CN212305372U

CN212305372U - 一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置

Info

Publication number: CN212305372U
Application number: CN202022855977.5U
Authority: CN
Inventors: 王计斌; 张云杰; 郑良章; 刘清华; 殷方博
Original assignee: Nanjing Howso Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Howso Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，包括MCU模块、载波通信模块、显示模块、视频接入模块和若干个通信模块，所述载波通信模块、显示模块、视频接入模块和通信模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过所述载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信；所述显示模块用于该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的设置调节；所述视频接入模块用于实现支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置接受监控设备传输的大容量视频流数据；所述通信模块用于与各类数据采集终端设备进行通信。在窄带情况下实现高速通信传输，且传输效率高。

Description

一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其是涉及一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置。

背景技术

当前，我国的10kV的线路已经很难满足如今的通信需求，并且因为需要多条备用线路，使得电力行业人员的工作压力日益加大，影响日常工作的效率。

低压电力线窄带载波通信方式的最高速率仅为1kbps，无法支撑国网提出的全量数据采集要求，且存在以下问题：

（1）采集效率低：设备不能实现实时在线，多次采集成功率较低，一次抄表成功率较低，不支持并发抄读；

（2）数据通信量低：通信速率低，只能抄收少量数据项，带宽资源有限，影响数据传输效率；

（3）抗干扰能力差：工作中心频点固定，工作频率带宽处于干扰源密集区，受外界干扰影响大；

（4）无法互联互通：各个厂家的载波通信模块产品无法通用，模块无法远程升级，安装和维护等易混乱等问题。

由于边缘代理网关需要分钟级频率上传数据至平台，当其数据量巨大时，会对系统造成较大的压力，影响系统运行性能；并且数据传输量大会导致网络传输的堵塞，影响传输效率，会造成系统响应延时等现象。

因此，在窄带低速载波技术背景下，需要开发一种支持高速电力线载波的边缘计算网关。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有窄带载波通信的边缘网关的不足，提供一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，实现高速通信传输，且传输效率高。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，包括MCU模块、载波通信模块、显示模块、视频接入模块和若干个通信模块，所述载波通信模块、显示模块、视频接入模块和通信模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过所述载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信；所述显示模块用于该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的设置调节；所述视频接入模块用于实现支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置接受监控设备传输的大容量视频流数据；所述通信模块用于与各类数据采集终端设备进行通信。该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置采取模块化设计，可以根据使用情况选择各类通信模块及接口中的不同组合，以灵活应对各种需求；其中MCU模块将多个接口整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制；MCU模块中CPU采用四核ARM 64位处理器（双核Cortex-A72*2），主频高达1.8GHz，内存标配LPDDR4 2G（选配4G）；GPU采用四核ARM Mali-T860 MP4 GPU，支持4K视频，支持10bitYUV输入输出；FLASH介质选用eMMC，eMMC可选配8GB/32GB/64GB。

本实用新型进一步改进在于，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括安全管理芯片和电源管理模块，所述安全管理芯片和电源管理模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输；所述电源管理模块为该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置提供工作电源。

作为本实用新型的优选技术方案，所述载波通信模块为高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块用于现场组网，内设有HPLC高速电力线载波通信芯片，并融合模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核等功能，提供物理层PHY、介质访问控制层MAC、适配层ADP、网络层NET和应用层APP；所述通信模块包括远端通信模块和本地通信模块，所述远端通信模块和本地通信模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输。其中该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过高速电力线载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信，而不需要其他载波转换器、DTU转发汇聚数据，从而实现了在窄带载波通信的情况下高速传输。基于Q/GDW13743-2003、Q/GDW1375-2003、DL/T698.31-2010、DL/T 698.35-2010技术标准的HPLC通信模块采用一款HPLC高速载波电力线载波通信芯片，主要用于电表，采集器、集中器、网关等产品在电力线介质上的数据传输、数据抄读、信道管理、停电事件上报、系统管理功能，并融合模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核等功能，提供物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）、适配层（ADP）、网络层（NET）、应用层（APP）等完整的电力线通信解决方案。其中远端通信模块实现系统与远端服务之间的通信功能；本地通信模块实现本地连接设备进行设备系统配置。

作为本实用新型的优选技术方案，所述显示模块包括触摸显示屏和触摸屏控制器，所述触摸屏控制器与所述触摸显示屏相连接，所述触摸屏控制器用于控制触摸显示屏。通过设置触摸显示屏和触摸屏控制器，通过图形用户界面显示终端数据采集情况，网关运行状态，并且用户可以通过触摸显示屏进行网关的参数设置、分屏显示、日志查看等操作。

作为本实用新型的优选技术方案，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括外壳，所述载波通信模块、触摸屏控制器、视频接入模块、安全管理芯片模块、电源管理模块均设置在所述外壳内，所述通信模块镶嵌在所述外壳上，所述触摸显示屏镶嵌在所述外壳上。

作为本实用新型的优选技术方案，所述外壳上设有前面板，所述触摸显示屏镶嵌在所述前面板上，所述前面板上还设有以太网接口、系统电源/复位键和若干个LED指示灯，所述以太网接口和所述系统电源/复位键设置在所述触摸显示屏的一侧，若干个LED指示灯设置在所述系统电源/复位键的一侧。若干个LED指示灯实现系统运行状态的展示。

作为本实用新型的优选技术方案，所述远端通信模块包括GPS/北斗定位模块、LTE4G通信模块和NB-IOT通信模块，所述本地通信模块包括WIFI模块、LORA通信模块、UART通信模块、千兆网口、USB PHY和蓝牙模块；所述视频接入模块包括MIPI/DVP视频输入模块和HDMI高清视频输入模块。其中远端通信模块中的LTE 4G通信模块和NB-IOT通信模块负责与系统（上位机）通信；WiFi模块、LORA模块、UART串口模块、千兆网口模块、BLE蓝牙模块负责与各类数据采集终端（下位机）通信，此外可根据需要选择GPS/BD模块。

作为本实用新型的优选技术方案，所述外壳上还设有后面板，所述后面板上设有若干个天线若干接口和SIM卡槽，所述天线包括LET天线、WIFI天线、LORA天线、GPS天线和ZIGBEE天线；所述接口包括多个选配接口、串行接口、USB接口、调试接口、HDMI高清输出接口、MIPI视频输入接口、电力载波通信接口和系统电源接口。其中设有8路USB接口（包括5个HOST2.0、2个HOST3.0，1个OTG 3.0），支持系统软件升级功能，通过USB接口连接外部移动硬盘进行本地调试升级。

作为本实用新型的优选技术方案，所述LED指示灯包括SYS系统指示灯、PWR指示灯、4G指示灯、485串口指示灯、232串口指示灯、HPLC模块指示灯、LORA指示灯、WIFI指示灯、NB信号指示灯和GPS指示灯。

作为本实用新型的优选技术方案，所述MCU模块连接有FLASH模块及SDRAM模块，所述FLASH模块用来存储操作系统，所述SDRAM模块用来存储运行程序时的数据；所述电源管理模块的输入端与所述系统电源接口相连接，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的工作电源输入为100~240V，输出为12V电压，设有两个AC220V电源系统供电及双电源自动切换控制器。

相比现有技术，该技术方案具有的有益效果是：该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置结合边缘设备定义，采用多集成结构改变传统边缘计算网关设备的功能单一的缺陷；并且支持高速电力线载波通信的边缘网关较窄带载波而言，宽带载波技术逐渐成熟，能提供100kbps级的数据传输速率，具备相对较宽的带宽，通信可靠性和稳定性显著提升。

附图说明

下面结合附图和本实用新型的实施方式进一步详细说明：

图1为本实用新型的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的硬件结构框图；

图2为本实用新型的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的前面板图；

图3为本实用新型的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的后面板图；

图4为本实用新型的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的标配内部结构图；

图5为本实用新型的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的剖面图；

其中，1-触摸显示屏；2-以太网接口；3-系统电源/复位键；4-SYS系统指示灯；5-PWR指示灯；6-4G指示灯；7-485串口指示灯；8-232串口指示灯；9-HPLC模块指示灯；10-LORA指示灯；11-WIFI指示灯；12-NB信号指示灯；13- GPS指示灯；14-LET天线；15-WIFI天线；16-LORA天线；17-GPS天线；18-ZIGBEE天线；19-选配接口；20-选配接口；21-选配接口；22-232串行接口一；23-232串行接口二；24-232串行接口三；25-232串行接口四；26-485串行接口一；27-485串行接口二；28-485串行接口三；29-485串行接口四；30-USB接口；31-FE0调试口；32-FE1调试口；33- FE2调试口；34-CONSOL调试口；35-HDMI高清输出接口；36-SIM卡槽；37-MIPI视频输入接口；38-电力载波通信接口；39-系统电源接口；40-本地通信模块；41-电源管理模块；42-触摸屏控制器；43-后面板；44-前面板；45-MCU模块；46-HPLC通信模块。

具体实施方式

实施例：如图1所示，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，包括MCU模块45、载波通信模块、显示模块、视频接入模块和若干个通信模块，所述载波通信模块、显示模块、视频接入模块和通信模块均分别与所述MCU模块45相连接且形成双向数据传输；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过所述载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信；所述显示模块用于该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的设置调节；所述视频接入模块用于实现支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置接受监控设备传输的大容量视频流数据；所述通信模块用于与各类数据采集终端设备进行通信。该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置采取模块化设计，可以根据使用情况选择各类通信模块及接口中的不同组合，以灵活应对各种需求；所述MCU模块45连接有FLASH模块及SDRAM模块，所述FLASH模块用来存储操作系统，所述SDRAM模块用来存储运行程序时的数据；所述电源管理模块41的输入端与所述系统电源接口39相连接，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的工作电源输入为100~240V，输出为12V电压，设有两个AC220V电源系统供电及双电源自动切换控制器；其中MCU模块45将多个接口整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制；MCU模块45中CPU采用四核ARM 64位处理器(双核Cortex-A72*2)，主频高达1.8GHz，内存标配LPDDR4 2G（选配4G）；GPU采用四核ARM Mali-T860 MP4 GPU，支持4K视频，支持10bit YUV输入输出；FLASH模块选用eMMC，eMMC可选配8GB/32GB/64GB；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括安全管理芯片和电源管理模块41，所述安全管理芯片和电源管理模块41均分别与所述MCU模块45相连接且形成双向数据传输；所述电源管理模块41为该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置提供工作电源；所述载波通信模块为高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块用于现场组网，内设有HPLC高速电力线载波通信芯片，并融合模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核等功能，提供物理层PHY、介质访问控制层MAC、适配层ADP、网络层NET和应用层APP；所述通信模块包括远端通信模块和本地通信模块40，所述远端通信模块和本地通信模块40均分别与所述MCU模块45相连接且形成双向数据传输；其中该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过高速电力线载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信，而不需要其他载波转换器、DTU转发汇聚数据，从而实现了在窄带载波通信的情况下高速传输；基于Q/GDW13743-2003、Q/GDW1375-2003、DL/T 698.31-2010、DL/T 698.35-2010技术标准的HPLC通信模块46采用一款HPLC高速载波电力线载波通信芯片，主要用于电表，采集器、集中器、网关等产品在电力线介质上的数据传输、数据抄读、信道管理、停电事件上报、系统管理功能，并融合模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核等功能，提供物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）、适配层（ADP）、网络层（NET）、应用层（APP）等完整的电力线通信解决方案。其中远端通信模块实现系统与远端服务之间的通信功能；本地通信模块40实现本地连接设备进行设备系统配置；所述显示模块包括触摸显示屏1和触摸屏控制器42，所述触摸屏控制器42与所述触摸显示屏1相连接，所述触摸屏控制器42用于控制触摸显示屏1；通过设置触摸显示屏1和触摸屏控制器42，通过图形用户界面显示终端数据采集情况，网关运行状态，并且用户可以通过触摸显示屏1进行网关的参数设置、分屏显示、日志查看等操作；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括外壳，所述载波通信模块、触摸屏控制器42、视频接入模块、安全管理芯片模块、电源管理模块41均设置在所述外壳内，所述通信模块镶嵌在所述外壳上，所述触摸显示屏1镶嵌在所述外壳上；如图2所示，所述外壳上设有前面板44，所述触摸显示屏1镶嵌在所述前面板44上，所述前面板44上还设有以太网接口2、系统电源/复位键3和若干个LED指示灯，所述以太网接口2和所述系统电源/复位键3设置在所述触摸显示屏1的一侧，若干个LED指示灯设置在所述系统电源/复位键3的一侧；若干个LED指示灯实现系统运行状态的展示；所述LED指示灯包括SYS系统指示灯4、PWR指示灯5、4G指示灯6、485串口指示灯7、232串口指示灯8、HPLC模块指示灯9、LORA指示灯10、WIFI指示灯11、NB信号指示灯12和GPS指示灯13以及ZIGBEE指示灯；LED指示灯显示系统运行状态，PWR指示灯5为系统上电指示，上电红色，否则熄灭；4G指示灯6为LTE模块指示灯，通信正常绿色，否则熄灭；485串口指示灯7、232串口指示灯8分别为RS485、RS232串口指示灯，通信正常绿色，否则熄灭；HPLC指示灯9为载波模块指示灯，模块组网通信正常绿色，否则熄灭；SYS指示灯4为系统灯，通信正常绿色，否则熄灭；LORA指示灯10为LORA信号指示灯，组网通信正常绿色，否则熄灭；WIFI指示灯11为WIFI信号指示灯，组网通信正常绿色，否则熄灭；NB信号指示灯12为NB组网通信正常绿色，否则熄灭； ZIGBEE指示灯为ZIGBEE组网通信正常绿色，否则熄灭；GPS指示灯13绿色时，模块正常通信，熄灭即反；所述远端通信模块包括GPS/北斗定位模块、LTE 4G通信模块和NB-IOT通信模块，所述本地通信模块40包括WIFI模块、LORA通信模块、UART通信模块、千兆网口、USB PHY和蓝牙模块；所述视频接入模块包括MIPI/DVP视频输入模块和HDMI高清视频输入模块；其中远端通信模块中的LTE 4G通信模块和NB-IOT通信模块负责与系统（上位机）通信；WiFi模块、LORA模块、UART串口模块、千兆网口模块、BLE蓝牙模块负责与各类数据采集终端（下位机）通信，此外可根据需要选择GPS/BD模块；如图3所示，所述外壳上还设有后面板43，所述后面板43上设有若干个天线若干接口和SIM卡槽36，所述天线包括LET天线14、WIFI天线15、LORA天线16、GPS天线17和ZIGBEE天线18；所述接口包括选配接口19、选配接口20、选配接口21、232串行接口一22、232串行接口二23、232串行接口三24、232串行接口四25、485串行接口一26、485串行接口二27、485串行接口三28、485串行接口四29、8个USB接口30、FE0调试口31、FE1调试口32、FE2调试口33、CONSOL调试口34、HDMI高清输出接口35、MIPI视频输入接口37、电力载波通信接口38和系统电源接口39；其中设有8路USB接口30（包括5个HOST2.0、2个HOST3.0，1个OTG 3.0），支持系统软件升级功能，通过USB接口连30接外部移动硬盘进行本地调试升级。

该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置采用ARM体系架构核心板且基于嵌入式Linux系统。该操作系统及其虚拟计算特性包括：嵌入式Linux实时操作系统，系统内置Docker容器服务，支持ARM交叉编译环境；支持Python运行环境；支持平台级Docker共享模式；嵌入式Linux+QT 5.9 + Android 9.0 + Ubuntu 16.04 + Centos7.7。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细的说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，包括MCU模块、载波通信模块、显示模块、视频接入模块和若干个通信模块，所述载波通信模块、显示模块、视频接入模块和通信模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输；该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置通过所述载波通信模块与输配电数据采集终端直接通信；所述显示模块用于该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的设置调节；所述视频接入模块用于实现支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置接受监控设备传输的大容量视频流数据；所述通信模块用于与各类数据采集终端设备进行通信。

2.根据权利要求1所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括安全管理芯片和电源管理模块，所述安全管理芯片和电源管理模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输；所述电源管理模块为该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置提供工作电源。

3.根据权利要求2所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述载波通信模块为高速电力线载波通信模块，所述高速电力线载波通信模块用于现场组网，内设有HPLC高速电力线载波通信芯片，提供物理层PHY、介质访问控制层MAC、适配层ADP、网络层NET和应用层APP；所述通信模块包括远端通信模块和本地通信模块，所述远端通信模块和本地通信模块均分别与所述MCU模块相连接且形成双向数据传输。

4.根据权利要求3所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述显示模块包括触摸显示屏和触摸屏控制器，所述触摸屏控制器与所述触摸显示屏相连接，所述触摸屏控制器用于控制触摸显示屏。

5.根据权利要求4所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置还包括外壳，所述载波通信模块、触摸屏控制器、视频接入模块、安全管理芯片模块、电源管理模块均设置在所述外壳内，所述通信模块镶嵌在所述外壳上，所述触摸显示屏镶嵌在所述外壳上。

6.根据权利要求5所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述外壳上设有前面板，所述触摸显示屏镶嵌在所述前面板上，所述前面板上还设有以太网接口、系统电源/复位键和若干个LED指示灯，所述以太网接口和所述系统电源/复位键设置在所述触摸显示屏的一侧，若干个LED指示灯设置在所述系统电源/复位键的一侧。

7.根据权利要求5所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述远端通信模块包括GPS/北斗定位模块、LTE 4G通信模块和NB-IOT通信模块，所述本地通信模块包括WIFI模块、LORA通信模块、UART通信模块、千兆网口、USB PHY和蓝牙模块；所述视频接入模块包括MIPI/DVP视频输入模块和HDMI高清视频输入模块。

8.根据权利要求5所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述外壳上还设有后面板，所述后面板上设有若干个天线若干接口和SIM卡槽，所述天线包括LET天线、WIFI天线、LORA天线、GPS天线和ZIGBEE天线；所述接口包括多个选配接口、串行接口、USB接口、调试接口、HDMI高清输出接口、MIPI视频输入接口、电力载波通信接口和系统电源接口。

9.根据权利要求6所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述LED指示灯包括SYS系统指示灯、PWR指示灯、4G指示灯、485串口指示灯、232串口指示灯、HPLC模块指示灯、LORA指示灯、WIFI指示灯、NB信号指示灯和GPS指示灯。

10.根据权利要求8所述的支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置，其特征在于，所述MCU模块连接有FLASH模块及SDRAM模块，所述FLASH模块用来存储操作系统，所述SDRAM模块用来存储运行程序时的数据；所述电源管理模块的输入端与所述系统电源接口相连接，该支持高速电力线载波通信的边缘计算网关装置的工作电源输入为100~240V，输出为12V电压，设有两个AC220V电源系统供电及双电源自动切换控制器。