沈光劍

（貴州電網(wǎng)公司遵義供電局，貴州 遵義 563000）

0 引 言

在傳統(tǒng)的電力通信系統(tǒng)中，主要應(yīng)用高壓輸電線路來(lái)作為高頻信號(hào)傳輸?shù)闹饕ǖ溃趥鬏斶^(guò)程中僅局限在話音傳輸和信號(hào)控制等工作方面，在應(yīng)用范圍上相對(duì)比較狹窄，信號(hào)傳輸效率偏低，無(wú)法充分滿足帶寬化發(fā)展的工作目標(biāo)。隨著我國(guó)科技技術(shù)的不斷向前發(fā)展，電力線通信正不斷朝著大容量和高傳輸速率的趨勢(shì)發(fā)展，并且在電力信號(hào)傳輸過(guò)程中，有效運(yùn)用了低壓配網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通信。超寬帶通信技術(shù)的不斷向前發(fā)展，為我國(guó)電力線通信技術(shù)的發(fā)展提供出了全新的工作方向，并且對(duì)其中存在的各種問(wèn)題進(jìn)行了有效解決。相較于藍(lán)牙、Zig Bee以及WiFi等近距離通信技術(shù)，超寬帶通信技術(shù)具有更高的通信工作效率，同時(shí)具有較低的發(fā)射功率，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，可以有效抵御外部環(huán)境因素的影響。因此，超寬帶通信技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用程度越來(lái)越高，并且受到了行業(yè)內(nèi)部工作人員的高度關(guān)注和重視。

1 超寬帶通信技術(shù)的工作原理與工作優(yōu)勢(shì)

所謂超寬帶通信技術(shù)主要使用的是電磁能量脈沖，通過(guò)納秒或者皮秒間隔性發(fā)射，發(fā)射持續(xù)時(shí)間通常為幾納秒到十幾秒，因此超寬帶通信技術(shù)也被稱(chēng)之為脈沖無(wú)線電技術(shù)。因?yàn)榧?lì)脈沖不屬于調(diào)制波形，所以超寬帶通信技術(shù)也被稱(chēng)之為無(wú)載波技術(shù)。此外，由于在射頻頻譜中并未存在明顯的載波頻率，因此與傳統(tǒng)的無(wú)線電通信頻率相比，超寬帶通信脈沖在沒(méi)有進(jìn)行調(diào)制的狀態(tài)下，傳輸?shù)秸逸d波的頻率上的效果更加明顯，同時(shí)超寬帶不需要指定的工作頻率，也不需要使用特定的功率放大器。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)將超寬帶通信信號(hào)定義為任何相對(duì)帶寬不超過(guò)20%，或者絕對(duì)帶寬不超過(guò)500 MHz，同時(shí)要滿足功率譜的限制信號(hào)。相比于傳統(tǒng)的調(diào)制通信，超寬帶通信工作不需要向其中加入載波調(diào)制，可以直接在時(shí)域中對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性處理。

1.1 信息傳輸速率較高，且空間容量較大

根據(jù)香農(nóng)信道容量公式，可以看出在加性高斯白噪聲AWGN信道系統(tǒng)的無(wú)差錯(cuò)傳輸速率的上限為C=B×log2（1+SNR）。其中，B為信號(hào)的帶寬，SNR為信噪比。在超寬帶通信系統(tǒng)中，信號(hào)帶寬B的頻率范圍是500 MHz～7.5 GHz。因此，即使信噪比SNR相對(duì)較低，超寬帶通信系統(tǒng)也可以在短時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)短距離的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸。例如，使用7 GHz帶寬，在信號(hào)傳輸工作中，如果將信噪比控制在-10 dB，則理論信息容量上也可以達(dá)到1 GB。通過(guò)超寬帶通信技術(shù)的有效應(yīng)用，可以在非常寬的頻率帶寬條件下提高整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率以及質(zhì)量，同時(shí)不會(huì)單獨(dú)占有現(xiàn)有的信息通道資源。該技術(shù)屬于一種能和其他無(wú)線技術(shù)進(jìn)行共享的頻帶技術(shù)[1]。

1.2 多徑分辨率高

因?yàn)槌瑢拵ㄐ判盘?hào)使用的是持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短的窄脈沖，在信號(hào)傳輸過(guò)程中對(duì)時(shí)間空間的分辨能力相對(duì)較強(qiáng)。因此，超寬帶通信信號(hào)在信號(hào)傳輸過(guò)程中多徑分辨率相對(duì)較高。通過(guò)較高的分辨率可以有效提高超帶寬通信信號(hào)的效率以及精確度，同時(shí)還保證了高精度的測(cè)距以及定位功能的效果。對(duì)于通信系統(tǒng)，在工作過(guò)程中必須要做好超帶寬的信號(hào)分析工作，需要對(duì)信號(hào)的傳輸途徑進(jìn)行有效判斷。無(wú)線信號(hào)傳輸通道在時(shí)間選擇和頻率的選擇是無(wú)線通信系統(tǒng)保證高頻率工作的關(guān)鍵性影響因素。在短帶系統(tǒng)工作過(guò)程中，不可以直接進(jìn)行分辨的信號(hào)傳輸路徑將會(huì)直接被排除，而超帶寬通信信號(hào)可以將其合理分成多個(gè)并用的信號(hào)收集形式，并且將信號(hào)收集通道進(jìn)行有效合并。此超寬帶通信系統(tǒng)在工作過(guò)程中具有非常強(qiáng)的信號(hào)抗干擾能力。雖然超寬帶通信信號(hào)在工作過(guò)程中具有多路徑分辨工作能力，但是這樣也會(huì)造成信號(hào)在傳輸過(guò)程中能量會(huì)出現(xiàn)一定的衰落。因此，需要對(duì)信號(hào)傳輸?shù)念l率進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，在接收端需要對(duì)信號(hào)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的衰落變化進(jìn)行重新調(diào)整，以獲取更高能量的信號(hào)，保證信號(hào)傳輸?shù)男屎蜏?zhǔn)確性。

1.3 低功耗

傳統(tǒng)的超寬帶通信技術(shù)在使用過(guò)程中不需要正弦載波，數(shù)據(jù)調(diào)制工作可以在納秒級(jí)別或者亞納秒級(jí)別范圍內(nèi)，在窄帶寬脈沖中進(jìn)行高質(zhì)量傳輸，接收機(jī)設(shè)備在工作過(guò)程中可以直接完成對(duì)應(yīng)傳輸信號(hào)的檢測(cè)工作。超帶寬系統(tǒng)在信號(hào)傳輸過(guò)程中，可以通過(guò)間歇式的信號(hào)發(fā)射方法完成整個(gè)數(shù)據(jù)的快速傳輸。脈沖發(fā)射的持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，通常保持在0.2～1.5 ns。由于具有較高的占空因素，因此系統(tǒng)在工作過(guò)程中耗電量相對(duì)較低，在高速信息傳輸過(guò)程中，系統(tǒng)的整體耗電量?jī)H為幾百微瓦到幾十毫瓦。

1.4 良好的共存性和保密性

因?yàn)槌瑢拵ㄐ畔到y(tǒng)在工作過(guò)程中信號(hào)的輻射譜密度相對(duì)較小，通常保持在-41.3 dB/MHz以下，而對(duì)于傳統(tǒng)的窄帶信號(hào)傳輸工作來(lái)講，超帶寬通信信號(hào)的信號(hào)傳輸密度可以低置到噪聲電平以下范圍。超寬帶通信信號(hào)在經(jīng)過(guò)載帶系統(tǒng)過(guò)程中會(huì)受到一定的外部環(huán)境干擾，此時(shí)可以將這種干擾直接作為帶寬白噪聲。因此，在超寬帶通信系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的工作過(guò)程中，保證載帶系統(tǒng)具有良好的共存性工作效果，對(duì)提高無(wú)線通信信號(hào)頻譜資源的使用率有著至關(guān)重要的作用[2]。

2 基于空間數(shù)據(jù)挖掘理論的超寬帶通信電力系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)算法

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谌粘５纳詈托畔⒔涣鬟^(guò)程中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用程度越來(lái)越高，但是隨之而來(lái)的是網(wǎng)絡(luò)安全事故頻發(fā)。為了最大限度地預(yù)防或者減少網(wǎng)絡(luò)安全事故的產(chǎn)生，減免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，必須要充分預(yù)防各種網(wǎng)絡(luò)空間存在的安全威脅，做好系統(tǒng)的安全防護(hù)控制工作。此外，還需要保證更加精確高效地感知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間所帶來(lái)的實(shí)時(shí)性動(dòng)態(tài)工作優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)未來(lái)的發(fā)展走勢(shì)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，建立起更加科學(xué)和全面的安全網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，保證在產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題時(shí)，可以快速響應(yīng)出相應(yīng)的解決策略，這也是相關(guān)工作單位和研究人員所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。盡管現(xiàn)階段針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的控制和預(yù)測(cè)工作模型和方法相對(duì)較多，但是通常在整個(gè)模型的建立上具有較強(qiáng)的不適應(yīng)性以及靈活度相對(duì)較差。有效考慮到安全態(tài)勢(shì)方面產(chǎn)生的影響因素會(huì)直接造成網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)測(cè)和判斷工作存在誤差。在信號(hào)的傳輸工作中，必須要充分做好超寬帶通信電力系統(tǒng)的安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)和評(píng)估工作，同時(shí)要建立起更加科學(xué)合理的預(yù)測(cè)工作模型，充分分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)。因此，本文基于空間數(shù)據(jù)挖掘理論的應(yīng)用，介紹了超寬帶對(duì)通信系統(tǒng)的安全預(yù)測(cè)算法，具體的算法步驟如圖1所示。

在圖1中，從超寬帶通信電力系統(tǒng)中收集相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)整個(gè)超寬帶網(wǎng)絡(luò)安全工作態(tài)勢(shì)進(jìn)行全面評(píng)估和了解，以有效完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的預(yù)處理工作。網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題會(huì)受到外部環(huán)境的攻擊保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境等多方面因素的干擾，因此在具體的計(jì)算工作中所涉及到的內(nèi)容也比較復(fù)雜。

圖1 算法實(shí)現(xiàn)流程圖

該算法主要是基于空間數(shù)據(jù)理論，全面分析信息傳輸過(guò)程中的安全態(tài)勢(shì)和據(jù)傳輸維度，確認(rèn)整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)參數(shù)數(shù)值，有效結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成情況，探索超寬帶信息傳輸安全態(tài)勢(shì)要素相互之間存在的互通關(guān)系。該算法主要運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，全面分析和預(yù)測(cè)下一時(shí)刻電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)值，預(yù)測(cè)得到的數(shù)據(jù)參數(shù)具有唯一性特點(diǎn)，同時(shí)不存在BP算法中局部極小的相關(guān)問(wèn)題，整個(gè)預(yù)測(cè)工作的精確度相對(duì)較高，并且整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸工作效率更快[3]。

3 應(yīng)用仿真與結(jié)果分析

為了充分驗(yàn)證這一算法的實(shí)際性能，根據(jù)計(jì)算流程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析。首先，收集了大量具有代表性的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)數(shù)值參數(shù)，并且對(duì)其中的相關(guān)概念定義和數(shù)據(jù)進(jìn)行了信息提取和預(yù)處理工作。通過(guò)使用基于空間數(shù)據(jù)理論下的安全態(tài)勢(shì)和空間維度預(yù)算工作方法，通過(guò)定量分析的方式，有效結(jié)合綜合網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估，使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，有效完成整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸頻率和網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)數(shù)值的預(yù)測(cè)工作。所運(yùn)用的數(shù)據(jù)集中包含了電力通信網(wǎng)絡(luò)所涉及到的100個(gè)時(shí)間點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)記錄。該數(shù)據(jù)記錄中涵蓋了網(wǎng)絡(luò)邊界和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資產(chǎn)的相關(guān)信息，同時(shí)有效給出了主機(jī)處理工作完成之后的各種警告信息[4]。通過(guò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以借助自動(dòng)化拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其中的相關(guān)數(shù)據(jù)收集工具，如object SNMP。通過(guò)計(jì)算步驟所形成的電力通信網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值，作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)分析數(shù)據(jù)，將該序列數(shù)據(jù)進(jìn)行重新取樣和分析，形成全新的取樣分析組別。例如，在選取參數(shù)數(shù)值過(guò)程中，每次移動(dòng)一個(gè)時(shí)間間隔可以形成96組樣本值，通過(guò)選擇其中81組作為訓(xùn)練集，另外15組則設(shè)定為測(cè)試和通過(guò)完整的預(yù)測(cè)計(jì)算工作任務(wù)，得到最終的分析控制結(jié)果，可以使用誤差的計(jì)算方法具有更高的代表性。電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)值如圖2所示。

通過(guò)圖2所使用的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值計(jì)算模式，有效保證空間理論數(shù)據(jù)的真實(shí)性，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)安全參數(shù)等進(jìn)行有效設(shè)定和收集，有效避免了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差影響。

圖2 電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)值

通過(guò)圖3圖像數(shù)據(jù)對(duì)比BP和RBF模型預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)數(shù)值，其中橫坐標(biāo)選擇的是后15組測(cè)試組，通過(guò)測(cè)試分析可以看出在該算法當(dāng)中所使用的RBF模型可以有效預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)值，且所得到的數(shù)據(jù)更加精確。

圖3 本算法RBF和BP的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

4 超寬帶通信在電力系統(tǒng)中應(yīng)用展望

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)正式步入了信息化發(fā)展時(shí)代，各種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用程度越來(lái)越高，并且大量的信息化技術(shù)應(yīng)用改變了人們的日常生活和工作方式，人們相互之間可以實(shí)現(xiàn)更加高效的信息通信活動(dòng)?，F(xiàn)階段，有線電視公司所提供的有線電視系統(tǒng)可以直接通過(guò)單一的寬帶網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供出相應(yīng)的電視服務(wù)，通過(guò)這些先進(jìn)的服務(wù)模式，加大了對(duì)帶寬的需求程度。隨著數(shù)據(jù)傳輸規(guī)模和傳輸量的不斷上漲，更多的帶寬變得越來(lái)越重要。例如，在人們的日常生活過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)家庭與辦公室之間的互動(dòng)視頻、家庭電影點(diǎn)播以及辦公室的視頻電話會(huì)議等，在這些活動(dòng)的開(kāi)展過(guò)程中要求具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率來(lái)有效保證畫(huà)面呈現(xiàn)的清晰度。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，社會(huì)中其他行業(yè)也會(huì)對(duì)電力提供商和相關(guān)的數(shù)據(jù)供應(yīng)商提出相應(yīng)的帶寬要求。例如，在醫(yī)院?jiǎn)挝粌?nèi)部將X光片與CAD掃描圖像直接通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)送的方式輸送到遠(yuǎn)程定位的醫(yī)生手中時(shí)，需要具有較大的帶寬才可以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的快速傳輸。在具體的使用過(guò)程中，某些用戶發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的接入速率相對(duì)較慢，并且產(chǎn)生數(shù)據(jù)鏈路丟失等相關(guān)問(wèn)題，這些問(wèn)題都是因網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)載所產(chǎn)生的外在表現(xiàn)形式，需要更多的帶寬來(lái)加以彌補(bǔ)[5]。

在電力通信領(lǐng)域工作中，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)和外部數(shù)據(jù)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)，讓整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸工作變得更加安全高效和快捷。為了有效解決帶寬問(wèn)題，滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸速率較高的工作需求，超寬帶通信將在電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。例如，在家庭內(nèi)部或者辦公室，可以直接使用無(wú)線接口的方法實(shí)現(xiàn)超寬帶通信，不但可以對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行有效簡(jiǎn)化，同時(shí)大大提高了信息傳輸工作的整體效率和質(zhì)量[6]。

5 結(jié) 論

超寬帶通信技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中慢慢得到了社會(huì)的廣泛認(rèn)可，并且在中短距離的信息傳輸過(guò)程中表現(xiàn)出了傳輸效率更快和信息傳輸質(zhì)量更高等多方面優(yōu)勢(shì)。由此可以看出，超帶寬通信傳輸技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展和使用過(guò)程中具有較高的發(fā)展?jié)摿Γ瑸橥苿?dòng)信息通信技術(shù)的快速發(fā)展打下了重要的基礎(chǔ)。