CN110932950A - 用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统 - Google Patents

用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式提供一种用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统，属于电力领域。所述网关装置包括：第一通信模块，被配置为接入mesh网络，所述mesh网络由多个所述网关装置的所述第一通信模块构建；第二通信模块，被配置为接入公共广域网络或专用广域网络，以与远程设备通信；控制模块，被配置为：检测所述第二通信模块是否正常通信；以及在所述第二通信模块无法正常通信的情况下，通过所述第一通信模块连接至所述mesh网络中的其它网关装置，以与所述公共广域网络或所述专用广域网络建立通信。如此，通过在电力物联网的各个网关装置之间构建mesh网络，可以提高电力物联网的稳定性和可靠性，降低网关装置故障所带来的不利影响。

Description

用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统
技术领域
本发明涉及电力领域，具体地涉及一种用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统。
背景技术
目前，电力物联网的网关装置主要负责数据进行上行、下行传输。网关装置将下行通信协议封装到上行协议，或者由网关装置解析后将数据传到远程设备或下行节点。由于远程设备与物联单元、传感器、通信单元等终端设备之间需通过网关装置通信或者访问，因此一旦负责上下行传输的网关装置的上行通信断开，则远程设备与本地网络内的终端设备失去联系，远程设备无法进行远程通信，终端设备无法接入互联网络。
发明内容
为至少部分地解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施方式的目的是提供一种用于电力物联网的网关装置和电力物联网系统。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于电力物联网的网关装置，所述网关装置包括：第一通信模块，被配置为接入mesh网络，所述mesh网络由多个所述网关装置的所述第一通信模块构建；第二通信模块，被配置为接入公共广域网络或专用广域网络，以与远程设备通信；控制模块，被配置为：检测所述第二通信模块是否正常通信；以及在所述第二通信模块无法正常通信的情况下，通过所述第一通信模块连接至所述mesh网络中的其它网关装置，以与所述公共广域网络或所述专用广域网络建立通信。
可选地，所述第一通信模块包括宽带电力线载波芯片和无线通信芯片，所述控制模块还被配置为：优先通过所述宽带电力线载波芯片与所述mesh网络中的其它网关装置进行通信；以及在所述宽带电力线载波芯片通信失败的情况下，采用所述无线通信芯片与所述mesh网络中的其它网关装置进行通信。
可选地，所述无线通信芯片包括WiFi芯片、蓝牙芯片以及微功率无线通信芯片中的一者或多者。
可选地，所述网关装置还包括：网络交换机芯片，连接于所述宽带电力线载波芯片和所述控制模块之间；所述宽带电力线载波芯片集成有网络交换机接口，并通过所述网络交换机接口与所述网络交换机芯片通信。
可选地，所述无线通信芯片还被配置为：通过所述控制模块与所述网络交换机芯片通信；所述控制模块还被配置为：基于操作系统网络交换技术进行所述无线通信芯片和所述网络交换机芯片之间的通信协议转换。
可选地，所述网络交换机芯片包括多个以太网网络接口。
可选地，所述第二通信模块包括移动通信芯片。
可选地，所述移动通信芯片包括4G通信芯片或5G通信芯片。
另一方面，本发明实施方式还提供一种电力物联网系统，所述电力物联网系统包括：多个上述的网关装置；以及每个所述网关装置构建的子网络中的终端设备。
可选地，所述子网络为mesh网络。
在上述技术方案中，通过在电力物联网的各个网关装置之间构建mesh网络，可以在一个网关装置由于故障等原因无法接入公共广域网络或专用广域网络的情况下，通过mesh网络转路由接入公共广域网络或专用广域网络，从而提高电力物联网的稳定性和可靠性，降低网关装置故障所带来的不利影响。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的用于电力物联网的网关装置的框图；
图2示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的用于电力物联网的网关装置的框图；
图3示例性示出了图2所示网关装置的内部通信示意图；以及
图4示例性示出了图2所示网关装置的网络通信示意图。
附图标记说明
10 第一通信模块 20 第二通信模块
30 控制模块 40 网络交换机芯片
50 总线
11 宽带电力线载波芯片 12 微功率无线通信芯片
13 WiFi芯片 14 蓝牙芯片
21 移动通信芯片
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的用于电力物联网的网关装置的框图。如图1所示，本发明实施方式提供一种用于电力物联网的网关装置，该网关装置可以包括第一通信模块10、第二通信模块20和控制模块30。其中，第一通信模块10被配置为接入mesh网络，该mesh网络由多个网关装置的第一通信模块10构建。第二通信模块20被配置为接入公共广域网络或专用广域网络，以与远程设备通信。控制模块30被配置为检测第二通信模块20是否正常通信，在第二通信模块20无法正常通信的情况下，通过第一通信模块10连接至mesh网络中的其它网关装置，以与公共广域网络或专用广域网络建立通信。其中，该控制模块30可以例如为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。
如此，通过在电力物联网的各个网关装置之间构建mesh网络，可以在一个网关装置由于故障等原因无法接入公共广域网络或专用广域网络的情况下，通过mesh网络转路由接入公共广域网络或专用广域网络，从而提高电力物联网的稳定性和可靠性，降低网关装置故障所带来的不利影响。
具体地，在电力物联网系统中，每个网关装置均可以设有第一通信模块10和第二通信模块20。在使用时，可以根据实际情况，基于多个网关装置的第一通信模块10构建mesh网络，以能够实现多个网关装置彼此之间的两两通信。第二通信模块20主要用于和公共广域网络或专用广域网络(例如电力无线专网)之间建立通信。当某个网关装置的第二通信模块20无法与公共广域网络或专用广域网络进行通信或通信质量过低(例如误码率过高)时，网关装置可以通过第一通信模块10连接至mesh网络中的其它网关装置，以通过mesh网络转路由接入公共广域网络或专用广域网络，从而避免与远程设备之间通信中断。
在本发明一种可选实施方式中，该网关装置可以支持单相或三相四线电源供电。第一通信模块10可以包括宽带电力线载波芯片11和无线通信芯片，宽带电力线载波芯片11可以集成高速载波电力网关，无线通信芯片可以包括微功率无线通信芯片、WiFi芯片以及蓝牙芯片等。控制模块30还被配置为：优先通过宽带电力线载波芯片11与mesh网络中的其它网关装置进行通信，在宽带电力线载波芯片11通信失败的情况下，采用无线通信芯片与mesh网络中的其它网关装置进行通信。可以理解的是，宽带电力线载波通信具有数据传输速率高、数据容量大等优势，因此可以作为网关装置之间最优选的通信方式。然而，宽带电力线载波通信同时还具有高频信号衰减严重、容易通信阻断等问题，可靠性较低。因此，当宽带电力线载波通信中断时，可以通过无线通信芯片与mesh网络中的其它网关装置进行通信，以提高网关装置之间连接的稳定性和可靠性。
在本发明一种可选实施方式中，如图2所示，网关装置还可以包括网络交换机芯片40，该网络交换机芯片40可以例如为Ipv6网络交换机芯片。网关装置内部可以采用网络总线结构，各个通信芯片之间的通信可以通过该网络交换机芯片40实现。
例如，如图2和图3所示，网络交换机芯片40可以连接在宽带电力线载波芯片11和控制模块30之间，以在宽带电力线载波芯片11和控制模块30之间建立通信。宽带电力线载波芯片11和控制模块30可以集成有网络交换机接口，从而可以通过网络交换机接口与网络交换机芯片40进行通信。无线通信芯片可以包括微功率无线通信芯片12、WiFi芯片13以及蓝牙芯片14中的一者或多者。其中，无线通信芯片12、WiFi芯片13以及蓝牙芯片14等没有集成网络交换机接口的通信芯片可以通过总线50，例如AXI(Advanced eXtensibleInterface，)总线或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线等，连接到控制模块30，并通过控制模块30的网络交换机接口连接至网络交换机芯片40。控制模块30可以基于操作系统网络交换技术进行无线通信芯片与网络交换机芯片40之间的协议转换，以使得无线通信芯片与网络交换机芯片40之间可以进行通信。其中，操作系统网络交换技术属于现有技术，因此不做赘述。
在一种具体实施方式中，网络交换机芯片40可以例如采用Ipv6协议，无线通信芯片可以包括WiFi芯片13、蓝牙芯片14以及微功率无线通信芯片12。WiFi芯片13可以用于连接WiFi mesh网络，如此通过Ipv6地址可以访问每一个wifi mesh网络中的节点。蓝牙芯片14可以用于连接蓝牙mesh网络，如此通过Ipv6地址可以访问每一个蓝牙mesh网络中的节点。微功率无线通信芯片12可以用于连接微功率无线通信mesh网络，如此通过Ipv6地址可以访问每一个微功率无线通信mesh网络中的节点。宽带电力线载波芯片11可以用于连接宽带电力线载波通信mesh网络，如此通过Ipv6地址可以访问每一个宽带电力线载波通信mesh网络中的节点。控制模块30基于操作系统网络交换技术实现WiFi芯片13、蓝牙芯片14以及微功率无线通信芯片12的mesh网络与网络交换机芯片40的Ipv6网络之间的通信，从而通过网络交换机芯片40实现WiFi mesh网络、蓝牙mesh网络以及微功率无线通信mesh网络之间的通信。网关装置下属的终端设备仅需具备连接到一种mesh网络中的能力，即可以与其他类型mesh网络中的终端设备进行通信。如此，网关装置之间可以通过宽带电力线载波通信等通信方式直接组网通信，网关装置还可以支持各种类型的Ipv6通信模块间的互相访问，自动网络协调等。
在本发明一种可选实施方式中，如图2至图4所示，第二通信模块20可以包括移动通信芯片21，该移动通信芯片21可以包括4G通信芯片或5G通信芯片等。该移动通信芯片21可以用于连接移动网络，从而可以直接连接到公共广域网络或电力无线专网。其中，移动通信芯片21由于没有集成网络交换机接口，因此也可以通过总线50，例如AXI(AdvancedeXtensible Interface，)总线或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线等，连接到控制模块30，并通过控制模块30的网络交换机接口连接至网络交换机芯片40。控制模块30可以基于操作系统网络交换技术进行移动通信芯片21与网络交换机芯片40之间的协议转换，以使得移动通信芯片21与网络交换机芯片40之间可以进行通信。如此，远程设备可以基于Ipv6协议直接访问电力物联网中的每个通信模块。
进一步地，网络交换机芯片40可以预留有多个以太网网络接口(例如RJ45网络接口)，该以太网网络接口既可以用于网关装置之间的级联，也可以用于网关装置与公共广域网络或专用广域网络之间的连接。如此，通过网络接口扩充，可以支持多个网关装置拼接互联。
通过上述技术方案，网关装置构建的微功率无线通信mesh、WiFi mesh、蓝牙mesh、移动网络、宽带电力线载波通信mesh网络均可以通过硬连接或操作系统网络交换技术彼此连接成一个网状网络，各种mesh网络之间的节点(例如网关装置、终端设备等)可以通过Ipv6的地址互相访问。电力物联网的网关装置之间可以通过交互的mesh网络互联、级联，网关装置之间可以直接访问，不需要协议转换或封装。
相应地，本发明实施方式还提供一种电力物联网系统，该电力物联网系统可以包括多个上述的网关装置以及每个网关装置构建的子网络中的终端设备。其中，该子网络可以为传统的WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)，也可以为mesh网络。
优选地，该子网络可以为mesh网络。网关装置的无线通信芯片和终端设备的无线通信芯片可以共同构建mesh网络。在该mesh网络中，终端设备不仅可以与网关装置进行通信，还可以与其它终端设备之间建立通信，从而当网关装置发生下行通信断开故障时，终端设备之间仍然可以正常通信。在一种可选实施方式中，网关装置之间可以通过宽带电力线载波通信mesh网络进行通信，而网关装置与终端设备之间可以根据终端设备的类型选择WiFi mesh网络、微功率无线通信mesh网络以及蓝牙mesh网络中的一者进行通信。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于电力物联网的网关装置，其特征在于，所述网关装置包括：
第一通信模块，被配置为接入mesh网络，所述mesh网络由多个所述网关装置的所述第一通信模块构建；
第二通信模块，被配置为接入公共广域网络或专用广域网络，以与远程设备通信；
控制模块，被配置为：
检测所述第二通信模块是否正常通信；以及
在所述第二通信模块无法正常通信的情况下，通过所述第一通信模块连接至所述mesh网络中的其它网关装置，以与所述公共广域网络或所述专用广域网络建立通信。
2.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，所述第一通信模块包括宽带电力线载波芯片和无线通信芯片，所述控制模块还被配置为：
优先通过所述宽带电力线载波芯片与所述mesh网络中的其它网关装置进行通信；以及
在所述宽带电力线载波芯片通信失败的情况下，采用所述无线通信芯片与所述mesh网络中的其它网关装置进行通信。
3.根据权利要求2所述的网关装置，其特征在于，所述无线通信芯片包括WiFi芯片、蓝牙芯片以及微功率无线通信芯片中的一者或多者。
4.根据权利要求2所述的网关装置，其特征在于，所述网关装置还包括：
网络交换机芯片，连接于所述宽带电力线载波芯片和所述控制模块之间；
所述宽带电力线载波芯片集成有网络交换机接口，并通过所述网络交换机接口与所述网络交换机芯片通信。
5.根据权利要求4所述的网关装置，其特征在于，
所述无线通信芯片还被配置为：通过所述控制模块与所述网络交换机芯片通信；
所述控制模块还被配置为：基于操作系统网络交换技术进行所述无线通信芯片和所述网络交换机芯片之间的通信协议转换。
6.根据权利要求4所述的网关装置，其特征在于，所述网络交换机芯片包括多个以太网网络接口。
7.根据权利要求1所述的网关装置，其特征在于，所述第二通信模块包括移动通信芯片。
8.根据权利要求7所述的网关装置，其特征在于，所述移动通信芯片包括4G通信芯片或5G通信芯片。
9.一种电力物联网系统，其特征在于，所述电力物联网系统包括：
多个根据权利要求1至8中任意一项权利要求所述的网关装置；以及
每个所述网关装置构建的子网络中的终端设备。
10.根据权利要求9所述的电力物联网系统，其特征在于，所述子网络为mesh网络。
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