国网内蒙古东部电力有限公司信息通信分公司
摘要：在电力物联网背景下，电力系统将在能量层和信息层中扮演更加重要的角色，而通信系统是电力物联网中的核心部分。为了支撑电力物联网终端的数据传输业务，电力物联网系统使用多种制式的无线通信技术，组成一个庞大的异构网络。为了充分发挥异构网络的性能，分析了异构网络的组成部分及其特点，介绍了电力物联网中异构网络存在的关键问题以及相应的解决方案。
关键词：电力通信系统；异构网络
引言
电力物联网是现代社会必不可少的基础设施，各组成部分及设备通常都分布在较大的地理范围内，覆盖了从发电到用户的整个过程。智能电网的通信网络架构一般可以分为三个层次：第一层是广域数据传输网络，简称为广域网应于智能电网的输电域，主要用于区域性数据汇聚节点与电网控制中心之间的主干数据传输；第二个层次是邻域数据传输网络，简称邻域网，对应于智能电网的配电域，用于用户智能电表和邻域数据汇聚节点之间的数据接入和传输；第三个层次用户家庭内部的数据传输网络，一般称为家域网，这种网络用于连接家庭内部的智能用电器和智能电表。不同层次的网络对数据传输速率和带宽的要求都各不相同，所以不同层次的数据传输网络也对应于不同种类的通信和网络技术。
1电力物联网背景下的电力系统
电力物联网是现代社会必不可少的基础设施，各组成部分及设备通常都分布在较大的地理范围内，覆盖了从发电到用户的整个过程。其中能量层以变电站作为能源路由器将传统电厂、新能源、分布式能源、废热及天然气等能源连接起来，基于5G等通信技术通过传感层将实时信息上传至云端信息层，信息层将所收集到的信息实时加工，对数据进行科学管理和分析，实现对能量层的实时调度与管控。电力物联网背景下的电力系统不再仅仅只对电能进行调度，而是对所有可以造福人类的能源进行综合利用，能源的综合应用由市场这只“无形的手”同步给出购售决策。电力物联网中应用场景丰富，如电表数据采集、台区识别、异常事件上报等。这些应用都需要不同的通信技术支撑。
2电力物联网中异构网络关键技术
2.1干扰消除
异构网络中的干扰主要来自于不同网络使用相同信道时产生的干扰。当电力物联网中存在多个小基站，其覆盖范围相互重叠。由于两个小基站可能复用相近的信道或者相同的信道进行传输，即同频组网或者异频组网模式，电力物联网终端的信号传输就会产生干扰。为了解决该异构网络场景下小区间的干扰，增强型的小区间干扰协调技术可以引入到电力物联网中，可以从功率、频域和时域三个角度来减少或者避免小区间的干扰问题。功率角度即功率分配，由于干扰的大小与功率的大小成正比，因此只需要对系统做功率控制，就可以减轻干扰。频域即不同的小区尽量选择不同的正交信道进行传输，这样可以避免小区之间的干扰。时域即不同的小区采用时分复用的机制，在不同的时隙进行传输，可以有效地避免干扰。
2.2多连接技术
当一个区域存在多种制式的通信技术覆盖时，多连接技术可以用来增强重叠覆盖区域的数据传输能力。随着电力物联网终端技术的发展，多模终端将会是发展的趋势，即终端可以同时连接多种制式的通信技术。多连接技术需要不同通信协议互相融合支撑，最终将数据进行汇总传输。多连接技术中必须拥有最优的网络选择策略。同时连接多种通信技术，可以提高终端的数据传输速率，但也会增加通信造成的信令开销。因此，通信技术的选择直接决定了电力物联网终端的服务质量。在进行多连接时，电力物联网终端需要自适应进行网络选择，使得多连接的通信技术选择结果能够根据电力物联网终端当前所处的场景环境，动态地计算连接的通信技术带来的效益。
2.3网络间切换技术
在多连接技术的前提下，如何进行网络间的切换也是一个关键的问题。一般情况下，多连接场景下切换可能由如下几种情况触发。（1）当连接性能下降，无法保证业务服务质量需求，并且考虑到移动终端状态等因素，可能触发网络为该业务重新选择一个新的网络连接，将该业务在不同的连接之间进行切换。（2）由于移动终端在密集覆盖网络下发生移动，为保证业务连续性，在不同网络之间进行切换。在这样的多连接场景切换过程中，实质上是网络再选择的过程。当系统中的终端需要进行网络切换，环境中的通信状态即会发生改变。此时影响的不仅是该移动的终端，其他的终端也可能发生被动切换。因为此时系统的最优状态被打破，每个终端的网络选择策略不再是最优的。但是，系统中同时切换将会造成系统混乱，大量的切换会引起巨大的信令开销。因此，为了保证电力物联网系统的稳定，网络间的切换需要设定一个合适的阈值，来保证当其中部分终端发生切换时，不会影响到其他的用户。
2.4负载均衡技术
当终端可以连接多种通信网络时，由于部分通信制式随着接入用户数目的增加而性能下降，因此需要考虑不同通信技术的负载均衡问题。与网络选择相反，不同通信技术可以对用户进行选择。通过最大化系统的容量，以负载均衡为目标条件，不同通信技术的热点选择最优的用户进行数据传输。
2.5频谱共享技术
为了提高频谱的利用效率，不同制式的通信技术可以共享同一频段的无线资源。免许可频段资源丰富，并且免费。相比较而言，许可频段的费用高，且比较拥挤。因此，可以与传统移动通信技术共享免许可频段，以提高传统移动通信的性能，降低成本，满足电力物联网的系统容量。５．８ＧＬＴＥ－Ｕ技术即是通过传统的移动通信共享免许可频段来改善许可频段资源短缺的问题。在５．８ＧＬＴＥ－Ｕ技术中，需要解决的是在共享免许可频段资源的同时，保证工作在免许可频段技术的公平性。由于传统通信技术与工作在免许可频段通信技术在信道接入上存在差异，工作在免许可频段的通信技术通常是采用退避竞争信道接入技术，而传统移动通信采用中心式信道分配方法。由于传统移动通信技术的接入，原有的免许可频段通信技术的性能将会降低，因此在频谱共享技术中，主要考虑两个网络的公平性问题。即在提升传统移动通信性能的同时，需要保证原有通信技术传输的性能。电力物联网可以采用占空比机制以及先听后说机制来保证两种通信技术的和谐共存。占空比机制即两个技术在时间上分开，避免了因为传统移动通信接入而降低原有通信性能的问题。另外一种则是修改传统移动通信技术在免许可频段的接入机制，采用统一的退避竞争协议，与原有通信技术共同竞争免许可信道。
2.6网络切片技术
５Ｇ网络呈现功能软件化、用户面与数据面分离、边缘计算等趋势。为了实现这些功能，网络切片技术助力无线网络更加智能化与数字化。其将网络功能虚拟化，通过软件的方式将网络分为多个虚拟子网，以同时满足不同应用的不同需求。增加网络的容量，提高网络的性能。
结束语
随着国网电力物联网建设的推进，海量物联网终端将会通过不同制式的无线通信技术接入网络中，形成一个大型的异构网络。为了进一步提高电力物联网的性能，满足持续增加的通信业务需求，未来的电力物联网将会呈现一种高度融合的通信架构。因此，还需要继续对电力物联网中的异构网络进行研究，最终形成一种电力混合专用网络。
参考文献：
［1］赵鑫．电力配电系统自动化存在的问题及对策［J］．河南科技，2019，（34）：125－127．
［2］孙少斌，李冰倩．探析配电自动化通信网络的优化方案［J］．决策探索（中），2019，（11）：57．
［3］徐晓路．IP网络在配电自动化中的应用分析［J］．科技与创新，2019，（20）：152－153．