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第一部分 概述
日益緊張的能源供給和上漲的能源成本迫使電力供應商更有效地計算、監測和控制電能分配。
電網的老化和近年來屢次出現的電力中斷現象很清楚地顯示出輸電網的使用已經達到極限。因此電網公司需要更多的統計數據進行測算分析，以更有競爭力的價格買賣電能。
全世界的政府機構都很重視可再生能源方面的技術，美國奧巴馬政府斥資45億美元鼓勵創新和促進可再生能源科技的推廣使用。其中創新之一便是公用事業智能表的改革。中國政府也于日前宣布了高規格的智能電網計劃。這些計劃將給智能電表行業帶來前所未有的發展契機。
智能表允許家用和商用電能系統自動將電能消費紀錄傳給公用事業管理中心和終端使用者，允許每個人跟蹤其電能使用情況并隨時調節使用量。如果用戶家中有數字工具可控制電能使用量，則在用電高峰時期輸電網的最大負荷就可減少高達15%，未來20年里不用再建新的發電廠和配套基礎設施，由此可節省700億美元。
從長期來看，保護環境的需要使得很多國家不得不另辟蹊徑以節約能源并減少石油消費和二氧化碳的排放量；另外，政府和公司也希望減少偷電等欺詐行為。
廈門才茂通信科技有限公司和系統集成商合作開發的基于無線網絡技術的用電管理系統。它由智能電表、DTU、采集器及中心服務器組成。采集器實時采集用戶的用電數據，通過無線網絡把數據匯集到服務器。
本系統提供豐富的接口，可與電業系統的MIS系統鏈接或進行二次開發。
第二部分 第二部分系統組成
本系統由帶系統軟件的主站、帶CM 3160P GPRS DTU傳輸終端、采集器及智能表組成。
一、 數據中心主站
智能電表系統的管理計算機（服務器或PC機）稱為主站，主站通過寬帶網絡與終端DTU相連。中心提供互聯網IP地址及互聯網出口（端口）。
中心條件
首先用一臺能上網的PC機，條件必須能讓外網訪問的到，如運行中心軟件的PC機在局域網里面，那要在局域網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。
系統軟件
管理系統的核心部分是系統軟件，它遵循DL/T645部標通訊規約，并有擴展性。
管理軟件系統數據庫為ORACLE數據庫，運行于WIN98/2000/XP、NT的操作系統，易于使用。軟件所能管理的用戶數量沒有限制。
系統的功能與特點有：
(一) 安全可靠：安全性由三方面構成：第一，ORACLE數據庫是大型的、多用戶的數據庫，它的安全性高，允許多用戶同時使用同一數據庫而不會破壞完整性，用它來做抄表系統的數據引擎可以保證數據的安全；第二，系統對用戶實現分級授權管理功能，通過檢查使用者的名字和授權密碼，賦予使用者相應的操作權，借鑒銀行系統的密碼管理模式限制無關人員改變數據庫和硬件設置。第三，防火墻功能及完善的數據備份功能，防備系統受到人為的惡意攻擊，數據備份功能確保在硬件系統故障時，也能隨時在新的硬件設備上數據無丟失地啟動抄表系統。
(二) 完善的系統日志：系統日志記錄了進入系統，離開系統，收費，設置硬件，改變運行參數操作等及操作者，操作時間，凡是改變數據庫的操作都被記錄下來。
(三) 抄表速度快：抄表快、數據準確，抄表時PC機只讀采集器的數據，數據傳輸采用1200波特率，傳輸速度快，并對每個數據塊都有效驗碼，保證了傳輸的準確性。
(四) 廣播對時功能：該功能使得系統中的所有電能表的時間基準與PC機保持一致，對時成功后，由電池供電的電能表內部時鐘，不再需要PC機的干預。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：按照設置的抄表開始時間和抄表間隔，到預定的抄表時刻，系統便會依次撥號去抄采集器或電表內的數據。對于抄不上數據，系統會自動補抄或人工發命令補抄。
(六) 電量凍結功能：可以方便地定義總表，安裝和刪除總表，給總表分配分表。通過安裝適當的總表，結合抄凍結數據功能，就可得某一特定的時刻的總表讀數，各分表的讀數（由此得到讀數和），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。
(七) 電費管理功能：收電費前，統一抄錄一次電費數據。當確保數據庫內的數據反映最近的電表讀數后，利用程序中的功能自動計算出當月用電量和電費。交納電費時，只需輸入用戶號，當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。并提供停電數據保護功能，在停電48--72小時內仍可抄表和監控。本系統結合聯通公司的短信平臺，在告警時，可根據具體內容發短信給相關的管理人員。
本系統適應范圍廣泛，單相版的軟件可用于小區管理，網絡版的軟件可用于供電公司實現一座城市或地區的用電管理。
二、終端設備---采用廈門才茂通信科技有限公司CM 3160P GPRS DTU
廈門才茂CM3160P/CM3160EP DTU采用高性能工業級嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶，產品支持語音，短信，數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融，水利，環保，電力，郵政，氣象等行業。CM3160P/EP是CM3150P/EP的升級和替代產品，3160改進了原來3150的無線模塊的鏈接方式，提高了產品的穩定性，軟件、硬件和配置軟件和原來完全兼容。
一、 無線參數
1、支持EGSM900/GSM1800MHz雙頻，800/900/1800/1900MHz四頻可選
2、GPRS multi-slot class 10
3、編碼方案：CS1~CS4
4、符合SMG31bis技術規范
5、Compliant to GSM phase 2/2+
6、支持數據、語音、短信和傳真
三、 硬件系統
1、CPU：工業級高性能嵌入式處理器
2、接口：
UART:
CM3160P:
1個RS232串口。
串口速率： 110bps ~ 230400bps
數據位支持： 8位 或 7位
奇偶校驗位：無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位： 1位 或 2位
流控： 無 或 RTS/CTS
CM3160EP:
1個RS485接口。（根據需要，可支持RS232/422/TTL）
串口速率： 110bps ~ 230400bps
數據位支持： 8位
奇偶校驗位：無 或 奇數校驗 或 偶數校驗
停止位： 1位
流控： 無 或 RTS/CTS
控制口：
RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)
指示燈：具有電源POWER、通信ACT及在線指示燈Online。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
UIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風接口。
3、供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-32V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
4、尺寸
產品外形尺寸：92x62x22 mm（不包括天線及固定件）
產品包裝尺寸：298x226x60mm
5、重量
0.41KG
6、其他參數:
工作環境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
四、 軟件功能
1. TCP/UDP透明數據傳輸；支持多種工作模式。心跳包技術。
2. 智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。
3. 支持RSA，RC4加密算法
4. 支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統穩定可靠
5. 支持虛擬數據專用網（APN/VPDN）
6. 支持數據中心動態域名和IP地址訪問
7. 支持DNS動態獲取，防止DNS服務器異常導致的設備當機。
8. 支持雙數據中心備份
9. 支持多數據中心同時接受數據
10. 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。
11. 支持短消息備份及告警。
12. 多重軟硬件看門狗
13. 數據包傳輸狀態報告。
14. 標準的AT命令界面
15. 可以用做普通撥號MODEM
16. 支持telnet功能。
17. 支持遠程配置，遠程控制
18. 通過串口軟件升級
19. 同時支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系統
五、 產品特性
1. 三層系統保護： 在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗保護，外置硬件看門狗保護）系統保護的基礎上，增加一級系統監測保護SWP（System Watch Protect），徹底解決了業內”假在線”，”假死機”，”當機”等疑難問題。
2. 高速處理CPU： 采用高速ARM9的工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換，規避因CPU處理速度慢而導致的數據重傳和丟失等問題
3. DNS自動獲取：自動獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS，規避了因為選擇的DNS服務器異常，導致DTU設備當機的嚴重現象！
4. 完善的協議棧： 新系統加載了完善的TCP/IP協議棧，采用了完善的TCP/IP協議棧，網絡通信性能優異。
5. EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用，系統穩定可靠。
6. 支持多中心：客戶數據可以同時往客戶指定的監控中心發送，最大支持發送中心達256個
DTU在應用之前首先要進行設置，通過光盤配套的參數配置軟件設置好數據中心的IP和端口及其它參數的設置，設置好之后串口和采集器串口對接， DTU上電之后根據事先設置好的中心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據。
采集器：收集電表數據傳送到數據中心，它連接主站和電度表。
智能電表：計量并顯示用戶的用電情況，將用電信息通過采集器傳輸到DTU傳輸終端。
第三部分 第三部分組網實施
方案一：
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。
此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務，中心有公網固定IP的。
DTU直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。
方案二：
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。
客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，DTU先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。
方案三：
中心采用APN專線，所有點都采用內網固定IP
客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯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GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，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，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
移動終端和服務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、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
業務流程
GPRS專網系統終端上網登錄服務器平臺的流程為：
1）用戶發出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網系統專門分配的專網APN；
2）根據請求中的APN，SGSN向DNS服務器發出查詢請求，找到與企業服務器平臺連接的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認證服務器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶發來的請求，向DHCP服務器請求分配用戶地址；
5）Radius認證通過后，由Radius向GGSN發送攜帶用戶地址的確認信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專網系統信息查詢和業務處理平臺進行訪問。
附：系統安全
在系統安全方面，本公司除了采用大型、多用戶的ORACLE數據庫、系統對用戶實現分級授權管理和提供防火墻功能及完善的數據備份功能外，對網絡無線數據監控中心還提供了安全技術解決方案，以確保數據安全可靠。
IP過濾技術
由于監控中心服務于GPRS子網用戶，所有訪問客戶的IP必為GPRS子網內的IP，即所有的用戶必須通過VPDN才可能訪問該服務器。因此，我們在系統中采用了IP過濾技術，對所有接受的數據包進行過濾，拋棄掉所有的非法IP數據報。這一過程就好像將系統置身于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，但對于安全措施非常強大的VPDN網絡來說，這將是非常的困難。
身分授權和密碼認證體系
采用IP過濾技術盡管可以防止一些非VPDN網段用戶的侵襲，但由于系統處于GPRS子網以外，IP過濾只能起到簡單的安全防護，對于那些利用IP偽裝技術的非法用戶則無法識別。
由于該系統是專業化的服務系統，訪問客戶是預先確定的，利用這一特點，我們在系統中采用了用戶ID和密碼驗證技術，系統中存儲了有所客戶端的MAC地址以及密碼，對通過了IP過濾的數據包，再驗證其ID號和密碼。對于該系統以外的非法用戶，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的安全性。
圖5 數據安全技術解決方案示意圖
數據安全加密通道
系統采用標準的SSL數據安全通訊協議在客戶端和服務器端建立加密數據通道，保證私有數據傳輸的安全性；系統在應用層植入高可靠性的加密算法，使得數據在任何網絡出錯時都可以得到保證的高可靠性；采用MD5算法產生“報文摘要”已實現對所有發送報文的數字簽名，保證了數據傳輸過程中的完整性，防止數據被篡改。
訪問過程跟蹤
系統對所有的訪問過程進行日志記錄，包括用戶身份、IP、時間、數字簽名、操作事項等信息，向系統管理人員提供了詳細、完整、有效的操作證明。
總 結 電能計量是現代電力營銷系統中的一個重要環節，而傳統的電量結算是依靠人工定期到現場抄取數據，在實時性、準確性和應用性等方面都存在諸多不足之處。智能電表是公用事業改革的一部分內容，利用現代通信技術和計算機技術以及電能量測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映電量使用。智能表系統可自我管理，不需要派專人抄表或者派專人管理某處房子的電源系統。智能表系統工作壽命更長，管理成本更低。和傳統的儀表系統相比，該系統在行政費用結算以及登記管理開銷/注銷方面，成本更低；該系統具有可靠、高效和自主管理等優點。
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