3G和4G無線通信技術在電力ICT網絡模式中的應用

表2 2G 和3G 系統數據傳輸速率

　　比較表1 和表2 的數據可知，2G 的數據傳輸速率無法滿足傳輸較為清晰、連續的視頻流的要求，3G 相對于2G 在數據速率上有了很大提高，視頻電話、在線電視等多媒體服務已成功用于3G。但是傳輸更為清晰流暢、質量更高的視頻，同時在高速移動環境下仍能保持高數據速率的通信，均對移動通信系統提出更高的要求。

　　LTE 項目是3G 的演進，始于2004 年3GPP的多倫多會議。LTE 并非4G 技術，而是3G 與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全球標準，它改進并增強了3G 的空中接入技術，采用OFDM 和MIMO 作為其無線網絡演進的唯一標準。

　　LTE 的峰值數據速率為上行50 Mbit/s，下行100 Mbit/s.被業界普遍認為是4G 標準的LTEAdvanced，考慮的峰值速率上行達到500 Mbit/s，下行1 Gbit/s。如此高的傳輸速率，能夠傳送圖像質量更好的視頻流，提供更為豐富的多媒體服務。

　　同時，在保證數據可靠性、降低誤碼率方面，4G 系統不僅采用信道編碼、交織等技術，還采用HARQ進行鏈路差錯控制。

　　HARQ 將FEC 和ARQ 兩種差錯控制技術相結合， 綜合了FEC 方式的高通過率和ARQ 方式的高可靠性。HARQ 通信系統是在一個ARQ系統中包含一個FEC子系統，如圖3 所示。

圖3 HARQ系統原理

　　常FEC 部分用來糾正信道中經出現的錯誤，以減少重傳次數進而提高系統通過率；ARQ 部分的作用是糾正那些不常出現的、FEC不能糾正的錯誤，即當校驗結果正確時，往發送端反饋ACK信號，當校驗錯誤時，則往發送端反饋NACK 包。

　　2.4 智能電網

　　智能電網起源于1998-2002 年美國電科院推動的復雜交互式網絡/系統，該系統試圖為電網開發一個中央神經系統，以提高調度員對網絡故障的判斷能力。經過幾年的發展，智能電網已經得到世界各國的認可。尤其是近年，智能電網進入一個快速發展階段，2009 年5 月19日，美國能源部公布了第一批智能電網標準；《IEEE 2030指南：能源技術及信息技術與電力系統（EPS）、最終應用及負載的智能電網互操作》（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議，討論這份智能電網指南，內容包括智能網格的定義、拓撲、互操作性、最終應用、接口和集成等。在中國，智能電網技術也受到了政府和企業的高度重視，國內許多研究機構和企業都在積極地開展智能電網的研究和網絡建設工作。

　智能電網目前并沒有一個公認的定義，但是大家普遍認為它不是局部的解決方案，而是著眼于未來電網的發展前景。它將實現發電、輸電、配電、儲能和用電完全自動的配置和管理，使電網變成一個高速、雙向、實時、動態、交互的網絡。

　　為了實現智能電網全自動化，需要采用先進的通信技術以保證信息高效傳輸。在電力系統應用的通信傳輸通道種類繁多，有銅芯線、電力線載波、微波中繼、光纖通信等。通過應用這些載體，以及引入新的網絡通信技術，智能電網可以在更廣的范圍實現更多的信息和應用的連接和集成，使數據在整個電力系統的不同主體及不同的應用系統間進行傳輸，滿足智能電網對通信系統的要求。

　　4G WiMAX、3G 無線語音和數據通信都可用于智能電網，它們的特點是：均為雙向通信系統，可實現智能電表的數據采集和控制；部署較靈活、方便，通過用戶附近的基站就可實現智能電表的無線接入；具有較好的傳輸帶寬，可以實現較高速率的數據傳輸；無線覆蓋面廣，可以應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，成為智能電網中有線通信技術的有益補充。目前，國外公司已經展開這方面的應用，美國通用電氣公司已經制造了采用WiMAX技術的智能電表，使用的是英特爾的WiMAX 芯片。

　　3. 基于3G 和4G 技術的電力ICT網絡中的安全

　　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，惡意修改并轉發；無線傳播會因多種原因造成信號衰減，導致信息丟失；需要經常移動設備，設備容易丟失或失竊； 用戶不必與網絡進行實際性的連接，使得攻擊者偽裝成合法用戶更為容易。

　　4G 網絡相對于2G 和3G 網絡在信息安全方面有了很多改進，設有二層保護：第一層為接入網（E -UTRAN）， 由eNB 和UE 提供RRC（RadioResource Control，無線資源控制）信令完整性保護和機密性保護；第二層為核心網（EPC），由MME和UE 執行NAS信令的加密和完整性保護。無線鏈路和核心網有各自的密鑰，以下安全措施能夠保證接入到電力ICT 網絡中數據的安全性。

　　1）擁有網絡和用戶間的雙向認證，使攻擊者無法偽裝成合法用戶使用網絡服務或竊取合法用戶信息， 非法基站無法偽裝成接入點騙取用戶的接入，從而獲得用戶上傳的信息。

　　2）使用安全算法對用戶數據和信令數據進行加密和完整性保護。

　　3）eNB 和核心網之間有安全聯盟，相鄰的eNB 之間也有安全聯盟。

　　4）4G 核心網與電力ICT 網絡間設置防火墻，實現2 個網絡間的隔離，同時保證網絡間傳輸信息的安全性。

　　4. 結束語

　　移動通信從3G 發展到4G，數據傳輸速率不斷提高，提供的業務向移動互聯網、手機電視、視頻通話等多媒體IP 方向發展，業務種類更多，服務質量更高。未來的電力ICT 網絡，將是一個高帶寬、IP 化、多級QoS保障、提供多種業務的信息通信網絡平臺。無線通信網絡可以作為其有線網絡的延伸，提供更豐富、靈活和方便的接入方式，從多方面滿足電力ICT 網絡無線通信的需求。