CN104201776B - 一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，包括终端设备、智能环网柜通讯装置、IPV6路由器、固定IP服务器和本地用户监控设备；设备终端采集环网柜内各个状态数据，通过智能环网柜通讯装置内的IPv6模块将柜内状态数据上传至IPv6路由器，经路由查找和IP地址分配后接收数据，再经IPv6到IPv4网络的转换传输至固定IP服务器，并传输给本地服务器，将数据传输至客户端远程操控用户现场。本发明拓宽了监控的应用环境，具有互通讯，及自组网搭桥数据传输、断开修复和可分离再组网功能和接收通讯管理GPRS传输数据支撑通讯管理器输出存储处理、实现网络发布监控功能。该系统具有网络拓扑传输数据层次清晰，维护方便，监测效果好的特点，且具有实用价值。

Description

一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统

技术领域

本发明属于电力系统无线通讯监控领域，涉及一种基于智能环网柜无线IPv6自组网的通讯装置，主要解决环网柜布线难、监测点比较集中，监测点到通讯管理器距离介于最大局域无线通讯范围之外的系统。

背景技术

现有的智能环网柜无线通讯系统的数据通讯都是通过IPV4网络或Zigbee自组网实现数据的组网传输，而IPV4网络面临着两大危机：地址枯寂和路由表急剧膨胀。所以现有的通讯装置在IP地址枯竭的情况下存在难以扩展和延伸的特点。

现有的智能环网柜无线通讯系统基本都是通过GPRS将开关柜内数据信息上传到用户端，而GPRS是需要耗费流量信息的，这就大大增加了用户的消费成本。

环网柜是由多面开关柜组成，现有的智能环网柜无线通讯装置只能实现对单面柜子内的状态信息和数据进行采集并传输，也就是需要在每面开关柜内安装采集通讯装置，从而实现对每面柜子进行组网通讯。

现有的智能环网柜无线通讯系统的兼容性很差，也就是说一个厂家的设备和另外一个厂家的设备不能接通兼容使用。

发明内容

本发明的任务是要提供一种通过IPv6网络进行自组网的、对环网柜内相关状态进行监控和数据传输的通讯系统，主要是将一个地区(省、市、县、变电站、小区)环网柜内数据信息通过智能环网柜通讯装置进行IPV6组网和数据传输。该系统用于变(配)电站及需要局部范围自组网通讯的领域，其内部结构像网络拓扑传输数据，层次清晰，维护方便，监测效果好且具有实用价值。

本发明所采用的技术方案是：

一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，包括终端设备、智能环网柜通讯装置、IPV6路由器、固定IP服务器和本地用户监控设备；

终端设备，用于采集环网柜内各个状态和相关信息的数据，实现数据到上行设备的准确、实时、有效传输，对下行监控设备的动态监控；

智能环网柜通讯装置，用于将一个地区所有终端设备采集到的环网柜内的数据信息汇总处理，集中显示、存储、设置、控制及连网；

IPV6路由器，用于对智能环网柜通讯装置进行路由和IP地址自动分配至监测站，判断并存智能环网柜通讯装置最短路径，且实现IPv6转IPV4后将智能环网柜通讯装置的数据传输至固定IP服务器；

固定IP服务器，将IPV6路由器采集到的数据传输给用户监控设备；

用户监控设备，用户通过用户监控设备上的客户端对被监控设备即需要操作的环网柜进行实时监测和控制；

所述设备终端采集环网柜内各个状态数据，通过智能环网柜通讯装置内的IPv6模块将柜内状态数据上传至IPv6路由器，IPv6路由器经过路由查找和IP地址分配后接收无线发射模块发过来的数据，再经过IPv6到IPv4网络的转换完成数据转发至固定IP服务器，再由固定IP服务器传输给本地服务器，服务器通过将数据传输至客户端远程操控用户现场。

进一步地，所述智能环网柜通讯装置包括主控单元，以及与主控单元相连的触摸屏主控板、IPV6模块、上行和下行485通讯模块、温度接收模块、温湿度传感器、16路状态显示模块、ABC三相高压带电单元、两个继电器控制开关量的输入与输出单元和电源模块；其中，下行485通讯模块连接有终端设备。

进一步地，所述IPV6模块包括主控单元，主控单元分别连接有IPV6网络收发控制单元、电源处理单元、通讯接口和仿真接口，所述IPV6网络收发控制单元依次连接功放处理单元和天线。

进一步地，所述终端设备为环网柜监控单元，包括主控单元，主控单元分别连接有环网柜内环境温湿度监测单元、两个继电器2路控制输出单元、ABC三相高压带电单元、掉电数据存储卡、柜内电压、电流、谐波监测单元和负载开关监测/隔离刀监测/接地刀监测单元。

进一步地，所述终端设备上设有485通讯接口。

相应地，本发明给出了利用上述智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统的接力传输方法，包括下述步骤：

1)将智能环网柜通讯装置通过变电站环网柜数据采集装置设置为多个环网柜阵列分布；

2)通过智能环网柜通讯装置IPV6模块数据传输将将所有环网柜数据信息进行汇总处理传输给IPV6路由器；

3)IPV6路由器接收其无线范围内的所有节点信号即智能环网柜通讯装置采集到设备终端的相关数据信息，并衡量所有智能环网柜通讯装置的有效性；

4)若某台装置出现故障则与本台设备相连的装置会继续查询有效路径重新搭建链接；

5)同时IPV6路由器将网络转换成客户端的IPV4网络，并将数据信息传输给固定IP服务器；

6)固定IP服务器根据相关地区信息将数据传给相关地区的本地用户监控设备客户端进行实时监控。

进一步地，所述本地用户监控设备为服务器或用户手机。

本发明所涉及的一种智能环网柜IPV6自组网无线通讯系统，利用新一代互联网核心协议IPV6的特点：无限的地址空间；简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足；对移动性更好的支持。很好的决绝了由于IPV4网络中IP地址匮乏带来的通讯装置难以扩展和延伸的缺点，而且也不存在Zigbee网络的速率低、功耗高低对电池使用寿命的影响和距离近的缺点，并设计出能将IPV6和IPV4进行自由转换的通讯管理器。

由于现在的客户基本都是Internet用户，所以本通讯装置很好的利用了现场资源进行组网，不用消耗用户的流量费用。

该智能环网柜IPV6自组网无线通讯系统，只需要在一组环网柜内安装一台通讯装置，而不需要在一组环网柜内的每面开关柜安装通讯装置，即可实现整个环网柜内各个开关柜内状态信息的采集传输，并且可同时对一个地区的多个环网柜进行组网监控。这样就大大减少了生产成本和安装人员的工作量，而且强大的信息量直接汇总到用户的手机客户端或电脑客户端，用户只要带上手机随时能对现场环网柜进行监控。

该智能环网柜IPV6自组网无线通讯系统，有很强的兼容性，可以和任何厂家的任何具有通讯功能的设备进行数据互通。

该智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统,具有网络的自组性、动态变化的网络拓扑结构、网络覆盖区域广、监控点多、巨大的地址空间、增强了网络的保密性和有效性。通过智能环网柜通讯装置到其它通讯装置的分组转发进行数据通信，上传到IPV6路由器，再固定IP服务器借助IPV4网络上传到本地服务平台，然后由本地客户端进行查看及远程操控。

采用以上技术方案，本发明达到的有益效果是：

1)智能环网柜通讯装置强大的数据汇总能力和兼容性，只需要在整组环网柜系统中安装一台本设备而不需要在整组环网柜内的每面开关柜安装设备，实现数据的汇总、存储、显示、控制、监测等功能；而且有效的兼容性接口使得本通讯装置可以和任何设备连接包括其他厂家的相关领域内的设备。

2)智能环网柜通讯装置内的IPV6模块可快速有效的获取上行设备下发的IP地址，可以实现在任何时刻、任何地点，不需要现有信息基础网络设施的支持就能快速构建起一个移动通信网络。

3)简单有效的自组网通讯方式，在多个智能环网柜通讯装置组成的网络系统结构中每台设备可以自由搭配，选择有效路径实现数据快速、便捷、有效的传输。

采用先进的IPv6互联网核心协议，避免了由于现有IPV4网络由于地址枯竭和路由表急剧膨胀带来的延伸性和扩展性问题。并根据IPv6固有的特点:无限的地址空间；简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足；对移动性更好的支持。使得本智能环网柜通讯系统能很好的延伸和扩展。

本发明拓宽了监控的应用环境，而且具有互通讯，及自组网搭桥数据传输功能；具有断开修复和可分离再组网功能和接收通讯管理GPRS传输数据支撑通讯管理器输出存储处理功能；以及实现网络发布监控功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明系统构架图。

图2是本发明智能环网柜通讯装置的结构框图。

图3是本发明IPV6无线模块的结构框图。

图4是本发明终端设备的结构框图。

图5是本发明系统采集终端接力传输系统层次划分流程图。

图6是本发明自组网结构图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1所示，一种智能环网柜无线IPV6自组网通讯系统，包括用于采集环网柜内各个状态的数据，实现数据到上行设备的准确、实时、有效传输，对下行监控设备的动态监控的设备终端；用于对各个设备终端的数据进行汇总处理和实现自组网及路由搭桥数据传输，将一个地区所有终端设备采集到的环网柜内的数据信息汇总处理，集中显示、存储、设置、控制及连网的智能环网柜通讯装置；用于通过组播方式实现IPv6自组网，对智能环网柜通讯装置IP地址自动分配至监测站，对其所有通讯装置进行路由分配，且用于判断并存储采集终端设备最短路径，接收无线采集模块的数据，再经过IPv6转IPv4后实现与固定IP服务器通信，并将设备终端的数据传输的IPv6路由器；以及用于将本地服务器上传的数据进行实时数据监测和分析的客户端(用户监控设备)；设备终端采集环网柜内各个状态数据，通过智能环网柜通讯装置内的IPv6模块将柜内状态数据上传至IPv6路由器，IPv6路由器经过路由查找和IP地址分配后接收无线发射模块发过来的数据，再经过IPv6到IPv4网络的转换完成数据转发至固定IP服务器，再由固定IP服务器传输给本地服务器，服务器通过将数据传输至客户端远程操控用户现场。

如图2所示，智能环网柜通讯装置包括主控单元、分别与主控单元连接的触摸屏主控板、IPV6模块、上行和下行485通讯、温度接收模块、16路状态显示、ABC三相高压带电、温湿度传感器、两个继电器控制开关量的输入与输出单元和电源模块。触摸屏主控板主要是对所有环网柜的集中显示处理，包括整组环网柜的一次系统结构图、开关柜状态信息、用户参数的设置信息、和主显示界面；上行和下行485通讯主要是上行接通IPV6模块进行网络地址分配和数据获取，下行485通讯模块连接设备终端。由于优化的通讯协议可以连接本公司的环网柜监控单元也可以连接其他厂家相同领域的通讯设备，起到了很好的兼容性；温度接收模块主要接收环网柜监控单元内发射模块采集到的相应触点的温度信号进行存储转发；16路状态显示和ABC三相高压带电主要对环网柜内的状态进行监测和高压端的电压监测；继电器控制开关量的输入与输出主要是一些报警输出和加热风机的控制；电源模块通过电能饱和方式向采集终端供电，将电流信号转换为电压信号为信号采集单元、无线通讯选址单元、无线接收发射模块和存储芯片提供电源；这整个的功能结构构成了智能环网柜监控单元的整体功能，智能环网柜通讯终端具有出厂编号唯一和IP地址可修改存储功能。

该智能环网柜通讯装置还支持多种协议的设备挂在一条通讯链路上与其它产品进行通讯，适应现场环境及方便不同厂家的不同通讯协议设备通过服务平台实现联网通讯。实现了信息发布、远程操作、权限管理、信息分类、对接其它软件平台一起化信息系统。

如图3所示，为本发明系统IPV6模块结构框图，主要包括主控单元，主控单元分别连接有电源处理单元、通讯接口、仿真接口、IPV6网络收发控制单元。电源处理单元主要提供各个功能模块所需的电压，即：主控芯片工作所需的3.3v电压、串口通讯所需的5V电压、和无线收发控制单元所需的4V电压；通讯接口针对智能环网柜通讯装置来说为上行接口，主要处理此通讯装置上传的数据信息；IPV6网络收发单元，主要接收上行IPV6路由器下发给其自身的IP地址和下行收发单元的IP地址，根据相应的IP地址进行组网和数据传输。IPV6网络收发控制单元依次连接功放单元和天线，功放单元主要是对无线信号进行功率放大，达到加大发射接收距离的效果。天线有两种形式，pcb天线和棒状天线，可根据用户设备的要求随意更改。

该IPV6模块可以在任何时刻、任何地点不需要现有信息基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络，可实现自组网及搭桥数据传输功能，链路具有断开修复和可分离再组网功能。

如图4所示，是本发明终端设备的结构框图，在每面柜子中设置多个终端设备，包括主控单元，以及与主控单元相连的触摸屏主控板、IPV6模块、上行和下行485通讯模块、温度接收模块、温湿度传感器、16路状态显示模块、ABC三相高压带电单元、两个继电器控制开关量的输入与输出单元和电源模块；其中，下行485通讯模块连接有终端设备。

每个终端负责对环网柜中每面柜子数据进行监测控制，并通过其485通讯接口总线连接到图2下行485通讯模块数据口进行数据上报汇总。该设备最终通过图2上行485通讯模块数据口接入IPV6无线模块按照指定的标准规约传入监控中心，实现远程遥测、遥信、遥控、摇调四摇功能。

如图5所示，是本发明系统采集终端接力传输流程图，本发明通过设备终端到智能环网柜通讯装置的数据传输，从而实现数据的中转接力传输。智能环网柜通讯装置通过IPv6路由器将数据通过信息网关传输至服务器，服务器通过将数据传输至本地客户端远程操控用户现场。

本发明包括四层如：第一层是设备终端数据采集层，设备终端结构包括环网柜内温湿度控制模块、干湿节点的监测模块、断路器状态信息监测模块、多路触头温度发射模块和电量信息监测模块；第二层是智能环网柜通讯装置数据汇总处理层和网络连接层，进行下行数据的汇总处理上行网络的查找连接；数据中转及处理层，第三层是服务器层即IPV6网络地址下发和路由分配、数据存储、数据监控及数据发布层；第四层是客户端层，根据不同用户的不通终端设备，远程控制、监测环网柜的动态数据。

如图6所示，是本发明自组网结构图，图中所示两面开关柜为一组环网柜，在一组环网柜安装一台智能环网柜通讯装置，一台装置为一个节点，每个节点根据IPV6路由器(柱状路由器)下发的IP地址确定设备信息，IPV6路由器进行路由度量和分配，节点确定优先父母节点及后备父母节点，节点将默认路由信息发送器优先父母节点的转发表中，有父母节点接收数据信息后发送到前一级的父母节点，最后汇总至IPV6路由器，由IPv6路由器将各个节点的数据信息发送给固定IP服务器，再由固定IP服务器发送给客户端进行实时监控。需要指出的是，在各个节点工作过程中，如果一个节点设备也就是智能环网柜通讯装置出现故障后，其他与此节点相关联的节点设备将重新查找新的最佳路径进行数据传输。

本发明包括下述工作过程：

第一部分：系统环境的搭建

系统环境的搭建包括：采集终端及通讯管理器客体设计、电路板制作、嵌入式软件开发、无线模块订购、GPRS模块订购、太阳能板及蓄电池订购、服务平台建设、B/S结构软件开发、手机监控APK开发等，最后开始组装联调。

第二部分：网络发现

智能环网柜通讯装置对接收范围内的每一个采集终端发出信号进行接收侦听.节点确定优先父母以及后备父母；节点将默认采集终端信息发送其优先父母的转发表中.数据自动采集，在数传过程中，会自动采集通道路径上的节点数据，大大提高了数据采集效率；并按照一定算法在网络鲁棒性、响应速度、数据速率、安装调试智能化水平和环境适应性等方面取得平衡。

第三部分：IEEE802.1网络认证

请求认证时，采集终端获得服务器发给通讯管理器的通讯密钥，验证这个链接，当认证成功时，节点获得其通讯链接密钥，通讯管理器接收其无线接收范围内的所有节点信号，在网络中新增节点可实现指定认证入网。

第四部分：采用IEEE802.15.4网络组网

先进的网状网络拓扑结构，每个节点都拥有多条备用路径，且网络可实现自维护、自修复，更好地适应各种复杂、多变的现场环境，高抗干扰能力，采用多信道跳频技术；免现场设置、全智能自动路径、无路径级数限制、无需额外增加中继的自动组网方式；通讯管理器节点衡量所有接收的采集终端路径并计算最短路径存入路径表中。

第五部分：IPv6地址注册

该系统网络节点可实现自注册入网，真正实现即插即用；通过通讯管理器收集采集终端ID号，并使用服务器平台来注册分配IPv6地址；采集终端发送IPv6请求,由其它采集终端中继到通讯管理器,并通讯管理器中继到服务器平台；采集终端更新路径需通知通讯管理器，由通过管理器更新最短路径表，但如果添加删除采集终端需上报服务平台添加删除分配的IPv6地址进行注册。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。

Claims (7)

1.一种智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，其特征在于，包括终端设备、智能环网柜通讯装置、IPV6路由器、固定IP服务器和本地用户监控设备；

终端设备，用于采集环网柜内各个状态和相关信息的数据，实现数据到上行设备的准确、实时、有效传输，对下行监控设备的动态监控；

智能环网柜通讯装置，用于将一个地区所有终端设备采集到的环网柜内的数据信息汇总处理，集中显示、存储、设置、控制及连网；

IPV6路由器，用于对智能环网柜通讯装置进行路由和IP地址自动分配至监测站，判断并存智能环网柜通讯装置最短路径，且实现IPv6转IPV4后将智能环网柜通讯装置的数据传输至固定IP服务器；

固定IP服务器，将IPV6路由器采集到的数据传输给用户监控设备；

用户监控设备，用户通过用户监控设备上的客户端对被监控设备即需要操作的环网柜进行实时监测和控制；

终端设备采集环网柜内各个状态数据，通过智能环网柜通讯装置内的IPv6模块将柜内状态数据上传至IPv6路由器，IPv6路由器经过路由查找和IP地址分配后接收无线发射模块发过来的数据，再经过IPv6到IPv4网络的转换完成数据转发至固定IP服务器，再由固定IP服务器传输给本地服务器，本地服务器通过将数据传输至客户端远程操控用户现场。

2.根据权利要求1所述的智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，其特征在于，所述智能环网柜通讯装置包括主控单元，以及与主控单元相连的触摸屏主控板、IPV6模块、上行和下行485通讯模块、温度接收模块、温湿度传感器、16路状态显示模块、ABC三相高压带电单元、两个继电器控制开关量的输入与输出单元和电源模块；其中，下行485通讯模块连接有终端设备。

3.根据权利要求2所述的智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，其特征在于，所述IPV6模块包括主控单元，主控单元分别连接有IPV6网络收发控制单元、电源处理单元、通讯接口和仿真接口，所述IPV6网络收发控制单元依次连接功放处理单元和天线。

4.根据权利要求2所述的智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，其特征在于，所述终端设备为环网柜监控单元，包括主控单元，主控单元分别连接有环网柜内环境温湿度监测单元、两个继电器2路控制输出单元、ABC三相高压带电单元、掉电数据存储卡、柜内电压、电流、谐波监测单元和负载开关监测/隔离刀监测/接地刀监测单元。

5.根据权利要求1所述的智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统，其特征在于，所述终端设备上设有485通讯接口。

6.利用权利要求1所述的智能环网柜无线IPv6自组网通讯系统的接力传输方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将智能环网柜通讯装置通过变电站环网柜数据采集装置设置为多个环网柜阵列分布；

2)通过智能环网柜通讯装置IPV6模块数据传输将将所有环网柜数据信息进行汇总处理传输给IPV6路由器；

3)IPV6路由器接收其无线范围内的所有节点信号即智能环网柜通讯装置采集到设备终端的相关数据信息，并衡量所有智能环网柜通讯装置的有效性；

4)若某台装置出现故障则与本台设备相连的装置会继续查询有效路径重新搭建链接；

5)同时IPV6路由器将网络转换成客户端的IPV4网络，并将数据信息传输给固定IP服务器；

6)固定IP服务器根据相关地区信息将数据传给相关地区的本地用户监控设备客户端进行实时监控。

7.根据权利要求6所述的接力传输方法，其特征在于，所述本地用户监控设备为服务器或用户手机。