)記交換，它屬于引入了基于標(biāo)記機(jī)制的第三層交換技術(shù)。MPLS把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個(gè)分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑。在MPLS網(wǎng)絡(luò)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(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，數(shù)據(jù)包被解開封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達(dá)目的地。在網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點(diǎn)被稱作標(biāo)簽邊緣路由器(LER)，而網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)則被稱為標(biāo)簽交換路由器 (LSR)。LER節(jié)點(diǎn)在MPLS網(wǎng)絡(luò)中完成的是IP包的進(jìn)入和退出過程，LSR節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中提供高速交換功能。在MPLS節(jié)點(diǎn)之間的路徑就是標(biāo)簽交換路徑(LSP)。一條LSP可以看作是一條貫穿網(wǎng)絡(luò)的單向隧道。
網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)所采用的基于MPLS的VPN，可以通過BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。BGP是一種路由信息分布協(xié)議，規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信的協(xié)議和屬性。VPN的成員屬性由進(jìn)入VPN的邏輯端口號(hào)和分配給每個(gè)VPN的唯一RD（路由標(biāo)志：Route Distinguisher）決定。最終用戶并不知道RD的值，只有通過預(yù)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(diǎn)的LSR之間交換FIB（Forwarding Information base）表更新，這樣可以保證每個(gè)LSR只保存與自己相關(guān)的FIB表和VPN的信息。由于每個(gè)用戶的邏輯端口決定了他的RD，而這個(gè)RD是在VPN定義時(shí)與某個(gè)VPN唯一相關(guān)聯(lián)的，因此用戶只能訪問與他相關(guān)聯(lián)的VPN，即他只能意識(shí)到這個(gè)VPN的存在。既然每個(gè)VPN定義了唯一的一個(gè)RD，將每個(gè)RD和VPN的IP地址相結(jié)合，這對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)就是唯一的。VPN的IP地址的入口信息被存儲(chǔ)在VPN相關(guān)節(jié)點(diǎn)的FIB中，VPN的IP轉(zhuǎn)發(fā)表中包含與VPN地址相對(duì)應(yīng)的標(biāo)記。這些標(biāo)記將流量路由到它應(yīng)去的節(jié)點(diǎn)。由于標(biāo)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(shí)現(xiàn)VPN的互連，不同的VPN之間根本意識(shí)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(gè)VPN之間的信任關(guān)系即可。
不僅如此，MPLS還支持防火墻技術(shù)以及高應(yīng)用加密。可見，MPLS VPN主要是靠核心的軟件技術(shù)來保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。它所提供的路由信息分發(fā)限制和MD5路由認(rèn)證技術(shù)，使用戶所依賴的公眾網(wǎng)成為可以信任的網(wǎng)絡(luò)。出于安全性的考慮，在PE（網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商邊緣路由器）與CE（用戶邊緣路由器）之間可做適當(dāng)?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(jìn)行維護(hù)處理；同時(shí)位于局端的PE也不允許CE Telnet到PE路由器。
四．網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)中的常見問題
1．供電局內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：
如上所述，網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表的，因此它與供電局的外網(wǎng)是相通的。同時(shí)，集抄主站又需要與供電局用電營(yíng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及為供電局相關(guān)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?yàn)閮?nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)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(yíng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之間，就需要改變網(wǎng)卡的屬性，對(duì)于Win98操作系統(tǒng)甚至還需要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。要解決這一問題，一種比較簡(jiǎn)單且投資少的方法是為主站計(jì)算機(jī)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(rèn)網(wǎng)關(guān)等屬性應(yīng)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(jìn)行物理隔離。為此可以在主站計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)供電局內(nèi)、外網(wǎng)的物理隔離。
2．多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的VPN互聯(lián)：
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)集抄的采集終端分布在不同ISP的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，為與這些采集終端通訊，供電局集抄主站也應(yīng)與這些采集終端位于同一VPN中。因此，首先每個(gè)相關(guān)ISP都應(yīng)鋪設(shè)一條線路到供電局，并經(jīng)路由器與該供電局的交換機(jī)相連，以保證供電局集抄主站在物理上位于各家網(wǎng)絡(luò)中。其次在各家網(wǎng)絡(luò)公司所連的路由器上，城域網(wǎng)側(cè)端口的IP地址設(shè)為該網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shí)不到其他VPN的存在，即可以實(shí)現(xiàn)無縫連接。圖2顯示了供電局集抄主站與兩家網(wǎng)絡(luò)公司聯(lián)網(wǎng)的情況，多家網(wǎng)絡(luò)公司可以此類推。當(dāng)只使用一家ISP所提供的VPN時(shí)，只采用一臺(tái)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(duì)比較復(fù)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(luò)集中抄表系統(tǒng)作為一種以寬帶網(wǎng)為通道的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：
(1) 客觀。實(shí)現(xiàn)集中抄表自動(dòng)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(yíng)業(yè)系統(tǒng)，及時(shí)輸出電費(fèi)單據(jù)，徹底杜絕了人為因素。
(2) 實(shí)時(shí)性強(qiáng)。供電局抄表專工可隨時(shí)點(diǎn)擊查詢?nèi)魏我粋€(gè)用戶（居民或企業(yè)）的用電情況，為進(jìn)行電力稽查或開發(fā)遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)提供可能。
(3) 快速、準(zhǔn)確。與其它通訊方式的電能表集抄系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)的抄收速度快，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)僅需一分鐘左右的時(shí)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(luò)集抄系統(tǒng)，供電局只負(fù)責(zé)抄表主站與采集終端的管理與維護(hù)即可，而通信信道也即寬帶網(wǎng)的運(yùn)行管理完全可以交給ISP負(fù)責(zé)，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(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)集抄，所要求的資源不是太多。一般在大中城市，以及發(fā)達(dá)地區(qū)的縣級(jí)電力局都可以應(yīng)用。
(6) 意義重大。由于實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，能夠提高企業(yè)工作效率，提升企業(yè)技術(shù)、管理水平和樹立企業(yè)新形象。
可見，采用網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)是一件使供電局、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商及廣大市民三方都受益的事情，因此引起了有關(guān)各方的極大關(guān)注與濃厚興趣。中國(guó)電力科學(xué)研究院通訊研究所順應(yīng)這一信息化發(fā)展的潮流，為滿足市場(chǎng)的需要，研制開發(fā)了電能表網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行。在當(dāng)?shù)毓╇娋帧⒕W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的積極配合下，目前該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)良好。可以預(yù)見，電能表網(wǎng)絡(luò)集抄系統(tǒng)在不久的將來必將成為遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表產(chǎn)品的主流。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙丙鎮(zhèn)。電力線高速通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展。電力系統(tǒng)通信。2003-1（12）。
作者簡(jiǎn)介：
王金芝（1969-），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)；
郝為民（1956-），男，在讀碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娮庸こ膛c通信技術(shù)；
鐘鳴（1969-），男，在讀碩士，工程師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)；
趙羨龍（1973-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)橥ㄐ艆f(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
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