CN113115346A - 一种基于5g的网关多协议转换装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于5G的网关多协议转换装置及其方法，该装置包含通信接口模块、协议转换模块、处理模块、配置管理模块；通信接口模块通过通信链路接收和发送5G基站外部协议数据包，并调用协议转换模块将外部协议数据包转换成内部统一5G格式数据包，然后发送至处理模块；处理模块对内部统一5G格式数据包处理，得到目的网元的配置信息，根据该配置信息通过调用协议转换模块将内部统一5G格式数据包转换为目的协议数据包，并通过通信接口模块发送至目的网元；配置管理模块提供5G基站的配置信息及路由数据。本发明提出的在5G网关多协议转换装置中各模块间的耦合度小，功能划分清晰，具有良好的可扩展性和可维护性。

Description

一种基于5G的网关多协议转换装置及其方法
技术领域
本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体涉及一种基于5G的网关多协议转换装置及其方法。
背景技术
当前电力通信设施由通信设备、架空线路、入地光纤等设备设施组成电力通信网络，遍布站房内外、架空入地，需要基于智能化的视频图像识别监视技术的高宽带、低时延的通信网络。未来可能实施的无人机巡线、移动智能穿戴的多媒体交互巡查等装备的移动、宽带、低时延的应用，也对通信网络提出了高带宽、低时延、大容量的通信网络要求。
5G技术的出现，为通信运维提供了高带宽、低时延传输视频图像多媒体信息与大容量感知终端接入的网络平台。当前电力通信存在大量不同通信协议，在5G时代如何保护以往的通信终端投资，将传统的电力相关通信终端设备接入到5G通信服务，是一个非常重要的课题。网关作为网络数据传输中的关键设备，发挥着协议转换和数据处理的作用，这些外围设备接入网关所使用的通信协议各不相同，根据不同的业务流程网关需要实现不同通信协议之间的消息转发，如何有效的实现这些协议之间的转换是目前需要解决的主要问题之一。然而，每种无线通信技术都有自己的应用场景，针对不同应用场景只能使用不同的技术，无线移动通信技术可实现长距离、大范围的无线通信，但是必须通过运营商核心网络，通信需要费用，无线局域网通信技术只能实现短距离的无线通信，一般在家庭、工作单位使用。目前网关接入协议种类繁多，各种接入协议之间的消息格式和类型差异很大，消息处理流程复杂。假设共有N种接入协议，最复杂的流程涉及这N个接口的消息互转，则根据目前公开的方案必须要编写N*(N-1)种协议转换模块，将极大地增加开发和应用的难度，降低系统的可扩展性和可维护性。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于5G的网关多协议转换装置及其方法，该网关多协议转换装置包括：通信接口模块、协议转换模块、处理模块、配置管理模块；所述通信接口模块通过与需要接入到5G网关多协议转换装置的5G基站之间的通信链路完成所述5G基站的外部协议数据包的接收和发送；
所述通信接口模块调用所述协议转换模块将所述外部协议数据包转换成内部统一5G格式数据包，并发送至所述处理模块；
所述处理模块对所述内部统一5G相关格式数据包处理，得到目的网元的配置信息，根据该配置信息通过调用所述协议转换模块将所述内部统一5G相关格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块发送至所述目的网元；
所述配置管理模块提供所述通信接口模块、所述协议转换模块、所述处理模块进行相应处理所需要的所述5G基站的配置信息及路由数据。
优选地，所述通信接口模块的接口类型包括：SPI接口、RS485接口、RS232接口、CAN接口、电力HPLC接口。
优选地，所述配置信息包括：所述5G基站接入到5G网关多协议转换装置的接入信息、所述5G基站的路由数据。
其中，所述接入信息包括所述5G基站的IP地址、设备端口、登录名、密码、设备类型中的一项或多项。
优选地，所述协议转换模块包含的协议模型有：与PC进行通信的Modbus协议，433MHz无线网络通信协议，NR用户设备无线发送和接收，NR基站一致性测试TS 38.104，NR用户设备程序处于空闲模式和RRC非活动状态TS 38.304。
优选地，所述协议转换模块根据网元设备类型与外部协议的映射表将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包，或执行相逆的过程，即将所述内部统一5G协议格式数据包转换成所述外部协议数据包。
优选地，所述协议转换模块将所述外部协议包含的命令码转换为内部统一5G协议格式命令码，并通过所述内部统一5G协议格式命令码将所述内部统一5G协议格式数据包发送至所述业务处理模块。
优选地，所述处理模块根据所述内部统一5G协议格式命令码触发转发流程，查询所述相关路由数据，匹配到目的网元的配置信息，并调用所述协议转换模块将所述内部统一5G协议格式数据包转换成外部协议数据包发送到所述通信接口模块。
采用上述的多协议转换装置的一种基于5G的网关多协议转换方法，包含以下步骤：
S1：配置管理模块对需要接入到5G网关中的5G基站进行信息配置；
S2：通信接口模块从所述配置管理模块中读取配置信息，根据所述配置信息并通过调用所述协议转换模块将所述5G基站发送的协议数据包转换成内部统一5G协议格式数据包，并发送至所述处理模块；
S3：所述处理模块根据所述内部统一5G协议格式数据包得到目的网元的配置信息，根据该配置信息并通过调用所述协议转换模块将所述内部统一5G协议格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块发送至所述目的网元。
其中，步骤S2中所述协议转换模块根据网元设备类型与外部协议的映射表将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的基于5G的网关多协议转换装置及其方法配合5G技术配电台区智能融合终端，以低压物联网设备为感知，应用配用电统一模型、物联网标准协议，实现海量数据的实时传输、分析、就地处理和应用，实现配网故障快速处理，从而实现充电桩、分布式能源的灵活接入与有序管控，配网低压设备的即插即用与拓扑异动分析等功能，全方位支撑配网精益管理和优质供电服务，保障分布式清洁能源消纳和供电可靠性。
(2)与现有技术相比，本发明提出的在5G网关中实现多接口协议的转换装置和转发方法，转换装置中各模块间的耦合度小，功能划分清晰。通信接口模块完成多接口网元的接入，协议转换模块完成接口协议数据包和统一网关结构的之间的相互转换。通过内部统一5G协议格式命令码触发不同的处理流程，如果5G网关要接入不同的基站只需要扩展统一5G协议结构以适应新的接口协议，具有良好的可扩展性和可维护性。
附图说明
图1为本发明的基于5G的网关组网示意图；
图2是本发明的多协议转换装置结构示意图；
图3是本发明的多协议转换方法流程示意图；
图4是本发明的多协议转换的具体流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种基于5G的网关多协议转换装置及其方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。
如图1-2所示，本发明提供的基于5G的网关多协议转换装置包括通信接口模块1、协议转换模块2、处理模块3、配置管理模块4；所述协议转换模块2分别与通信接口模块1、处理模块3、配置管理模块4均通信连接，进行信息交互，所述通信接口模块1与配置管理模块4通信连接进行信息交互，所述配置管理模块4与处理模块3通信连接进行信息交互；所述通信接口模块1包括SPI接口((Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、RS485接口、RS232接口、CAN接口(Controller Area Network，控制器局域网络接口)、电力HPLC接口(宽带电力线载波接口)等多种接口，用于与分布式智能电网进行通信连接；各个通信接口的安装方式可采用外挂式安装或嵌入式安装，外挂式安装的通信接口与分布式智能电网之间可通过通信线缆通信连接；嵌入式安装的通信接口可采用对插式接口，与分布式智能电网之间通过嵌入式连接进行通信。本优选例中，所述通信接口模块1为HPLC通信接口，可对电网接入的通信信号进行调制与调解，通过电力线载波通信技术组成HPLC载波通信网络，通过与需要接入到5G网关多协议转换装置的5G基站之间的通信链路完成所述5G基站的外部协议数据包的接收和发送。
所述通信接口模块1调用所述协议转换模块2将所述外部协议数据包转换成内部统一5G相关格式数据包，并发送至所述处理模块3；
所述处理模块3对所述内部统一5G相关格式数据包进行处理，得到目的网元的配置信息，其中配置信息包括5G基站接入到5G网关多协议转换装置的接入信息、5G基站的路由数据。进一步地，所述接入信息包括所述5G基站的IP地址、设备端口、登录名、密码、设备类型中的一项或多项。
根据该配置信息通过调用所述协议转换模块2将所述内部统一5G相关格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块1发送至所述目的网元；
所述配置管理模块4提供所述通信接口模块1进行相应处理所需要的所述5G基站的接入信息；提供所述协议转换模块2进行相应处理所需要的所述5G基站的设备类型信息；提供所述处理模块3进行相应处理所需要的所述5G基站的路由信息。
优选地，所述协议转换模块2包含的协议模型有：与PC(个人电脑)进行通信的Modbus协议，433MHz无线网络通信协议，NR用户设备(UE)无线发送和接收TS 38.101，新无线电(NR)基站(BS)一致性测试TS 38.104，NR用户设备程序处于空闲模式和RRC(无线资源控制)非活动状态TS 38.304。
优选地，所述协议转换模块2根据目的网元的设备类型将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包，或执行相逆的过程，即将所述内部统一5G协议格式数据包转换成所述外部协议数据包。
优选地，所述协议转换模块2将所述外部协议包含的命令码转换为内部统一5G协议格式命令码，并通过所述内部统一5G协议格式命令码将所述内部统一5G协议格式数据包发送至所述业务处理模块3。
优选地，所述处理模块3根据所述内部统一5G协议格式命令码触发转发流程，查询所述相关路由数据，匹配到目的网元的配置信息，并调用所述协议转换模块2将所述内部统一5G协议格式数据包转换成外部协议数据包发送到所述通信接口模块1。
采用上述的多协议转换装置的一种基于5G的网关多协议转换方法，包含以下步骤：
S1：配置管理模块4对需要接入到5G网关关多协议转换装置中的通信接口模块进行信息配置；
S2：通信接口模块1从所述配置管理模块4中读取配置信息，根据所述配置信息并通过调用所述协议转换模块2，将所述5G基站发送的协议数据包转换成内部统一5G协议格式数据包，并发送至所述处理模块3；
S3：所述处理模块3根据所述内部统一5G协议格式数据包得到目的网元的配置信息，根据该配置信息并通过调用所述协议转换模块2，将所述内部统一5G协议格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块1发送至所述目的网元。
其中，步骤S2中所述协议转换模块2根据网元设备类型与外部协议的映射表将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包。
综上所述，本发明提供的基于5G的网关多协议转换装置及其方法配合5G技术配电台区智能融合终端，以低压物联网设备为感知，应用配用电统一模型、物联网标准协议，实现海量数据的实时传输、分析、就地处理和应用，实现配网故障快速处理，从而实现充电桩、分布式能源的灵活接入与有序管控，配网低压设备的即插即用与拓扑异动分析等功能，全方位支撑配网精益管理和优质供电服务，保障分布式清洁能源消纳和供电可靠性。
与现有技术相比，本发明提出的在5G网关中实现多接口协议的转换装置和转发方法，转换装置中各模块间的耦合度小，功能划分清晰。通信接口模块完成多接口网元的接入，协议转换模块完成接口协议数据包和统一网关结构的之间的相互转换。通过内部统一5G协议格式命令码触发不同的处理流程，如果5G网关要接入不同的基站只需要扩展统一5G协议结构以适应新的接口协议，具有良好的可扩展性和可维护性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，包括：通信接口模块、协议转换模块、处理模块、配置管理模块；
所述通信接口模块通过与需要接入到5G网关多协议转换装置的5G基站之间的通信链路完成所述5G基站的外部协议数据包的接收和发送；
所述通信接口模块调用所述协议转换模块将所述外部协议数据包转换成内部统一5G相关格式数据包，并发送至所述处理模块；
所述处理模块对所述内部统一5G相关格式数据包处理，得到目的网元的配置信息，根据该配置信息通过调用所述协议转换模块将所述内部统一5G相关格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块发送至所述目的网元；
所述配置管理模块提供所述通信接口模块、所述协议转换模块、所述处理模块进行相应处理所需要的所述5G基站的配置信息及路由数据。
2.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述通信接口模块的接口类型包括：SPI接口、RS485接口、RS232接口、CAN接口、电力HPLC接口。
3.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述配置信息包括：所述5G基站接入到5G网关多协议转换装置的接入信息、所述5G基站的路由数据。
4.如权利要求3所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述接入信息包括所述5G基站的IP地址、设备端口、登录名、密码、设备类型中的一项或多项。
5.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述协议转换模块包含的协议模型有：与PC进行通信的Modbus协议，433MHz无线网络通信协议，NR用户设备无线发送和接收，NR基站一致性测试TS 38.104，NR用户设备程序处于空闲模式和RRC非活动状态TS 38.304。
6.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述协议转换模块根据目的网元的设备类型将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包，或执行相逆的过程，即将所述内部统一5G协议格式数据包转换成所述外部协议数据包。
7.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述协议转换模块将所述外部协议包含的命令码转换为内部统一5G协议格式命令码，并通过所述内部统一5G协议格式命令码将所述内部统一5G协议格式数据包发送至所述业务处理模块。
8.如权利要求1所述的基于5G的网关多协议转换装置，其特征在于，所述处理模块根据所述内部统一5G协议格式命令码触发转发流程，查询所述相关路由数据，匹配到目的网元的配置信息，并调用所述协议转换模块将所述内部统一5G协议格式数据包转换成外部协议数据包发送到所述通信接口模块。
9.一种基于5G的网关多协议转换方法，采用如权利要求1～8任一项所述的装置实现，其特征在于，包含以下步骤：
S1：配置管理模块对需要接入到5G网关多协议转换装置中的5G基站进行信息配置；
S2：通信接口模块从所述配置管理模块中读取配置信息，根据所述配置信息并通过调用所述协议转换模块将所述5G基站发送的协议数据包转换成内部统一5G协议格式数据包，并发送至所述处理模块；
S3：所述处理模块根据所述内部统一5G协议格式数据包得到目的网元的配置信息，根据该配置信息并通过调用所述协议转换模块将所述内部统一5G协议格式数据包转换为目的协议数据包，并通过所述通信接口模块发送至所述目的网元。
10.如权利要求9所述的基于5G的网关多协议转换方法，其特征在于，步骤S2中所述协议转换模块根据网元设备类型与外部协议的映射表将所述5G基站的设备类型映射到外部协议，并根据所述外部协议包含的命令码将所述外部协议数据包转换成所述内部统一5G协议格式数据包。
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