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第一部分 概述
隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，在原有的人工手動抄表中已經(jīng)發(fā)展到遠程智能抄表，通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)智能化的從遠端把需要的數(shù)據(jù)采集到一起。在很多必須無人值守的設(shè)備或監(jiān)測點，不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡(luò)，若采用光纖或電臺的方式實現(xiàn)無線通訊，不僅設(shè)備投入耗資巨大，而且不適應(yīng)移動的需要。
隨著新一代移動通訊業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和全面投入，無線移動數(shù)據(jù)通訊的應(yīng)用也越來越廣泛。安全的數(shù)據(jù)傳輸和永遠在線特點，配合按流量收費的資費方式，使3G/4G通訊在工業(yè)控制、環(huán)境保護、道路交通、商務(wù)金融、移動辦公、零售服務(wù)等行業(yè)中的應(yīng)用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。采用3G/4G無線通訊網(wǎng)絡(luò)的移動IP通訊，既可獨立作為數(shù)傳通道，也可作為已經(jīng)架設(shè)光纖、數(shù)傳電臺等方式的輔助手段。
3G/4G無線遠程抄表系統(tǒng)是廈門才茂通信科技有限公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的用電管理自動抄表系統(tǒng)。它由電度表、CM510 3G/4G DTU、采集器及中心服務(wù)器組成。采集器實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，通過3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，能快速生成用電統(tǒng)計分析,交費單據(jù)等特點，與傳統(tǒng)的人工抄表、電話線抄表相比，極大地提高了效率。
本系統(tǒng)除了準(zhǔn)確、實時抄表外，還提供了設(shè)備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護功能，在停電48--72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)的管理人員。
本系統(tǒng)提供豐富的接口，可與電業(yè)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)鏈接或進行二次開發(fā)。
抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE數(shù)據(jù)庫，運行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。
第二部分 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由帶系統(tǒng)軟件的主站、廈門才茂CM510 3G/4G DTU傳輸終端、采集器及電度表組成。手持終端是本系統(tǒng)的補充，在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時進行人工抄表。
一、 數(shù)據(jù)中心主站
運行集中抄表系統(tǒng)的計算機（服務(wù)器或PC機）稱為主站，主站通過寬帶網(wǎng)絡(luò)與終端DTU相連。中心提供互聯(lián)網(wǎng)IP地址及互聯(lián)網(wǎng)出口（端口）。
中心條件
首先用一臺能上網(wǎng)的PC機，條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到，如運行中心軟件的PC機在局域網(wǎng)里面，則要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機PC，等這些條件具備之后在本機運行一個中心DEMO，開放一個端口，運行軟件等待DTU的連接。
系統(tǒng)軟件
抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循DL/T645部標(biāo)通訊規(guī)約，并有擴展性。
抄表軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE數(shù)據(jù)庫，運行于WIN98/2000/XP/7/8、NT的操作系統(tǒng)，易于使用。軟件所能管理的用戶數(shù)量沒有限制。
系統(tǒng)的功能與特點有：
(一) 安全可靠：安全性由三方面構(gòu)成：第一，ORACLE數(shù)據(jù)庫是大型的、多用戶的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數(shù)據(jù)庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；第二，系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權(quán)管理功能，通過檢查使用者的名字和授權(quán)密碼，賦予使用者相應(yīng)的操作權(quán)，借鑒銀行系統(tǒng)的密碼管理模式限制無關(guān)人員改變數(shù)據(jù)庫和硬件設(shè)置。第三，防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能，防備系統(tǒng)受到人為的惡意攻擊，數(shù)據(jù)備份功能確保在硬件系統(tǒng)故障時，也能隨時在新的硬件設(shè)備上數(shù)據(jù)無丟失地啟動抄表系統(tǒng)。
(二) 完善的系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了進入系統(tǒng)，離開系統(tǒng)，收費，設(shè)置硬件，改變運行參數(shù)操作等及操作者，操作時間，凡是改變數(shù)據(jù)庫的操作都被記錄下來。
(三) 抄表速度快：抄表快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，抄表時PC機只讀采集器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個數(shù)據(jù)塊都有效驗碼，保證了傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
(四) 廣播對時功能：該功能使得系統(tǒng)中的所有電能表的時間基準(zhǔn)與PC機保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內(nèi)部時鐘，不再需要PC機的干預(yù)。因此，只要保證在對時時刻，PC機的時間是正確的，以后在運行的過程中，改變PC機的時鐘并不會影響電能表的時間。
(五) 自動抄表功能：按照設(shè)置的抄表開始時間和抄表間隔，到預(yù)定的抄表時刻，系統(tǒng)便會依次主動發(fā)起去抄采集器或電表內(nèi)的數(shù)據(jù)。對于抄不上數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動補抄或人工發(fā)命令補抄。
(六) 電量凍結(jié)功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當(dāng)?shù)目偙�，結(jié)合抄凍結(jié)數(shù)據(jù)功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數(shù)，各分表的讀數(shù)（由此得到讀數(shù)和），就可以計算出某部分電路的電能損耗，為確定電費提供依據(jù)。
(七) 電費管理功能：收電費前，統(tǒng)一抄錄一次電費數(shù)據(jù)。當(dāng)確保數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)反映最近的電表讀數(shù)后，利用程序中的功能自動計算出當(dāng)月用電量和電費。交納電費時，只需輸入用戶號，當(dāng)月用電量和電費由程序填寫。每筆電費都有詳細記錄，便于對帳。
(八) 設(shè)備管理功能，如告警：開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過載告警、傾斜或移動報警等；控制：對欠費用戶進行拉閘等。并提供停電數(shù)據(jù)保護功能，在停電48--72小時內(nèi)仍可抄表和監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合移動公司的短信平臺，在告警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)的管理人員。
本系統(tǒng)適應(yīng)范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區(qū)管理，網(wǎng)絡(luò)版的軟件可用于供電公司實現(xiàn)一座城市或地區(qū)的用電管理。
二、終端設(shè)備
CM510 3G/4G DTU采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺,超大內(nèi)存,內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以 及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
產(chǎn)品實物圖（CM510）
DTU在應(yīng)用之前首先要進行設(shè)置，通過光盤配套的參數(shù)配置軟件設(shè)置好數(shù)據(jù)中心的IP和端口及其它參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置好之后串口和采集器串口對接， DTU上電之后根據(jù)事先設(shè)置好的中心IP和端口進行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向透明傳輸數(shù)據(jù)。
采集器：收集電表數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，它連接主站和電度表。
電度表：計量并顯示用戶的用電情況，將用電信息通過采集器傳輸?shù)?/span>3G/4G無線傳輸終端。
這三個主要的組成部份是相互關(guān)聯(lián)的主從關(guān)系。整個結(jié)構(gòu)如下圖所示：
根據(jù)抄表對象的不同我們設(shè)計以下三種抄表模式
1.1 居民用戶抄表系統(tǒng)
1、電表：1.0級單相靜止式（電子式）電度表，具有光耦脈沖輸出功能。
2、采集器：：
（1）24個I/O口，可帶24戶電度表
（2）停電數(shù)據(jù)保護
（3）帶后備電源，停電后仍可抄表
3、抄表內(nèi)容：
（1）電量
（2）其他
4、抄表形式：
（1）自動抄表
（2）定時上報
（3）實時查詢
5、告警內(nèi)容：
（1）開箱告警
（2）停電告警
1、可增加遠程控制拉閘功能，電能表要增加內(nèi)置繼電器。
2、技術(shù)指標(biāo)：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接24塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制，實際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用雙芯多股線，對于機械表，距離≤500m；對于電子式電表，距離≤50m。
主站與采集器：采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%。
1.2 大集團用戶抄表系統(tǒng)
1、電表：
A）三相有功無功多功能表，有功0.5級、無功2級，具有RS485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約；
B）三相有功復(fù)費率表，有功1級，具有RS-485通訊接口，電力部DL/T645通訊規(guī)約，
實現(xiàn)電能量（有功、無功）的計量和功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等參數(shù)的測量；
2、采集器：
（1）帶一個與終端通訊的RS485接口，三個用于報警監(jiān)測的開關(guān)量輸入口和三個用于遠程控制的模擬量輸出口；
（2）支持部標(biāo)通信規(guī)約；
（3）停電數(shù)據(jù)保護；
（4）控制輸出（用于遠程控制拉閘或其他功能）；
（5）帶后備電源，停電后仍可抄表；
3、系統(tǒng)功能
（1）設(shè)置電能表的參數(shù)，讀取各種計量和管理數(shù)據(jù)；
（2）抄表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢、備份、報表、圖表生成；
（3）廠站管理；
（4）自動抄表、定時上報、實時查詢等；
（5）掉電數(shù)據(jù)保存；
（6）瞬時量數(shù)據(jù)的綜合處理；
（7）系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、存檔和向外輸出數(shù)據(jù)；
（8）歷史數(shù)據(jù)事件記錄功能；
（9）實時報警；
（10）根據(jù)線路上的表計關(guān)系計算線路損耗；
（11）可提供多路模擬量、開關(guān)量輸入，實現(xiàn)開箱告警、停電告警、逆相告警、超溫告警、過壓告警、過流告警、過載告警、傾斜或移動報警等其他功能；
（12）遠程控制斷電功能；
（13）采集的參數(shù)豐富，如：
◆ 當(dāng)前、上月、正向有功、反向有功、無功四象限的總及尖、峰、平、谷四費率電量；
◆ 正向、反向、有功、無功的最大需量及最大需量發(fā)生時間；
◆ 有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因數(shù)；
◆ 感想失壓累計次數(shù)、失壓累計時間、集抄器停電起止時間等；
◆ 單位時間負荷曲線、三相電流曲線、三相電壓曲線、有功功率曲線、無功功率曲線、功率因數(shù)曲線；
4、技術(shù)指標(biāo)：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接255塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用RS485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用無線網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與CM 510 3G/4G DTU之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%；
（4）完全符合IEC1107標(biāo)準(zhǔn)及國電公司DL/T645《多功能電能表通訊規(guī)約》；
（5）工作電源：交流220V±20%，50Hz；
（6）通信速率：1200bps～33.6kbps；
（7）采集器功耗：≤1.5W
（8）工作環(huán)境條件：溫度：-10℃～50℃，相對濕度：≤90%；
（9）耐壓強度：2KV；絕緣電阻：2M歐姆；
（10）電表數(shù)據(jù)抄收率、可靠性和讀數(shù)準(zhǔn)確率達到100%。
1.3 變電站抄表系統(tǒng)
1、電表：三相有功無功多功能表。
2、采集器：
（1）帶一個RS485通訊口，三個開關(guān)量和三個模擬量；
（2）支持部標(biāo)通信規(guī)約；
（3）停電數(shù)據(jù)保護；
（4）控制輸出；
（5）帶后備電源，停電后仍可抄表。
3、抄表內(nèi)容：
（1）電壓、電流；
（2）有功正、反向分時電量；無功四象限分時電量；
（3）有功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；
（4）無功正、反向分時最大需量及發(fā)生時間；
（5）斷相時間、次數(shù)及斷相期間用電量；
（6）負荷曲線。
4、抄表形式：
（1）自動抄表；
（2）定時上報；
（3）實時查詢。
5、告警內(nèi)容：
（1）開箱告警；
（2）停電告警；
（3）逆相告警；
（4）超溫告警；
（5）過壓告警；
（6）過流告警；
（7）過載告警；
（8）傾斜或移動報警等其他功能。
6、技術(shù)指標(biāo)：
（1）系統(tǒng)容量：
采集器容量：最多接255塊電表；
系統(tǒng)容量：原則上不受限制每表一號，實際可根據(jù)需要和主站電腦的容量確定；
（2）通信距離：
采集器與電表：采用RS-485接口及屏蔽雙絞線，距離≤500m。主站與采集器：采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，距離不受限制；
（3）通信成功率:
主站與采集器之間，采用基于可靠連接的TCP/IP協(xié)議，通信成功率為100%。
第三部分 組網(wǎng)實施
方案一：
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。
此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。
DTU直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
方案二：
中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。
客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名，DTU先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。
方案三：
中心采用APN專線， 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP
客戶中心通過一條2M APN專線接入3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于3G/4G專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
第四部分 業(yè)務(wù)流程
3G/4G專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：
1）用戶發(fā)出3G/4G登錄請求，請求中包括由移動公司為3G/4G專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認證信息（包括手機號碼、用戶賬號、密碼等）通過專線送至Radius進行認證；
4）Radius認證服務(wù)器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對3G/4G專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進行訪問。
系統(tǒng)安全
在系統(tǒng)安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)對用戶實現(xiàn)分級授權(quán)管理和提供防火墻功能及完善的數(shù)據(jù)備份功能外，對網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)監(jiān)控中心還提供了安全技術(shù)解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。
IP過濾技術(shù)
由于監(jiān)控中心服務(wù)于3G/4G網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)用戶，所有訪問客戶的IP必為3G/4G子網(wǎng)內(nèi)的IP，即所有的用戶必須通過VPDN才可能訪問該服務(wù)器。因此，我們在系統(tǒng)中采用了IP過濾技術(shù)，對所有接受的數(shù)據(jù)包進行過濾，拋棄掉所有的非法IP數(shù)據(jù)報。這一過程就好像將系統(tǒng)置身于CMNET的防火墻保護之下，所有的非法用戶只有先穿過了VPDN的安全防護才有可能訪問到本系統(tǒng)，但對于安全措施非常強大的VPDN網(wǎng)絡(luò)來說，這將是非常的困難。
身分授權(quán)和密碼認證體系
采用IP過濾技術(shù)盡管可以防止一些非VPDN網(wǎng)段用戶的侵襲，但由于系統(tǒng)處于3G/4G網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護，對于那些利用IP偽裝技術(shù)的非法用戶則無法識別。
由于該系統(tǒng)是專業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng)，訪問客戶是預(yù)先確定的，利用這一特點，我們在系統(tǒng)中采用了用戶ID和密碼驗證技術(shù)，系統(tǒng)中存儲了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數(shù)據(jù)包，再驗證其ID號和密碼。對于該系統(tǒng)以外的非法用戶，獲取合法的MAC地址和密碼將十分困難，所以這一步極大可能地增加了系統(tǒng)的安全性。
數(shù)據(jù)安全技術(shù)解決方案示意圖
數(shù)據(jù)安全加密通道
系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的SSL數(shù)據(jù)安全通訊協(xié)議在客戶端和服務(wù)器端建立加密數(shù)據(jù)通道，保證私有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕幌到y(tǒng)在應(yīng)用層植入高可靠性的加密算法，使得數(shù)據(jù)在任何網(wǎng)絡(luò)出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產(chǎn)生“報文摘要”已實現(xiàn)對所有發(fā)送報文的數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性，防止數(shù)據(jù)被篡改。
訪問過程跟蹤
系統(tǒng)對所有的訪問過程進行日志記錄，包括用戶身份、IP、時間、數(shù)字簽名、操作事項等信息，向系統(tǒng)管理人員提供了詳細、完整、有效的操作證明。
第五部分 總 結(jié)
電能計量是現(xiàn)代電力營銷系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的電量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場抄取數(shù)據(jù)，在實時性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在諸多不足之處。利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)以及電能量測量技術(shù)結(jié)合在一起，便能夠及時、準(zhǔn)確、全面地反映電量使用。
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