CN110768887A - 一种基于IPv6的电力网关系统及电力数据上传/下发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IPv6的电力网关系统及电力数据上传/下发方法，涉及物联网技术领域，包括电力表计、网关、IPv6 in IPv4隧道以及主站；若干电力表计与网关通信连接，网关向若干电力表计分配IPv6地址并传输IPv6电力数据，在IPv4网络环境下，网关与主站通过IPv6 in IPv4隧道数据连接及数据输；主站对接收到的IPv6电力数据进行处理，和/或下发IPv6电力数据。本发明所提供的系统基于IPv6协议本身的特性，实现了电力设备全网IP化。

Description

一种基于IPv6的电力网关系统及电力数据上传/下发方法
【技术领域】
本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于IPv6的电力网关系统及电力数据上传/下发方法。
【背景技术】
现有技术中，电力行业采用集中器处理方式进行抄表操作，但是，单个集中器存在携带表计数量小、传输能力差的弊端。与此同时，IPv4地址数量存在枯竭性，因而导致基于IPv4物联网的电力设备存在公网资源匮乏的隐患，不利于电力设备全网IP化。
但是，基于IPv6物联网的电力设备存在与运营商网络不兼容问题，运营商环境未普及到全网IPv6，进而导致电力设备无法真正普及IPv6化。另外，基于直接暴露于公网的IP电力设备，也存在安全性问题。
【发明内容】
为解决前述问题，本发明提供了一种基于IPv6的电力网关系统，以实现电力设备的IPv6化。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于IPv6的电力网关系统，所述电力网关系统包括若干电力表计、网关、IPv6in IPv4隧道以及主站；
若干所述电力表计与所述网关通信连接，所述网关向若干所述电力表计分配IPv6地址，所述电力表计向所述网关上传IPv6电力数据或从所述网关接收IPv6电力数据；
在IPv4网络环境下，所述网关与所述主站通过所述IPv6 in IPv4隧道数据连接，并通过所述IPv6 in IPv4隧道进行IPv6电力数据的传输；
所述主站对接收到的IPv6电力数据进行处理，和/或下发IPv6电力数据。
进一步的，所述网关包括：
第一通信单元，与若干所述电力表计进行网络通信；
IPv6地址管理单元，向每个所述电力表计分配IPv6地址；
IPv6路由单元，将所述电力表计上传的IPv6电力数据上传至主站，或将主站下发的IPv6电力数据下发至所述电力表计；
网关隧道服务单元，将电力表计上传的IPv6电力数据封装到IPv4报文中以备所述IPv6 in IPv4隧道发送，或从所述IPv6 in IPv4隧道接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据下发至若干所述电力表计；
第二通信单元，用以在IPv4网络环境下与所述主站进行网络通信。
作为优选，所述主站包括：
第三通信单元，用以在IPv4网络环境下与所述网关进行网络通信；
逻辑处理单元，用以对IPv6电力数据进行处理；
主站隧道服务单元，从所述IPv6 in IPv4隧道接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据发送至逻辑处理单元，或将逻辑处理单元发送的IPv6电力数据封装到IPv4报文中以备所述IPv6 in IPv4隧道发送。
进一步的，所述主站为部署在云端的服务器或带有公网IPv4地址的服务器。
作为优选，所述IPv6 in IPv4隧道包括加密单元，用以对所述IPv6 in IPv4隧道中传输的IPv6电力数据进行加密。
作为优选，所述主站下发的IPv6电力数据包括电力任务，所述电力表计通过所述网关和所述IPv6 in IPv4隧道接收所述电力任务，并执行所述电力任务。
作为优选，所若干所述电力表计与所述网关之间通过Lora网络或Wi-Sun网络进行网络通信。
作为优选，所述IPv6 in IPv4隧道采用UDP/TCP协议。
本发明所提供的方法具有如下有益效果：
本发明所提供的技术方案，实现了电力设备全网IPv6化，整个电力网络体系中的每个设备节点均采用IPv6地址访问方式。基于IPv6协议本身的特性，使得可以连入电力网络体系的电力表计设备甚至其他设备的数量大幅增加，加速了电力设备全网IP化的进程。并且，基于IPv6协议的电力网络体系传输稳定，IP层可以对数据包进行校验，IPv6的数据不直接暴露在公网中，而是封装在加密隧道中进行传输，增强了数据的安全性。
此外，本发明还提供了一种基于IPv6的电力数据上传方法，所述方法应用于上述任意一项所述的电力网关系统，包括以下步骤：
电力表计采集电力数据，并转换成IPv6电力数据发送至网关；
网关接收IPv6电力数据并将其封装成IPv4报文；
IPv6 in IPv4隧道将封装后的IPv4报文发送至主站；
主站接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据，并进行处理。
本发明所提供的电力数据上传方法与前述电力网关系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
此外，相对应的，本发明还提供了一种基于IPv6的电力数据下发方法，所述方法应用于上述任意一项所述的电力网关系统，包括以下步骤：
主站将包括电力任务的IPv6电力数据封装成IPv4报文；
IPv6 in IPv4隧道将封装后的IPv4报文发送至网关；
网关接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据发送至电力表计；
电力表计接收IPv6电力数据，并执行其中的电力任务。
本发明所提供的电力数据下发方法与前述电力网关系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例一的示意图；
图2为本发明实施例一中主站的示意图；
图3为本发明实施例一中网关的示意图；
图4为本发明实施例二的流程图；
图5为本发明实施例三的流程图。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
实施例一：
如图1至图3所示，本实施例提供一种基于IPv6的电力网关系统，包括若干电力表计4、网关3、IPv6 in IPv4隧道2以及主站1；
其中，主站1安装于台区，用于对电力表计4的IPv6电力数据进行汇集及分发，包括：第三通信单元11，用以在IPv4网络环境下与网关3进行网络通信；主站隧道服务单元12，从IPv6 in IPv4隧道2接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据发送至逻辑处理单元13，或将逻辑处理单元13发送的IPv6电力数据封装到IPv4报文中，以备IPv6 in IPv4隧道2发送；逻辑处理单元13，用以对IPv6电力数据进行处理。本实施例中，主站1为部署在云端的服务器或带有公网IPv4地址的服务器。
网关3包括：第一通信单元31，与若干电力表计4进行网络通信；IPv6地址管理单元32，向每个电力表计4分配IPv6地址；IPv6路由单元33，将电力表计4上传的IPv6电力数据上传至主站1，或将主站1下发的IPv6电力数据下发至电力表计4；网关隧道服务单元34，将电力表计4上传的IPv6电力数据封装到IPv4报文中以备IPv6 in IPv4隧道2发送，或从IPv6in IPv4隧道2接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据下发至若干电力表计4；第二通信单元35，用以在IPv4网络环境下与主站1进行网络通信。
IPv6 in IPv4隧道2采用UDP/TCP协议，包括加密单元，用以对IPv6 in IPv4隧道2中传输的IPv6电力数据进行加密。
本实施例中，IPv6 in IPv4隧道2基于开源OpenVPN。
OpenVPN提供了两种虚拟网络接口：通用Tun/Tap驱动，通过它们，可以建立三层IP隧道或虚拟二层以太网，虚拟二层以太网可以传送任何类型的二层以太网络数据。
在本实施例中，采用Tap驱动为虚拟网络接口，作为虚拟二层以太网设备使用，网关与服务器通过OpenVPN直接接在交换机上面进行通信，从而能够将网关透传IPv6源地址等网络数据传送给服务端。传送的数据通过LZO算法压缩。
需要注意的是，在选择协议时需密切注意两个加密隧道之间的网络状况，如有高延迟或者丢包较多的情况下，需要选择TCP协议作为底层协议，UDP协议由于存在无连接和重传机制，因此导致需要隧道上层的协议进行重传，进而使得效率非常低下。
OpenVPN引入了用户名/口令组合的身份验证方式，省略了客户端证书，但是仍有一份服务器证书需要被用作加密。OpenVPN所有的通信都基于一个单一的IP端口，推荐且默认使用UDP协议通讯，同时TCP也被支持。OpenVPN连接能通过大多数的代理服务器，并且能够在NAT的环境中很好地工作。服务端具有向客户端“推送”某些网络配置信息的功能，这些信息包括：IP地址、路由设置等。OpenVPN提供了两种虚拟网络接口：通用Tun/Tap驱动，通过它们，可以建立三层IP隧道，或者虚拟二层以太网，后者可以传送任何类型的二层以太网络数据。
电力网关系统的结构及连接关系如下：
电力表计4与网关3之间采用Lora网络或Wi-Sun网络进行网络通信，通过第一通信单元31通信连接。网关3向若干电力表计4分配IPv6地址，电力表计4向网关3上传IPv6电力数据或从网关3接收IPv6电力数据；
在IPv4网络环境下，网关3与主站1通过IPv6 in IPv4隧道2数据连接，并通过IPv6in IPv4隧道2进行IPv6电力数据的传输；
主站1对接收到的IPv6电力数据进行处理，和/或下发IPv6电力数据，其中，主站1下发的IPv6电力数据包括电力任务，电力表计4通过网关3和IPv6 in IPv4隧道2接收电力任务，并执行电力任务。
本实施例所提供的电力网关系统，实现了电力设备全网IPv6化，整个电力网络体系中的每个设备节点均采用IPv6地址访问方式。基于IPv6协议本身的特性，使得可以连入电力网络体系的电力表计4甚至其他设备的数量大幅增加，加速了电力设备全网IP化的进程。并且，基于IPv6协议的电力网络体系传输稳定，IP层可以对数据包进行校验，IPv6的数据不直接暴露在公网中，而是封装在IPv6 in IPv4隧道2中进行传输，增强了数据的安全性。
实施例二：
本实施例提供一种基于IPv6的电力数据上传方法，本实施例所提供的电力数据上传方法应用于实施例一所提供的电力网关系统，包括以下步骤：
SU1：电力表计4采集电力数据，并转换成IPv6电力数据发送至网关3；
SU2：网关3接收IPv6电力数据并将其封装成IPv4报文；
SU3：IPv6 in IPv4隧道2将封装后的IPv4报文发送至主站1；
SU4：主站1接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据，并进行处理。
本实施例所提供的电力数据上传方法的有益效果，与实施例一的电力网关系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
实施例三：
与实施例二相对应的，本实施例提供一种基于IPv6的电力数据下发方法，本实施例所提供的电力数据下发方法应用于实施例一所提供的电力网关系统，包括以下步骤：
SD1：主站1将包括电力任务的IPv6电力数据封装成IPv4报文；
SD2：IPv6 in IPv4隧道2将封装后的IPv4报文发送至网关3；
SD3：网关3接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据发送至电力表计4；
SD4：电力表计4接收IPv6电力数据，并执行其中的电力任务。
同样，本实施例所提供的电力数据下发方法的有益效果，与实施例一的电力网关系统的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种基于IPv6的电力网关系统，其特征在于，所述电力网关系统包括若干电力表计、网关、IPv6 in IPv4隧道以及主站；
若干所述电力表计与所述网关通信连接，所述网关向若干所述电力表计分配IPv6地址，所述电力表计向所述网关上传IPv6电力数据或从所述网关接收IPv6电力数据；
在IPv4网络环境下，所述网关与所述主站通过所述IPv6 in IPv4隧道数据连接，并通过所述IPv6 in IPv4隧道进行IPv6电力数据的传输；
所述主站对接收到的IPv6电力数据进行处理，和/或下发IPv6电力数据。
2.根据权利要求1所述的电力网关系统，其特征在于，所述网关包括：
第一通信单元，与若干所述电力表计进行网络通信；
IPv6地址管理单元，向每个所述电力表计分配IPv6地址；
IPv6路由单元，将所述电力表计上传的IPv6电力数据上传至主站，或将主站下发的IPv6电力数据下发至所述电力表计；
网关隧道服务单元，将电力表计上传的IPv6电力数据封装到IPv4报文中以备所述IPv6in IPv4隧道发送，或从所述IPv6 in IPv4隧道接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据下发至若干所述电力表计；
第二通信单元，用以在IPv4网络环境下与所述主站进行网络通信。
3.根据权利要求1所述的电力网关系统，其特征在于，所述主站包括：
第三通信单元，用以在IPv4网络环境下与所述网关进行网络通信；
逻辑处理单元，用以对IPv6电力数据进行处理；
主站隧道服务单元，从所述IPv6 in IPv4隧道接收到的IPv4报文中解封出IPv6电力数据发送至逻辑处理单元，或将逻辑处理单元发送的IPv6电力数据封装到IPv4报文中以备所述IPv6 in IPv4隧道发送。
4.根据权利要求3所述的电力网关系统，其特征在于，所述主站为部署在云端的服务器或带有公网IPv4地址的服务器。
5.根据权利要求1所述的电力网关系统，其特征在于，所述IPv6 in IPv4隧道包括加密单元，用以对所述IPv6 in IPv4隧道中传输的IPv6电力数据进行加密。
6.根据权利要求1至5之一所述的电力网关系统，其特征在于，所述主站下发的IPv6电力数据包括电力任务，所述电力表计通过所述网关和所述IPv6in IPv4隧道接收所述电力任务，并执行所述电力任务。
7.根据权利要求1至5之一所述的电力网关系统，其特征在于，若干所述电力表计与所述网关之间通过Lora网络或Wi-Sun网络进行网络通信。
8.根据权利要求1所述的电力网关系统，其特征在于，所述IPv6 in IPv4隧道采用UDP/TCP协议。
9.一种基于IPv6的电力数据上传方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1至8中任意一项所述的电力网关系统，包括以下步骤：
电力表计采集电力数据，并转换成IPv6电力数据发送至网关；
网关接收IPv6电力数据并将其封装成IPv4报文；
IPv6 in IPv4隧道将封装后的IPv4报文发送至主站；
主站接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据，并进行处理。
10.一种基于IPv6的电力数据下发方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1至8中任意一项所述的电力网关系统，包括以下步骤：
主站将包括电力任务的IPv6电力数据封装成IPv4报文；
IPv6 in IPv4隧道将封装后的IPv4报文发送至网关；
网关接收IPv4报文，解封出IPv6电力数据发送至电力表计；
电力表计接收IPv6电力数据，并执行其中的电力任务。
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