面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

面向智能電網(wǎng)的 物聯(lián) 網(wǎng)絡(luò) 華北電力大學(xué)通信技術(shù)研究所 孫毅 /webmoney 彭明盛：智慧的地球 智慧地球 智慧地球 IBM CEO彭明盛 :世界不僅正變得更小、更扁平，而且“更智慧”。 首先，高科技應(yīng)用越發(fā)普遍；其次，世界將連為一體；最后，所有的事物都變得智能。 從互聯(lián)網(wǎng)到 “ 物聯(lián)網(wǎng) ” (the Internet of things)時代，世界的智慧化將實現(xiàn) “ 無所不在的連接 ” 。 /webmoney 奧巴馬：“無畏的希望” 智能電網(wǎng)：奧巴馬應(yīng)對危機轉(zhuǎn)敗為勝的出路 利用美國在技術(shù)創(chuàng)新、資本市場和制度方面的優(yōu)勢重新奪回經(jīng)濟和技術(shù)的“制高點”； 在爭奪全球氣候變化斗爭領(lǐng)導(dǎo)權(quán)和控制權(quán)上重建占據(jù)優(yōu)勢地位； 通過主導(dǎo)排放交易制度繼續(xù)維持美元作為全球性主導(dǎo)貨幣的戰(zhàn)略地位； 充分利用美國信息技術(shù)的優(yōu)勢地位，整合能源并延伸至工業(yè)、商業(yè)系統(tǒng)完成信息化社會建設(shè)。 和訊： IT產(chǎn)業(yè)的深度革命和能源革命將成為孿生兄弟， 智能電網(wǎng)改革將推動能源革命的深度裂變。 /webmoney 溫總理：感知中國 隨后，溫總理又在政府工作報告中指出，中國要大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并特別提出要加強 物聯(lián)網(wǎng) 的研發(fā)應(yīng)用。 “ 物聯(lián)網(wǎng) =傳感器網(wǎng)絡(luò) +互聯(lián)網(wǎng) ” 2009年 8月，溫總理指出，要盡快突破核心技術(shù)，把 傳感技術(shù) 和 TD-SCDMA等通信技術(shù)的發(fā)展結(jié)合起來，盡快建立“ 感知中國 ” 中心； /webmoney 傳感網(wǎng) =物聯(lián)網(wǎng)？ 傳感器網(wǎng)絡(luò)：是利用各種傳感器 （光、電、溫度、濕度、壓力等）加上中低速的近距離無線通信技術(shù)構(gòu)成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。 是由多個具有有線 /無線通信與計算能力的低功耗、小體積的微小傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它一般提供局域或小范圍物與物之間的信息交換。是物聯(lián)網(wǎng)末端采用的關(guān)鍵技術(shù)之一。 /webmoney 物聯(lián)網(wǎng)：是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力或執(zhí)行能力的各種信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實現(xiàn)廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)。其中末端網(wǎng)包括各種實現(xiàn)與物互聯(lián)的技術(shù)，例如： 傳感器網(wǎng)絡(luò)、 RFID、二維碼、短距離無線通信技術(shù)、移動通信模塊等。 物聯(lián)網(wǎng)是繼電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與人通信之后，著重連接物理世界的應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。 傳感網(wǎng) =物聯(lián)網(wǎng)？ /webmoney 傳感網(wǎng) -物聯(lián)網(wǎng) -泛在網(wǎng) 泛在網(wǎng)（ Ubiquitous Network） ： 是指基于個人和社會的需求，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)具有超強的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及其智能性，為個人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。 /webmoney 泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的關(guān)系 網(wǎng)絡(luò) 關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù) 對象 傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器、近距離無線通信 - 物聯(lián)網(wǎng) 傳感器、條形碼、 RFID、二維碼、攝像頭、近距離無線通信 物 -物 物 -人 泛在網(wǎng) PC、手機、傳感器、條形碼、RFID、二維碼、攝像頭、近距離無線通信 物 -物 物 -人 人 -人 /webmoney 泛在網(wǎng)發(fā)展的兩個階段 泛在網(wǎng) 泛在 協(xié)同 階段 （泛在網(wǎng)） （物與物、物與人、 人與人 ） 泛在 物聯(lián) 階段 （物聯(lián)網(wǎng)） （物與物、物與人 /webmoney 應(yīng)用 互聯(lián) 感知 標(biāo)識 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 標(biāo)識：身份標(biāo)識（ RFID、二維條碼等）、位置標(biāo)識（ GPS等） 感知：面向生產(chǎn)、生活等各種應(yīng)用的傳感器 互聯(lián)：廣泛的物物相聯(lián)，低成本、低功耗、小型化 應(yīng)用：由感知延伸出來的各種信息處理及應(yīng)用 /webmoney 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 應(yīng)用層 信息應(yīng)用 智能電網(wǎng) 工業(yè)監(jiān)控 智能交通 環(huán)境監(jiān)測 應(yīng)用支撐（信息處理）子層 信息開放平臺 服務(wù)支撐平臺 通信環(huán)境平臺 公共中間件 網(wǎng)絡(luò)層 電信網(wǎng)增強 云計算 資源和存儲管理 異構(gòu)網(wǎng)融合 遠程控制 下一代承載網(wǎng) M2M無線接入 移動通信網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 感知/延伸層 組網(wǎng)技術(shù) 中間件 信息處理 無線 /有線傳輸 數(shù)據(jù)采集 二維條碼 多媒體信息 RFID 傳感器 網(wǎng)絡(luò)層與感知 /延伸層互通公共 技術(shù) 業(yè)務(wù)需求 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 標(biāo)識解析 安全技術(shù) QOS管理 網(wǎng)絡(luò)管理 /webmoney 智能電網(wǎng) 利用信息技術(shù)和新能源技術(shù)對傳統(tǒng)電網(wǎng)進行改造 風(fēng) 能 接 入廣 域 控 制變 電 自 動 化配 電 自 動 化A M I預(yù) 測 數(shù) 據(jù)實 時 數(shù) 據(jù)歷 史 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 和 應(yīng) 用 集 成 電 力 市 場區(qū) 域 傳 輸 控 制配 網(wǎng) 控 制 中 心應(yīng)用配 套 公 司數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)傳輸C M M SG I SM M WE M SS C A D A P IC o n d . M o n i tA MO & MO M SF o r e c a s t i n gC I S信息采集電網(wǎng)系統(tǒng)/webmoney 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案 配電 變電 輸電 信息 應(yīng)用 信息 處理 信息 傳輸 感知 延伸 互動 線路 狀態(tài) 視頻 安全 氣象 條件 一次 設(shè)備 二次 設(shè)備 潮流 分布 電能 質(zhì)量 鏈式傳感網(wǎng) 極端環(huán)境傳感網(wǎng) 大規(guī)模傳感網(wǎng) 電力寬帶專用網(wǎng)（光纖 /寬帶無線接入） +3G 電力綜合信息平臺數(shù)據(jù)庫 導(dǎo)線 狀態(tài) 分析 桿塔 狀態(tài) 分析 氣象 條件 分析 一次 設(shè)備 狀態(tài) 分析 二次 設(shè)備 狀態(tài) 分析 輸電線路檢修 變電站檢修 用電 計量 考核 居民 用電 電能 調(diào)度 管理 電能 質(zhì)量 控制 配電自動化 精細 用能 管理 信息 雙向 互動 用戶用電信息 計量管理 電 力 物 聯(lián) 網(wǎng) 標(biāo) 準 制 定 /webmoney （ 1）智能輸電 /webmoney 面向輸電線安全監(jiān)控的傳感器 /webmoney 面向輸電線安全監(jiān)控的鏈式傳感網(wǎng) TD-SCDMA McWiLL /webmoney 應(yīng)用環(huán)境 環(huán)境因素 戶外環(huán)境 氣象因素 (溫度、雨雪 )變化會引起通信質(zhì)量的變化 電磁干擾 研究表明 ,高壓輸電線路對無線通信的干擾作用不明顯 電流（ A） 通信距離（ M） 信號強度（ dBm） 接收成功率 1000 50 -70-75 100% 100 -92 45% 500 10 -45-50 100% 50 -73 100% 100 -93 45% IEEE 802.15.4在高壓環(huán)境中的表現(xiàn) 表格摘自 Management of Existing Overhead Lines WG Meeting， July 29, 2009 /webmoney 挑戰(zhàn)性問題 拓撲結(jié)構(gòu) 鏈式拓撲結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵問題 關(guān)鍵節(jié)點或鏈路失效影響網(wǎng)絡(luò)通信 距網(wǎng)關(guān)近的節(jié)點通信量大，容易發(fā)生碰撞和擁塞 太陽能電池供電，需要節(jié)能 /webmoney 研究 方案 基于動態(tài)功率控制的多徑路由方法 每個傳感器節(jié)點到網(wǎng)關(guān)至少有兩條通信路徑 使用動態(tài)功率控制，修復(fù)受損的鏈路或越過失效的節(jié)點 傳感器節(jié)點通信范圍傳 感 器 節(jié) 點通 信 范 圍 G傳 感 器 節(jié) 點通 信 鏈 路G網(wǎng) 關(guān)/webmoney 研究 方案 基于事件驅(qū)動的多優(yōu)先級擁塞控制機制 根據(jù)消息的緊急程度設(shè)定優(yōu)先級 緊急事件發(fā)送優(yōu)先于周期性數(shù)據(jù) 事件發(fā)生時 ,擁塞點發(fā)反向抑制報文抑制擁塞 23 2 131 33121 121323傳 感 器 節(jié) 點3311 12132323333233322222 33 3333 2傳 感 器 節(jié) 點優(yōu) 先 級1 、 2 節(jié) 點 編 號報 文/webmoney 研究 方案 基于細粒度補償?shù)亩嗵鴷r間同步 細化誤差補償周期 一 個 同 步 周 期時 間 源同 步 節(jié) 點細 粒 度 誤 差 補 償同 步 節(jié) 點一 個 粗 粒 度 補 償 周 期粗 粒 度 誤 差 補 償一 個 細 粒 度 補 償 周 期01 22 0 04 0 06 0 0同 步 周 期誤 差（ u s ）多 跳 累 積 同 步 誤 差 變 化粗 粒 度 補 償01 22 0 04 0 06 0 0同 步 周 期誤 差（ u s ）多 跳 累 積 同 步 誤 差 變 化細 粒 度 補 償/webmoney 智能輸電傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) T D - S C D M A 網(wǎng) 絡(luò)氣 象 信 息視 頻 預(yù) 處 理通 信 模 塊中 央 控 制 單 元數(shù) 據(jù) 采 集導(dǎo) 線 振 動 、 應(yīng) 力 、溫 度 信 息氣 象 信 息 預(yù) 處 理 單 元覆 冰 厚 度 信 息傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò)輸 電 線 路 安 全 監(jiān) 控 信 息 系 統(tǒng)視 頻 圖 像 信 息數(shù) 據(jù) 集 中 分 類覆 冰 檢 測 預(yù) 處 理導(dǎo) 線 物 理 狀 態(tài) 預(yù) 處 理/webmoney (2)智能變電站設(shè)備在線監(jiān)測 監(jiān)測對象 變壓器 油色譜分析、油溫、變壓器鐵芯接地、局部放電、變壓器套管介質(zhì)損耗等 斷路器 六氟化硫氣體監(jiān)測、絕緣、斷路器觸頭動作速度和行程等 避雷器 漏電流檢測 U H F 局 部 放 電 監(jiān) 測三 相 絕 緣 監(jiān) 測 單 相 絕 緣 監(jiān) 測光 纖 測 溫/webmoney 主變：油色譜分析、油溫、鐵芯接地、局部放電、套管介損等 斷路器： 局部放電、 SF6氣體壓力、泄漏、濕度等 氧化鋅避雷器：阻性電流、總泄漏電流 變 電 站極端環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡(luò) /webmoney 應(yīng)用需求 注：性能指標(biāo)參考 DLT630-1997 終端設(shè)備多、單臺設(shè)備數(shù)量少、實時性要求不同 需求 應(yīng)用 數(shù)據(jù)量 周期性 /突發(fā)性 方向性 時延 可靠性 備注 一次設(shè)備 1kbps 周期性 單向 3s以內(nèi) 99.9% 二次設(shè)備 1kbps 周期性 單向 1s以內(nèi) 99.9% /webmoney 惡劣的變電站環(huán)境 挑戰(zhàn)性問題： 極端環(huán)境下保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?遮擋屏蔽環(huán)境 高振動 高濕度 極限溫度 -40+85 高電磁噪聲 電動機、變頻器等 對講機 開關(guān)電火花 /webmoney 智能變電站傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) T D - S C D M A 網(wǎng) 絡(luò)氣 象 信 息放 電 信 息 預(yù) 處 理通 信 模 塊中 央 控 制 單 元數(shù) 據(jù) 采 集設(shè) 備 振 動 、 溫 度 、絕 緣 性 信 息氣 象 信 息 預(yù) 處 理 單 元設(shè) 備 、 電 纜 局部 放 電 信 息傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò)變 電 設(shè) 備 在 線 監(jiān) 控 信 息 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 集 中 分 類設(shè) 備 物 理 狀 態(tài) 信 息 預(yù) 處 理/webmoney (3)智能配、用電一體化 應(yīng)用 監(jiān)測對象 配電網(wǎng)電能質(zhì)量的實時監(jiān)測 臺區(qū)變考核、防竊電 大用戶遠程負荷控制：實時遠程拉合閘控制和網(wǎng)絡(luò)預(yù)付費、用電信息遠程發(fā)布應(yīng)用 居民用戶用電實時、精確計量，用電事件上報、告警 居民家電設(shè)備用電的精細管理與計量 智能電表 分時電價 即時電量計量 雙向通信 電能質(zhì)量監(jiān)測 竊電檢測 家電控制 遠程升級 智能插座 智能斷電 能耗計量 遠程控制 安全保護 /webmoney 面向計量與用戶交互的傳感網(wǎng) 應(yīng)用模式 TD-SCDMA McWiLL 水表 Water Meter 照明控制 Lighting Controls 暖通系統(tǒng) HVAC System 居家顯示器 In-Home Display 氣表 Gas Meter 負荷系統(tǒng) Load System Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng) Star/Tree/Mesh混合組網(wǎng) 信息發(fā)布 抄表 控制命令 電力寬帶 通信網(wǎng)絡(luò) 用電信息 用電信息 用電信息 用電信息 用電信息 用電信息 /webmoney 挑戰(zhàn)性問題 單節(jié)點的成本很低，在資源受限的傳感網(wǎng)中實現(xiàn)IPv6（輕載 IP V6） 8位處理器、 4K8K RAM 內(nèi)外網(wǎng)隔離條件下實現(xiàn)與社會用戶的感知與互動 /webmoney 智能配用電傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) T D - S C D M A 網(wǎng) 絡(luò)大 用 戶 用 電 信 息計 量 大 用 戶 電 能通 信 模 塊中 央 控 制 單 元數(shù) 據(jù) 采 集配 電 網(wǎng) 分 布 信 息分 布 式 電 源 、儲 能 設(shè) 備 狀 態(tài)信 息傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 配 電 設(shè) 備 狀 態(tài) 和 用 電 監(jiān) 控 信 息 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 集 中 分 類 設(shè) 備 物 理 狀 態(tài) 信 息 預(yù) 處 理/webmoney 智能電網(wǎng)感知互動平臺 TD-SCDMA/ McWiLL 水表 Water