CN105246231A - 一种提供无线wifi热点的路灯智能集中控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统及方法，包括路灯智能集中器，所述路灯智能集中器通过光纤收发器与城市主干网通信，路灯智能集中器以宽带电力载波通信方式与多个WIFI？AP进行通信，WIFI？AP集成在单灯控制器上；路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+Fit？AP组网模式；利用现有路灯供电网络的宽带电力载波通信方式代替光缆等专用线缆的通信方式，省去通信线缆采购和敷设的大量成本。利用现有的路灯灯杆来安装WIFI热点设备，既解决了无线WIFI网络设备的供电问题，又省去而且敷设供电电缆的成本，也省去了杆塔采购及敷设的成本。

Description

一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统及方法。

背景技术

“宽带中国·光网城市”工程启动后,全国各地将持续推进无线城市建设，实现市区科技园区、商务楼宇、机场、车站、酒店、商业区、便利店、咖啡厅等公共重点场所热点全覆盖。WiFi热潮正席卷而来，成为开启各大城市智慧之门的钥匙。但是，目前的WIFI网络覆盖有以下缺点：

1.WIFI热点基本都是在室内，布置在室外的极少：

目前的WIFI热点多集中在商务楼宇、机场、车站、酒店、商业区、便利店、咖啡厅都室内场合，要在公园、公交站点、行进的车辆上等室外场合，WIFI网络覆盖的区域少之又少，市民只能通过GPRS、3G、4G等数据通信方式连接网络，网速和稳定性无法得到保障，资费往往高的离谱。比如在公交车上你需要打开笔记本电脑收发一个重要的邮件；在公园散步时需要用手机看看视频；在开车时你需要一个包含实景导航和实时路况为你指引出行的路线。这些在现有的网络情况实现起来比较有难度，并且资费的成本非常的高。

2.WIFI网络的布置需要专用的通信线缆，成本高：

目前的WIFI热点提供网络传输都是走的运营商现有的光纤、网线等传统介质，在室外布置的WIFI热点，需要进行长距离的通信光纤、设备供电电缆敷设。在室外敷设光纤电缆，如果走架空线，势必影响城市市容，造成较多的视觉污染；如果采用地埋式敷设，长距离、网络状的线缆敷设成本非常高。并且安装专用的杆塔设施、无线路由器及交换机等设备，也存在成本较高，难以维护的缺点。

基于电力载波和无线网络的智能城市信息监控系统也能实现提供WIFI网络，如中国专利201110415493.1。但是集中器只能通过3G无线通信技术或GPRS方式与公共网络连接，网络速度慢，并且没有充分利用城市管网中通信管网和供电管网同向敷设的优势。并且该单灯控制器与集中器的电力载波通讯技术非最新的宽带电力载波，设计最大带宽仅为250kbps，实际使用带宽远小于最大带宽，无法满足高速上网的要求。

具备WIFI网络上网功能的路灯监控系统则需要借助专用的电力猫和电力网桥来实现，如中国专利201520133701.2。单灯控制器不具备电力载波通讯和AP功能，而是由电力猫来实现电力载波通讯，电力猫的数字信号通过RS232或RS485串口通讯方式与单灯控制器MCU通讯。并且该系统中没有智能集中器，公共网络与电力载波的转换通过电力网桥设备来实现，不便于路灯的集中控制和照明配电箱的数据采集；无电力载波通信路由管理和中继功能，只能通过耦合器等专用设备放大和桥接信号。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统及方法，利用现有城市路灯照明电力网络，通过宽带电力载波通信和动态路由算法管理每一个路灯灯杆的WIFI网络AP，使得每个灯杆成为一个WIFI热点。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，包括路灯智能集中器，所述路灯智能集中器通过光纤收发器与城市主干网通信，路灯智能集中器以宽带电力载波通信方式与多个单灯控制器进行通信，单灯控制器集成一个WIFI网络AP，以动态路由管理实现载波信号的延展和中继；

路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+FitAP组网模式；在AC+FitAP组网模式中，路灯智能集中器的角色为集中控制器AC，单灯控制器的角色为AP，FitAP首先获得IP地址及AC地址，然后AP发现AC并完成向AC注册，接着与AC建立隧道，AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

进一步的，所述路灯智能集中器安装在路灯供电专用配电箱内。

进一步的，所述路灯智能集中器包括中央处理单元，所述中央处理单元分别与液晶触摸显示模块、数据存储模块、宽带电力载波通信模块、以太网通信模块及USB通信模块通信，电源模块用于为上述各模块进行供电。

进一步的，所述路灯智能集中器通过网线与光纤收发器通信，光纤收发器通过光纤与城市主干网相连。

进一步的，数据存储单元采用大容量E2PROM掉电后数据不丢失存储芯片，保存用来存放硬件设置数据。

进一步的，路灯智能集中器中，宽带电力载波通信模块利用已有的电力线作为通信信道，采用电力线数字扩频技术或正交频分多路复用技术实现数据传输，实现对每个灯杆WIFIAP的通信与网络管理，电力线宽带载波通信设计速率可达500Mbps。

进一步的，AC+FitAP集中控制架构对设备的功能进行了重新划分，其中AC负责无线网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网络代理、安全控制；而FitAP负责IEEE802.11报文的加解密、IEEE802.11的PHY功能、接收无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。

进一步的，以太网通信模块包括一路100M/1000M以太网控制器，采用CSMA/CD协议，完成路灯智能集中器与远程功能网络的数据通信与交互。

进一步的，电源模块包括宽电压AC/DC模块及锂离子电池后备电源，为智能集中器各功能模块提供不间断电源输出。

进一步的，一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制方法，包括：

路灯专用箱式变电站中，路灯智能集中器通过光纤收发器与城市主干网通信；

在每一个路灯的灯杆上安装一个路灯单灯控制器，路灯单灯控制器具有一个WIFI网络AP功能，路灯智能集中器通过宽带电力载波通信管理每个路灯单灯控制器，每个路灯控制器采用电力线无线扩展技术，具备WIFI网络通信功能，构成一个WIFI网络AP。WIFI无线通信的设计最大速率为150Mbps，完全能够满足在线视频等高速上网需求。

路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+FitAP组网模式，路灯智能集中器的角色为集中控制器AC，单灯控制器的角色为AP；

FitAP首先获得IP地址及AC地址，然后AP发现AC并完成向AC注册，接着与AC建立隧道，AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

本发明的有益效果：

1、网络敷设成本比较低：

利用现有路灯供电网络的宽带电力载波通信方式代替光缆等专用线缆的通信方式，省去通信线缆采购和敷设的大量成本。利用现有的路灯灯杆来安装WIFI热点设备，既解决了无线WIFI网络设备的供电问题，又省去而且敷设供电电缆的成本，也省去了杆塔采购及敷设的成本。

2、室外网络覆盖的面积非常广：

城市道路照明的网络覆盖范围遍布城市的每一个角落，并且市民在室外的活动范围基本都在城市的道路上。借助城市路灯网络覆盖范围广的优势，实现WIFI网络在城市室外道路的大面积覆盖，基本满足市民室外WIFI网络连接的需求。

附图说明

图1智能集中器的结构框图；

图2智能集中器WIFI网络架构图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图1为本发明的结构框图，中央处理单元包括工业级ARM9处理器和128MBDDR2内存，运行多用户、多任务、多线程的Linux嵌入式操作系统，提供智能集中器的数据运算及各个功能模块数据处理功能；

液晶触摸显示模块配备工业级高亮度4.3英寸真彩TFT触摸显示屏，提供键盘输入和显示输出的人机交互界面；

数据存储单元采用大容量E2PROM掉电后数据不丢失存储芯片，保存用来存放硬件设置数据；

电源模块包括宽电压AC/DC模块及锂离子电池后备电源，为智能集中器各功能模块提供不间断电源输出；

USB通信模块包含两个USB2.0接口，一个USBHost和USBdevice，支持USBOTG功能，提供与计算机及存储设备的即插即用快速数据通信功能；

以太网通信模块包括一路10M/100M以太网控制器，采用CSMA/CD等协议，完成智能集中器与远程功能网络的数据通信与交互；

宽带电力载波通信模块利用已有的电力线作为通信信道，采用电力线数字扩频(SST)技术或正交频分多路复用(OFDM)技术实现数据传输，实现对每个灯杆WIFIAP的通信与网络管理。

图2为WIFI网络架构图，路灯智能集中器安装在路灯供电专用配电箱内，部署WIFI网络提供WIFI热点的前提是路灯控制箱变变电站具备了光纤接入和宽带网络连接。城市的通信管网基本与供电管网同向铺设，有的往往还是在同一个地下管网走廊，能够满足路灯专用箱式变电站的就近接入要求。

在每一个路灯的灯杆上安装一个路灯单灯控制器，单灯控制器除了对路灯的检测和控制功能外，采用电力线无线扩展技术，具备电力载波和WIFI网络通信功能，即集成一个WIFI网络AP(AP是组建小型无线局域网时最常用的设备，相当于一个连接有线网和无线网的桥梁)的功能。路灯智能集中器通过宽带电力载波通信管理每个路灯单灯控制器AP，路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+FitAP组网模式。

在AC+FitAP组网模式中，路灯智能集中器的角色为集中控制器AC，单灯控制器的角色为AP。AC+FitAP集中控制架构对设备的功能进行了分工，AC负责无线网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网络代理、安全控制；而FitAP负责IEEE802.11报文的加解密、IEEE802.11的PHY功能、接收无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。

集中控制型AC+FitAP架构中，FitAP首先获得IP地址及AC地址，然后AP发现AC并完成向AC注册，接着与AC建立隧道(如基于CAPWAP协议)，AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

针对移动的无线接入设备，在信道分配和跨区切换方面，引入移动通信系统的蜂窝覆盖原理。在当前AP的信号强度低于规定门限并且新AP的信号强度高于当前AP的一个给定滞后余量时进行越区软切换，无需用户重新设置连接，满足移动用户持续上网需求。

也就是说，一个路灯灯杆，就是一个WiFi接入点。它所提供的信号，可以覆盖直径300米。过往市民都可以低资费甚至免费高速上网，随时随地刷屏了。并且通过在路灯智能集中器设置网络登录界面，界面展示天气、市政及路灯管理相关公共信息，满足市民随时随地高速移动上网的同时，为市民了解和参与市政管理提供了一个便捷的平台。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，包括路灯智能集中器，所述路灯智能集中器通过光纤收发器与城市主干网通信，路灯智能集中器以宽带电力载波通信方式与多个单灯控制器进行通信，单灯控制器集成一个WIFI网络AP，以动态路由管理实现载波信号的延展和中继；

路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+FitAP组网模式；在AC+FitAP组网模式中，路灯智能集中器的角色为集中控制器AC，单灯控制器的角色为AP，FitAP首先获得IP地址及AC地址，然后AP发现AC并完成向AC注册，接着与AC建立隧道，AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。

2.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，所述路灯智能集中器安装在路灯供电专用配电箱内。

3.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，所述路灯智能集中器包括中央处理单元，所述中央处理单元分别与液晶触摸显示模块、数据存储模块、宽带电力载波通信模块、以太网通信模块及USB通信模块通信，电源模块用于为上述各模块进行供电。

4.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，所述路灯智能集中器通过网线与光纤收发器通信，光纤收发器通过光纤与城市主干网相连。

5.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，数据存储单元采用大容量E2PROM掉电后数据不丢失存储芯片，保存用来存放硬件设置数据。

6.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，路灯智能集中器中，宽带电力载波通信模块利用已有的电力线作为通信信道，采用电力线数字扩频技术或正交频分多路复用技术实现数据传输，实现对每个灯杆WIFIAP的通信与网络管理。

7.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，AC+FitAP集中控制架构对设备的功能进行了分工，其中AC负责无线网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网络代理、安全控制；而FitAP负责IEEE802.11报文的加解密、IEEE802.11的PHY功能、接收无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。

8.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，以太网通信模块包括一路100M/1000M以太网控制器，采用CSMA/CD协议，完成路灯智能集中器与远程功能网络的数据通信与交互。

9.如权利要求1所述的一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制系统，其特征是，电源模块包括宽电压AC/DC模块及锂离子电池后备电源，为智能集中器各功能模块提供不间断电源输出。

10.一种提供无线WIFI热点的路灯智能集中控制方法，其特征是，包括：

路灯专用箱式变电站中，路灯智能集中器通过光纤收发器与城市主干网通信；

在每一个路灯的灯杆上安装一个路灯单灯控制器，路灯单灯控制器具有一个WIFI网络AP功能，路灯智能集中器通过宽带电力载波通信管理每个路灯单灯控制器AP；

路灯智能集中器与大量单灯控制器的WIFI网络组网方式采用集中控制型AC+FitAP组网模式，路灯智能集中器的角色为集中控制器AC，单灯控制器的角色为AP；

FitAP首先获得IP地址及AC地址，然后AP发现AC并完成向AC注册，接着与AC建立隧道，AP从AC下载相应的配置文件，完成自身配置后即可正常工作。