一种安全远程无线抄表计费系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安全远程抄表计费领域，具体涉及一种安全远程无线抄表计费系统。
【背景技术】
[0002]随着我国电网智能化建设进程的加快以及无线传感器网络技术的发展，出现了许多中电能计量装置和基于无线传感器网络的远程抄表计费系统，但是一方面由于远程抄表计费系统中的数据采集装置和协调器数量的增加，采集上传的数据不断变得庞大，导致通信阻塞，数据丢失，大大影响了电能计费的精确性、实时性和可靠性，另一方面，由于目前电能表，数据采集装置和协调器的通信大多没有考虑到数据传输安全，数据在传输过程中容易被窃取，篡改，使得用户，供电单位蒙受经济损失。
[0003]为了满足电力系统服务的实际需要，设计基于无线传感器网络技术的安全远程抄表计费系统将有着十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明为克服现有技术中存在的不足，提供了一种智能远程无线抄表计费系统。
[0005]本发明解决其技术问题所采用如下技术方案:
[0006]—种安全远程无线抄表计费系统，该系统包括:至少一个智能电表(100)，至少一个数据采集器(200)，至少一个协调器(300)，管理系统(400)，其中:
[0007]所述智能电表(100)包含:主控制器模块(101)，用于对智能电表各个模块的控制；电源模块(102)，用于为智能电表各模块提供稳定的工作电压、工作电流;存储模块(103)，用于存储智能电表采集到的用户的用电信息、智能电表的工作参数及密钥与加密算法匹配表;显示模块(104)，用于向用户显示智能电表的工作状态以及用电量，电费余额信息；按键模块(105)，用于用户与智能电表间的人机交互;故障检测模块(106)，用于检测智能电表各个模块的工作状态；告警模块(107)，用于智能电表出现异常情况时发出告警提示音；防盗模块(108)，所述防盗模块包含智能电表封装检测单元和智能电表箱开启检测单元，当判断出电表封装或表箱开启时通过告警单元发出告警;数据采集模块(109)，用于采集包含电压、电流、功率、频率、功率因素、相位角以及消耗的电能数据的用电信息；加密模块(110)，用于将待上传的用电信息进行加密;无线传输模块(111)，用于将加密后的用电信息上传到智能电表所属的数据采集器以及从所属的数据采集器接收信息；
[0008]所述数据采集器(200)包含:主控制器模块(201)，用于对数据采集器(200)的各个模块的控制;无线传输模块(202)，用于接收智能电表发送的用电信息并上传至协调器以及从协调器(300)接收信息并下发至智能电表(100);存储模块(203)，用于存储用电信息、协调器(300)下发的信息及密钥与加密算法匹配表;加密模块(204)，用于对接收到的用电信息进行加密；
[0009]所述协调器(300)包含:主控制器模块(301)，用于对协调器(200)的各个模块的控制;无线传输模块(302)，用于接收数据采集器发送的用电信息并上传至管理系统以及从管理系统接收信息并下发至数据采集器;存储模块(303)，用于存储用电信息以及管理系统下发的信息；
[0010]所述管理系统(400)包含:主控制器模块(401)，用于对管理系统(400)的各个模块的控制;无线传输模块(402)，用于接收协调器(300)发送的用电信息以及向协调器下发信息;解密模块(403)，用于解密接收的加密信息;数据库模块(404)，用于存储信息；监控显示模块(405)，用于实时显示所有智能电表(100)的信息；计费模块(406)，用于对智能电表(100)的用电量进行计费;短消息模块(407)，用于向用户发送电费信息相关的短消息；
[0011]所述协调器(300)启动后，创建具有独立网络标识的无线网络，所述网络标识是管理系统(400)配置的，所述数据采集器(200)获取所述协调器(300)的网络标识，发送加入网络请求命令，所述协调器(300)接收到加入网络请求命令后发送加入网络响应命令，数据采集器(200)接收到加入网络响应命令后向协调器(300)返回确认信息，协调器(300)接收到确认信息后为数据采集器(200)分配唯一的网络地址，并将所述网络地址发送给数据采集器(200)以及将网络标识与网络地址发送给管理系统(400)，数据采集器(200)更新网络地址以及网络标识，管理系统(400)将网络标识与数据采集器(200)的网络地址对应存储在数据库模块(404)中；
[0012]数据采集器(200)加入协调器(300)建立的网络后，数据采集器(200)周期性广播自身的网络地址，智能电表(100)获取并保存所述数据采集器(200)的网络地址，并向数据采集器(200)发送包含智能电表(100)标识信息的连接请求，数据采集器(200)保存智能电表(100)的标识信息并向智能电表(100)返回连接成功响应信息；智能电表(100)的主控制器模块(101)从数据采集模块(109)获取采集的用电信息，将用电信息发送至加密模块(I 1)进行加密，加密过程为:智能电表(I 00)的主控制器模块(I OI)从存储模块(I 03)中存储的密钥和加密算法匹配表中随机选取一组密钥和加密算法(A)，对用电信息进行第一次加密；随后，主控制器模块(101)生成用电信息帧，该帧包含数据采集器(200)的网络地址，智能电表(100)的标识信息、选择的一组密钥和加密算法(A)在匹配表中的标识以及第一次加密的用电信息，并控制无线传输模块(111)将用电信息帧上传到智能电表(100)所属的数据采集器(200);数据采集器(200)接收到用电信息帧后，通过解析该帧获取帧中包含的数据采集器(200)的网络地址，智能电表(100)的标识信息，如判断该用电信息帧是其所属智能电表发送的，则保存用电信息帧，若否，则丢弃该帧，随后，数据采集器(200)的主控制器模块(201)从存储模块(203)中存储的密钥和加密算法匹配表中随机选取一组密钥和加密算法(B)，对保存的用电信息帧进行第二次加密，并在第二次加密后的用电信息帧前添加网络标识以及选择的一组密钥和加密算法(B)在匹配表中的标识形成新的用电信息帧；
[0013]所述协调器(300)将与数据采集器(200)进行通信的信道分为多个子信道，并将该多个子信道分配给多个数据采集器(200)，每个子信道可由多个数据采集器(200)共享，当一个数据采集器(200)需要上传新的用电信息帧时，先检测分配给该数据采集器(200)的子信道的状态，如果该子信道处于繁忙状态，则该数据采集器(200)进入延迟发送状态并继续检测子信道状态，如果该子信道处于空闲状态，则向协调器(300)发送数据发送请求，当数据采集器(200)接收到协调器(300)返回的数据发送允许消息后，开始发送用电信息帧，协调器(300)接收到用电信息帧后向数据采集器(200)反馈ACK信息，在数据发送时段结束后，协调器根据用电信息帧的接收情况，生成重传请求帧，重传请求帧包含需要重传用电信息帧的数据采集器的网络地址以及重传用电信息帧的信道资源，协调器广播