CN115297168A - 一种应用于电力物联网的大数据包传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，应用在电力物联网通信领域，其技术方案要点是：在数据采集端与数据处理端之间采用CAN总线以及2.4G网络双路同步数据传输，数据处理端通过对数据进行比对，对数据处理为所需的大数据包并对其进行切分为切片数据包，并通过数据处理端传输至数据传输端，数据传输端通过接收到的bitmap确认帧对接收到的切片数据进行比对，并将大数据包传输至数据接收端，具有的技术效果是：在数据采集端和数据处理端采用具有高抗干扰性能的CAN总线和2.4G网络进行双路同步比对传输，可以保证数据在强干扰环境下传输的准确性，在数据处理端对大数据包进行处理并切片，可以基于LoRa网络将切片数据包可靠稳定地传输至用户端。
Description
技术领域
本发明涉及电力物联网通讯领域，特别涉及一种LoRa信号传输大数据包的方法在电网系统中的应用。
背景技术
在电网的各个变电站和换流站中，生产环境具有强电场、强磁场、户外高温高湿的特点，为保障安全生产需要对重要数据进行采集和监控，数据采集主要包含如下类型：局放检测、油色谱检测、SF6气体监测、环境状态监控。低速率采集终端主要包括：SF6表计采集、温湿度表计采集、避雷器动作次数及泄漏电流表计采集、水压表计采集、电导率采集、水温表计采集、环境温度风速水浸采集等。需要定期对相关设备进行数据采集，并保证数据抄录及时、准确，传统的人工巡检乃至机器人巡检都无法保证巡检的及时性和准确性。
LoRa无线通信技术，具备低功耗、传输距离广、信号穿透性强、灵敏度高的特点，适合在电网变电站和换流站这种复杂环境中应用。电网终端采集到的数据包大小0.1K-300K不等，传统的LoRa数据包平均每帧数据在120个字节左右，只能传输小数据包，对于例如表计图片这类大数据包是无法传输的。而变电站和换流站需要通过微型传感图像终端完成大量电力生产表计读数采集，且每个表计传感图像数据基本大于200K以上，所以需要一种技术解决基于LoRa网络完成强电磁环境下变电站及换流站电力设备大数据包采集的可靠传输问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于变电站及换流站强电磁环境下电力物联网的大数据包采集的可靠传输方法，通过保证在强电磁环境下数据采集和传输的准确性，结合bitmap确认机制保证终端数据传输的可靠性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，包括以下步骤：
步骤一，多个数据采集设备将采集到的多个数值数据分别实时通过总线和网络各传输一组至中转站；
步骤二，中转站对每组由总线和网络传输的每种数据进行比对，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值在可允许误差的范围内时，取两者数据的平均值并储存，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值超出可允许误差的范围时，则立即重新向数据采集设备请求数据重传，直到该数据符合标准，并存储至中转站；
步骤三，中转站对单个发送周期内采集到的合格数据进行打包为一个大数据包，并对大数据包进行切片操作为多个切片数据包；
步骤四，中转站向网络服务器申请数据发送信道，并通过该信道发送切片数据包；
步骤五，中转站向网络服务器通过发送多个切片数据包结束一个大数据包的传输时，同步发送一个bitmap确认帧，网络服务器接收到bitmap确认帧后，回复对应多个切片数据包的bitmap响应至中转站；
步骤六，中转站根据多个bitmap响应对步骤五中发送的切片数据包进行信息比对，以此确认网络服务器接收到的切片数据包是否完整；
步骤七，在中转站确认发送的切片数据包完整时，通知网络服务器释放中转站对应该大数据包的信道资源，大数据包传输完成，若中转站根据bitmap响应判断网络服务器接收到的切片数据包不完整或出错，则重新开始发送切片数据包，且第一个切片数据包的包头标记为重发，并重复步骤五和步骤六；
步骤八，网络服务器将接收完成的单个大数据包对应的多个切片数据包转发至用户服务器，完成一个大数据包的传输。
通过上述技术方案，在数据采集设备与网络服务器之间采用具有较高抗干扰性的有线和无线传输，并且对两者所采集到的数据进行比对和计算，可以得到最接近真实数值的数据，在电力设备发生脉冲干扰时，有线和无线的数据传输的抗干扰性不同，故可以通过获取多组数据进行比对，可以有效降低高强度干扰下的数据误差保证。
本发明进一步设置为：所述总线采用CAN通信总线。
通过上述技术方案，CAN总线具有强大的抗干扰能力和快速重发的特点，可以从物理层面降低电磁干扰对数据的影响。
本发明进一步设置为：所述网络采用2.4G无线网络。
通过上述技术方案，2.4G网络可以覆盖更大的使用范围，在保证合格的传输速率的同时，2.4G网络还可以提供更好的抗干扰性能。
本发明进一步设置为：所述中转站包括用于对数据进行处理的处理器和用于对数据进行存储的存储器，所述处理器和存储器通信连接。
通过上述技术方案，处理器可以对接收到的数据进行比对和打包处理等操作，存储器可以将多组数据存储用于统一调度。
本发明进一步设置为：所述bitmap确认帧包含一个大数据包对应的切片数据包的个数和每个切片数据包的头部信息。
通过上述技术方案，可以通过对接收到的每一个切片数据包的头部进行识别，并与bitmap确认帧所写入的数据进行比对，可以避免切片数据包漏传或者出错的情况。
本发明进一步设置为：所述bitmap响应包含网络服务器接收到的一个大数据包对应多个切片数据包的个数，以及每个切片数据包与bitmap确认帧包含的多个切片数据包头部信息的比对结果。
通过上述技术方案，中转站可以根据bitmap响应确认网络服务器所接受到的切片数据包是否存在缺陷，并决定是否需要进行重传操作。
本发明进一步设置为：多个所述数据采集设备的采集数据为数值数据，所述中转站将一个采集周期内的数值数据处理为数值大数据包和图表大数据包。
通过上述技术方案，一个采集周期内的数据可以反应待测设备在一段时间内的工作状态，针对不同的数据，数值或者图表可以清晰表示。
本发明提供一种应用于电力物联网的大数据包传输系统，包括数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端，所述数据采集端由多个数据采集设备组成，数据处理端包括与多个数据采集设备通信连接的用于对数据进行处理和打包的中转站，所述数据传输端包括与中转站无线通信连接的网络服务器，数据接收端包括与所述网络服务器无线通信连接的用户服务器，数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端通信连接以实现如权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法。
通过上述技术方案，数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端可以构成一个完整的数据传输闭环，在数据采集端和数据处理端之间的数据通信可以最大限度的降低干扰对数据的影响，数据处理端、数据传输端和数据接收端之间的数据传输基于LoRa网络可以对大数据包进行可靠稳定的传输。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过在数据采集端和数据处理端采用具有高抗干扰性能的CAN总线和2.4G网络进行双路同步比对传输，可以保证数据在强干扰环境下传输的准确性；
2.在数据处理端对大数据包进行处理并切片，可以基于LoRa网络将切片数据包可靠稳定地传输至用户端。
附图说明
图1是本实施例大数据包传输方法的流程示意图；
图2是本实施例的大数据包传输系统的处理流程示意图；
图3是本实施例的大数据包传输系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：
参考图1、图2和图3，一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，包括以下步骤：
步骤一，多个数据采集设备将采集到的多个数值数据分别实时通过总线和网络各传输一组至中转站，在本实施例中，主要用于电力电网的变电站和换流站中，需要数据采集设备进行局放检测、油色谱检测、SF6气体检测等，数据采集设备与中转站之间的数据传输由CAN总线和2.4G网络同步两路传输，数据为数值数据，例如局放电流、电压、不同气体浓度等，中转站内具有由处理器和存储器组成的数据处理计算系统；
步骤二，中转站通过其内的处理器对每组由总线和网络传输的每种数据进行比对，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值在可允许误差的范围内时，取两者数据的平均值并储存，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值超出可允许误差的范围时，则立即重新向数据采集设备请求数据重传，直到该数据符合标准，并存储至中转站，在本实施例中，针对不同类型数据的采集，数据采集设备的种类、精度以及可允许误差范围均不相同，在针对局放检测时，选用超声波局放检测仪，针对油色谱检测时，选用油色谱分析仪，针对SF6气体检测时，选用SF6浓度检测仪；
步骤三，中转站对单个发送周期内采集到的合格数据进行打包为一个大数据包，大数据包可以为一组数据及对应信息的集合，也可以是图片图表等可视化数据，例如，局放检测所捕获到的数据只用来观察瞬时数值是否异常，则采用多个数值集合的数值型大数据包，需要观察一个范围内气体浓度变化情况，则需要用图表来进行信息的可视化，在大数据包生成后，对大数据包进行切片操作为多个切片数据包；
步骤四，中转站向网络服务器申请数据发送信道，网络服务器将空闲的发送信道分配至中转站的发送端，中转站通过该信道向网络服务器发送切片数据包；
步骤五，中转站向网络服务器通过发送多个切片数据包结束一个大数据包的传输时，同步发送一个bitmap确认帧，bitmap确认帧中包含切片总数数据、每个切片数据包的头部信息以及每个切片数据包的分片编号，网络服务器接收到bitmap确认帧后，通过bitmap确认帧中记载的分片编号以及对应的头部信息与接收到的多个切片数据包读取到的头部信息进行比对，并回复对应多个切片数据包的bitmap响应至中转站，bitmap响应中包含实际收到的多个切片数据包与bitmap确认帧中记载的头部数据的比对结果以及接收到的切片数据包的个数；
步骤六，中转站根据多个bitmap响应对步骤五中发送的切片数据包进行信息比对，以此确认网络服务器接收到的切片数据包是否完整；
步骤七，在中转站确认发送的切片数据包完整时，通知网络服务器释放中转站对应该大数据包的信道资源，大数据包传输完成，若中转站根据bitmap响应判断网络服务器接收到的切片数据包不完整或出错，则重新开始发送切片数据包，且第一个切片数据包的头部信息标记为重发，并重复步骤五和步骤六；
步骤八，网络服务器将接收完成的单个大数据包对应的多个切片数据包转发至用户服务器，完成一个大数据包的传输。
参考图2和图3，本实施例公开了一种用于实现大数据包传输方法的大数据包传输系统，数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端，数据采集端由多个数据采集设备组成，数据处理端包括与多个数据采集设备通信连接的用于对数据进行处理和打包的中转站，数据传输端包括与中转站无线通信连接的网络服务器，数据接收端包括与网络服务器无线通信连接的用户服务器，数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端通信连接以实现电力物联网的大数据包传输方法。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，多个数据采集设备将采集到的多个数值数据分别实时通过总线和网络各传输一组至中转站；
步骤二，中转站对每组由总线和网络传输的每种数据进行比对，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值在可允许误差的范围内时，取两者数据的平均值并储存，在总线和网络所传输的数值数据之间的差值超出可允许误差的范围时，则立即重新向数据采集设备请求数据重传，直到该数据符合标准，并存储至中转站；
步骤三，中转站对单个发送周期内采集到的合格数据进行打包为一个大数据包，并对大数据包进行切片操作为多个切片数据包；
步骤四，中转站向网络服务器申请数据发送信道，并通过该信道发送切片数据包；
步骤五，中转站向网络服务器通过发送多个切片数据包结束一个大数据包的传输时，同步发送一个bitmap确认帧，网络服务器接收到bitmap确认帧后，回复对应多个切片数据包的bitmap响应至中转站；
步骤六，中转站根据多个bitmap响应对步骤五中发送的切片数据包进行信息比对，以此确认网络服务器接收到的切片数据包是否完整；
步骤七，在中转站确认发送的切片数据包完整时，通知网络服务器释放中转站对应该大数据包的信道资源，大数据包传输完成，若中转站根据bitmap响应判断网络服务器接收到的切片数据包不完整或出错，则重新开始发送切片数据包，且第一个切片数据包的包头标记为重发，并重复步骤五和步骤六；
步骤八，网络服务器将接收完成的单个大数据包对应的多个切片数据包转发至用户服务器，完成一个大数据包的传输。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，所述总线采用CAN通信总线。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，所述网络采用2.4G无线网络。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，所述中转站包括用于对数据进行处理的处理器和用于对数据进行存储的存储器，所述处理器和存储器通信连接。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，所述bitmap确认帧包含一个大数据包对应的切片数据包的个数和每个切片数据包的头部信息。
6.根据权利要求5所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，所述bitmap响应包含网络服务器接收到的一个大数据包对应多个切片数据包的个数，以及每个切片数据包与bitmap确认帧包含的多个切片数据包头部信息的比对结果。
7.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法，其特征在于，多个所述数据采集设备的采集数据为数值数据，所述中转站将一个采集周期内的数值数据处理为数值大数据包和图表大数据包。
8.一种应用于电力物联网的大数据包传输系统，其特征在于，包括数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端，所述数据采集端由多个数据采集设备组成，数据处理端包括与多个数据采集设备通信连接的用于对数据进行处理和打包的中转站，所述数据传输端包括与中转站无线通信连接的网络服务器，数据接收端包括与所述网络服务器无线通信连接的用户服务器，数据采集端、数据处理端、数据传输端和数据接收端通信连接以实现如权利要求1所述的一种应用于电力物联网的大数据包传输方法。
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