CN117014293A - 一种电力配网纵向加密模块及链路切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力通信技术领域，提供了一种电力配网纵向加密模块及链路切换方法。该加密模块包括有线加密单元和无线加密单元。有线加密单元包括第一加密模块、第一CPU、第一通断开关及链路可用性检测模块。第一加密模块与有线纵向加密装置相连，第一CPU的以太接口通过以太网线缆连接本地DTU设备，第一通断开关安装在以太网线缆上；无线加密单元包括第二加密模块、第二CPU及第二通断开关，第二加密模块与无线纵向加密装置相连。第二CPU的串行接口通过串口线缆连接本地DTU设备，而第二通断开关则安装在串口线缆上；链路可用性检测模块，用于实时监测有线线路，并触发自动切换操作，从而保证通信连续性和稳定性。

Description

一种电力配网纵向加密模块及链路切换方法
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，具体是涉及一种电力配网纵向加密模块及链路切换方法。
背景技术
电力配网纵向网络是一种关键的通信网络，它连接了变电站、开关站等电力设施与主控端系统，主控端系统通常设在电力公司的大楼内。该网络由光纤网络(即有线网络)和运营商移动无线通信网络(简称无线网络)构成的广域网络组成。
为了确保变电站、开关站等场站与主控端系统之间的数据通信安全，主站部会分别部署面向有线网络通信的有线纵向加密装置和面向无线网络通信的无线纵向加密装置。同时，场站端会部署一个加密模块，该模块通常放置在电力保护装置的通信柜中。
为了进一步提高网络安全，主站端的有线纵向加密装置和无线纵向加密装置会部署在不同的网络分区中。例如，如图1，在一个典型的配置中，有线纵向加密装置位于第三区，而无线纵向加密装置位于互联网接入区。
在场站端的加密模块可以通过有线网络北向连接到主站端的有线纵向加密装置，并通过以太网南向连接到电力通信柜中的DTU(数据终端单元)设备，此时使用104协议。或者，该加密模块可以通过无线网络北向连接到主站端的无线纵向加密装置，并通过串口南向连接到电力通信柜中的DTU设备，此时使用101协议。
电力自动化系统基于这样的电力配网纵向网络进行遥测、遥信、遥控等“三遥”业务的开展。然而，现有的配置中，场站端的纵向加密模块只能使用有线或无线连接，无法同时与主站端的有线和无线纵向加密装置建立连接。当有线网络出现故障时，主站端系统与场站端的DTU设备之间的通信可能会中断。
虽然电力配网通常通过环网来实现线路的备份，但在实际应用中，有些区域可能还没有建设光纤环网，或者新建区域的环网建设可能会有滞后性，即环网还未建成就需要投运场站，这都可能导致上述问题的出现。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明主要针对以上问题，提出了一种电力配网纵向加密模块及链路切换方法，其目的是解决在有线网络出现故障，主站端系统也可以通过无线网络与场站端的DTU设备保持通信的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电力配网纵向加密模块，包括：
有线加密单元，所述有线加密单元包括第一加密模块、第一CPU、第一通断开关，其中，所述第一加密模块与主站端有线纵向加密装置有线连接；所述第一CPU的以太接口用以太网线缆连接本地DTU设备；所述第一通断开关安装在以太接口连接本地DTU设备的以太网线缆上；
无线加密单元，所述无线加密单元包括第二加密模块、第二CPU、第二通断开关；其中，所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置无线连接；所述第二CPU的串行接口用串口线缆连接本地DTU设备；所述第二通断开关安装在所述串行接口连接本地DTU设备的所述串口线缆上；
所述有线加密单元内部还设置有链路可用性检测模块，所述链路可用性检测模块用于实时检测有线线路可用性，当检测到有线线路可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关闭合、第二通断开关断开；当检测到有线线路不可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关断开、第二通断开关闭合。
进一步地，所述第一加密模块与主站端有线纵向加密装置通过光纤网络有线连接。
进一步地，所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置通过4G/5G无线网络无线连接。
为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种链路切换方法，应用于有链路可用性检测模块，所述检测方法包括如下步骤：
向有线前置机发送Ping报文；
等待Ping应答报文的返回，如果在一定时间内未收到应答报文，则记录为一次丢包；
统计连续的丢包次数，如果达到设定的阈值，则判定有线线路不可用；
触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元；
如有线线路恢复，重新进行链路可用性检测，并在检测到有线线路可用时，切换回有线加密单元。
进一步地，触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元的步骤包括：控制第一通断开关断开、第二通断开关闭合。
进一步地，切换回有线加密单元的步骤包括：控制第一通断开关闭合、第二通断开关断开。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种电力配网纵向加密模块，连接主站的有线通信系统与连接主站的无线通信系统之间都是不能够连通的，而且在任一个时刻也只有一个通信系统与DTU设备是连通的，且具备自动切换功能，从而在有线网络故障时能够通过无线线路进行热备，提高了电力纵向网络的可靠性。此外，该模块还具有链路可用性检测模块，能够实时检测有线线路的可用性，确保切换操作的正确性和及时性。与现有技术相比，本发明提供的电力配网纵向加密模块具有良好的安全性和稳定性，可以不再不依赖电力纵向网络的光纤环网，从而还可以降低电力纵向网络建设的总体成本。
附图说明
图1为现有技术披露的一种加密模块接入电力有线和无线分区的框架图。
图2为本申请披露的一种加密模块的系统架构图。
图3为本申请披露的一种加密模块接入电力有线和无线分区的框架图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2、图3所示，本实施例第一方面提供了一种电力配网纵向加密模块，包括：
有线加密单元，有线加密单元包括第一加密模块、第一CPU、第一通断开关，其中，所述第一加密模块与主站端有线纵向加密装置有线连接，能够与主站端有线纵向加密装置建立VPN隧道和进行加密数据通信；所述第一CPU的以太接口用以太网线缆连接本地DTU设备，能够实现主站端与DTU设备之间基于104协议的业务通信；所述第一通断开关安装在以太接口连接本地DTU设备的以太网线缆上，当所述第一通断开关处于断开状态时有线加密单元与DTU的以太连接断开，当所述第一通断开关处于闭合状态时有线单元与DTU之间的以太连接建立。
无线加密单元，所述无线加密单元包括第二加密模块、第二CPU、第二通断开关；其中，所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置无线连接，能够与主站端无线加密装置建立VPN隧道和进行加密数据通信；所述第二CPU的串行接口用串口线缆连接本地DTU设备，能够实现主站端与DTU设备之间基于101协议的业务通信；所述第二通断开关安装在所述串行接口连接本地DTU设备的所述串口线缆上，当所述第二通断开关处于断开状态时无线加密单元与DTU的串口线路连接断开，当所述第二通断开关处于闭合状态时有线单元与DTU之间的串口线路连接建立；
所述有线加密单元内部还设置有链路可用性检测模块，所述链路可用性检测模块用于实时检测有线线路可用性，当检测到有线线路可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关闭合、第二通断开关断开；当检测到有线线路不可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关断开、第二通断开关闭合。
该加密模块通过设置了链路可用性检测模块，可以实时检测有线线路的可用性并自动切换。使用该加密模块，将无线线路通信系统作为有线线路通信系统的热备，从而提高了电力纵向网络的可靠性。
如图所示，第一加密模块与主站端有线纵向加密装置通过光纤网络有线连接。所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置通过4G/5G无线网络无线连接。
本实施例第二方面还提供了一种链路切换方法，应用于有链路可用性检测模块，所述检测方法包括如下步骤：
S1、由有线单元CPU软件系统向有线前置机发送Ping报文：该步骤是为了测试有线连接是否正常，将Ping报文发送到有线前置机。
S2、等待Ping应答报文的返回，如果在一定时间内未收到应答报文，则记录为一次丢包：该步骤是等待响应并检查是否存在数据丢失，如果没有收到应答报文，则记录为一次丢包。
S3、统计连续的丢包次数，如果达到设定的阈值，则判定有线线路不可用：该步骤是统计丢包次数并比较设置的阈值，如果连续丢包次数达到了设定的阈值，则认为有线线路不可用。
S4、触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元：如果检测到有线线路不可用，就会自动触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元。
S5、如有线线路恢复，重新进行链路可用性检测，并在检测到有线线路可用时，切换回有线加密单元：如果后来发现有线线路恢复，就会重新进行链路可用性检测，并在检测到有线线路可用时，切换回有线加密单元。
通过这些步骤，有线加密单元和无线加密单元的通信连接系统将无法同时连接到DTU设备上，仅有其中一个与DTU设备连接，从而实现了两个通信连接系统在任何时刻都不会连通过且只有其中一个与DTU设备连接的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种电力配网纵向加密模块，其特征在于，包括：
有线加密单元，所述有线加密单元包括第一加密模块、第一CPU、第一通断开关，其中，所述第一加密模块与主站端有线纵向加密装置有线连接；所述第一CPU的以太接口用以太网线缆连接本地DTU设备；所述第一通断开关安装在以太接口连接本地DTU设备的以太网线缆上；
无线加密单元，所述无线加密单元包括第二加密模块、第二CPU、第二通断开关；其中，所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置无线连接；所述第二CPU的串行接口用串口线缆连接本地DTU设备；所述第二通断开关安装在所述串行接口连接本地DTU设备的所述串口线缆上；
所述有线加密单元内部还设置有链路可用性检测模块，所述链路可用性检测模块用于实时检测有线线路的可用性，当检测到有线线路可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关闭合、第二通断开关断开；当检测到有线线路不可用时，触发线路切换操作，控制第一通断开关断开、第二通断开关闭合。
2.如权利要求1所述的一种电力配网纵向加密模块，其特征在于，所述第一加密模块与主站端有线纵向加密装置通过光纤网络有线连接。
3.如权利要求1所述的一种电力配网纵向加密模块，其特征在于，所述第二加密模块与主站端无线纵向加密装置通过4G/5G无线网络无线连接。
4.一种链路切换方法，应用于有链路可用性检测模块，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：
向有线前置机发送Ping报文；
等待Ping应答报文的返回，如果在一定时间内未收到应答报文，则记录为一次丢包；
统计连续的丢包次数，如果达到设定的阈值，则判定有线线路不可用；
触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元；
如有线线路恢复，重新进行链路可用性检测，并在检测到有线线路可用时，切换回有线加密单元。
5.如权利要求4所述的一种链路切换方法，其特征在于，触发线路切换操作将通信从有线加密单元切换到无线加密单元的步骤包括：控制第一通断开关断开、第二通断开关闭合。
6.如权利要求4所述的一种链路切换方法，其特征在于，切换回有线加密单元的步骤包括：控制第一通断开关闭合、第二通断开关断开。
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