CN114125754A - 适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构及方法，监测传感器与基站间采用星型连接结构；单个基站连接一个以上的传感器，通信方式为LoRa；基站与基站间采用的是mesh连接结构，最后通过RS485将数据传输至电网专网，应用于各种传感器，从而使传感器可以使用电池供电，减少接线和安装成本。其中使用的多基站中转的方法，使其通信距离得以延长，提高通信质量。因数据传输走的专网故提高了数据的安全性，并且数据使用了私有密钥进行加密，使得数据的安全性得以进一步的提高。
Description
技术领域
本发明属于电力设施传感监测领域，尤其涉及一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构及方法。
背景技术
旅游业的快速发展导致景区内用电器的增加，用电量、用电负荷也随之增大，特别是一些古城中木结构建筑较多，建筑耐火等级低，电线线路老化、私拉乱接等客观问题的存在，因此景区的用电监测显得尤为重要。
目前很多无线监测系统多使用星型结构，中继需要使用光纤或者4G网络将数据传输至广域网，在电网信息采集和传输中要求有较高的保密性及安全性，且不允许走广域网，数据的传输只能走电网的专网，而电网配电箱一般间隔较远，覆盖面积较大，如果设立专线存在成本高、而且数据保密性不强等技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构及方法，以解决现有技术针对景区用电监测存在的存在成本高、而且数据保密性不强等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构，监测传感器与基站间采用星型连接结构；单个基站连接一个以上的传感器，通信方式为LoRa；基站与基站间采用的是mesh连接结构，最后通过RS485将数据传输至电网专网。
一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，它包括：
步骤1、选择开阔地带制高点安装基站；
步骤2、传感器的安装以及绑定，将传感器安装在电网配电箱内，选择与通信信号最好的基站进行绑定；
步骤3、基站与基站间的数据交互：使用基站级联的方式传递数据, 最后汇入网关，然后网关通过RS485将数据上传至电网数据服务器。
传感器在采集到数据时使用AES加密算法进行加密。
传感器安装时，先测试传感器信号传输是否能够到达基站，如若信号不能到达基站，则将传感器的天线安装在配电箱外或者移装到基站位置。
传感器与基站进行绑定的方法为：当基站通电后将基站的网线接口与电脑进行连接，在电脑WEB端对基站进行配置，在节点管理页面添加节点，输入节点对应的EUI和密钥进行绑定操作；因一个基站绑定多个节点，在安装时除考虑通信信号良好外还应考虑每个基站绑定的节点数量，节点数量最大不超过2000个；在绑定主基站成功后还选择最近的一个能成功通信的基站作为备用基站，将主基站的信息发送并储存在备用基站内。
备用基站的启用方法为：基站间定时发送心跳包检测基站是否在线，如未收到对应基站的心跳包则判断该基站处于离线状态，此时备用基站将加载离线基站信息，继续执行接收任务。
它还包括：信协议的配置：节点与基站间通过协议A进行数据传输，基站与基站以及网关间通过协议B进行数据通信，通过协议区分数据来源。
数据走向的具体实现方法包括：
步骤3.1、传感器采集数据；
步骤3.2、传感器节点使用AES对数据部分进行加密然后发送；
步骤3.3、基站接收到数据后对数据协议进行判断，根据系统配置将数据传递下去；然后返回接收信息至传感器节点；步骤3.4、当网关接收到传感器信息时即将数据发送到数据服务器；
步骤3.5、数据服务器接收到传感器数据并进行AES解密，根据数据标识对传感器数据进行解析显示在WEB端。
传感器节点接收到返回信息后将关闭接收窗口，进入低功耗模式，若传感器10S后未收到返回信息将再一次发送该条数据，累积3次后将关闭接收窗口进入低功耗模式，当服务器检测到该传感器超时未接收到数据时，电网服务器上应该传感器的离线信息，工作人员看到离线信息后对传感器节点以及与之绑定的基站进行检查。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供一种专用的lora组网方式，使其能够达到较远的通信距离，并且不通过广域网进行数据传播，直接接入电网专网，保证了数据的安全性，同时在数据上进行二次加密，进一步提高数据传输的保密性以及安全性。
2、使用lora进行通信，传感器节点可使用电池供电，安装部署方便，节点上做低功耗处理，可达到长达几年的不断电监测。
3、电网配电箱一般间隔较远，覆盖面积较大，通过基站中转的方法进行数据传输可以使组网可以大范围覆盖，以适应电网配电箱分散等特点。
4、节点与基站绑定以及基站与基站通信等可以通过上位机操作进行绑定，操作方便灵活。
5、节点可以与多个基站进行绑定，可设置主基站和备用基站，当主基站无法通信时可切换至备用基站进行数据传输，同时基站会发送基站离线报警，通知工作人员进行故障查询及处理。
解决了现有技术针对景区用电监测存在的存在成本高、而且数据保密性不强等技术问题。
附图说明
图1为本发明组网结构示意图；
图2为本发明数据走向图示意图。
具体实施方式
本发明首先电网监测传感器与基站间的连接采用的星型结构，单个基站可连接多个传感器，通信方式为lora，具有功耗低、通信距离远等特点。
再者基站与基站间采用的是mesh连接结构，可通过基站延续通信距离，最后通过RS485将数据传输至电网专网。组网结构见图1。
作为无线传输方式，数据的传输必须保证安全型及保密性，所以数据必须进行加密，若不进行加密，无线通信频率及信道被破解，那么数据将被一览无余。传感器在采集到数据时使用AES加密算法进行加密，使用自己的一组密钥进行加密，从而保证数据的安全性。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
步骤1、基站的建设：基站建设时应优先选择开阔地带进行安装，如有必要最好安装到制高点，保证通信信号的干扰尽可能的小，从而保证通信距离以及通信质量。
步骤2、传感器的安装以及绑定：因传感器安装时大多都放在电网配电箱内，配电箱多为金属外壳，所以传感器安装时应考虑传感器的信号传输问题，应先测试传感器信号传输是否可以到达基站，如若信号不能到达基站，应考虑将天线安装在配电箱外或者移装基站位置。然后选择与之通信信号较好的基站进行绑定，当基站通电后可将基站的网线接口与电脑进行连接，在电脑WEB端对基站进行配置，在节点管理页面添加节点，输入节点对应的EUI和密钥进行绑定操作。因一个基站可绑定多个节点，在安装时除考虑通信信号良好外还应考虑每个基站绑定的节点数量，节点数量最大不超过2000个。在绑定主基站成功后还应选择最近的一个能成功通信的基站作为备用基站，并将主基站的信息发送并储存在备用基站内，基站间定时发送心跳包检测基站是否在线，如未收到对应基站的心跳包则判断该基站处于离线状态，此时备用基站将加载离线基站信息，继续执行接收任务，以免出现数据丢失等情况。
基站与基站间的数据交互：因需要走电网专网，不能使用4G以及光纤的形式进行信息的传播，所以该发明即使用lora传输代替4G以及光纤传输方式，但lora传输距离是有限的，所以使用基站级联的方式传递数据，从而达到大面积覆盖的需求。即基站与基站间进行数据传输，逐级传输，最后汇入网关，然后网关通过RS485将数据上传至电网数据服务器。这样既可避开使用光纤和4G通信，也可以实现大面积覆盖。
网关的安装：网关集成了基站的功能，同时数据接收端也使用了lora通信，所以应当考虑网关的安装位置以及天线的建设位置和天线的型号选择。网关与数据服务器的连接采用的是有线的RS485连接，在网关安装时应考虑RS485的连线长度，不应过长。
通信协议的配置：节点与基站间通过协议A进行数据传输，基站与基站以及网关间通过协议B进行数据通信，通过协议区分数据来源。
协议A和协议B都是基于RORA数据传输协议，只是协议A的数据帧头部加上传感器类型，如0x1a 温湿度；协议B的在传感器数据帧前再加上基站标识0xaf；以便通过协议区分数据来源。
数据走向参考图2，具体实现步骤如下：
传感器采集数据；
传感器节点使用AES对数据部分进行加密然后发送；
基站接收到数据后对数据协议进行判断，然后根据自身系统的配置将数据传递下去。然后返回接收信息至传感器节点，用以回应传感器节点以收到传感器信息，传感器节点接收到返回信息后将关闭接收窗口，进入低功耗模式，若传感器10S后未收到返回信息将再一次发送该条数据，累积3次后将关闭接收窗口进入低功耗模式，当服务器检测到该传感器超时未接收到数据时，电网服务器上应显示该传感器的离线信息，工作人员看到离线信息后对传感器节点以及与之绑定的基站进行检查。
当网关接收到传感器信息时即将数据发送到数据服务器。
数据服务器接收到传感器数据并对其进行AES解密，及根据数据标识对传感器数据进行解析显示在WEB端。
基站的故障检测：在多基站协作时设置备用基站，以防止主基站停电或者故障时出现数据丢失等情况，基站间会定时发送心跳包，当未收到该基站的心跳包时，则判定该基站处于离线状态，此时立即切换至备用基站，并将该基站离线的信息发送至电网服务器，在服务器页面上显示该基站的离线信息，以便工作人员及时检修，以保证数据的实时性。当基站重新上线时，基站间检测到该基站的心跳包，则备用基站将关闭该基站绑定的节点的数据接收开关，此时即切换回主基站进行工作。
Claims (9)
1.一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网结构，其特在于：监测传感器与基站间采用星型连接结构；单个基站连接一个以上的传感器，通信方式为LoRa；基站与基站间采用的是mesh连接结构，最后通过RS485将数据传输至电网专网。
2.如权利要求1所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：它包括：
步骤1、选择开阔地带制高点安装基站；
步骤2、传感器的安装以及绑定，将传感器安装在电网配电箱内，选择与通信信号最好的基站进行绑定；
步骤3、基站与基站间的数据交互：使用基站级联的方式传递数据, 最后汇入网关，然后网关通过RS485将数据上传至电网数据服务器。
3.根据权利要求2所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：传感器在采集到数据时使用AES加密算法进行加密。
4.根据权利要求2所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：传感器安装时，先测试传感器信号传输是否能够到达基站，如若信号不能到达基站，则将传感器的天线安装在配电箱外或者移装到基站位置。
5.根据权利要求2所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：传感器与基站进行绑定的方法为：当基站通电后将基站的网线接口与电脑进行连接，在电脑WEB端对基站进行配置，在节点管理页面添加节点，输入节点对应的EUI和密钥进行绑定操作；因一个基站绑定多个节点，在安装时除考虑通信信号良好外还应考虑每个基站绑定的节点数量，节点数量最大不超过2000个；在绑定主基站成功后还选择最近的一个能成功通信的基站作为备用基站，将主基站的信息发送并储存在备用基站内。
6.根据权利要求5所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：备用基站的启用方法为：基站间定时发送心跳包检测基站是否在线，如未收到对应基站的心跳包则判断该基站处于离线状态，此时备用基站将加载离线基站信息，继续执行接收任务。
7.根据权利要求2所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：它还包括：信协议的配置：节点与基站间通过协议A进行数据传输，基站与基站以及网关间通过协议B进行数据通信，通过协议区分数据来源。
8.根据权利要求7所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：数据走向的具体实现方法包括：
步骤3.1、传感器采集数据；
步骤3.2、传感器节点使用AES对数据部分进行加密然后发送；
步骤3.3、基站接收到数据后对数据协议进行判断，根据系统配置将数据传递下去；然后返回接收信息至传感器节点；步骤3.4、当网关接收到传感器信息时即将数据发送到数据服务器；
步骤3.5、数据服务器接收到传感器数据并进行AES解密，根据数据标识对传感器数据进行解析显示在WEB端。
9.根据权利要求8所述的一种适用于旅游区用电监测的LoRa物联网组网的方法，其特征在于：传感器节点接收到返回信息后将关闭接收窗口，进入低功耗模式，若传感器10S后未收到返回信息将再一次发送该条数据，累积3次后将关闭接收窗口进入低功耗模式，当服务器检测到该传感器超时未接收到数据时，电网服务器上应该传感器的离线信息，工作人员看到离线信息后对传感器节点以及与之绑定的基站进行检查。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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