第一部分 概述

日益紧张的能源供给和上涨的能源成本迫使电力供应商更有效地计算、监测和控制电能分配。

电网的老化和近年来屡次出现的电力中断现象很清楚地显示出输电网的使用已经达到极限。因此电网公司需要更多的统计数据进行测算分析，以更有竞争力的价格买卖电能。

全世界的政府机构都很重视可再生能源方面的技术，美国奥巴马政府斥资45亿美元鼓励创新和促进可再生能源科技的推广使用。其中创新之一便是公用事业智能表的改革。中国政府也于日前宣布了高规格的智能电网计划。这些计划将给智能电表行业带来前所未有的发展契机。

智能表允许家用和商用电能系统自动将电能消费纪录传给公用事业管理中心和终端使用者，允许每个人跟踪其电能使用情况并随时调节使用量。如果用户家中有数字工具可控制电能使用量，则在用电高峰时期输电网的最大负荷就可减少高达15%，未来20年里不用再建新的发电厂和配套基础设施，由此可节省700亿美元。

从长期来看，保护环境的需要使得很多国家不得不另辟蹊径以节约能源并减少石油消费和二氧化碳的排放量；另外，政府和公司也希望减少偷电等欺诈行为。

厦门才茂通信科技有限公司和系统集成商合作开发的基于无线网络技术的用电管理系统。它由智能电表、DTU、采集器及中心服务器组成。采集器实时采集用户的用电数据，通过无线网络把数据汇集到服务器。

本系统提供丰富的接口，可与电业系统的MIS系统链接或进行二次开发。

第二部分 第二部分系统组成

本系统由带系统软件的主站、带CM 3160P GPRS DTU传输终端、采集器及智能表组成。

一、 数据中心主站

智能电表系统的管理计算机（服务器或PC机）称为主站，主站通过宽带网络与终端DTU相连。中心提供互联网IP地址及互联网出口（端口）。

中心条件

首先用一台能上网的PC机，条件必须能让外网访问的到，如运行中心软件的PC机在局域网里面，那要在局域网路由器做端口映射到本机PC，等这些条件具备之后在本机运行一个中心DEMO，开放一个端口，运行软件等待DTU的连接。

系统软件

管理系统的核心部分是系统软件，它遵循DL/T645部标通讯规约，并有扩展性。

管理软件系统数据库为ORACLE数据库，运行于WIN98/2000/XP、NT的操作系统，易于使用。软件所能管理的用户数量没有限制。

系统的功能与特点有：

(一) 安全可靠：安全性由三方面构成：第一，ORACLE数据库是大型的、多用户的数据库，它的安全性高，允许多用户同时使用同一数据库而不会破坏完整性，用它来做抄表系统的数据引擎可以保证数据的安全；第二，系统对用户实现分级授权管理功能，通过检查使用者的名字和授权密码，赋予使用者相应的操作权，借鉴银行系统的密码管理模式限制无关人员改变数据库和硬件设置。第三，防火墙功能及完善的数据备份功能，防备系统受到人为的恶意攻击，数据备份功能确保在硬件系统故障时，也能随时在新的硬件设备上数据无丢失地启动抄表系统。

(二) 完善的系统日志：系统日志记录了进入系统，离开系统，收费，设置硬件，改变运行参数操作等及操作者，操作时间，凡是改变数据库的操作都被记录下来。

(三) 抄表速度快：抄表快、数据准确，抄表时PC机只读采集器的数据，数据传输采用1200波特率，传输速度快，并对每个数据块都有效验码，保证了传输的准确性。

(四) 广播对时功能：该功能使得系统中的所有电能表的时间基准与PC机保持一致，对时成功后，由电池供电的电能表内部时钟，不再需要PC机的干预。因此，只要保证在对时时刻，PC机的时间是正确的，以后在运行的过程中，改变PC机的时钟并不会影响电能表的时间。

(五) 自动抄表功能：按照设置的抄表开始时间和抄表间隔，到预定的抄表时刻，系统便会依次拨号去抄采集器或电表内的数据。对于抄不上数据，系统会自动补抄或人工发命令补抄。

(六) 电量冻结功能：可以方便地定义总表，安装和删除总表，给总表分配分表。通过安装适当的总表，结合抄冻结数据功能，就可得某一特定的时刻的总表读数，各分表的读数（由此得到读数和），就可以计算出某部分电路的电能损耗，为确定电费提供依据。

(七) 电费管理功能：收电费前，统一抄录一次电费数据。当确保数据库内的数据反映最近的电表读数后，利用程序中的功能自动计算出当月用电量和电费。交纳电费时，只需输入用户号，当月用电量和电费由程序填写。每笔电费都有详细记录，便于对帐。

(八) 设备管理功能，如告警：开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警、倾斜或移动报警等；控制：对欠费用户进行拉闸等。并提供停电数据保护功能，在停电48--72小时内仍可抄表和监控。本系统结合联通公司的短信平台，在告警时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员。

本系统适应范围广泛，单相版的软件可用于小区管理，网络版的软件可用于供电公司实现一座城市或地区的用电管理。

二、终端设备---采用厦门才茂通信科技有限公司CM 3160P GPRS DTU

 厦门才茂CM3160P/CM3160EP DTU采用高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。CM3160P/EP是CM3150P/EP的升级和替代产品，3160改进了原来3150的无线模块的链接方式，提高了产品的稳定性，软件、硬件和配置软件和原来完全兼容。

一、 无线参数

1、支持EGSM900/GSM1800MHz双频，800/900/1800/1900MHz四频可选

2、GPRS multi-slot class 10

3、编码方案：CS1~CS4

4、符合SMG31bis技术规范

5、Compliant to GSM phase 2/2+

6、支持数据、语音、短信和传真

三、 硬件系统

1、CPU：工业级高性能嵌入式处理器

2、接口：

UART:

CM3160P:

1个RS232串口。

串口速率： 110bps ~ 230400bps

数据位支持： 8位 或 7位

奇偶校验位：无 或 奇数校验 或 偶数校验

停止位： 1位 或 2位

流控： 无 或 RTS/CTS

CM3160EP:

1个RS485接口。（根据需要，可支持RS232/422/TTL）

串口速率： 110bps ~ 230400bps

数据位支持： 8位

奇偶校验位：无 或 奇数校验 或 偶数校验

停止位： 1位

流控： 无 或 RTS/CTS

控制口：

RS-232, 115200 bps, 8 data bits,1 stop bit, no parity (8N1)

指示灯：具有电源POWER、通信ACT及在线指示灯Online。

天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。

UIM卡接口：3V/5V标准的推杆式用户卡接口。

电源接口：标准的3芯火车头电源插座。

语音接口：标准的耳机麦克风接口。

3、供电：

外接电源：DC 9V 500mA

宽电压供电：DC 5-32V

通信电流：350mA

待机电流：35mA

4、尺寸

产品外形尺寸：92x62x22 mm（不包括天线及固定件）

产品包装尺寸：298x226x60mm

5、重量

0.41KG

6、其他参数:

工作环境温度 -25~+65ºC

储存温度 -40~+85ºC

相对湿度 95%(无凝结)

四、 软件功能

1. TCP/UDP透明数据传输；支持多种工作模式。心跳包技术。

2. 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。

3. 支持RSA，RC4加密算法

4. 支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠

5. 支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）

6. 支持数据中心动态域名和IP地址访问

7. 支持DNS动态获取，防止DNS服务器异常导致的设备当机。

8. 支持双数据中心备份

9. 支持多数据中心同时接受数据

10. 支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。

11. 支持短消息备份及告警。

12. 多重软硬件看门狗

13. 数据包传输状态报告。

14. 标准的AT命令界面

15. 可以用做普通拨号MODEM

16. 支持telnet功能。

17. 支持远程配置，远程控制

18. 通过串口软件升级

19. 同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统

五、 产品特性

1. 三层系统保护： 在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗保护，外置硬件看门狗保护）系统保护的基础上，增加一级系统监测保护SWP（System Watch Protect），彻底解决了业内”假在线”，”假死机”，”当机”等疑难问题。

2. 高速处理CPU： 采用高速ARM9的工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换，规避因CPU处理速度慢而导致的数据重传和丢失等问题

3. DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS，规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象！

4. 完善的协议栈： 新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈，网络通信性能优异。

5. EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用，系统稳定可靠。

6. 支持多中心：客户数据可以同时往客户指定的监控中心发送，最大支持发送中心达256个

DTU在应用之前首先要进行设置，通过光盘配套的参数配置软件设置好数据中心的IP和端口及其它参数的设置，设置好之后串口和采集器串口对接， DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向透明传输数据。

采集器：收集电表数据传送到数据中心，它连接主站和电度表。

智能电表：计量并显示用户的用电情况，将用电信息通过采集器传输到DTU传输终端。

第三部分 第三部分组网实施

方案一：

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。

此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。

DTU直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。

方案二：

中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。

客户先与DNS服务商联系开通动态域名，DTU先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

方案三：

中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP

客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。

为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。

用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。

用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。

移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。

业务流程

GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：

1）用户发出GPRS登录请求，请求中包括由移动公司为GPRS专网系统专门分配的专网APN；

2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；

3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；

4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；

5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；

6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。

附：系统安全

在系统安全方面，本公司除了采用大型、多用户的ORACLE数据库、系统对用户实现分级授权管理和提供防火墙功能及完善的数据备份功能外，对网络无线数据监控中心还提供了安全技术解决方案，以确保数据安全可靠。

IP过滤技术

由于监控中心服务于GPRS子网用户，所有访问客户的IP必为GPRS子网内的IP，即所有的用户必须通过VPDN才可能访问该服务器。因此，我们在系统中采用了IP过滤技术，对所有接受的数据包进行过滤，抛弃掉所有的非法IP数据报。这一过程就好像将系统置身于CMNET的防火墙保护之下，所有的非法用户只有先穿过了VPDN的安全防护才有可能访问到本系统，但对于安全措施非常强大的VPDN网络来说，这将是非常的困难。

身分授权和密码认证体系

采用IP过滤技术尽管可以防止一些非VPDN网段用户的侵袭，但由于系统处于GPRS子网以外，IP过滤只能起到简单的安全防护，对于那些利用IP伪装技术的非法用户则无法识别。

由于该系统是专业化的服务系统，访问客户是预先确定的，利用这一特点，我们在系统中采用了用户ID和密码验证技术，系统中存储了有所客户端的MAC地址以及密码，对通过了IP过滤的数据包，再验证其ID号和密码。对于该系统以外的非法用户，获取合法的MAC地址和密码将十分困难，所以这一步极大可能地增加了系统的安全性。

               图5 数据安全技术解决方案示意图

数据安全加密通道

系统采用标准的SSL数据安全通讯协议在客户端和服务器端建立加密数据通道，保证私有数据传输的安全性；系统在应用层植入高可靠性的加密算法，使得数据在任何网络出错时都可以得到保证的高可靠性；采用MD5算法产生“报文摘要”已实现对所有发送报文的数字签名，保证了数据传输过程中的完整性，防止数据被篡改。

访问过程跟踪

系统对所有的访问过程进行日志记录，包括用户身份、IP、时间、数字签名、操作事项等信息，向系统管理人员提供了详细、完整、有效的操作证明。

总 结