CN104954457B - 一种基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，将物联网技术与IPv6结合，是对一般的利用RFID的物联网系统的一种补充，这样在巡检过程中，与设备可以实现点到点的通信，可以控制设备并根据设备当前的状态主动的更新数；系统包括含有设备对象节点及配有的多个传感器节点组成的物品层、含有下一代互联网组成的网络层以及含有通信设备、移动终端、管理平台的用户层；本发明充分的利用了传感器体积小，价格低，易于布置，易于维护的特点，利用了互联网速度快，覆盖地点广泛的优点，使电力设备的巡检过程更加的智能化，自动化，发现问题更加及时并节约了人力资源。

Description

一种基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统

技术领域

本发明属于电力系统巡检领域，涉及一种基于IPv6的物联网巡检系统。具体涉及一种利用IPv6网络的架构与实现，进行智能电网巡检。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网络的融合中。利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化的。

在典型的物联网构架中，一个电子标签具有全球唯一的电子编码，将其附着在物品上标识目标对象。在物品的生存期间，读写器利用射频识别技术(RFID)读取附着在目标对象的电子标签并将电子编码发送给物联网中间件，物联网中间件将电子编码所标识的目标对象信息数据传输到远程数据库服务器进行存储或者更新。用户通过向物联网中间件发送物品的电子编码来查询目标对象的相关信息，物联网中间件将目标对象的电子编码发送到对象名解析服务器(ONs)进行解析从而获取目标对象信息所在数据库服务器的统一资源标识(URI)，即目标对象信息所在数据库服务器的IP地址，然后通过数据库服务器获取目标对象的相关信息数据，并将此数据返回给用户。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种利用基于IPv6技术的物联网进行智能电网巡检系统，使电力设备的巡检过程更加的智能化，自动化，发现问题更加及时并节约了人力资源。

本发明技术解决方案：一种基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，将物联网技术与IPv6结合，是对一般的利用RFID的物联网系统的一种补充。这样在巡检过程中，与设备可以实现点到点的通信，可以控制设备并根据设备当前的状态主动的更新数据。

所述系统包括含有设备对象节点及配有的多个传感器节点组成的物品层、含有下一代互联网组成的网络层以及含有通信设备、移动终端、管理平台的用户层；其中：

所述物品层的设备对象节点由在物联网中的变电站设备、设备所配置的微处理器、存储器及低功耗无线通信装置组成，用于处理、存储及传输变电站设备的属性信息；多个传感器节点，用于监测和控制设备对象节点的相关参数；设备对象节点及多个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的IPv6节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信；

所述用户层随时与设备对象节点及多个传感器节点通过网络层进行点到点通信，从而了解到控制目标的设备对象节点的最新属性信息及所处环境信息；用户层的通信设备通过网络层的下一代互联网及物品层设备对象节点的IPv6地址查询目标的设备对象节点的属性信息；用户层的通信设备通过下一代互联网及附着于目标的设备对象节点配有的多个传感器节点的IPv6地址查询目标的设备对象节点所处环境的参数；所述设备对象节点及配有的多个传感器节点通过下一代互联网向用户层发送目标设备对象节点的属性信息或者所处环境参数；如果目标的设备对象节点所处环境参数超出了用户层设定的范围，用户层则向多个传感器节点发送命令以驱动目标的设备对象节点调节环境参数到设定范围内的值；所述设备对象节点及配有的多个传感器节点通过下一代互联网向用户层的通信设备发送警告或通告信息。

所述物品层作为下一代互联网的末端网络，为设备对象节点中每个变电站设备分配边界路由器，通过边界路由器接入下一代互联网用来与网络层连接，并将边界路由器作为一个树形网络结构的根节点；新加入物品层的传感器节点和设备对象节点选择距离最近的边界路由传感器节点或设备对象节点作为父节点，并保存父节点信息，即所述物联网的拓扑结构为树状结构，根节点为边界路由器；新加入的传感器节点和设备对象节点通过所在树状结构的分支向边界路由器进行注册，边界路由器会记录下到达新节点的路由；物品层中的设备对象节点及多个传感器节点作为一个整体进行移动，当设备对象节点脱离当前的父节点但是没有脱离当前的树状结构时，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点进行注册操作；当设备对象节点脱离当前的树状结构时，它会重新加入一个树状结构并获取转交IPv6地址，同时向新加入的树状结构的根节点进行注册操作，新加入的树状结构的根节点会记录下到达对象节点的路由，同时新加入的树状结构的根节点向设备对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点进行注册操作；

当用户层的通信设备向物品层的传感器节点或设备对象节点发送IPv6数据包时，数据包首先到达传感器节点或设备对象节点所在树状结构的边界路由器，边界路由器查找到达目的节点的路由，并通过Rout1ngHeader的方式将数据包路由到目的节点；当物品层中的传感器节点或设备对象节点向用户发送IPv6数据包时，物品层中的传感器节点或设备对象节点首先将数据包发送到物品层中的传感器节点或设备对象节点的父节点，父节点再将数据包发送到父节点的父节点，以此类推，最终，数据包到达根节点，即边界路由器，然后由边界路由器将数据包发送到下一代互联网上，最终数据包到达用户。

所述设备对象节点及传感器节点的IPv6协议栈的链路层采用IEEESO2.15.4标准，其链路层地址采用EUI—64地址，其值等于IPv6地址的接口标识，即IPv6地址的后64比特。

所述物品层中所有设备对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同。

所述物品层的设备对象节点及传感器节点从边界路由器获取具有唯一性的链路层地址，与边界路由器的网络前缀相结合形成自己的IPv6地址；与边界路由器之间采用多播进行通信。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明充分的利用了传感器体积小，价格低，易于布置，易于维护的特点。并利用IPv6技术将其与互联网连接，利用了互联网速度快，覆盖地点广泛的优点。使电力设备的巡检过程更加的智能化，自动化，发现问题更加及时并节约了人力资源。

附图说明

图1为本发明系统整体层次结果图；

图2为本发明中物联网节点IPv6协议栈示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明系统的整体层次构架包括三层：由设备对象节点及传感器节点组成的物品层、由下一代互联网组成的网络层，由用户通信设备(例如笔记本电脑，移动终端)组成的用户层，其中，所述物品层的对象节点由连接到物联网中的设备、设备所配置的微处理器、存储器及低功耗无线通信装置组成，主要用于处理、存储及传输设备的属性信息(如设备的类型，运行年限等)；设备对象节点配有多个传感器节点，用于监测和控制目标对象设备节点所处环境的相关参数(例如，对象设备节点所在的位置，当前电压，所处环境的温度等)；设备对象节点及传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的IPv6节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信。在此构架中，物联网作为下一代互联网的末端网络存在，通过边界路由器接入下一代互联网，物品层中所有设备对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同，等于与其相连的边界路由器的IPv6地址的网络前缀；在此构架中，所述用户层的通信设备通过网络层的下一代互联网及物品层的设备对象节点的IPv6地址查询目标设备节点的属性信息；用户层的通信设备通过下一代互联网及附着于目标设备节点的传感器节点的IPv6地址查询目标对象节点所处环境的参数；所述设备对象节点及传感器节点通过下一代互联网向用户层发送目标对象节点的属性信息或者所处环境参数；如果目标对象节点所处环境参数处于非正常状态即超出了用户层通过通信设备设定的范围(例如，如果温度超过设定范围，则温度参数处于非正常状态)，则向传感器节点发送命令以驱动目标对象节点所处环境调节装置开关(例如，针对温度参数设定空调开关)使相应的环境参数处于正常设定范围，或者通过下一代互联网可以主动向用户层发送警告或通告信息，以便用户能够及时处理。

图2所示的是本发明所述的物品层中的设备对象节点传感器节点IPv6协议栈示意图。在物联网节点物品层中的设备对象节点传感器节点IPv6协议栈中，设备对象节点传感器节点的物理层与链路层协议采用工EEESO2.15.4标准，网络层及用户层采用轻量IPv6协议及轻量TCP/UDP协议。所述物联网作为下一代互联网的末端网络存在，通过边界路由器接入下一代互联网，物品层中所有对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同，等于与其相连的边界路由器的IPv6地址的网络前缀。所述物品层的对象节点及传感器节点的IPv6协议栈的链路层地址采用EUT—64地址，其值等于IPv6地址的接口标识，即IPv6地址的后64比特。

连接物品层与下一代互联网的边界路由器保存物品层内所有节点的链路层地址并为新加入的节点分配具有(与物品层是什么关系)唯一性的链路层地址。物层中的设备对象节点或传感器节点获取链路层地址的具体流程如下：

步骤1：新加入物品层的传感器节点或设备对象节点向邻居节点广播一条新节点加入的Join消息；

步骤2：收到消息的邻居节点广播一条欢迎新节点的Hello消息，此消息包含邻居节点到达边界路由器的跳数；

步骤3：新加入传感器节点或设备对象节点选择距离边界路由器最近的传感器节点或设备对象节点作为父节点，同时将自己的原始ID号作为IPv6地址的接口标识，并采用Neighbor Solicitation消息向边界路由器发送此标识以确定其唯一性；

步骤4：边界路由器查看新的设备对象节点或传感器节点的IPv6地址接口标识是否具有唯一性，如果具有唯一性，进行步骤6，否则进行步骤5；

步骤5：边界路由器为新节点返回一个具有唯一性的IPv6地址接口标识；

步骤6：记录下新节点新的设备对象节点或传感器节点的IPv6地址接口标识，同时采用Neighbor Solicitation(邻居请求)消息将新节点的IPv6地址接口标识返回给新节点；

步骤7：新节点将具有唯一性的IPv6地址接口标识与边界路由器的网络前缀相结合，获取了自己的IPv6地址；

步骤8：新节点向所在树状结构的边界路由发送注册消息(Register)进行注册操作；

步骤9：过程结束。

当新加入物品层的传感器节点或设备对象节点获取IPv6地址之后，它会向所在树状结构的根节点(即边界路由器)进行注册操作。当对象节点脱离当前的父节点但是没有脱离当前的树状结构时，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点进行注册操作。当一个对象节点脱离本树状结构加入到一个新的树状结构获取转交IPv6地址时，新的树状结构的根节点也会向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点进行注册操作。具体流程如下：

步骤1：新加入物联网的节点向所在树状结构的根节点发送一条Register消息进行注册操作，或者对象节点脱离当前父节点但是没有脱离当前的树状结构，它会重新Register消息进行注册操作，或者对象节点由于移动重新加入的树状结构的根节点向设备对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点发送一条注册M_Regsiter(M寄存器)消息进行注册操作；

步骤2：边界路由器接收到的是否是Register消息：如果是，进行步骤3，否则进行步骤5；

步骤3：边界路由器判断Register(寄存器)消息中是否包含两个IPv6地址：如果是，进行步骤6，否则进行步骤4；

步骤4：边界路由器记录下新加入节点的IPv6地址的接口标识，同时记录下到达此节点的路由，即记录下此节点所在分支的节点的IPv6地址接口标识，进行步骤8；

步骤5：边界路由器接收到的是否是MRegister消息：如果是，进行步骤7，否则进行步骤8；

步骤6：边界路由器记录下移动对象节点家乡IPv6地址及转交IPv6地址，同时记录下到达此对象节点的路由，即记录下此节点所在分支的节点的IPv6地址接口标识，进行步骤8；

步骤7：边界路由器记录下移动对象节点获取转交IPv6地址的树状结构的根节点的IPv6地址，同时删除此对象节点的路由信息；

步骤8：注册过程结束。

物联网数据包交互流程具体流程如下：

步骤1：用户通过移动端向物联网节点发送IPv6数据包；

步骤2：数据包首先到达目的节点获取家乡IPv6地址时所在树状结构的根节点，即家乡边界路由器；

步骤3：家乡边界路由器判断目的对象节点是否发生移动，即是否位于本树状结构中：如果是，则进行步骤4，否则进行步骤5；

步骤4：家乡边界路由器查找到达目的对象节点的路由，并通过Routing Header的方式将数据包路由到目的节点，进行步骤7；

步骤5：家乡边界路由器将数据包发送到目的对象节点当前所在树状结构的根节点，即转交边界路由器；

步骤6：转交边界路由器查找到达目的对象节点的路由，并通过Routing Header的方式将数据包路由到目的节点；

步骤7：目的节点处理用户的数据包，将响应数据封装为一个IPv6响应数据包，并将数据包发送给父节点；

步骤8：父节点再将响应数据包发送到父节点的父节点，以此类推，最终，数据包到达目的节点所在树状结构的根节点，即边界路由器；

步骤9：边界路由器将响应数据包发送到下一代互联网上，最终响应数据包按照IPv6路由方式到达用户；

步骤10：过程结束。

物联网中的对象节点及其配备的传感器节点作为一个整体进行移动。当设备对象节点发生移动时的处理流程如下：

步骤1：对象节点检测到脱离当前的父节点；

步骤2：对象节点判断自己是否脱离当前的树状结构：如果脱离，进行步骤3，否则进行步骤5；

步骤3：对象节点会重新加入一个树状结构并获取转交IPv6地址，同时向新加入的树状结构的根节点发送Register消息进行注册操作；

步骤4：对象节点新加入的树状结构的根节点向对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点发送M_Register消息进行注册操作，进行步骤6；

步骤5：对象节点会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点发送Register消息进行注册操作；

步骤6：过程结束。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，其特征在于：所述系统包括含有设备对象节点及配有的多个传感器节点组成的物品层、含有下一代互联网组成的网络层以及含有通信设备、移动终端、管理平台组成的用户层；其中：

所述物品层的设备对象节点由在物联网中的变电站设备、设备所配置的微处理器、存储器及低功耗无线通信装置组成，用于处理、存储及传输变电站设备的属性信息；多个传感器节点，用于监测和控制设备对象节点的相关参数；设备对象节点及多个传感器节点拥有全球唯一的IPv6地址并支持IPv6协议，能够与下一代互联网中的IPv6节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信；

所述用户层随时与设备对象节点及配有的多个传感器节点通过网络层进行点到点通信，从而了解到控制目标的设备对象节点的最新属性信息及所处环境信息；用户层的通信设备通过网络层的下一代互联网及物品层设备对象节点的IPv6地址查询目标的设备对象节点的属性信息；用户层的通信设备通过下一代互联网及附着于目标的设备对象节点配有的多个传感器节点的IPv6地址查询目标的设备对象节点所处环境的参数；所述设备对象节点及配有的多个传感器节点通过下一代互联网向用户层发送目标设备对象节点的属性信息或者所处环境参数；如果目标的设备对象节点所处环境参数超出了用户层设定的范围，用户层则向多个传感器节点发送命令以驱动目标的设备对象节点调节环境参数到设定范围内的值；所述设备对象节点及配有的多个传感器节点通过下一代互联网向用户层的通信设备发送警告或通告信息。

2.根据权利要求1所述的基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，其特征在于：所述物品层作为下一代互联网的末端网络，为设备对象节点中每个变电站设备分配边界路由器，通过边界路由器接入下一代互联网用来与网络层连接，并将边界路由器作为一个树形网络结构的根节点；新加入物品层的传感器节点和设备对象节点选择距离最近的边界路由传感器节点或设备对象节点作为父节点，并保存父节点信息，即所述物联网的拓扑结构为树状结构，根节点为边界路由器；新加入的传感器节点和设备对象节点通过所在树状结构的分支向边界路由器进行注册，边界路由器会记录下到达新节点的路由；物品层中的设备对象节点及多个传感器节点作为一个整体进行移动，当设备对象节点脱离当前的父节点但是没有脱离当前的树状结构时，它会重新选择一个父节点加入当前树状结构的一个分支，同时向当前树状结构的根节点进行注册操作；当设备对象节点脱离当前的树状结构时，它会重新加入一个树状结构并获取转交IPv6地址，同时向新加入的树状结构的根节点进行注册操作，新加入的树状结构的根节点会记录下到达对象节点的路由，同时新加入的树状结构的根节点向设备对象节点获取家乡IPv6地址的树状结构的根节点进行注册操作；

当用户层的通信设备向物品层的传感器节点或设备对象节点发送IPv6数据包时，数据包首先到达传感器节点或设备对象节点所在树状结构的边界路由器，边界路由器查找到达目的节点的路由，并通过Rout1ngHeader的方式将数据包路由到目的节点；当物品层中的传感器节点或设备对象节点向用户发送IPv6数据包时，物品层中的传感器节点或设备对象节点首先将数据包发送到物品层中的传感器节点或设备对象节点的父节点，父节点再将数据包发送到父节点的父节点，以此类推，最终，数据包到达根节点，即边界路由器，然后由边界路由器将数据包发送到下一代互联网上，最终数据包到达用户。

3.根据权利要求1所述的基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，其特征在于：所述设备对象节点及配有的多个传感器节点的IPv6协议栈的链路层采用IEEESO2.15.4标准，其链路层地址采用EUI—64地址，其值等于IPv6地址的接口标识，即IPv6地址的后64比特。

4.根据权利要求1所述的基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，其特征在于：所述物品层中所有设备对象节点与传感器节点的IPv6地址的网络前缀都相同。

5.根据权利要求1所述的基于IPv6技术的物联网智能电网巡检系统，其特征在于：所述物品层的设备对象节点及配有的多个传感器节点从边界路由器获取具有唯一性的链路层地址，与边界路由器的网络前缀相结合形成自己的IPv6地址；与边界路由器之间采用多播进行通信。