CN116016453A - 支持wapi的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电杆塔检测通讯领域，提供一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质，通过安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；最优组网设备与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心，解决了偏远地区通讯信息不发达、通讯基站少造成的通讯难的问题，也保证了数据在传输过程中安全性、可靠性。

Description

支持WAPI的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及输电杆塔检测通讯领域，尤其涉及支持WAPI的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质。

背景技术

目前在输电线路普遍使用的通信技术一般是使用光纤通信技术等有线网络通信技术。虽然这种技术实现方案相对简单，但是通信网络构建成本较大，使用光纤接口多、光纤线路长，杆塔上光纤接口打开难的问题，终端接入点位置受限，且位置分散。而如果使用传统无线通讯，数据传输更多依赖于运营商的通讯基站，但是基站的数量有限，难以在偏远地区全部覆盖，而输电线路的电力杆塔数目是巨大的、分散的，专为电力杆塔进行数据传输而新增基站将消耗大量不必要的成本，并且传统无线通讯无法保障电力信息安全。

发明内容

因此提出了一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法，解决了偏远地区通讯信息不发达、通讯基站少造成的通讯难、通讯数据不安全的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法，包括以下步骤：

安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；

最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

最优组网设备与周围的监控或巡检设备进行WAPI双向认证后连接以收集数据；

最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

进一步的，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：

最优组网设备使用IP地址进行相互间隔离以及采用128位加密，同时通过隐藏ID的方法杜绝外部设备搜索网络，以确保网络环境安全。

进一步的，所述最优组网设备采用多频、多信道或多RF模块方式相互间以及与监控或巡检设备组网。

进一步的，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：

所述最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接，并最优组网设备间利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径。

进一步的，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：某一台最优组网设备若发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路。

进一步的，所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，x_i表示第i个设备的横坐标，y_i表示第i个设备的纵坐标，z_i表示第i个设备的竖坐标。

一种最优组网设备，包括：

一加载模块，其用于加载WAPI信息加密协议；

一连接模块，其用于通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

一身份确认模块，其用于计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

一数据收集模块，其用于与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；

一传送模块，其用于将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

进一步的，所述连接模块通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接；所述数据收集模块与周围的监控或巡检设备连接前，还需进行WAPI双向认证合格后才建立连接；所述最优组网设备还包括一故障监测模块，其用于发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路；所述最优组网设备还包括一路径计算模块，其用于利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径；所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，xi表示第i个设备的横坐标，yi表示第i个设备的纵坐标，zi表示第i个设备的竖坐标。

一种最优组网设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

一种采用优化蚁群算法下的AOW算法，提高自组网络节点移动性强、网络拓扑变化快、数据交互频繁、能量消耗大的性能，在传统网络性能上对其网络传输延迟、丢包率、路由开销进行了大幅度的提升。

其算法流程如下：蚂蚁的数目num、当前的迭代次数ite、总的迭代次数total，每只蚂蚁访问过的节点数目visit、当前未被覆盖的二跳邻近节点个数uncover，当前蚂蚁选择的AOW集合cur_Solu以及历史最优的AOW集大小best_Solu。其具体算法流程如下：

初始化源节点一跳相邻集合S1,、二跳相邻集合S2，三条相邻集合S3；初始化每只蚂蚁的起始节点，并将其记录入每只蚂蚁的visit数组中。初始化每只蚂蚁当前的一跳相邻集合S1,、二跳相邻集合S2，三条相邻集合S3，当未被覆盖的二跳邻近节点个数uncover>0时，根据之前的路径概率，计算出蚂蚁选择其他节点的概率；更新visit数组、S1、S2、S3，并将其选择的节点对应的节点进行覆盖，对每只蚂蚁根据当前的visit数据情况，更新cur_Soluh和best_Solu，依次反复更新运行。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

本发明涉及输电杆塔检测通讯领域，提供一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质，通过安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；最优组网设备与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心，解决了偏远地区通讯信息不发达、通讯基站少造成的通讯难的问题。相比传统的基站、WIFI方式无线通信，本方案采用WAPI双向认证，仅一方认证时是无法连接该无线网络链路的，既避免了无关人员的随意加入，也保证了数据在传输过程中安全性、可靠性。同时通过采用就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接，以及最优组网设备间利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径，充分利用最优组网设备自动寻找信号的功能，在可控距离范围内，将最优组网设备形成的无线网络速率达到最大化，宽带达到最高值，使最优组网的安装效率达到最优化。

附图说明

图1是一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的流程示意图；

图2是最优组网设备整体框架设计图；

图3为采用WAPI信息加密协议的双向认证流程示意图；

图4为最优组网链路的结构示意图；

图5是最优组网链路可自愈示意图；

图6是最优组网链路多模块、多射频和多信道技术示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法，包括以下步骤：

安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；

最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路，这样当某一个输电线路上的最优组网设备打算连接最优组网链路时，只有双方均认证通过时，才可以连接最优组网形成的无线网络链路，保证了数据传输的安全性；

最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份，结合位置优势和传输效率，将靠近数据中心的输电杆塔上配置的最优组网设备设定为主站，远离数据中心的输电杆塔上配置的最优组网设备设定为分站，在整个线路杆塔中，组网主站与组网分站为少对多的存在关系，以充分利用位置优势加快传输效率；

最优组网设备与周围的监控或巡检设备进行WAPI双向认证后连接以收集数据，确保持有合法证书的移动终端或监控设备才能接入持有合法证书的无线接入点AP，只有双方均认证通过时，客户才可以连接最优组网形成的无线网络链路，保证了数据传输的安全性；

最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心，以充分利用位置优势加快传输效率。

具体实施中，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：

最优组网设备使用IP地址进行相互间隔离以及采用128位加密，从而防止数据在传输过程中被截取，同时通过隐藏ID的方法杜绝外部设备搜索网络，以确保网络环境安全。

如图6所示，具体实施中，所述最优组网设备采用多频、多信道或多RF模块方式相互间以及与监控或巡检设备组网，有效的解决了无线Mesh多跳性能的难题，远远优于单模块和双模块的Mesh解决方案的每跳50％的吞吐量下降。这种低时延的网络已经在实验室环境(无噪声)和真实环境(有噪声)中进行了大量长期的测试。测试跳数逐步从1跳增加到10跳，结果表明即使达到10跳，无噪声情况下网络回程吞吐量只有2％的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了20％，在实现长距离、高带宽、低延迟的前提下，实现了多级连跳的功能，保证了数据传输过程中稳定性与可靠性。

具体实施中，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：

所述最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接，并且最优组网设备间利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径，充分利用最优组网设备自动寻找信号的功能，保证形成的网络链路高宽带、低延迟的情况下运用欧氏距离将两台设备之间的距离达到最大值，在可控距离范围内，将最优组网链路速率达到最大化，宽带达到最高值，使最优组网链路的安装效率达到最优化。

具体实施中，所述输电杆塔最优组网方法还包括以下步骤：某一台最优组网设备若发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路；或者某一台设备发生故障或者新增、改造输电线路时，最优组网设备也无需人工重新设置，形成一条无需人工干预的自愈合链路，依旧是只需通电后即可寻找周围的信号，形成新的最优组网链路；使得最优组网链路拥有很强的抗干扰能力以及自愈合能力。

具体实施中，所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，x_i表示第i个设备的横坐标，y_i表示第i个设备的纵坐标，z_i表示第i个设备的竖坐标。

所述最优组网设备采用自适应跳频技术以对于不同状态下的环境实现不同频率监测、巡检，既能保证用电量的减少，又可以保证实时以最佳的方式形成最优组网链路进行数据的发送与接收。

所述最优组网设备采用自适应跳频技术以对于不同状态下的环境实现不同频率监测、巡检包括以下步骤：

所述最优组网设备在应用自适应跳频技术时采用空闲信道扫描技术扫描信道频率干扰情况；

根据扫描的结果修改或更换跳频频率表，使信道传输误码率保持在一个较低的水平；

通信时选用本方检测的最佳无线频点(信号场强最低)，在其上发出呼叫的识别信号；所述识别信号被接收方在扫描中探测到并识别为有效信号后，则启动接收数据；

通信结束后，释放该信道，双方重新退回到信道扫描状态。

空闲信道扫描技术作为跳频抗干扰技术的辅助技术，对系统的工作频率资源进行实时的监测，并将监测结果用于更新系统的跳频频率表，帮助系统避开强干扰源，提高系统对VHF(指频带由30MHz到300MHz的无线电电波，波长范围为1m到10m)频段复杂的电磁环境的适应能力，充分发挥跳频系统的抗干扰能力。

一种最优组网设备，包括：

一加载模块，其用于加载WAPI信息加密协议；

一连接模块，其用于通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

一身份确认模块，其用于计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

一数据收集模块，其用于与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；

一传送模块，其用于将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

一自适应跳频模块，其用于采用自适应跳频技术以对于不同状态下的环境实现不同频率监测、巡检，既能保证用电量的减少，又可以保证实时以最佳的方式形成最优组网链路进行数据的发送与接收。

所述自适应跳频模块包括：

一扫描单元，其用于采用空闲信道扫描技术扫描信道频率干扰情况；

一跳频单元，其用于根据扫描的结果修改或更换跳频频率表，使信道传输误码率保持在一个较低的水平；

一选频单元，其用于通信时选用本方检测的最佳无线频点(信号场强最低)，在其上发出呼叫的识别信号；

一结束单元，其用于通信结束后，释放该信道，双方重新退回到信道扫描状态。

具体实施中，所述连接模块通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接；所述数据收集模块与周围的监控或巡检设备连接前，还需进行WAPI双向认证合格后才建立连接；所述最优组网设备还包括一故障监测模块，其用于发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路；所述最优组网设备还包括一路径计算模块，其用于利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径；所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，xi表示第i个设备的横坐标，yi表示第i个设备的纵坐标，zi表示第i个设备的竖坐标。

一种最优组网设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)将WAPI信息加密协议融入到最优组网通讯链路中，WAPI采用三元对等架构，需要双方均认定通过后才可以加入到无线网络链路中，保证信息在传递过程中的更安全、更保密和更可靠。

(2)本发明通过欧氏最优距离方法，保证最优组网的安装距离能够使得最优组网的宽带达到最大值，低延迟，低功耗。

(3)本发明最优组网设备拥有完备的可自愈能力，当一台设备发生故障时，与其相邻的两台设备可以直接进行连接，保证数据传输的不中断，无需人工干预。

(4)本发明可实现现场设备与数据中心的信息互传，保证现场设备的实时数据都可以由数据中心实时掌握。

实施例二

参照图1-6所示，本发明实例提供了一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：将WAPI信息加密协议加入到最优组网设备中。

如图3所示，WAPI是无线局域网鉴别和保密基础结构，是一种采用三元对等架构的安全保密协议所示，WAPI安全系统采用的是公钥密码技术，双向均需认证，当无线客户端登录至无线接入点AP时，在访问网络之前必须通过鉴别服务器AS对双方进行身份验证，根据验证结果，持有合法证书的移动客户终端才能接入持有合法证书的无线接入点AP，只有双方均认证通过时，客户终端才可以连接最优组网形成的无线网络链路，保证了数据传输的安全性。

步骤2：利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径。

如图6所示，欧氏最优化距离是衡量多维空间中两个点之间的绝对距离，可以理解为：m维空间中两个点之间的真实距离或者向量的自然长度，在三维空间中的欧氏最优化距离就是两点之间的实际距离，在最优组网设备的安装过程中在保证形成的网络链路高宽带、低延迟的情况下运用欧氏距离将两台设备之间的距离达到最大值。假设两台设备在三维空间的坐标为(x₁,y₁,z₁)与(x₂,y₂,z₂)，那么两台设备之间的欧氏距离就是：

多个组网设备之间的欧氏最优距离就是：

其中，n表示最优组网设备的个数，x_i表示第i个设备的横坐标，y_i表示第i个设备的纵坐标，z_i表示第i个设备的竖坐标。

步骤3：在输电线路的每个输电杆塔上配置使用WAPI的最优组网设备。

如图4所示，在输电线路的每个输电杆塔上配置使用WAPI的最优组网设备，并设置组网的主站(最优组网设备)和组网的分站(最优组网设备)。组网的分站负责将巡检、监测的数据进行发送，组网的主站则负责输电线路中数据的集中接收工作，在实际的组网安装设置过程中，结合位置优势和传输效率等问题，将靠近数据中心的输电杆塔上配置的最优组网设备设定为主站，远离数据中心的输电杆塔上配置的最优组网设备设定为分站，在整个线路杆塔中，组网主站(最优组网设备)与组网分站(最优组网设备)为少对多的存在关系，使得信息传输线路达到最优。

步骤4：最优组网设备无线通讯连接在输电线路中形成无线最优组网链路，实现范围内的局域网覆盖。

如图5所示，最优组网设备无需人工干预即可在通电之后自动寻找周围的信号，自动就近连接，形成一条无线最优组网络链路，该链路拥有很强的抗干扰能力以及自愈合能力，当某一台设备发生故障或者新增、改造输电线路时，最优组网设备也无需人工重新设置，形成一条无需人工干预的自愈合链路，依旧是只需通电后即可寻找周围的信号，形成新的无线最优组网链路。

步骤5：加入海量的智能感知终端设备连接到该区域的无线最优组网链路中。

步骤6：利用无线最优组网链路将智能感知终端的监控、巡检设备数据回传数据中心。

如图4所示，在最优组网设备通电连接后形成了局域网络覆盖，可以允许海量的智能感知终端设备经认证后连接进入该无线最优组网，并利用无线最优组网将监测、巡检到的数据发送给就近的最优组网分站中，组网分站再将数据通过无线最优组网链路传输至组网主站，组网主站收到数据后传输至数据中心。

步骤7：数据中心通过无线最优组网络实现与现场的可视化交流。

本发明申请的优选实施方式中，所述无线最优组网络链路采用的是跳频技术，对于不同状态下的环境实现不同频率监测、巡检，既能保证用电量的减少，又可以保证实时以最佳的方式形成无线自动组网链路进行数据的发送与接收。

自适应跳频技术采用空闲信道扫描技术扫描信道频率干扰情况，根据扫描的结果修改或更换跳频频率表，使信道传输误码率保持在一个较低的水平，通信时选用本方检测的最佳无线频点(信号场强最低)，在其上发出呼叫的识别信号。接收方在扫描中探测到该频点上有信号，并识别为有效信号，则启动接收数据。通信结束后，释放该信道，双方重新退回到信道扫描状态。空闲信道扫描技术作为跳频抗干扰技术的辅助技术，对系统的工作频率资源进行实时的监测，并将监测结果用于更新系统的跳频频率表，帮助系统避开强干扰源，提高系统对VHF(指频带由30MHz到300MHz的无线电电波，波长范围为1m到10m)频段复杂的电磁环境的适应能力，充分发挥跳频系统的抗干扰能力。

进一步的，在本申请的优选实施方式中，所述无线自动组网链路采用FCS技术,且最优组网设备设置有信号接收器和信号发射器，具备发送和接收功能。利用FCS技术在输电线路的无线自动组网链路中进行数据的接收和传输。

在具体实施中，所述无线最优组网链路具有自愈合能力和具有去中心化组网特点，当输电线路上输电杆塔的最优组网设备在数据链路中失去连接，或者受到强干扰无法正常传输数据，能自动搜寻附近的其它组网的分站恢复连接形成一条新的无需人工干预的无线最优组网链路，同时自行去除网络链路中的强干扰问题，保障数据链路的通畅以及数据的安全。

进一步的，在本申请的优选实施方式中，所述无线最优组网链路使用IP地址进行隔离，从而防止数据在传输过程中被截取，同时为设备无线接入AES时提供128位加密；其次通过隐藏ID的方法杜绝外部设备搜索网络，确保网络环境安全。

如图2所示，在本申请在具体实施中，所述最优组网设备与输电杆塔电性连接，并且辅有太阳能光伏电池板以及光伏储能装置，所述输电杆塔、光伏储能装置用于最优组网设备的供电。其中在输电线路中输电杆塔不仅可以给配置的巡检设备提供用电需求，还可以为现场执行电力检测的任何设备提供供电需求。

进一步的，在本申请的优选实施方式中，所述现场设备的组成包括摄像头和无线网络接收器等智能感知设备，现场设备通过无线网络接收器连接区域无线最优组网，且在具体连接的无线最优组网中支持多种频率无线网络的接入，例如2.4GHz和5GHz等不同频率的无限网络，现场设备在连接网络后通过摄像头识别现场与指挥中心进行可视化交流。

如图6所示，需要说明的是，最优组网设备采用了多模块、多射频和多信道技术，有效的解决了无线Mesh多跳性能的难题，远远优于单模块和双模块的Mesh解决方案的每跳50％的吞吐量下降。传统的单模块Mesh和双模块Mesh网络只能提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于多节点网络部署还存在诸多疑问。因而需要一种新型结构化的无线组网方式，在其网络中无论跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性。为了具有可实施性，无线多节点网络(满足动态节点，节点最大运行速度小于80KM/小时)必须是低时延的网络，为节点上行和节点下行回程流量提供单独的无线带宽链路(类似于全双工连接)，并自动地使用最高的可用吞吐量。最优组网设备组成的无线链路网络系统中，采用多频、多信道、多RF模块方式组网。这种低时延的网络已经在实验室环境(无噪声)和真实环境(有噪声)中进行了大量长期的测试。测试跳数逐步从1跳增加到10跳，结果表明即使达到10跳，无噪声情况下网络回程吞吐量只有2％的丢失，而实际噪声环境也仅丢失了20％。带宽下降测试结果是与为回程流量使用单频的Mesh网络的最佳情况进行比较的。在实现长距离、高带宽、低延迟的前提下，实现了多级连跳的功能，保证了数据传输过程中稳定性与可靠性。

在本申请中，巡检设备或者现场设备可以为手机、计算机、摄像机设备，也可以为能完成录像和无线连接网络功能的任一设备，具体此处不作具体限定。

进一步的，在本申请的优选实施方式中，所述数据中心设置有可视化PC终端和语音对讲设备。可视化PC终端可以具备视频显示功能，可以连接输电线路的现场设备或巡检设备进行现场作业场景观看，同时数据中心配置有语音通话设备可以实现与现场作业人员的实时对讲，全方位实现指挥中心、现场以及设备的全面化、一体化。

本申请在具体的实施中，所述摄像头和输电杆塔电性连接，所述巡检设备与输电杆塔电性连接，所述输电杆塔用于摄像头和巡检设备的供电。

一种最优组网设备，包括：

一加载模块，其用于加载WAPI信息加密协议；

一连接模块，其用于通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

一身份确认模块，其用于计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

一数据收集模块，其用于与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；

一传送模块，其用于将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

一自适应跳频模块，其用于采用自适应跳频技术以对于不同状态下的环境实现不同频率监测、巡检，既能保证用电量的减少，又可以保证实时以最佳的方式形成最优组网链路进行数据的发送与接收。

所述自适应跳频模块包括：

一扫描单元，其用于采用空闲信道扫描技术扫描信道频率干扰情况；

一跳频单元，其用于根据扫描的结果修改或更换跳频频率表，使信道传输误码率保持在一个较低的水平；

一选频单元，其用于通信时选用本方检测的最佳无线频点(信号场强最低)，在其上发出呼叫的识别信号；

一结束单元，其用于通信结束后，释放该信道，双方重新退回到信道扫描状态。

具体实施中，所述连接模块通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接；所述数据收集模块与周围的监控或巡检设备连接前，还需进行WAPI双向认证合格后才建立连接；所述最优组网设备还包括一故障监测模块，其用于发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路；所述最优组网设备还包括一路径计算模块，其用于利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径；所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，xi表示第i个设备的横坐标，yi表示第i个设备的纵坐标，zi表示第i个设备的竖坐标。

一种最优组网设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

实施例三

本实施与实施例一、二不同之处在于，本实施在最优组网设备中加入一种采用优化蚁群算法下的AOW算法，提高自组网络节点移动性强、网络拓扑变化快、数据交互频繁、能量消耗大的性能，针对传统网络性能上存在的网络传输延迟、丢包率、路由开销等问题进行了大幅度的提升。

其算法流程如下：蚂蚁的数目num、当前的迭代次数ite、总的迭代次数total，每只蚂蚁访问过的节点数目visit、当前未被覆盖的二跳邻近节点个数uncover，当前蚂蚁选择的AOW集合cur_Solu以及历史最优的AOW集大小best_Solu。

其具体算法流程如下：

初始化源节点一跳相邻集合S1,、二跳相邻集合S2，三条相邻集合S3；初始化每只蚂蚁的起始节点，并将其记录入每只蚂蚁的visit数组中。初始化每只蚂蚁当前的一跳相邻集合S1,、二跳相邻集合S2，三条相邻集合S3，当未被覆盖的二跳邻近节点个数uncover>0时，根据之前的路径概率，计算出蚂蚁选择其他节点的概率；更新visit数组、S1、S2、S3，并将其选择的节点对应的节点进行覆盖，对每只蚂蚁根据当前的visit数据情况，更新cur_Soluh和best_Solu，依次反复更新运行。

传统的AOW算法在分簇建簇过程中，默认网络的拓扑结构未发生改变，分簇开始阶段，各个节点都是独立的，当其中一个节点发送指令时，与它相邻的节点都会收到信息，当另一个节点发送指令时，与其相邻的节点也会同时收到信息，基于此便可计算出网络理想度数之差。采用优化蚁群算法下的AOW算法在全局搜索能力不是单一、绝对的，蚂蚁在移动过程中，对于信息素、权值等关键信息是有选择的。令G_k ⁱ表示蚂蚁G选择的节点i(i＝1,2,......n)作为下一个选入AOW分簇节点的概率，可得：

式中：α表示信息素的启发式因子，β表示两跳权重的启发因子，γ表示三跳权重的启发因子，ε表示节点相对速度的启发因子，α的值越大，当前蚂蚁收到其他蚂蚁的遗留信息素的影响就越大，β、γ、ε代表了对应启发因子的重要程度。信息素的更新公式如下：

τ_i(τ+1)＝(1-ρ)·τ_i(t)+Δτ_i(t)

其中ρ为阶段性的信息素的挥发率，τ_i(t)为更新前节点i上的信息素增量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例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-onlymemory)、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。

本发明的有益效果：

1.本发明通过在输电线路的输电杆塔上安装最优组网设备形成无线最优组网网络链路，实现区域范围内无线网络的全覆盖。具有摄像功能的智能感知终端连接区域无线最优组网络可用于巡检、监控现场，现场的状态及数据可以通过区域无线最优组网络实时返回数据中心，实现了巡检、监控现场与数据中心的可视化交流，同时也解决了偏远山区通信不便捷以及无法实现网络全面覆盖的问题。

2.本发明将WAPI信息加密协议融入到最优组网设备中，最优组网形成的区域无线网络链路需要双方认证后才可以加入；仅一方认证时是无法连接该无线网络链路的，既避免了无关人员的随意加入，也保证了数据在传输过程中安全性、可靠性。

3.本发明通过欧氏最优距离方法，充分利用最优组网设备自动寻找信号的功能，在可控距离范围内，将最优组网设备形成的无线网络速率达到最大化，宽带达到最高值，使最优组网的安装效率达到最优化。

4.本发明通过利用最优组网设备自动寻找信号的功能，当输电线路中的输电杆塔的设备网络因某种故障而发生中断或者强干扰时，能自动搜寻附近的其他正常设备而形成新的最优组网络链路。在实现了无线最优组网络自愈合能力的同时，也可以保障数据链路的通畅以及数据传输过程中的安全性与稳定性，避免了因设备故障而导致的数据丢失或连接中断的问题。

5.本发明的无线自动组网链路采用自适应的跳频，对巡检、监测系统以及智能感知终端设备进行实时的频率监测，并将监测的数据结果用于更新系统的跳频频率表，帮助系统避开强的干扰源，提高系统对VHF频段复杂的电磁环境的适应能力，充分发挥跳频系统的抗干扰能力。

本发明涉及输电杆塔检测通讯领域，提供一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法、设备及存储介质，通过安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；最优组网设备与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心，解决了偏远地区通讯信息不发达、通讯基站少造成的通讯难的问题。相比传统的基站、WIFI方式无线通信，本方案采用WAPI双向认证，仅一方认证时是无法连接该无线网络链路的，既避免了无关人员的随意加入，也保证了数据在传输过程中安全性、可靠性。同时通过采用就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接，以及最优组网设备间利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径，充分利用最优组网设备自动寻找信号的功能，在可控距离范围内，将最优组网设备形成的无线网络速率达到最大化，宽带达到最高值，使最优组网的安装效率达到最优化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持WAPI的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装在输电杆塔上的最优组网设备加载WAPI信息加密协议；

最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

最优组网设备计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

最优组网设备与周围的监控或巡检设备进行WAPI双向认证后连接以收集数据；

最优组网设备将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

2.根据权利要求1所述的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，还包括以下步骤：

最优组网设备使用IP地址进行相互间隔离以及采用128位加密，同时通过隐藏ID的方法杜绝外部设备搜索网络，以确保网络环境安全。

3.根据权利要求1所述的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，所述最优组网设备采用多频、多信道或多RF模块方式相互间以及与监控或巡检设备组网。

4.根据权利要求1所述的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述最优组网设备间通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接，并利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径。

5.根据权利要求4所述的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，还包括以下步骤：某一台最优组网设备若发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路。

6.根据权利要求4所述的输电杆塔最优组网方法，其特征在于，所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，x_i表示第i个设备的横坐标，y_i表示第i个设备的纵坐标，z_i表示第i个设备的竖坐标。

7.一种最优组网设备，其特征在于，包括：

一加载模块，其用于加载WAPI信息加密协议；

一连接模块，其用于通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接，以在输电线路中形成最优组网链路；

一身份确认模块，其用于计算相互间的位置关系以确认主站与分站身份；

一数据收集模块，其用于与周围的监控或巡检设备连接以收集数据；

一传送模块，其用于将收集到的数据传回数据中心或通过最优组网链路中主站身份的最优组网设备传回数据中心。

8.根据权利要求7所述的最优组网设备，其特征在于，所述连接模块通过无线方式自动进行WAPI双向认证后相互连接时，以就近原则与周边的最优组网设备相互认证连接；所述数据收集模块与周围的监控或巡检设备连接前，还需进行WAPI双向认证合格后才建立连接；还包括一故障监测模块，其用于发现邻近的最优组网设备发生故障时，则与次邻近的最优组网设备自动进行认证连接，以新形成一条无需人工干预的自愈合链路；还包括一路径计算模块，其用于利用欧氏最优化距离方法实现最优组网设备信息传递的最优化路径；所述欧氏最优化距离方法计算公式如下：

其中，n表示最优组网设备的个数，xi表示第i个设备的横坐标，yi表示第i个设备的纵坐标，zi表示第i个设备的竖坐标。

9.一种最优组网设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至6任一项所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的支持WAPI的输电杆塔最优组网方法的步骤。

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