智慧能源物联网应用

智慧能源物联网应用

能源物联网（IoT）是智慧能源互联网（EoI）变革的重要支撑技术之一，低功耗广域网（LPWA）物联网技术在智慧能源互联网领域将起到关键作用。能源电力领域小数据众多，包括用户侧数据、电力系统边缘数据和智慧能源新技术及新业务数据等。

这些数据包括电气量和非电气量，需要根据LPWA技术特点界定其适用范围，全新规划业务需求和模型。同时,物联网安全需要从终端接入、数据传输和平台安全全面考虑。智慧能源互联网的市场化、高效化和清洁化发展创新了众多新的能源业务场景，对能源物联网的需求将会十分显著。

随着信息、连接和计算为主导的新一轮信息技术革命的兴起，M-ICT技术在各个行业掀起了变革的浪潮。新能源技术革命与此深度融合，在能源电力领域形成了“能源互联网”的革命性发展新趋势。能源互联网使得传统能源电力的开发、输运、存储、交易、使用等均发生革命性的变化；使得能源电力向开放、对等、共享、高效、清洁、可持续方向发展。

能源互联网需要海量的数据连接支持。这些海量数据具备“小数据”特征，包括：业务相关性强；连接难，分布广，分散性强且不易供电；数据价值密度低，需要大数据技术分析；状态变化缓慢稳定，采集频次低；越限影响大，日常关注度低。伴随着“万物互联”的需求，各种物联网技术层出不穷。物联网时代将有数百亿物体接入网络中，传统的接入技术有近距离无线接入技术和移动蜂窝网技术两类，这两类技术都有其优势与不足。

前者包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，提供近距离高速快速接入的能力；后者是移动蜂窝网技术，满足大范围移动语音/数据的接入需要。这两种技术在功耗、成本、覆盖广度深度等方面受到限制,这两类技术均无法为小数据的连接提供理想的解决方案。像智能表计这样的万物互联的小数据连接需求，催生了低功耗广域（LPWA）技术的兴起。

LPWA技术及CLAA物联网方案

LPWA是一种能适配机器到机器（M2M）的业务，具有流量小，连接数量大等特性，可形成一张广覆盖、低速率、低功耗和低成本的无线接入网络。物联网应用呈现“碎片化的大市场”特点，物联网的发展本身就是多种技术的综合利用和融合发展。当前阶段，LPWA技术体系较多，常见的包括由第3代合作伙伴计划（3GPP）定义的基于授权频段的LPWA技术，如基于长期演进（LTE）空口优化的增强机器类型通信（eMTC）、窄带物联网（NB-IoT）技术，基于非授权频段的LoRa、Sigfox等。针对LPWA物联网的4个典型技术特点和应用碎片化的现实，如何根据不同的LPWA技术特点，选择合适的技术体系，解决物联网建网成本、功耗、覆盖、部署等一系列问题成为重要的研究方向。

为此，LoRa技术所有者Semtech、中兴通讯在LoRa联盟的支持下，联合中国数百家各类有志于LPWA物联网的合作伙伴，成立了中国LoRa应用联盟（CLAA），并由中兴通讯为主开发了CLAA物联网络解决方案，尝试解决此关键网络部署难题。

除了感知技术、连接技术、平台技术之外，物联网技术和云计算技术、大数据技术、人工智能技术进一步融合发展。未来的物联网业务将是物联网、云计算和大数据等信息技术的融合应用[4]。CLAA物联网采用一网共平台多业务的思路建设物联网生态系统，借助互联网思维，融合云化技术，构建了CLAA物联网方案。

CLAA物联网架构的相关网元包括：终端注册中心（JS），实现终端接入认证、密钥生成功能；多业务平台（MSP），实现LoraWAN媒体接入控制（MAC）功能、数据加解密功能和应用数据上下行分发功能；网络管理系统（NMS），实现对整个CLAA网络的管理；位置计算服务器（LCS），实现定位服务能力；客服和营帐系统（BOSS），实现CLAA业务的开通运营功能；IWG（LoraWAN基站），实现LoRa物理层功能。

CLAA物联网具备区别于传统“小无线”、移动蜂窝网等无线接入网络的显著特点

（1）分层解耦，灵活方便。CLAA网络区别于传统小无线项目型无线物联网系统，把应用、运营、网络、终端解耦，实现专业分工，并融合了传统蜂窝网络的运营优势，赋予用户自主性、灵活性（用户可根据需要像购置移动蜂窝网终端（手机等）一样，随时随地部署传感终端，采集所需数据）。传感和应用厂商则可以专注终端和应用开发，实现规模发展，更能发挥优势。

（2）统一的网络标准，实现运营级的LPWA物联网网络。CLAA物联网在LoRaWAN协议的基础上，参考电信运营商网络标准和相关协议，定义了基于LoRa技术的运营级物联网网络标准和网络协议，为可规模化运营的LPWA物联网建设和发展提供统一的标准和协议基础，实现一张网多业务共享，灵活方便；实现运营级的LPWA物联网网络建设和运营。

目前已经发布的标准和协议包括：《CLAA对中国470-510频段的使用网络技术要求》、《CLAA码号命名规范及原则》、《CLAA对LoRaWAN的MAC命令扩展规范》、《CLAA对网络运营商服务器外部服务接口定义》4个相关标准协议，版本根据商用示范项目运行情况和CLAA物联网开发情况持续更新。

（3）网络实现方案为采用弹性云端、全网服务。CLAA物联网的网络实现充分采用当前先进的云计算技术，采用弹性云端、全网服务的方案。CLAA物联网的云端服务网络功能（核心网）部署在公用或专有云端服务器，所有CLAA网络节点（CLAA基站）和应用业务均可通过互联网或行业专网与云端服务器连接，组成统一的物联网网络。CLAA物联网云端网络服务的部署规模则是弹性的，可根据物联网基站部署数量、传感终端接入数量、业务应用系统接入数量等进行弹性扩充。可实现物联网网络的快速部署商用，又能灵活扩展演进。CLAA物联网为全网服务方案，按照上述统一的网络标准进行管理，实现一张同平台多业务的网络服务。

（4）工程实现优势为采用按需部署，即装即用。CLAA物联网基站（网关）为小型化即装即用设备，是轻量级接入物联网基站。用户或集成商可根据项目按需部署，而不必等待网络建设完成才能实现业务部署，业务部署和网络部署可同步进行。项目后期也可根据需要进行补盲、扩充等网络建设。物联网基站仅需现场短时间工程安装和配置操作便可接入云端网络服务，快速实现网络覆盖。

（5）独立式云化应用。传统物联网接入和应用，大多按照独立项目模式进行限定场所、场景的部署，所采集数据也难以云化。CLAA物联网则为专业应用的独立式云化应用提供了网络方案基础，各类物联网应用如消防传感、市政设施、城市环境等数据可实现大众公有，按需开放的新型商业或管理模式。针对专业行业性的大范围管理也将提供十分便捷的方案，如物流、消防部门、生产安全管理、物业管理等。可以设想，未来所有建筑、工厂等处的烟感、温感等传感器状态信息均可传递到消防部门，对预防火灾、火灾报警、防灾快速反应都将起到不可估量的作用。

智慧能源物联网连接需求

能源互联网是以互联网思维和方法构建的新一代多能流集成的综合能源系统，并实现能源技术和通信信息技术深度融合，从而提升整个能源系统的安全性、可靠性和经济性，改善系统规划、运行、管理和服务水平，最终实现能源绿色化、市场化以及用能高效化。通过信息通信技术（ICT）将多种能源系统有机地融合在一起，使各个能源系统共享信息，协调运行，使其智能化和市场化成为可能[5]。在能源互联网时代，数据采集和连接需要深度下沉，实现广泛海量的万物连接，以实现能源开发利用的市场化、高效化、清洁化，满足大规模随机间歇性新能源接入能源网络的调度管理需要。

能源电力系统已经实现了电力生产业务的关键节点数据连接，但是还有海量的“小数据”需要连接支持，实现能源电力系统数据采集的深度下沉。这些海量的“小数据连接”包括3个方面：一是用户侧的能源电力设备，也包括用户本身（因使用、监测控制、维护等）的连接需要，如工厂供用电及电器、建筑供用电及电器、社区供用电网和家庭电器等；二是传统能源电力系统的边缘数据，如电器电缆温度、设备设施的环境数据、设备状态数据、资产状态数据等；三是智慧能源新业务数据的连接，包括分布式发电设施、风力发电、充电桩、风光互补路灯、需求响应、能效管理、节能服务等。

（1）能源用户侧的小数据连接

能源电力用户侧包括居民生活、商业、工农生产、基础设施，同样也包括用户本身。居民生活供能系统包括社区网络和家庭电器，目前此类供电、供气、供热等供能设施的居民用户侧数据连接除智能电表外，其他基本处在空白状态，例如社区及家庭中低压供电网络及设施、街边电气设备、公共用电电器、家庭取暖/电器/燃气具、家庭用电供气管网及附属设备（开关、阀门等）。在建筑智能化程度较高的商业建筑中，部分供能系统安装了有限的数据采集系统，如建筑能效监测系统、智能空调系统等，但数据连接依