CN216959901U - 一种电力边缘网关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种电力边缘网关设备，涉及电气工程技术领域。该设备在现有边缘网关设备的基础上，还包括通讯接口、验证端口、存储模块、备用模块、网络源自动切换模块和电源模块；通讯接口接收下一层传感器上传的数据，并统一整理成数字数据形式输出给运算处理器；验证端口分别与通讯接口和运算处理器相连，验证发送数据方的安全等级和身份；存储模块对上载数据进行接收并在特殊情况下进行临时储存；备用模块连接运算处理器与存储模块构成备用部分，在高峰时段和异常时段提供备用处理通道，并提供暂时的数据存储空间；电源模块作为底层与其他各个模块连接。网络源自动切换模块与运算处理器连接来维持接入网络质量的稳定。

Description

一种电力边缘网关设备

技术领域

本实用新型涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种电力边缘网关设备。

背景技术

随着4g与5g通讯的普及与发展，物联网技术得到充分发展，其频繁的信息交换，多方向的互动需求，多变的操控要求也促使着电网的控制方式从之前的人工集中控制模式开始向分布式的智能控制方向转变，并尝试通过设立边缘网关的方式，使相关部门对数据的掌握更具有及时性和有效性。

伴随着物联网技术的迅速发展，边缘网关对网络质量的要求越来越高，一旦出现网络不佳的情况，将会影响在物联网边缘节点的数据优化、实时响应、模型分析等业务，无法有效分担云端计算资源。3G/4G/5G网络等无线网络在工业场景下对干扰源非常敏感，以太网连接也会受到线路周边用电设备的影响，并且当多个网关设备共用网络或部分网关下载更新包时，将会出现网络速度差的情况，网络质量是目前边缘网关的问题之一。

由于智能检测设备对于底层传感器的多节点反馈需求以及各电源部分有效工作的时间段不统一，在电力使用的高峰时间段，会产生大量的数据信号和命令请求，甚至其中会出现频繁的重复性数据与命令。这样频繁的投退，会对设备间的通信通道形成一定的堵塞，影响控制命令或数据的有效传输。由于数字信号无线传输的特性，数据在传输过程中易发生泄漏，处理的节点易遭到大量的重复数据的攻击而陷入传输堵塞或瘫痪。进而出现隐私泄漏或控制失效的安全问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电力边缘网关设备，通过多模块的集成，在各无线网络与以太网等任一网络由于多台设备占用或其他原因导致质量不佳时，可实现无线网络与以太网的自动切换，以及快速传输信息与实现数据传输量和通信异常率快速分析的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种电力边缘网关设备，在现有边缘网关设备包括的控制模块和运算处理器的基础上还包括通讯接口、验证端口、存储模块备用模块和电源模块；通讯接口、验证端口与存储模块依次连接构成数据接收部分；通讯接口接收下一层传感器上传的数据，并将经过格式转化后统一整理成数字数据形式输出给运算处理器；验证端口分别与通讯接口和运算处理器相连，验证发送数据方的安全等级和进行身份验证；存储模块对上载数据进行接收并在特殊情况下进行临时储存；备用模块连接运算处理器与存储模块构成备用部分，在高峰时段和异常时段提供备用处理通道，并提供暂时的数据存储空间；电源模块作为底层与其他各个模块连接。

优选地，所述通讯接口包括多种协议解码分析插件、多个嵌入式接口和无线内部网络接口；通讯接口中除了RS232与RS485串口、网口、CAN口、USB外，还需要SIM卡槽、网线的一种或多种插口。

优选地，所述电力边缘网关设备还包括与运算处理器连接的维持网络质量稳定的网络源自动切换模块，将不同网络源自动切换接入电力边缘网关设备。

优选地，所述备用模块包括一个快速存储单元和一个辅助通信处理单元，得以在运算处理器统计出短时高频率通信高峰来临时作为拓展通道辅助信息发送接收，得以通讯短暂中断时将部分重要数据进行本地存储，得以在信号不稳定时将上层设备的指令进行临时本地存储。

优选地，所述验证端口使用双向识别方式，得以匹配识别下层设备号和同层设备号，确保数据传输的安全，以及在受到攻击后快速确定较精准的受攻击节点位置；所述验证端口得以上传异常数据的匹配信息，通过运算处理器的整合向上层的处理设备传输一个区域的设备异常率，辅助其评估其余设备安全等级。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型提供的一种电力边缘网关设备，与现有的传统边缘网关设备相比，具有以下优点：

通过多模块的集成，使边缘网关设备具有较强的本地处理能力；采用现有的运算处理器，不对其进行技术上的改进，即可通过本实用新型提出的多模块集成的运用，达到快速传输信息与实现数据传输量和通信异常率快速分析的目的；通过网络源自动切换模块能够实现网络源的自动切换，实现边缘网关的网络高稳定性；同时通过备用模块的命令缓存功能，实现在较差通信环境下的执行安全和数据安全。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种边缘网关设备及其外部的连接关系示意图；

图2为本实用新型实施例提供的网络源自动切换模块的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。需要说明的是，下述所提及的连接是数据交换之意，不代表具体设备分布连接方式。

如图1所示，本实施例的一种边缘网关设备，在现有边缘网关设备包括的控制模块和运算处理器的基础上，还包括通讯接口、验证端口、存储模块、备用模块、网络源自动切换模块和电源模块。其中，通讯接口、验证端口与储存模块依次连接构成数据接收部分；运算处理器连接控制模块和通讯接口构成数据处理部分；备用模块连接运算处理器与存储模块构成备用部分；网络源自动切换模块与运算处理器连接来维持接入网络质量的稳定。

通讯接口用于接收下一层传感器上传的数据，并将其经过格式转化后统一整理成数字数据形式输出给运算处理器。通讯接口包括多种协议解码分析插件，多个嵌入式接口和无线内部网络接口，对RS232与RS485等的串口与模拟量的输入等不同协议下的传输数据做到初步整合。

网络源自动切换模块将3G/4G/5G网络、以太网络等不同网络源自动切换接入电力边缘网关设备，如图2所示，该模块由端口保护模块、信号判别模块与切换电路组成。

端口保护模块将接收来自传感器的电压，将其控制在预设的范围内，为对其进行静电保护，在考虑高传输速度的前提下，设置小电容，保证端口接收信号的完整性，控制后的电压作为传感器的输出信号传送给信号判别模块。

如图2所示，信号判别模块与运算处理器相连，识别网络源接口，如SIM卡槽、无线网络或以太网接口等，并将反馈给运算处理器，运算处理器与切换电路相连，控制切换电路关断质量状况不满足最低要求的网络源连接质量状况好的网络源，并根据此时设备情况控制网络传输速度的上下限，防止网速过度占用，并根据网络源端口的不同，通过调压电路经切换电路输出与之匹配的电压。这样使得网络源自动切换模块能根据不同类型的网络而匹配输出对应的电压，而保证本实用新型的电力边缘网关设备在由网络源一切换至网络源二后还能正常输出对应的工作电压，而使得高质量的网络状况，提高了本实用新型边缘网关对网络环境的适应性。

验证端口用于验证发送数据方的安全等级和进行身份验证，以防止异常的端口的接入。验证端口使用方式为：匹配识别下层设备号和同层设备号，确保数据传输的安全，以及在受到攻击后快速确定较精准的受攻击节点位置。验证端口会上传异常数据的匹配信息，通过运算处理器的整合向上层设备传输一个区域的设备异常率。

存储模块用于对上载数据进行接收并在特殊情况下进行临时储存，确保在与上一层通讯暂时中断的情况下拥有基础的数据本地处理和保存能力。

备用模块包括一个大容量快速存储单元和一个辅助通信单元，用于在运算处理器预测出短时高频率通信高峰来临时作为拓展通道辅助信息发送接收；还用于在通讯短暂中断时将部分重要数据进行本地存储；在信号不稳定时将上层设备的指令暂时进行本地存储，防止因信号波动带来的指令丢失或遗漏。

电源模块用于在短时间停电时保证相关模块仍有能力维持一段时间的正常运作，并在彻底停止运行之前将部分数据储存。

本实用新型的电力边缘网关设备在工作时有如下的上、下两个数据传输方向。

在数据上载方向上，当基层传感器或者设备开始申请通讯连接后，首先在验证端口进行设备密钥的匹配(硬件匹配)，随后根据运算处理器的评估进行设备安全状态验证，在两者都合格以后连接通讯接口；在通讯接口内部进行数据或申请命令的解析，并传送给运算处理器；运算处理器将运算结果转化为相应的控制命令并输送给控制模块进行编码；同时控制模块生成的命令与运算处理器生成的结果经由通讯接口传输给上层核心控制器。

在数据下行方向上，当上层设备有控制命令发送时，首先在验证端口进行设备密钥的匹配(硬件匹配)，随后通过通讯接口同时进入储存设备进行备份下载和运算处理器进行命令解析，之后经过转化后进入控制模块进行编码，继而发往下层设备。如果出现区域网络连接波动，数据命令会优先送往存储模块，形成短时时滞之后再送往运算处理器，确保命令传输的连贯性和完整性不受连接波动影响。

在两种方向上，如果遇到异常情况，如数据流拥堵或者运算处理器给出高峰时段估计，设备会启动备用模块与运算处理器和存储模块相连接，帮助分流其现行流量。

需要说明的是，本实用新型中所使用处理器编码方式及通讯接口所涉及接口转化方式为现有技术，只是在这里提供集成所用。虽然本实用新型的运算处理器涉及数据处理的过程，但数据处理过程并不是本实用新型所要保护的内容，其采用现有技术来实现，在本实施例中也并未对该处理过程进行任何实质内容上的修改。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种电力边缘网关设备，其特征在于：在现有边缘网关设备包括的控制模块和运算处理器的基础上还包括通讯接口、验证端口、存储模块备用模块和电源模块；通讯接口、验证端口与存储模块依次连接构成数据接收部分；通讯接口接收下一层传感器上传的数据，并将经过格式转化后统一整理成数字数据形式输出给运算处理器；验证端口分别与通讯接口和运算处理器相连，验证发送数据方的安全等级和进行身份验证；存储模块对上载数据进行接收并在与上一层通讯暂时中断的情况下进行临时储存；备用模块连接运算处理器与存储模块构成备用部分，在高峰时段和异常时段提供备用处理通道，并提供暂时的数据存储空间；电源模块作为底层与其他各个模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力边缘网关设备，其特征在于：所述通讯接口包括多种协议解码分析插件、多个嵌入式接口和无线内部网络接口；通讯接口中除了RS232与RS485串口、网口、CAN口、USB外，还需要SIM卡槽、网线的一种或多种插口。

3.根据权利要求1所述的一种电力边缘网关设备，其特征在于：所述备用模块包括一个快速存储单元和一个辅助通信处理单元，得以在运算处理器统计出短时高频率通信高峰来临时作为拓展通道辅助信息发送接收，得以通讯短暂中断时将部分重要数据进行本地存储，得以在信号不稳定时将上层设备的指令进行临时本地存储。

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