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摘要：文章主要从物联网与智能电网的关系出发，分析电力物联网的特点，并对电力线物联网通信协议的设计展开探讨，做后对电力物理网发展进行相关的讨论。
关键词：电力线;物联网;通信协议;通信设计
引言
随着用电信息系统的大面积推广应用，其信息集成度、融合度更高，系统间的依赖性更强，信息实时交互方式更加多样，同时信息交互也相对更加频繁，系统接入的终端数量庞大、类型多样，导致其运行环境日趋复杂。因此，用电信息系统面临的安全形势日趋严峻。为了应对用电信息系统面临的安全风险和实际业务应用时可能出现的具体问题，相关研究人员对用电信息安全防护技术做了大量研究。
1物联网和智能电网的关系
从本质看，智能电网中包含了物理網的运用。智能电网中的物联网运用包含了应用的服务层、网络层和感知层。一是智能电网是物联网的主要应用领域之一，物联网技术在其中已得到不同程度的应用;二是物联网技术为智能电网提供了不可或缺的技术支撑，为智能电网发展带来多项应用价值;三是通过智能电网和物联网的深度融合，电网企业智能化产业可以得到较大发展和提升。
2电力物联网特征及架构
电力线物联网一般具有以下几种功能：第一，监测系统设备的运行，网络可以收集设备的温度及其他影响设备运行环境因素的信息;第二，监测系统中网络节点的参数是否正常合理;第三，实时跟踪设备操作情况;第四，提供设备和管理信息。现今，电力设备智能化程度越来越高的同时，对通信网络的依赖程度也越来越高，将电力设备与通信网络结合起来是重要的一步。通常所说的电力网络由三部分组成，分别是电力基础设施、人员和设备使用环境和设备通信系统。电力物联网是在电力网络的基础上发展起来的，本文将该网络分成三个层次：环境感知层、网络层和应用层。（1）传感层又可以分为感知和通信子层两部分，该层的主要功能就是利用信息采集设备或者传感器采集设备的功率、状态和所处环境等信息。信息采集之后，利用通信子层模块，将信息传输到与之相连的系统应用层和网络层;（2）网络层包括网络核心部分网和其他网络接入部分等，网络层的主要功能是完成传感层采集信息和数据、信息和数据处理结果的传输，另一个功能就是根据操作者的指令对网络路由进行控制。智能电网对信息的传输要求较高，不仅要对信息进行实时的传输，还要保证数据传输过程中的可靠和安全方面的性能。（3）应用层根据设备所处的层次和种类可以分为基础设施、中间设备和软件程序等三个部分。该部分的主要功能是通过对信息进行处理和计算，并将结果反馈给操作和管理人员，实现网络的可视化管理。
3电力线物联网通信协议的设计与实践
电力线物联网系统（以下简称为“PLIS”）是为了更好利用、调度电力资源。该网络的主要目的是实现家庭生活和生产过程中所涉及到的电气设备的电力网络体系结构和通讯协议的统一，同时实现系统的各方面的相互协调。PLIS主要分为三层协议，即系统应用层、数据链路层和物理层。这些通讯协议有一些共同点，具体可以分为以下三点。（1）数据在传送过程中丢失后的重新传送机制。因此，要求通讯协议必须可靠的，如果在传输过程中存在消息丢失的情况，系统必须建立一个发现并且可以自动或者半自动恢复错误消息的功能。现在，在国外应用较多的错误恢复协议就是传输丢失或者错误的数据进行自动重新传输;（2）对电力线当中的设备和信道进行编码，实现信息在传输过程中差错信息的可控。在网络信息传输过程中，传送端发出的数字信号会因为信道自身的局限性和环境噪声等因素的干扰而出现错误。因此，为了获得传输性能更好的信道，必须对上述涉及到的设备进行编码;（3）网络进行相互连接与寻址管理。为了正确地向发送信息，系统需要通过信道共享机制共享地址。其中通信协议设计需要满足以下要求：相对于物理网络拓扑和硬件方面的设计过程来说，网络中通信协议应该是相对独立的。通信协议主要作用于数据链路层，该层的功能和作用是检测和校正数据，并在此基础上完成整个网络的数据传输任务。在传输过程设计中，主要考虑了以下两个方面的内容：（1）框架、应用层数据可分为处理数据单元;（2）错误控制，检测和重传损坏的帧或丢失的帧。
4物联网在电力事业中应用分析
4.1电力物联网安全
包括物理安全、网络通信安全及应用安全3个方面：1）物理安全也称介质安全，是通过硬件保护措施防止电力物联网节点遭受自然或者人为因素破坏的技术。由于电力物联网节点部署数量大、范围广、不可控，一方面，自然环境的变化如暴雨大风等产生的物理损坏难以控制和及时发现，导致物联网系统无法及时准确获得感知数据;另一方面，攻击者可能在感知网络信号覆盖范围内，通过克隆、仿制、俘获合法设备，窃取电力物联网信息，甚至发起DDoS攻击。2）网络通信安全方面，由于NB-IoT物联网节点结构简单，无法实现复杂组网协议，往往通过广播和多播等方式进行数据传递，因而缺乏有效的通信数据加密保护算法和协议，导致数据被干扰、拦截、篡改的概率增加。同时，多播的方式容易引起数据不一致的问题，也为电力物联网汇聚节点正常数据采集带来障碍。3）应用环境方面，由于智能电网业务具有周期性特征，NB-IoT电力物联网星形组网方式面临数据突发性、集中性并发上传的压力，导致数据丢失和响应时延增加等问题，为攻击者实施DDoS攻击提供条件。
4.2智能电网
电力行业对于无线通信具有潜在需求，未来5G技术在智能电网中将直接推动智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源管理等领域的发展和应用。随着社会对电力供应要求的提高，越来越多区域要求实现电力不间断持续供电，这就必须使电网故障隔离时间控制在毫秒级，因此发展智能分布式配电自动化成为必然的选择。由于没有通信线路的支撑，当前配电网在切除负荷时只能切除整条配电线路，对重要用户造成重大影响。5G通信覆盖条件下则可以通过精准控制优先切除可中断非重要负荷，减小对重要区域的影响。在用户端用电信息采集方面，家庭可通过获取所有用电终端的负荷信息来实现供需平衡，牵引合理错峰用电。
4.3维护电网运行安全，加强系统性创新
运用物联网后，电力企业应创新求变，积极培养员工创新设计与系统性思考的态度、意识，建立物联网创新文化与制度，并进行全面推广和保护，在创新管理模式和组织方面进行进一步保障，形成全局一盘棋这样的格局，让顶层设计变成电网创新的必经之路。
4.4电力检修管理
物联网技术在电力检修方面，主要应用于电力设备智能化运检。智能化巡检要求电网能实时掌控关键设备的运行状态，在尽量少的人工干预下，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，快速隔离故障，实现自我恢复，使电网具有自适应和自愈能力，提高设备的可靠性和利用率。智能电网的实现，依赖于电网各环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，物理网作为推动智能电网发展的信息感知和“物物互联”的重要技术手段，在电力设备状态监测与智能巡检方面得到一定程度的应用。物联网能够对设备进行实时监测，从中获取相关的信息数据，通过系统对信息的分析，能够轻易的发现信息当中存在的异常现象，进而起到监测的效果。
结语
现阶段电力物联网各子网络或通讯协议之间存在着网络架构和通讯协议不一致的情况。电力线物联网通信协议的设计应该在遵循电能计量传输的相关标准的基础上，通过构成物联网通信协议字段和数据信息编码规则来实现通信协议的设计。
参考文献
[1]王艳.物联网网关异构协议中间件关键技术研究[D].深圳大学，2016.
[2]徐一鸣.面向电力物联网的通信技术研究[D].北京：华北电力大学，2016.
[3]夏冰.关于电力物联网信息模型及通信协议的设计要点分析[J].通信电源技术，2016，33（03）：119-120.
（作者单位：国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司）
关键词：电力线;物联网;通信协议;通信设计
引言
随着用电信息系统的大面积推广应用，其信息集成度、融合度更高，系统间的依赖性更强，信息实时交互方式更加多样，同时信息交互也相对更加频繁，系统接入的终端数量庞大、类型多样，导致其运行环境日趋复杂。因此，用电信息系统面临的安全形势日趋严峻。为了应对用电信息系统面临的安全风险和实际业务应用时可能出现的具体问题，相关研究人员对用电信息安全防护技术做了大量研究。
1物联网和智能电网的关系
从本质看，智能电网中包含了物理網的运用。智能电网中的物联网运用包含了应用的服务层、网络层和感知层。一是智能电网是物联网的主要应用领域之一，物联网技术在其中已得到不同程度的应用;二是物联网技术为智能电网提供了不可或缺的技术支撑，为智能电网发展带来多项应用价值;三是通过智能电网和物联网的深度融合，电网企业智能化产业可以得到较大发展和提升。
2电力物联网特征及架构
电力线物联网一般具有以下几种功能：第一，监测系统设备的运行，网络可以收集设备的温度及其他影响设备运行环境因素的信息;第二，监测系统中网络节点的参数是否正常合理;第三，实时跟踪设备操作情况;第四，提供设备和管理信息。现今，电力设备智能化程度越来越高的同时，对通信网络的依赖程度也越来越高，将电力设备与通信网络结合起来是重要的一步。通常所说的电力网络由三部分组成，分别是电力基础设施、人员和设备使用环境和设备通信系统。电力物联网是在电力网络的基础上发展起来的，本文将该网络分成三个层次：环境感知层、网络层和应用层。（1）传感层又可以分为感知和通信子层两部分，该层的主要功能就是利用信息采集设备或者传感器采集设备的功率、状态和所处环境等信息。信息采集之后，利用通信子层模块，将信息传输到与之相连的系统应用层和网络层;（2）网络层包括网络核心部分网和其他网络接入部分等，网络层的主要功能是完成传感层采集信息和数据、信息和数据处理结果的传输，另一个功能就是根据操作者的指令对网络路由进行控制。智能电网对信息的传输要求较高，不仅要对信息进行实时的传输，还要保证数据传输过程中的可靠和安全方面的性能。（3）应用层根据设备所处的层次和种类可以分为基础设施、中间设备和软件程序等三个部分。该部分的主要功能是通过对信息进行处理和计算，并将结果反馈给操作和管理人员，实现网络的可视化管理。
3电力线物联网通信协议的设计与实践
电力线物联网系统（以下简称为“PLIS”）是为了更好利用、调度电力资源。该网络的主要目的是实现家庭生活和生产过程中所涉及到的电气设备的电力网络体系结构和通讯协议的统一，同时实现系统的各方面的相互协调。PLIS主要分为三层协议，即系统应用层、数据链路层和物理层。这些通讯协议有一些共同点，具体可以分为以下三点。（1）数据在传送过程中丢失后的重新传送机制。因此，要求通讯协议必须可靠的，如果在传输过程中存在消息丢失的情况，系统必须建立一个发现并且可以自动或者半自动恢复错误消息的功能。现在，在国外应用较多的错误恢复协议就是传输丢失或者错误的数据进行自动重新传输;（2）对电力线当中的设备和信道进行编码，实现信息在传输过程中差错信息的可控。在网络信息传输过程中，传送端发出的数字信号会因为信道自身的局限性和环境噪声等因素的干扰而出现错误。因此，为了获得传输性能更好的信道，必须对上述涉及到的设备进行编码;（3）网络进行相互连接与寻址管理。为了正确地向发送信息，系统需要通过信道共享机制共享地址。其中通信协议设计需要满足以下要求：相对于物理网络拓扑和硬件方面的设计过程来说，网络中通信协议应该是相对独立的。通信协议主要作用于数据链路层，该层的功能和作用是检测和校正数据，并在此基础上完成整个网络的数据传输任务。在传输过程设计中，主要考虑了以下两个方面的内容：（1）框架、应用层数据可分为处理数据单元;（2）错误控制，检测和重传损坏的帧或丢失的帧。
4物联网在电力事业中应用分析
4.1电力物联网安全
包括物理安全、网络通信安全及应用安全3个方面：1）物理安全也称介质安全，是通过硬件保护措施防止电力物联网节点遭受自然或者人为因素破坏的技术。由于电力物联网节点部署数量大、范围广、不可控，一方面，自然环境的变化如暴雨大风等产生的物理损坏难以控制和及时发现，导致物联网系统无法及时准确获得感知数据;另一方面，攻击者可能在感知网络信号覆盖范围内，通过克隆、仿制、俘获合法设备，窃取电力物联网信息，甚至发起DDoS攻击。2）网络通信安全方面，由于NB-IoT物联网节点结构简单，无法实现复杂组网协议，往往通过广播和多播等方式进行数据传递，因而缺乏有效的通信数据加密保护算法和协议，导致数据被干扰、拦截、篡改的概率增加。同时，多播的方式容易引起数据不一致的问题，也为电力物联网汇聚节点正常数据采集带来障碍。3）应用环境方面，由于智能电网业务具有周期性特征，NB-IoT电力物联网星形组网方式面临数据突发性、集中性并发上传的压力，导致数据丢失和响应时延增加等问题，为攻击者实施DDoS攻击提供条件。
4.2智能电网
电力行业对于无线通信具有潜在需求，未来5G技术在智能电网中将直接推动智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源管理等领域的发展和应用。随着社会对电力供应要求的提高，越来越多区域要求实现电力不间断持续供电，这就必须使电网故障隔离时间控制在毫秒级，因此发展智能分布式配电自动化成为必然的选择。由于没有通信线路的支撑，当前配电网在切除负荷时只能切除整条配电线路，对重要用户造成重大影响。5G通信覆盖条件下则可以通过精准控制优先切除可中断非重要负荷，减小对重要区域的影响。在用户端用电信息采集方面，家庭可通过获取所有用电终端的负荷信息来实现供需平衡，牵引合理错峰用电。
4.3维护电网运行安全，加强系统性创新
运用物联网后，电力企业应创新求变，积极培养员工创新设计与系统性思考的态度、意识，建立物联网创新文化与制度，并进行全面推广和保护，在创新管理模式和组织方面进行进一步保障，形成全局一盘棋这样的格局，让顶层设计变成电网创新的必经之路。
4.4电力检修管理
物联网技术在电力检修方面，主要应用于电力设备智能化运检。智能化巡检要求电网能实时掌控关键设备的运行状态，在尽量少的人工干预下，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，快速隔离故障，实现自我恢复，使电网具有自适应和自愈能力，提高设备的可靠性和利用率。智能电网的实现，依赖于电网各环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，物理网作为推动智能电网发展的信息感知和“物物互联”的重要技术手段，在电力设备状态监测与智能巡检方面得到一定程度的应用。物联网能够对设备进行实时监测，从中获取相关的信息数据，通过系统对信息的分析，能够轻易的发现信息当中存在的异常现象，进而起到监测的效果。
结语
现阶段电力物联网各子网络或通讯协议之间存在着网络架构和通讯协议不一致的情况。电力线物联网通信协议的设计应该在遵循电能计量传输的相关标准的基础上，通过构成物联网通信协议字段和数据信息编码规则来实现通信协议的设计。
参考文献
[1]王艳.物联网网关异构协议中间件关键技术研究[D].深圳大学，2016.
[2]徐一鸣.面向电力物联网的通信技术研究[D].北京：华北电力大学，2016.
[3]夏冰.关于电力物联网信息模型及通信协议的设计要点分析[J].通信电源技术，2016，33（03）：119-120.
（作者单位：国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司）