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电力无线专网的适配评估模型研究

2020-12-31 200 上传者：管理员

摘要：本文针对基于TD-LTE与NB-IoT网络技术的无线专网与AMI业务的适配性分析分析问题，建立评价体系树，提高传统评价体系评价结果的客观性。其中应用链路分析对AMI业务的业务量进行量化，进而得出评价指标。将输出结果与技术类指标的子指标中的时延和可靠性因素进行整合，评判技术类指标的结果。

关键词：
层次分析法
德尔菲法
电信息采集业务
电力无线专网技术
电力系统
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电力无线专网技术是保障电力系统安全生产、企业管理信息化的重要支撑组成体系。与公共电信网络不同的是，电力无线专网是电力系统的专用通信网络，是连接电网和用户的重要环节，目前已广泛应用于用户用电信息采集业务（AMI业务）的承载。而现今大部分电力技术于用电业务适配性的评价体系建立时使用的业务需求数据均为经验值，并没有参考相关规约中的规定，缺乏理论依据。有些评价指标体系的主观性较强，评价标准的实用性和准确性不强，同时大多评估方法都没有结合具体技术的物理层、MAC层协议进行分析。

1、电力无线专网技术

1.1TD-LTE技术

TD-LTE技术是由全球各大企业及运营商经过3GPP的组织共同制定的通信技术，即大众口中的“4G技术”，它的全名叫做TimeDivisionLongTermEvolution，中文即分时长期演进技术。无线专网TD-LTE通信技术工作在1786-1805MHz通信频率段内，TD-LTE技术通信时占用的带宽为5MHz，与国际3GPP机构的4G标准相符合。TD-LTE技术提高了通信频谱的效率，下行链路效率达到5(bit/s)/Hz，上行链路效率达到2.5(bit/s)/Hz[1]。

1.2NB-IoT技术

NB-IoT技术全名又叫做窄带蜂窝通信技术,NB-IoT技术可以于物理层、接入网以及核心网三个层面上引入多种优化特性，这就使得NB-IoT技术在增强覆盖能力，降低复杂度、功率消耗、时延低敏感上比传统的3G、LTE技术更加完善和强大。NB-IoT技术的通信频率是450MHz，上下行之间的有效带宽为180kHz，子载波间隔15kHz。但与TD-LTE技术相比，NB-IoT技术仅需支持半双工通信，在实现覆盖增强能力上，NB-IoT技术采用了重传和低阶调制等机制，通过窄带，重传和低频三个重要机制达到增强覆盖的效果[2]。

对于NB-IoT技术来说，只要做到部署方式合适、部署地点契合，就可以轻松的应对这一问题。而这主要得益于NB-IoT的强覆盖能力，NB-IoT技术通过窄带，重传和低频三个重要机制达到增强覆盖的效果[3]。

2、AMI业务与德尔菲法

2.1AMI业务

AMI业务全名又称用电信息采集业务，用电信息采集业务的主要工作内容是实行对电力终端用户的用电信息的采集、用户数据的分析以及用户数据的共享等，其业务工作具有采集终端覆盖范围广，传输速率较小，实时性要求不高，可靠性要求较高的业务工作特性。

用电信息采集系统在功能上实现了对电力系统范围内用户的用电信息采集，用电信息采集业务不仅面对实际环境下具有用户数量极大，用电状态差异明显这两个巨大的采集难题，而且每个电力通信网络最终到达的远程信道和用户终端的安装类型也大不相同[4]。尽管采集对象和采集方式各异，但所有的AMI业务及其扩展业务都必须遵守集约、统一、规范性这三个基本原则。因此用电信息采集业务的实行，必须通过建立全面的用电信息采集平台，在整体一致规范的平台上进行全面的电力用户信息采集[5]。

将用电信息采集业务根据采集期望所得的信息进行扩展分类，可将数据类型按照用电用户性质和电力营销需要，拆分成以下的电力数据。系统仲裁和设备征集的主要数据类型为：电能数据，包括总电能示值，各费率电能示值、总用电量、各费率电能量、最大需量等电力信息。本文的用电信息采集业务的采集设备主要使用DJGZ23-SEA3700型集中器和DCZL23-CL195N3型采集器两种。

2.2德尔菲法

德尔菲法也被称为专家调查法[6]，这种主要依靠经验丰富的专家团队在没有事先沟通的前提下进行公平公正公开的背靠背征询，并通过征询结果进行预测的方法。

3、适配性评估体系的指标

从技术类指标，经济类指标和发展类指标三个第一指标入手。技术类指标是基于信道环境，通信技术等客观因素评价电力无线专网的通信质量好坏的重要指标，其下分为可用带宽、承载业务类型、时延、环境影响、通道可靠性、设备可靠性六个子指标。

带宽在通信过程中表示为频带宽度。在模拟信号系统又叫频宽，通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。信号的带宽是指其号包括的多种不同频率组成所占用的频率范畴。本文中TD-LTE技术的带宽为5MHz,NB-IOT技术的带宽为180kHz。

承载业务类型是在电力用户与通信网络接口之中提供传播能力的一种电力业务。具体来说就是由接口提供，工作是将消息从发送区传送到接收区而不做任何加工。本论文中的承载业务类型为用电信息采集业务。

时延是描述一组信息从发送方的一端传送到接收端所需要的时间的通信质量指标。一般的通信时延主要包括了发送时延，传播时延，处理时延，排队时延四部分。时延与数据包的大小有关。

环境影响主要包括通信环境地形，通信区域大小，气候等对通信质量在信号中断状况，信号覆盖状况，通信时延，通信吞吐量方面的影响。

通道可靠性是指在给定信道内接收到的信息的可靠程度，又称信道可靠性。

设备可靠性是指通信设备能在通信过程中的稳定性程度，即在规定的时间内，不产生问题的水平。设备的可靠性通过主观和客观地角度来看，主要包含固有可靠性和使用可靠性两部分。

经济类指标是指电力无线专网技术与用电信息采集业务相适配的过程中，在通信设备的基础建设上的成本开销，会因为地域和技术的不同而不同。下分为通信设备成本、通信介质成本、运行成本、维护成本、设备安装成本、信道施工成本六个子指标。

发展类指标是指当地在经济、通信技术、政策三方面的发展情况对于电力无线专网与用电信息采集业务适配上的影响指标。分为当地经济发展、电力行业发展、技术成熟度、业务支持程度、电力行业政策、通信技术政策六个子指标。其中，技术成熟度指TD-LTE技术和NB-IoT技术以及AMI业务在当地的技术成熟度。

4、建模过程

标准规范类子指标包括电力行业政策、通信技术政策、通信设备成本、通信介质成本、运行成本、维护成本、设备安装成本、信道施工成本等在内的九个子指标，标准规范通过调研当地先关规定获得。通信设备成本、通信介质成本、运行成本、维护成本、设备安装成本、信道施工成本通过调研获得具体值。时延经过调研量化成具体值，电力行业政策和通信技术政策通过调研以及与全国先关政策的比对，给出当地政策的评估水平，包括优、良、差三个等级。其中优评100分，良评90分，差评80分。

现场实测类量化子指标包括环境影响。通过对现场地形的勘探和对通信信号传播质量的测试评价当地环境包括气候，地形等对通信质量的影响。损耗值低于15dB/km评价环境影响为优，损耗值介于15dB/km-20dB/km之间，评价环境影响为良，损耗值高于20dB/km评价环境影响为差，其中优评100分，良评80分，差评60分。

经验分析类量化子指标包括通道可靠性、设备可靠性、当地经济发展、电力行业发展、技术成熟度、业务支持程度六个子指标。此类量化方法对当地子指标进行调研之后反馈给有关专家，请专家对子指标进行优、良、差三个等级评级。最终整理所得结果的评分。

在评估调研之后，得到我们需要的这些量化过后的子指标，接下来，我们通过德尔菲法进行打分并归一化。由上述论述最终获得的整体评判指标Z=∑3i=1λiTi=∑i=13λiTi，在上述公式中，技术类、经济类以及发展类指标最终呈现为λiλi这个指标，本指标的取得权重的方式为德尔菲打分方法。而对于指标TiTi而言，则是由技术、经济以及发展类这三个政策性的一级指标属性决定的，其中详细的来看T1T1,T2T2以及T3T3分别是，技术类指标，经济类指标以及发展类指标的电力适配结果参数值，三者详细的计算过程为Ti=∑3j=1λijtijTi=∑j=13λijtij，在上述公式当中λijλij是通过专家打分发得到的每个指标对应的指标权重值，作用于二级子指标上，tijtij则是这些子指标的适配结果参数值，由此递进回归，一层层剥离指标进而细分。最终得到的计算结果为tij=∑2k=1λijkpijktij=∑k=12λijkpijk，λijkλijk同二级子指标的方法一样，由德尔菲法得来，而pijkpijk则是量化了三级指标适配性的结果。

5、结语

本文对适配性评估体系的构建和量化部分做了解释说明，主要包括如何选取评价指标和量化底层指标。在选择了合适的评价指标体系之后，应用德尔菲法对指标进行综合评价，层层递进得到适配结果，最终设计一个适配性评估指标体系。

参考文献：

[1]陈昌川,廖晓锋,赵川斌.TD-LTE无线接入网介绍[J].通信技术,2009,42(3):103-105.

[2]邹玉龙,丁晓进,王全全.NB-IoT关键技术及应用前景[J].中兴通讯技术,2017,23(1):43-46.

[3]张万春,陆婷,高音.NB-IoT系统现状与发展[J].中兴通讯技术,2017,23(1):10-14.

[4]詹呈艳.基于用电信息采集的用电监察管理研究[J].科技与创新,2016(23).

[5]王祥,王立城,霍超,等.基于电力无线专网的用电信息采集业务接入控制方法[J].电气时代,2018(2):82-84.

[6]刘伟涛,顾鸿,李春洪.基于德尔菲法的专家评估方法[J].计算机工程,2011,37(S1):189-191.

徐显瑜,李取鑫.电力无线专网的适配评估模型[J].轻工科技,2021,37(01):86-87.