CN112995100A - 一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法 - Google Patents

一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电力物联网技术领域的一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法，旨在解决现有技术中物联网终端的终端数据模型、接口协议不统一，数据跨专业协同共享存在困难的技术问题，有效提升了电网中信息采集、智能处理、双向交互能力，网络通信模块用于与公共网络或电力专用网络进行数据通信；数据传输模块用于数据的采集；存储器用于数据的存储；主控处理器模块将所述数据传输模块采集的数据进行应用层的处理并进行通信协议的适配处理；主控处理器模块根据通信协议的适配情况选择相应的电力业务设备通过所述网络通信模块进行数据交互。本发明提供丰富的协议和硬件接口，实现多种通信协议适配有效提升电网中信息双向交互能力。

Description

一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体涉及一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法。
背景技术
目前，电力物联网终端泛在接入与物联管理能力方面还存在以下问题：物联网终端的终端数据模型、接口协议不统一，数据跨专业协同共享存在困难。终端和传感器的物理层和数据链路层采用蓝牙、LORA（Long Range，是一种低功耗、远距离的局域网无线标准）、ZigBee（一种低速短距离传输的无线网上协议）等短距离无线传输或者NB-IoT（窄带物联网）、eMTC（增强机器类通信）等低功耗远距离无线传输等技术，通信协议千差万别，没有边缘代理网关去统一适配这些设备。在会话层和应用层协议多数为自定义协议，导致数据不能被统一解析，形成数据孤岛，导致数据无法统一存储和管理，造成数据孤岛。各种电网配用电业务如配电自动化、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充换电以及移动巡检等业务对无线移动通信接入的需求日益增多，而现有无线通信技术多采用公网GPRS、3G等，在带宽、安全性、网络可靠性等方面不能满足未来配电网多种业务的发展要求。为了解决上述电力物联网业务所面临的问题，需要设计能将标准化的以太网、RS485接口等有线接口和WIFI、ZigBee、无线专网等协议适配，同时满足各类电力终端统一通信技术标准和接入模式，构建统一数据模型，数据实时边缘处理等的智能边缘物联终端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于电力物联网的智能终端及其通信接入方法，以解决现有技术中物联网终端的终端数据模型、接口协议不统一，数据跨专业协同共享存在困难的技术问题，有效提升了电网中信息采集、智能处理、双向交互能力。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于电力物联网的智能终端，包括，主控处理器模块、网络通信模块、数据传输模块、存储器，所述网络通信模块用于与公共网络或电力专用网络进行数据通信；所述数据传输模块用于数据的采集；所述存储器用于数据的存储；所述主控处理器模块将所述数据传输模块采集的数据进行应用层的处理并进行通信协议的适配处理；所述主控处理器模块根据通信协议的适配情况选择相应的电力业务设备通过所述网络通信模块进行数据交互。
进一步地，所数据传输模块包括有线传输模块和无线传输模块，所述有线传输模块支持包括以太网、RS485、RS232和M-Bus传输协议；所述无线传输模块支持包括蓝牙、WIFI、Lora、Zigbee和RFID传输协议。
进一步地，所述存储器包括FLASH存储器和DDR2存储器。
进一步地，所述网络通信模块支持3G、4G、5G以及电力专网LTE-230MHz和LTE-1800Mhz无线通信，其中LTE 230M 通信系统，支持223MHz-235MHz频段；支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式；LTE 1800G 通信系统，支持1785-1805MHz频段；支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式。
进一步地，还包括硬件加密功能模块，所述硬件加密功能模块基于PUF（智能卡和嵌入式安全芯片）、TPM（可信赖平台模块)）安全芯片对数据信息进行加密。
进一步地，还包括电源管理模块，所述电源管理模块支持24VDC输入，可输出标准3.3V和5V电源电压。
进一步地，还包括数据接口模块，所述数据接口模块包括USB接口、天线接口、USIM接口和 UART 接口。
一种适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法，包括：主控处理器模块通过网络通信模块根据业务需要接入公共网络以或电力专网，开始建立与基站的通信连接；数据传输模块采集电力业务的数据信息；主控处理器模块对采集到的数据信息进行应用层的处理与通信协议的适配处理并进行本地化实时边缘计算处理，包括数据聚合、数据的结构化；主控处理器模块根据通信协议的适配情况选择相应的电力业务设备通过网络通信模块进行数据交互。
进一步地，所述电力业务包括配电自动化、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充换电和移动巡检。
进一步地，所述主控处理器模块根据业务需要接入公共网络以或电力专网，开始建立与基站的通信连接，所述主控处理器模块可根据基站信号的强弱进行智能切换，从而接入适合的网络。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明提供丰富的协议和硬件接口，实现多种通信协议适配、数据边缘智能处理、终端安全接入、数据模型统一化，适用于多种电力业务，有效提升电网中信息采集、智能处理、双向交互能力，解决了物联网终端的终端数据模型、接口协议不统一，数据跨专业协同共享存在困难的问题；以及因通信系统通信制式单一或通信技术固有缺陷而导致的网络覆盖率低、电力业务承载力弱和宽带传输能力差、智能变电站工作效率低，网络建设成本高的问题；
（2）本发明支持公网和电力专网，最大限度保证传输网络的可靠性，充分利用了1800Mhz 与 230MHz 无线专网的优势，可以根据 1.8G 与 230MHz 的信号覆盖程度，进行灵活接入，自动选择信号强的网络接入，同时通过中继功能，进行地下室与阴影区域的深度覆盖，解决无线宏基站无法全覆盖的问题，同时解决了光纤敷设不到位的缺陷；
（3）本发明可以对数据进行边缘计算，对本地数据聚合，实现数据的结构化输出，实现数据就地分析、存储，本地决断，快速响应；
（4）本发明利用了 电力LET1800Mhz 与 230MHz 无线专网的优势，提高了系统的安全性；使用硬件加密模块，可对数据安全接入、传输、访问控制全方位的安全机制，构筑端到端的生态安全传输。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种适用于电力物联网的智能终端的系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种适用于电力物联网的智能终端的网络结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2所示，一种适用于电力物联网的智能终端，包括主控处理器模块1、网络通信模块2、数据传输模块：无线传输模块31和有线传输模块32、存储器：FLASH存储器41和DDR2存储器42、硬件加密功能模块5、以及电源管理模块6，网络通信模块2用于与公共网络、电力专用网络及电力终端进行数据通信；公共网络包括包括3G、4G、5G基站21，电力专用网络包括电力230基站22、电力1800基站23，电力终端包括调试电力设备24、智能充电桩25、电脑26、手持电力业务设备27及其他通信设备28；网络通信模块支持3G、4G、5G公共网络以及电力专网LTE-230MHz和LTE-1800Mhz无线通信，其中LTE 230M 通信系统，支持223MHz-235MHz频段；支持QPSK（正交相移键控），16QAM（16种符号的正交幅度调制方式），64QAM（16种符号的正交幅度调制方式）；LTE 1800G 通信系统，支持1785-1805MHz频段；支持QPSK，16QAM，64QAM调制方式。存储器用于数据的存储；数据传输模块用于数据的采集：无线传输模块支持蓝牙、WIFI、Lora、Zigbee、RFID（射频识别）等传输协议。
终端设备接口可支持USB接口、天线接口、USIM接口、电源接口等，其中USB接口支持USB2.0 协议，最大支持传输速率 480Mbps，可以根据应用设计需要作为对外接口或调试接口。UART 接口，可支持 AT 命令扩展，也可外扩应用模块，接口引脚定义。USIM 接口应符合 ISO 7816-3 标准的 SIM 卡接口，支持 3.0 V 和 1.8 V SIM 卡；电源管理模块支持24VDC出入，可输出标准3.3V和5V电源电压；硬件加密功能模块基于PUF、TPM安全芯片等硬件机制，提供安全防护的加密功能。
如图3所示，一种适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法：
采集数据，数据传输模块采集电力业务的数据信息，终端设备通过以太网接口、UART接口、USB接口或通过WIFI、Lora、Zigbee等采集配电自动化、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充换电以及移动巡检等电力业务的数据信息；
主控处理器模块对采集到的数据信息进行应用层的处理与通信协议的适配处理并进行本地化实时边缘计算处理，对本地数据聚合，实现数据的结构化输出，实现数据就地分析、存储，本地决断，快速响应；
通信协议适配判断，智能终端设备判断通信协议适配情况选择相应的电力业务设备进行数据交互或将数据通过3G、4G、5G以及电力LTE-230MHz和LTE-1800Mhz基站进行数据交互。
网络通信模块根据业务需要接入公共网络或电力专网，建立与基站的通信连接；并且终端设备的主控处理器模块根据业务需要接入公共网络或电力专网，主控处理器模块可根据基站信号的强弱进行智能切换，从而接入适合的网络，保证电力业务的可靠性。
本发明提供丰富的协议和硬件接口，实现多种通信协议适配、数据边缘智能处理、终端安全接入、数据模型统一化，适用于多种电力业务，有效提升电网中信息采集、智能处理、双向交互能力，解决了物联网终端的终端数据模型、接口协议不统一，数据跨专业协同共享存在困难的问题；以及因通信系统通信制式单一或通信技术固有缺陷而导致的网络覆盖率低、电力业务承载力弱和宽带传输能力差、智能变电站工作效率低，网络建设成本高的问题；支持公网和电力专网，最大限度保证传输网络的可靠性，充分利用了 1800Mhz 与230MHz 无线专网的优势，可以根据 1.8G 与 230MHz 的信号覆盖程度，进行灵活接入，自动选择信号强的网络接入，同时通过中继功能，进行地下室与阴影区域的深度覆盖，解决无线宏基站无法全覆盖的问题，同时解决了光纤敷设不到位的缺陷；可以对数据进行边缘计算，对本地数据聚合，实现数据的结构化输出，实现数据就地分析、存储，本地决断，快速响应；充分利用了电力LET1800Mhz 与 230MHz 无线专网的优势，提高了系统的安全性；使用硬件加密模块，可对数据安全接入、传输、访问控制全方位的安全机制，构筑端到端的生态安全传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于电力物联网的智能终端，其特征是，包括，主控处理器模块、网络通信模块、数据传输模块、存储器，
所述网络通信模块用于与公共网络或电力专用网络进行数据通信；
所述数据传输模块用于数据的采集；
所述存储器用于数据的存储；
所述主控处理器模块将所述数据传输模块采集的数据进行应用层的处理并进行通信协议的适配处理；
所述主控处理器模块根据通信协议的适配情况选择相应的电力业务设备通过所述网络通信模块进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，所述数据传输模块包括有线传输模块和无线传输模块，所述有线传输模块支持包括以太网、RS485、RS232和M-Bus传输协议；所述无线传输模块支持包括蓝牙、WIFI、Lora、Zigbee和RFID传输协议。
3.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，所述存储器包括FLASH存储器和DDR2存储器。
4. 根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，所述网络通信模块支持3G、4G、5G以及电力专网LTE-230MHz和LTE-1800Mhz无线通信，其中LTE 230M 通信系统，支持223MHz-235MHz频段；支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式；LTE 1800G 通信系统，支持1785-1805MHz频段；支持QPSK、16QAM、64QAM调制方式。
5.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，还包括硬件加密功能模块，所述硬件加密功能模块基于PUF、TPM安全芯片对数据信息进行加密。
6.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，还包括电源管理模块，所述电源管理模块支持24VDC输入，可输出标准3.3V和5V电源电压。
7. 根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端，其特征是，还包括数据接口模块，所述数据接口模块包括USB接口、天线接口、USIM接口和 UART 接口。
8.一种适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法，其特征是，包括：
数据传输模块采集电力业务的数据信息；
主控处理器模块对采集到的数据信息进行应用层的处理与通信协议的适配处理并进行本地化实时边缘计算处理，包括数据聚合、数据的结构化；
主控处理器模块根据通信协议的适配情况选择相应的电力业务设备通过网络通信模块进行数据交互。
9.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法，其特征是，所述电力业务包括配电自动化、用电信息采集、分布式电源、电动汽车充换电和移动巡检。
10.根据权利要求1所述的适用于电力物联网的智能终端的通信接入方法，其特征是，所述主控处理器模块根据业务需要接入公共网络或电力专网，开始建立与基站的通信连接，所述主控处理器模块可根据基站信号的强弱进行智能切换，从而接入适合的网络。
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