CN107295119A - 一种基于异构网络的信息采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于异构网络的信息采集系统及方法，解决的是IP网络切换TCP连接断开的技术问题，通过采用包括主站网，传输网及本地网，传输网包括至少2个异构的IP网络；主站网包括主业务端，P转换单元，与IP转换单元连接的与IP网络数量相同的IP截断装置；本地网包括至少1个终端设备，与终端设备共同连接的DP转换单元，与DP转换单元连接的与IP网络数量相同的多模单元；IP转换单元用于在TCP/IP层根据IP转换单元IP地址，使用锚IP方法生成第一逻辑IP地址；DP转换单元用于根据终端固定信息将传输网的IP地址，使用锚IP方法生成第二逻辑IP地址的技术方案，较好的解决了该问题，可用于电力配电通信网中。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化领域，具体涉及一种基于异构网络的信息采集系统及方法。
背景技术
在电力配电通信网的网络结构中，主站网中的业务主站为配电主站，实现各类业务应用功能，本地网的业务终端为配电终端，实现采集、控制、监控等功能，传输网包含有线网、无线网，网络运营商角度区分为公网和专网。多模终端位于本地网前端，是配电终端的通信前置机，多模终端用于接入多种网络，并依据网络通信质量或用户策略执行网络的切换。配电业务的TCP模型将业务终端作为TCP服务器，有确定的IP地址和端口地址，业务主站作为TCP客户端，业务终端作为TCP服务器必须使用确定的IP地址和端口地址。
现有的基于异构网络的信息采集系统及方法在应用层的IP地址切换前后TCP服务器地址IP切换时，TCP服务器IP地址改变会导致切换过程中TCP连接断开重连，必然导致业务中断。因此，提供一种IP连续的基于异构网络的信息采集系统及方法就很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的IP切换时TCP连接断开的技术问题。提供一种新的基于异构网络的信息采集系统，该基于异构网络的信息采集系统具有切换稳定、TCP网络连续稳定的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种基于异构网络的信息采集系统，所述系统包括主站网，传输网及本地网，所述主站网通过传输网与本地网连接；所述传输网包括至少2个异构的IP网络；所述主站网包括主业务端，与主业务端连接的IP转换单元，与IP转换单元连接的与IP网络数量相同的IP截断装置；所述本地网包括至少1个终端设备，与所有终端设备共同连接的DP转换单元，与DP转换单元连接的与IP网络数量相同的多模单元；所述IP转换单元用于在TCP/IP层根据IP转换单元IP地址，使用锚IP方法生成第一逻辑IP地址，第一逻辑IP地址一个业务请求过程中不变；所述DP转换单元用于根据终端固定信息将传输网的IP地址，使用锚IP方法生成第二逻辑IP地址，第二逻辑IP地址一个业务请求过程中不变。
本发明的工作原理：本发明中在主站网内采用IP转换单元，生产一个逻辑地址，将传输网因为切换IP网络导致动态变化的近主站网的IP地址均映射为逻辑地址。相应地，本发明在本地网采用DP转换单元，根据终端设备的固定的标识ID号生成另一个逻辑地址，并将因为切换IP网络导致动态变化的近本地网的IP地址均映射为另一个逻辑地址。
此时，对于主站网和本地网，均以在一个业务请求内不变的逻辑地址作为监听对象，在网络切换时，逻辑地址不会发生动态变化。因此，采用本发明的信息采集系统在基于异构无线网的网络切换时不会造成TCP服务器IP地址改变，从而保证切换过程中TCP连接稳定。
其中，传输网为至少2个IP网络，采用多个IP网络时，采用与之对应的IP截断装置即可。
锚IP方法，包括建立客户端的锚IP地址集到公网地址集和专网地址集的双映射为：
公网的地址集到客户端锚IP地址集的地址映射关系f1满足ai＝f1(bi),i∈N+；
专网的地址集到客户端锚IP地址集的地址映射关系f2满足ai＝f2(ci),i∈N+。
相应地，还包括建立基于终端设备ID的锚ID地址集到公网地址集和专网地址集的双映射。
上诉方案中，为优化，进一步地，所述IP转换单元IP地址由主业务端静态分配或DNS服务器动态配置。
进一步地，所述终端固定信息包括终端设备硬件地址或终端设备标识ID。
本发明还提供一种基于异构网络的信息采集系统的方法，所述方法包括：
(1)信息采集系统开机，进行IP网络配置，主业务端发起采集指令，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；或信息采集系统开机主业务端发起采集指令，进行IP网络配置，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；
(2)触发切换IP网络，主站网端与本地网端之间采用信令模式通知对端切换IP网络；
(3)IP转换单元动态切换第一逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，DP转换单元动态切换第二逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，主业务端将第一逻辑IP地址作为监听对象，终端上设备将第二逻辑IP地址作为监听对象，完成IP连续态下的IP网络切换。
本发中的方法原理：本发明是基于异构网络的信息采集系统的方法，主要原理是在业务开始初，采用锚IP地址的方法，IP转换单元在近主站网基于锚IP方法将各IP网络近主站网IP地址集合锚为第一逻辑IP地址；识别终端固定信息，DP转换单元在近本地网，根据终端固定信息将各IP网络IP地址集合锚为第二逻辑IP地址；建立第一逻辑IP地址与近主站网IP地址集合的第一映射关系，建立第二逻辑IP地址与近被地位端IP地址集合的第二映射关系，将根据近主站网IP地址集合与近本地网IP地址集合建立第三地址映射关系。建立相应映射关系后，通信及网络切换过程中，始终使用的是两个逻辑IP地址作为显性IP地址，传输网的动态IP地址只在传输网内有效，在两个私网内无效。
进一步地，所述IP网络配置包括：IP转换单元将近主站IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第一逻辑IP地址；识别终端固定信息，DP转换单元在将近本地IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第二逻辑IP地址；建立第一逻辑IP地址与近主站IP地址集合的第一映射关系，建立第二逻辑IP地址与近本地IP地址集合的第二映射关系，建立近主站IP地址集合与近本地IP地址集合间的第三地址映射关系。
进一步地，所述步骤(3)还包括主站网端或本地网端任一端切换IP网络，另一端自动搜索跟踪匹配，完成IP网络切换。
进一步地，所述方法还包括IP网络切换的数据丢包检测，数据丢包检测包括主站网数据丢包检测以及本地网数据丢包检测。
进一步地，所述本地网数据丢包检测包括：
(A)微控制单元向至少一个位于多模单元中的无线模块推送数据，包括发送指针及确认指针，发送指针用于表征向无线模块已推送的数据序列位置，确认指针由无线模块反馈给微控制单元，用于表征无线模块已发送的数据序列位置；
(B)IP网络切换至目标IP网络，目标IP网络对应的多模单元无线模块的发送指针退回切换前的IP网络对应的靠无线模块最近的确认指针处，进行数据推送。
本发明的有益效果：
效果一，采用将传输网网络动态IP地址锚到相对稳定的IP或ID上，实用逻辑地址作为主站网和本地网的IP地址，保证了网络切换时IP连续的稳定性；
效果二，通过采用丢包检测和判定重发的方式，降低了网络切换导致的数据丢包，提高通信质量；
效果三，通过被动采集IP网络性能参数，自动判定后出发网络切换，能够提高信息采集系统及方法的可用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，实施例1中异构网络结构示意图。
图2，实施例1中锚双映射示意图。
图3，实施例1中采集信息IP网络切换示意图。
图4，实施例3中优化IP网络切换过程中数据丢包问题的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1为实施例1中异构网络结构示意图。图2为实施例1中锚双映射示意图。图3实施例1中采集信息IP网络切换示意图。图4，实施例3中优化IP网络切换过程中数据丢包问题的示意图。其中MCU为微控制单元。
本实施例提供一种基于异构网络的信息采集系统，用于配电业务中，如图1，所述系统包括主站网，传输网及本地网，所述主站网通过传输网与本地网连接；
所述传输网包括2个IP网络，一个为GPRS公网，一个为LTE230专网；
所述主站网包括主业务端为配电主站，与主业务端连接的IP转换单元为关口机，与IP转换单元连接的与IP网络数量相同的IP截断装置，与GPRS公网GGSN连接的公网前置机，与LTE230专网P-GW连接的专网前置机，IP转换单元采用关口机；
所述本地网包括1个终端设备为配电终端，与各终端设备共连的DP转换单元，与DP转换单元连接的与IP网络数量2相同的多模单元；DP转换单元采用微控制单元，多模单元组成多模终端，包括公网的无线射频终端MT、专网的无线射频终端MT以及终端适配器TA。
IP转换单元用于将传输网的IP，根据锚IP方法生成第一逻辑IP地址，第一逻辑IP地址一个业务请求过程中不变；DP转换单元用于将各终端固定信息，根据锚IP方法生成对应的第二逻辑IP地址，第二逻辑IP地址一个业务请求过程中不变。
本实施例中，本地网内采用非IP连接，传输网均采用静态地址分配。本实施例在关口机上配置NAT-PROXY，使用NAT-PROXY实现锚IP地址Anchor IPi到无线公网GPRS的地址映射关系f1或到无线专网LTE230的地址映射关系f2。
其中，所述关机口包括前端Eth0网卡、后端Eth1网卡及后端Eth3网卡，后端Eth1网卡对应无线公网GPRS,后端Eth3网卡对应无线专网LTE230；定义前端Eth0网卡地址为数据包源地址，后端Eth1网卡地址及后端Eth3网卡地址为数据包目的地址。
异构无线网络中的关口机部署位置灵活，既可以部署在主站网的网络边界，也可以部署在主站网内部，采用NAT-PROXY能够满足关口机的灵活部署。NAT-PROXY支持业务划分，异构无线网络的关口机承载多种电力业务，需要将不同的电力业务发送给不同的业务主站，从而使异构无线网络能够支持多种电力业务。
本实施例还提供一种基于异构网络的信息采集系统的方法包括：
(1)信息采集系统开机，进行IP网络配置，主业务端发起采集指令，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；或信息采集系统开机主业务端发起采集指令，进行IP网络配置，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；
(2)触发切换IP网络，主站网端与本地网端之间采用信令模式通知对端切换IP网络；
(3)IP转换单元动态切换第一逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，DP转换单元动态切换第二逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，主业务端将第一逻辑IP地址作为监听对象，终端上设备将第二逻辑IP地址作为监听对象，完成IP连续态下的IP网络切换。
所述IP网络配置包括：IP转换单元将近主站IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第一逻辑IP地址；识别终端固定信息，DP转换单元在将近本地IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第二逻辑IP地址；建立第一逻辑IP地址与近主站IP地址集合的第一映射关系，建立第二逻辑IP地址与近本地IP地址集合的第二映射关系，建立近主站IP地址集合与近本地IP地址集合间的第三地址映射关系。
具体地：如图2，锚IP双映射包括两部分：由关口机在面向配电主站一侧配置虚拟IP地址作为Anchor IPi；在关口机上配置NAT-PROXY实现Anchor IPi到无线公网的地址映射关系f1和到无线专网的地址映射关系f2。使用172.20.0.0/16网段模拟配电主站的锚IP地址段，用172.21.0.0/16模拟GPRS地址段，用172.22.0.0/16模拟LTE230地址段。
当关口机的映射关系f1激活时本地网映射关系f3激活，锚IP与GPRS网络的IP地址映射，异构无线网络的IP通信过程如图3：
(a)配电主站向配电终端发起业务连接，配电主站向锚IP地址发起IP连接，锚IP地址为虚拟IP地址：172.20.1.1，数据包的地址为(172.20.0.4,172.20.1.1)；
(b)关口机的Eth0网卡接收该数据包，在执行路由前做DNAT，将目的地址172.20.1.1修改为GPRS地址段地址172.21.1.1；执行路由，通过路由表查出目的地址是172.21.1.1应当交付给Eth1网卡；在执行路由后，再做SNAT，将源地址172.20.0.4修改为172.21.0.3，然后从Eth1网卡发送；此时数据包的源地址和目的地址修改为(172.21.0.3，172.21.1.1)；
(c)多模终端上接入GPRS网络MT收到该数据包，拆除数据包的IP包头，通过串行接口交给多模终端内核处理；
(d)多模终端内核将数据包重新封装为非IP数据包准备发送给配电终端；
(e)将非IP数据包通过本地网发送给配电终端，配电终端接收到该数据包后，解析业务包头，处理业务请求；
(f)微控制单元产生的虚拟IP地址为：172.23.1.1，配电终端ID与虚拟IP地址映射对应，采用非IP封装，应答配电主站的业务请求；
(g)多模终端收到应答的非IP数据包，去除非IP的数据包头，将数据发送给接入公网的无线射频终端MT，准备发送；
(h)接入GPRS的MT对数据包重新封装为IP数据包，从无线空口发送出去，数据报的源地址和目的地址为(172.21.1.1，172.21.0.3)；
(i)关口机的Eth1网卡接收该数据包，执行路由前做DNAT，将目的地址172.21.0.3修改为配电主站地址172.20.0.4；执行路由时，通过路由表查出目的地址是172.20.0.4交付给Eth0网卡；在执行路由后，做SNAT，将源地址172.21.1.1修改为锚IP地址172.20.1.1，然后从Eth0网卡发送；此时数据包的源地址和目的地址修改为(172.20.1.1，172.20.0.4)。
(j)配电主站接收该数据包，IP通信完成。
当上述网络发生切换时，关口机的映射关系f2激活映射关系f4激活，锚IP与无线专网LTE230的IP地址映射，通信过程如图3：
(a1)配电主站向配电终端发起业务连接，配电主站向锚IP地址发起IP连接，锚IP地址为虚拟IP地址：172.20.1.1，数据包的地址为(172.20.0.4,172.20.1.1)；
(b1)关口机的Eth0网卡接收该数据包，在执行路由前做DNAT，将目的地址172.20.1.1修改为无线专网LTE230地址段地址172.22.1.1；执行路由，通过路由表查出目的地址是172.22.1.1应当交付给Eth3网卡；在执行路由后，做SNAT，将源地址172.20.0.4修改为172.22.0.3，然后从Eth3网卡发送。此时数据包的源地址和目的地址已经修改为(172.22.0.3，172.22.1.1)；
(c1)多模终端上接入专网的无线射频终端MT收到该数据包，拆除数据包的IP包头，通过串行接口交给多模终端内核处理；
(d1)多模终端内核将数据包重新封装为非IP数据包准备发送给配电终端；
(e1)将非IP数据包通过本地网发送给配电终端，配电终端接收到该数据包后，解析业务包头，处理业务请求；
(f1)微控制单元产生的虚拟IP地址为：172.23.1.1，配电终端ID与虚拟IP地址映射对应，采用非IP封装，应答配电主站的业务请求；
(g1)多模终端收到应答的非IP数据包，去除非IP的数据包头，将数据发送给专网的无线射频终端MT，准备发送；
(h1)接入专网的无线射频终端MT对数据包重新封装为IP数据包，从无线空口发送出去，数据报的源地址和目的地址为(172.22.1.1，172.22.0.3)；
(i1)关口机上的Eth3网卡接收该数据包，在执行路由前做DNAT，将目的地址172.22.0.3修改为配电主站地址172.20.0.4；执行路由，通过路由表查出目的地址是172.20.0.4应当交付给Eth0网卡；在执行路由后，再做SNAT，将源地址172.22.1.1修改为锚IP地址172.20.1.1，然后从Eth0网卡发送；此时数据包的源地址和目的地址已经修改为(172.20.1.1，172.20.0.4)；
(j1)配电主站接收该数据包，IP通信完成。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步地，提出本IP网络切换方法。其他步骤相同，具体为在主业务端切换IP网络后，本地网自动寻找主业务端切换的IP网络进行匹配，匹配后切换至对应的IP网络，完成IP网络切换。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上采用进行切换测量，判定后触发主业务端IP网络切换。步骤(3)所述触发切换业务请求包括：动态判定闲置IP网络性能指标，IP网络性能指标低于通信中IP网络性能指标时间超过时间限定值，选定IP网络性能指标最优的IP网络为切换目标IP网络，触发切换业务请求。网络切换方式分为主动切换和被动判定切换。在被动判定切换时，能够提高方法的智能化程度。
切换测量从切换的参数类型分类，可以分为通信层参数和业务层参数。在业务层，配电业务为维持TCP长连接，会定期向对端发送心跳包，当心跳信号没有得到回复时，可以判断网络通信中断，因此，心跳包可以作为监听通信连接的业务层参数。在通信层，采用AT信令集来获取无线空口的网络参数，例如接收信号强度、误码率、附着状态、DPP上下文状态机、网络注册状态来描述网络能力，通信层的参数能够定位本地通道的连通状况以及精确故障原因。无线终端可以通过AT信令集向无线空口发送测量请求，来获取空口的网络参数，在GSM Rec.07.07标准中，获得通信层参数的AT信令如表1所示。
表1
| AT信令 | 信令说明 |
| AT+CSQ | 查询接收信号强度和误码率 |
| AT+CGATT | 查询附着状态 |
| AT+CGACT | 查询DPP上下文状态 |
| AT+CGREC | 查询网络注册状态 |
以无线信号接收强度为例，AT信令获取的接受信号强度如表2所述。
表2
从测量的位置分类，可以分为多模终端测量和关口机测量。多模终端既可以测量通信层参数，也可以测量业务层参数，关口机可以测量业务层参数。
本实施通过多模终端测量的通信层参数，或业务层参数，关口机测量的业务层参数，并辅以定时器，计算参数低于预设限定值的时间，如时间大于时间限定值，则触发网络切换。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上进一步优化网络切换下的传输效果。通过在主站网进行数据丢包检测，本地网进行数据丢包检测。进行数据丢包检测能够提高网络切换时的通信质量。
具体地：所述数据丢包检测如图4，包括：
(A)微控制单元向至少一个位于多模单元中的无线模块推送数据，包括发送指针及确认指针，发送指针用于表征向无线模块已推送的数据序列位置，确认指针由无线模块反馈给微控制单元，用于表征无线模块已发送的数据序列位置；
(B)IP网络切换至目标IP网络，目标IP网络对应的多模单元无线模块的发送指针退回切换前的IP网络对应的靠无线模块最近的确认指针处，进行数据推送。
其中，无线模块发送过的数据会被丢弃，因此在IP网络切换过程中。将切换后的IP网络对应的发送指针退回到IP网络切换前的确认指针处，能够最大限度保证在本地网部分的数据丢包率大大降低。
其中，IP网络切换前的确认指针与IP网络切换前IP网络的工作数量有关。但是，只要回到切换前靠无线模块最近的确认指针处，就能够达到数据丢包检测与优化的目的。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (8)
1.一种基于异构网络的信息采集系统，其特征在于：所述系统包括主站网，传输网及本地网，所述主站网通过传输网与本地网连接；
所述传输网包括至少2个异构的IP网络；
所述主站网包括主业务端，与主业务端连接的IP转换单元，与IP转换单元连接的与IP网络数量相同的IP截断装置；
所述本地网包括至少1个终端设备，与所有终端设备共同连接的DP转换单元，与DP转换单元连接的与IP网络数量相同的多模单元；
所述IP转换单元用于在TCP/IP层根据IP转换单元IP地址，使用锚IP方法生成第一逻辑IP地址，第一逻辑IP地址一个业务请求过程中不变；
所述DP转换单元用于根据终端固定信息将传输网的IP地址，使用锚IP方法生成第二逻辑IP地址，第二逻辑IP地址一个业务请求过程中不变。
2.根据权利要求1所述的基于异构网络的信息采集系统，其特征在于：所述IP转换单元IP地址由主业务端静态分配或DNS服务器动态配置。
3.根据权利要求1所述的基于异构网络的信息采集系统，其特征在于：所述终端固定信息包括终端设备硬件地址或终端设备标识ID。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于异构网络的信息采集系统的方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)信息采集系统开机，进行IP网络配置，主业务端发起采集指令，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；或信息采集系统开机主业务端发起采集指令，进行IP网络配置，使用至少一个IP网络建立IP网络通信；
(2)触发切换IP网络，切换IP网络包括主站网端与本地网端之间采用信令模式通知对端切换IP网络；
(3)IP转换单元动态切换第一逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，DP转换单元动态切换第二逻辑IP地址与切换目标IP网络的映射关系，主业务端将第一逻辑IP地址作为监听对象，终端上设备将第二逻辑IP地址作为监听对象，完成IP连续态下的IP网络切换。
5.根据权利要求4所述的基于异构网络的信息采集系统的方法，其特征在于：
所述IP网络配置包括：IP转换单元将近主站IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第一逻辑IP地址；识别终端固定信息，DP转换单元在将近本地IP网络地址集合使用锚IP方法锚为第二逻辑IP地址；建立第一逻辑IP地址与近主站IP地址集合的第一映射关系，建立第二逻辑IP地址与近本地IP地址集合的第二映射关系，建立近主站IP地址集合与近本地IP地址集合间的第三地址映射关系。
6.根据权利要求5所述的基于异构网络的信息采集系统的方法，其特征在于：
所述切换IP网络还包括主站网端或本地网端任一切换IP网络，另一端自动搜索跟踪匹配，完成IP网络切换。
7.根据权利要求4所述的基于异构网络的信息采集系统的方法，其特征在于：
所述方法还包括IP网络切换的数据丢包检测，数据丢包检测包括主站网数据丢包检测以及本地网数据丢包检测。
8.根据权利要求7所述的基于异构网络的信息采集系统的方法，其特征在于：
所述本地网数据丢包检测包括：
(A)微控制单元向至少一个位于多模单元中的无线模块推送数据，包括发送指针及确认指针，发送指针用于表征向无线模块已推送的数据序列位置，确认指针由无线模块反馈给微控制单元，用于表征无线模块已发送的数据序列位置；
(B)IP网络切换至目标IP网络，目标IP网络对应的多模单元无线模块的发送指针退回切换前的IP网络对应的靠无线模块最近的确认指针处，进行数据推送。
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2017
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Denomination of invention: An information acquisition system and method based on heterogeneous network Effective date of registration: 20210907 Granted publication date: 20201030 Pledgee: Chongqing Sanxia bank Limited by Share Ltd. New District Branch Pledgor: CHONGQING XIAOMU TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021500000049 |
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Denomination of invention: An information acquisition system and method based on heterogeneous network Effective date of registration: 20230103 Granted publication date: 20201030 Pledgee: Chongqing Three Gorges bank Limited by Share Ltd. two rivers branch Pledgor: CHONGQING XIAOMU TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022500000106 |
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