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一．引言

中國共產黨的十六大報告指出：信息化是我國加快實現工業化和現代化的必然選擇。堅持以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化路子。形成以高新技術產業為先導、基礎產業和制造業為支撐、服務業全面發展的產業格局。電力行業也要信息化，電能表數據采集系統就是很好的應用。

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

近年來，隨著全球信息化、信息數字化的飛速發展，我國在信息產業方面投入了巨大的人力和物力，提出了“千兆到小區，百兆到樓層，十兆到家庭”的目標，并取得了可喜的成績。許多城市和地區為了打造“數字信息港”都在花巨資加強基于IP技術的網絡基礎設施建設，并且已經解決了“最后一公里”的接入問題，為在網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絡來傳輸電能表信息，是電能表集抄未來發展的一大趨勢，也是城市信息港計劃中增值服務的重要組成部分。

二．網絡集中抄表系統的工作原理

網絡集抄系統由數據采集設備、數據上網設備、寬帶網及集抄主站（包括前臺軟件、后臺數據庫）組成。其中數據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換為電能表數據，又可以采集多功能表通過485口輸出的數據。數據上網設備是指網絡通訊服務器或IP服務器，它具有將采集終端發出的數據打包成符合相關網絡協議的數據包、并進行雙向傳輸的功能。寬帶網具有在集抄主站計算機與電能表之間傳輸數據的功能，其中的網絡監視儀具有監視系統運行情況、確定故障點、劃分維護職責的功能；網絡終端集線器是網絡運營商（Internet Service Provider，簡稱ISP）在各住宅樓單元內的終端設備，通信服務器通過它接入寬帶網。而集抄主站具有處理各種數據并與計費系統相連的功能。

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

圖1. 網絡集中抄表系統工作原理

值得一提的是，在需要進行網絡集抄的區域，如果采集終端不能就近上網，還可采用“高速PLC”系統以解決“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據和話音信號的一種通信方式。“高速PLC”系統由PLC調制解調器、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調制解調器的作用與普通MODEM類似，負責將采集終端發出的數據打包并傳輸到電力線上。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調制解調器發送過來的數據，然后通過光纖等高速通信手段將數據送到Internet上。當PLC調制解調器與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的數據進行信號放大。[1]

三．網絡集中抄表系統中的安全措施

網絡集抄系統的正常運行需要具備以下條件：

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

為此，網絡集抄系統在數據采集終端、網絡通信服務器及寬帶網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．數據采集終端

數據采集終端中的數據存儲和傳輸采用了專門的編碼規則，由于編碼規則對外保密且是行業內部機密，攻擊者不知道編碼規則就無法恢復竊取到的數據。

行業內部機密，攻擊者不知道編碼規則就無法恢復竊取到的數據。

2．網絡通訊服務器

隨著網絡技術的飛速發展，Internet已深入千家萬戶，特別是隨著寬帶網規模的不斷擴大，設備低成本地接入Internet已經成為趨勢，這些都為普及包括網絡集中抄表在內的各類網絡應用創造了條件。通信服務器通過將RS232/485/422等串行數據轉換為符合TCP/IP協議的數據包，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 以太網接口，可以直接和以太網連接；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。

網絡通信服務器的安全措施包括：

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

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

(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，充分保證了系統安全性。

3.虛擬專用網(VPN)

為充分利用網絡資源，獲得經濟、靈活的連網方式，節省用戶在設備、人員和管理方面的投資，網絡集中抄表系統采用了基于MPLS的VPN解決方案。

虛擬專用網（Virtual Private Network ，簡稱VPN）是網絡運營商利用公眾網的資源為客戶構成專用網的一種業務。VPN有兩層含義：一、它是虛擬的網，即沒有固定的物理連接，網絡只有用戶需要時才建立；二、它是利用公眾網設施構成的專用網。VPN兼備了公眾網和專用網的許多特點，將公眾網可靠的性能、豐富的功能與專用網的靈活、高效結合在一起，是介于公眾網與專用網之間的一種網絡。

MPLS（Multiprotocol Label Switching）即多協議標記交換，它屬于引入了基于標記機制的第三層交換技術。MPLS把選路和轉發分開，由標簽來規定一個分組通過網絡的路徑。在MPLS網絡中，數據包所經過的沿途并非按照IP 包頭，而是通過交換標簽來實現轉發；當數據包要退出MPLS網絡時，數據包被解開封裝，繼續按照IP包的路由方式到達目的地。在網絡邊緣的節點被稱作標簽邊緣路由器(LER)，而網絡的核心節點則被稱為標簽交換路由器 (LSR)。LER節點在MPLS網絡中完成的是IP包的進入和退出過程，LSR節點在網絡中提供高速交換功能。在MPLS節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絡的單向隧道。

網絡集抄系統所采用的基于MPLS的VPN，可以通過BGP（邊界網關協議）技術保證網絡的安全性。BGP是一種路由信息分布協議，規定了網絡節點間通信的協議和屬性。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唯一相關聯的，因此用戶只能訪問與他相關聯的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地址相結合，這對于每個節點就是唯一的。VPN的IP地址的入口信息被存儲在VPN相關節點的FIB中，VPN的IP轉發表中包含與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絡的安全性。它所提供的路由信息分發限制和MD5路由認證技術，使用戶所依賴的公眾網成為可以信任的網絡。出于安全性的考慮，在PE（網絡運營商邊緣路由器）與CE（用戶邊緣路由器）之間可做適當的訪問控制：CE可以不允許從PE Telnet到CE路由器，即用戶側數據完全可由用戶側自己進行維護處理；同時位于局端的PE也不允許CE Telnet到PE路由器。

四．網絡集中抄表系統中的常見問題

1．供電局內部網絡與外部網絡互聯：

如上所述，網絡集中抄表系統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是相通的。同時，集抄主站又需要與供電局用電營業系統數據庫進行數據交換，以及為供電局相關部門瀏覽抄表信息提供數據來源，所以它與供電局內網也是相通的。因為內網與外網對網絡適配器（即網卡）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卡，在集抄主站軟件與外網的采集終端通訊或與內網的用電營業系統數據庫進行數據交換之間，就需要改變網卡的屬性，對于Win98操作系統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卡，它們分別與供電局內網與外網相連。與內網相連的網卡，其IP地址、子網掩碼、默認網關等屬性應該按照供電局企業內部網的要求去配置；與外網相連的網卡，則必須按ISP所提供的IP屬性去配置。大多數供電局為了保證其局域網的安全，一般都要求企業內網與外網進行物理隔離。為此可以在主站計算機與外網采集終端的通訊完成后，將外網網線拔掉，以實現供電局內、外網的物理隔離。

2．多家網絡運營商的VPN互聯：

當網絡集抄的采集終端分布在不同ISP的網絡中時，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絡中。其次在各家網絡公司所連的路由器上，城域網側端口的IP地址設為該網絡公司所給定的VPN IP地址，供電局局域網側端口的IP地址設為供電局內部網段地址。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，即可以實現無縫連接。圖2顯示了供電局集抄主站與兩家網絡公司聯網的情況，多家網絡公司可以此類推。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網與外網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

五．結語

網絡集中抄表系統作為一種以寬帶網為通道的遠程自動抄表系統，具有以下特點：

(1) 客觀。實現集中抄表自動化，電能表數據通過寬帶網直接傳輸至供電局集抄主站，并通過供電局局域網上送到其用電營業系統，及時輸出電費單據，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任何一個用戶（居民或企業）的用電情況，為進行電力稽查或開發遠端控制系統提供可能。

(3) 快速、準確。與其它通訊方式的電能表集抄系統相比，網絡集抄系統的抄收速度快，數據準確度高。經現場測試，網絡集抄系統僅需一分鐘左右的時間即可完成一次抄收300塊電表的數據，而且抄收數據經比較完全正確。

(4) 成本低、便于管理。采用電能表網絡集抄系統，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的運行管理完全可以交給ISP負責，因此供電局作為寬帶網的用戶能夠最大化地得到專業管理帶來的好處。

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

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

可見，采用網絡集中抄表系統是一件使供電局、網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展的潮流，為滿足市場的需要，研制開發了電能表網絡集抄系統，現已在浙江省的寧波市、杭州市的部分居民小區投入運行。在當地供電局、網絡運營商的積極配合下，目前該系統的運行狀態良好。可以預見，電能表網絡集抄系統在不久的將來必將成為遠方自動抄表產品的主流。

參考文獻
[1] 趙丙鎮。電力線高速通信技術的現狀及發展。電力系統通信。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，研究方向為網絡與數據庫技術；
趙羨龍（1973-），男，碩士，工程師，研究方向為通信協議與數據傳輸技術。

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