一种基于自组网无线通信的通信方法与流程

本发明涉及一种智能配电系统，更具体的说是涉及一种基于自组网无线通信的通信方法。

背景技术：

配电自动化终端，是建设配电网自动化的一个重要组成部分，它充分利用配电自动化新技术，能够确保配电网的安全、稳定、可靠运行，意义重大，配电网直接面向用户，担负着电能分配的重要任务。配电网分布广泛、构成复杂、影响面广，其供电能力、供电可靠性和供电质量对经济社会影响巨大，是智能电网的重要环节。

配电通信网是配电自动化系统的重要组成部分，配电网网运行状态的监视、控制和故障处理都依赖通信网来实现，采用以太网无源光网络技术无疑是一个比较好的选择，但是由于城市建设和电力线路规划的原因，存在光缆施工困难、布设成本高等因素，因此考虑采用无线通信方案来实现配电自动化数据采集，目前主流方案是使用无线公网通信，配电网数据利用GPRS/CDMA、3G/4G进行数据传输，但由于公用通信网公众应用的特点，公网为用户共享，业务带宽和安全性无保证，因此，数据传输应用适用于少量的或突发性的数据传输。初期投资小，见效快，但因其租用的性质，与专网通信相比存在安全性、可控性、长期经济性等问题，不适合电力自动化的大规模专网需求。

另一方面随着通讯条件的复杂性增加，通讯安全尤其是配电应用中遥控的安全问题也愈发突出。配电自动化终端处于室外环境，终端设备安全极为重要，因此，对通信接入安全控制与配电通讯中的应用层报文加密有很强的必要性和紧迫性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于自组网无线通信方法，利用自组网无线通信技术和多跳网络结构，实现配电终端输出信号的加密更好更加安全。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于自组网无线通信的通信方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，在配电主站系统内设置应用接口层，在应用接口层往下依次设置数据存储层、规约接口层、通信接口层和信号采集接口层，所述应用接口层、数据存储层、规约接口层、通信接口层和信号采集接口层依次连接；

步骤二，在信号采集接口层连接信号采集模块，将通讯接口层设置成有线通信接口层和无线通信接口层，其中，有线通信接口层通过导线与规约接口层连接，无线通信接口层耦接有无线通信模块后与数据存储层连接；

步骤三，使用步骤二中的信号采集模块采集电网二次设备信号，之后将采集到的二次设备信号通过有线的方式传输至有线通信接口层，有线通信接口层将数据传输至规约接口层，其中，规约接口层连接有安全接入模块，安全接入模块内具有主站公钥，通过主站公钥将采集到的二次设备信号进行加密后输入到无线通信接口层输入到无线通信模块内，通过无线通信模块传输至数据存储层存储；

步骤四，在数据存储层内预装主站私钥，利用主站私钥对数据存储层内的数据进行解密分析，将解密分析获得的数据组装成报文传输至应用接口层，最后通过应用接口层将报文传输至配电主站系统，完成数据的无线通信。

作为本发明的进一步改进，步骤四中应用接口层与数据存储层之间的通信步骤如下：

1、在应用接口层与数据存储层之间设置表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，其中表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层依次连接；

2、传输报文时，数据存储层上传报文先经过物理层、数据链路层和网络层后再通过传输层、会话层和表示层后到达应用接口层，其中，报文在经过数据链路层时组合成数据块，网络层将数据块通过网络传输至传输层之后继续上传；

其中，物理层采用RF915MHZ跳频无线接入，数据链路层采用PANID网络识别，网络层采用IPV6协议进行网络传输。

作为本发明的进一步改进，步骤二中信号采集模块采集的信号包括二次电压、电流、频率、有功、无功、功率因数、开关量信号。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中信号采集模块采集信号的步骤如下：

a、将二次信号采集器与电网二次设备的信号输出端连接；

b、利用二次信号采集器内的电压检测模块检测二次设备的输出电压数据和频率数据，利用二次信号采集器内的电流检测部分检测二次设备的电流数据，将采集到的电压和电流通过功率公式计算出有功功率数据和无功功率数据，利用计算得出的有功功率数据和无功功率数据计算功率因素；

c、将步骤b中获得电压数据、频率数据、电流数据、有功功率数据、无功功率数据和功率因素数据整合成一个数据包输入到有线通信接口层内，完成数据的采集。

作为本发明的进一步改进，还包括开关量采集与输出步骤，该步骤是将二次信号采集器与电网的断路器内的控制板连接，接收断路器输出的合闸和分闸信号，完成开关量信号的采集，以及有线通信接口层内输出开关量信号到二次信号采集器内，二次信号采集器传输到电网的断路器内，完成开关量信号的输出。

作为本发明的进一步改进，所述规约接口层还连接有ARM处理器和DSP处理器，所述安全接入模块与ARM处理器耦接，DSP处理器对数据信号数字化处理后输入到ARM处理器，ARM处理器调用安全接入模块内的主站公钥对数据信号进行加密。

作为本发明的进一步改进，所述ARM处理器的型号为AM3352，所述DSP处理器的信号为BF533，所述ARM处理器和DSP处理器均具有UART引脚，所述ARM处理器和DSP处理器通过UART引脚相互连接。

作为本发明的进一步改进，所述ARM处理器还具有GPIO引脚和RMII引脚，所述GPIO引脚耦接有LED显示屏，所述RMII引脚耦接于外部以太网，所述ARM处理器还具有SPI引脚，所述无线通信模块与SPI引脚耦接。

本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以在配电主站系统内设置应用接口层，提供用于接收采集到的信号的层，然后在应用层下方设置数据存储层、规约接口层、通信接口层和信号采集接口层就可以完成整个通信系统的构建，而通过步骤二的设置，更为具体建立了信号的采集传输通道，通过步骤三的设置，就可以利用信号采集模块采集电网的二次设备信号，然后通过有线通信接口层传输到规约接口层，规约接口层3就会通过安全接入模块31对有线通信接口层接收到的信号通过公钥进行加密作用，在加密以后通过无线通信模块将加密后的信号传输到数据存储层内，通过步骤四的设置，就可利用数据存储层内的主站私钥对信号进行解密，并且将解密之后的数据信号进行存储，在存储完成以后组装成报文发送到应用接口层，应用接口层便可以将数据信号进行使用了，由于上述过程采用公钥加密私钥解密的方式来传输数据信号，这样加密程度高，能够更好的避免错误的数据信号传输到应用接口层内，影响应用的问题。

附图说明

图1为本发明的通信方法的系统架构图；

图2为图1中应用接口层与数据存储层之间的系统架构图；

图3为本发明的通信方法的硬件架构图；

图4是本发明安全接入模块数字签名部署示意图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1至4所示，本实施例的一种基于自组网无线通信的通信方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，在配电主站系统内设置应用接口层1，在应用接口层1往下依次设置数据存储层2、规约接口层3、通信接口层4和信号采集接口层5，所述应用接口层1、数据存储层2、规约接口层3、通信接口层4和信号采集接口层5依次连接；

步骤二，在信号采集接口层5连接信号采集模块51，将通讯接口层4设置成有线通信接口层41和无线通信接口层42，其中，有线通信接口层41通过导线与规约接口层3连接，无线通信接口层42耦接有无线通信模块421后与数据存储层2连接；

步骤三，使用步骤二中的信号采集模块51采集电网二次设备信号，之后将采集到的二次设备信号通过有线的方式传输至有线通信接口层41，有线通信接口层41将数据传输至规约接口层3，其中，规约接口层3连接有安全接入模块31，安全接入模块31内具有主站公钥，通过主站公钥将采集到的二次设备信号进行加密后输入到无线通信接口层42输入到无线通信模块421内，通过无线通信模块421传输至数据存储层2存储；

步骤四，在数据存储层2内预装主站私钥，利用主站私钥对数据存储层2内的数据进行解密分析，将解密分析获得的数据组装成报文传输至应用接口层1，最后通过应用接口层1将报文传输至配电主站系统，完成数据的无线通信，通过步骤一的设置，就可以在配电主站系统内设置应用接口层1、数据存储层2、规约接口层3、通信接口层4和信号采集接口层5完成整个通信系统的大体构架，为后期通信提供基础，而通过步骤二的设置，将通讯接口层4设置成有线通信接口层41和无线通信接口层42，提供了两种信号传输方式，通过步骤三的设置，就可以通过信号采集模块51采集信号，之后利用有线通信接口层41现将信号传输到规约接口层3，本实施例中将信号采集接口层5、通信接口层4和规约接口层3整合至一个设备上，因而在这里将三者之间的通信采用有线传输的方式，一来速度快，二来安全性高，避免数据信号受到干扰而出错的问题，在信号传输至规约接口层3以后，规约接口层3就通过安全接入模块31内的公钥对信号进行加密，之后将加密后的信号通过无线的方式传输至数据存储层2，本实施例中，安全接入模块31为一存储有数字证书和主站公钥的存储器，然后通过步骤四的设置数据存储层2内的主站私钥对信号进行解密，在解密完成以后存储，并且将解密后的数据信号进行存储，之后发送到应用接口层1，数据信号就可以被应用了，如此完成了数据的传输，由于上述传输过程风险最高的无线传输部分采用了公钥加密传输，因而本实施例的通信方法，相比于现有技术中采用直接无线传输的方式，安全性更高。

作为改进的一种具体实施方式，步骤四中应用接口层1与数据存储层2之间的通信步骤如下：

1、在应用接口层1与数据存储层2之间设置表示层11、会话层12、传输层13、网络层14、数据链路层15和物理层16，其中表示层11、会话层12、传输层13、网络层14、数据链路层15和物理层16依次连接；

2、传输报文时，数据存储层2上传报文先经过物理层16、数据链路层15和网络层14后再通过传输层13、会话层12和表示层11后到达应用接口层1，其中，报文在经过数据链路层15时组合成数据块，网络层14将数据块通过网络传输至传输层13之后继续上传；

其中，物理层16采用RF915MHZ跳频无线接入，数据链路层15采用PANID网络识别，网络层14采用IPV6协议进行网络传输，通过步骤1中的表示层11、会话层12、传输层13、网络层14、数据链路层15和物理层16的设置就可以实现利用OSI传输规则，将报文从数据存储层2传输到应用接口层1了，整个传输过程具有效率高，安全性高的效果，通过步骤2的设置，就可以在数据链路层15时将数据信号整合成数据块，如此避免数据信号出现丢失错误的问题，进一步保证了数据信号能够更好的传输到应用接口层1了。

作为改进的一种具体实施方式，步骤二中信号采集模块51采集的信号包括二次电压、电流、频率、有功、无功、功率因数、开关量信号，上述信号基本代表了电网中二次设备运行过程中所有参数，因而通过采集上述信号，并对上述信号进行处理，便可以快速有效的实现检测电网运行状态的效果。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤三中信号采集模块51采集信号的步骤如下：

a、将二次信号采集器与电网二次设备的信号输出端连接；

b、利用二次信号采集器内的电压检测模块检测二次设备的输出电压数据和频率数据，利用二次信号采集器内的电流检测部分检测二次设备的电流数据，将采集到的电压和电流通过功率公式计算出有功功率数据和无功功率数据，利用计算得出的有功功率数据和无功功率数据计算功率因素；

c、将步骤b中获得电压数据、频率数据、电流数据、有功功率数据、无功功率数据和功率因素数据整合成一个数据包输入到有线通信接口层41内，完成数据的采集，通过步骤a的设置就可以有效的将信号采集模块51与外部电网二次设备连接起来，通过步骤b的设置就可以简单有效的获得二次设备的信号，通过步骤c的设置，就可以将获得的二次设备的信号进行整合成一个数据包，然后采用数据包的形式发送出去，如此便可以有效的完成了数据的采集。

作为改进的一种具体实施方式，还包括开关量采集与输出步骤，该步骤是将二次信号采集器与电网的断路器内的控制板连接，接收断路器输出的合闸和分闸信号，完成开关量信号的采集，以及有线通信接口层41内输出开关量信号到二次信号采集器内，二次信号采集器传输到电网的断路器内，完成开关量信号的输出，开关量信号，即是电网内部断路器的控制发出的分闸信号和合闸信号，因而通过将二次信号采集器与电网的断路器的控制板相连，就能够很好的实现采集开关量信号的效果了。

作为改进的一种具体实施方式，所述规约接口层3还连接有ARM处理器32和DSP处理器33，所述安全接入模块31与ARM处理器32耦接，DSP处理器33对数据信号数字化处理后输入到ARM处理器32，ARM处理器32调用安全接入模块31内的主站公钥对数据信号进行加密，采用在规约接口层3分成ARM处理器32和DSP处理器33，在对信号采集模块2采集数据过来以后，通过DSP处理器33设置就可以先对采集过来的数据进行一个预处理的作用，在预处理完成以后再进入到ARM处理器32内，通过ARM处理器32将预处理完成的数据暂时存储，然后与安全接入模块4通信，调用出安全接入模块4内的证书数据和主站公钥，然后利用证书数据和主站公钥算法对经过DSP处理器33预处理后的数据进行加密，如此便可以有效的完成了数据的处理，由于此时采用了DSP处理器33现将数据进行了数字化处理，可以有效的去除传输过程中产生的干扰信号，使得ARM处理器32能够更好的给处理后的数据进行加密作用了，相比采用单个处理器同时处理数字化和加密的方式，效率更高。

作为改进的一种具体实施方式，所述ARM处理器32还具有GPIO引脚和RMII引脚，所述GPIO引脚耦接有LED显示屏，所述RMII引脚耦接于外部以太网，所述ARM处理器还具有SPI引脚，所述无线通信模块421与SPI引脚耦接，GPIO引脚是输入输出引脚，用在这里就可以实现ARM处理器32向LED显示屏输出信号，控制LED显示屏显示信息了，SPI引脚串行通信引脚，用在这里可以有效的与无线通信模块1实现串行通信，使得加密后的数据能够更快更加有效的传输给无线通信模块421了。

综上所述，本发明的通信方法，将自组网无线通信运用于配电通信网络，利用无线通信技术和多跳网络结构，实现配电终端自动组网、网络故障自愈、即装即用的功能，为配电自动化通信网络安装、管理、维护提供一种有效解决方案；同时无线自组网技术应用到电力行业的智能配电终端系统中是无线自组网技术的又一创新应用，同时也使配电终端朝着智能化、现代化、高效化的方向发展。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。