基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，包括主载波设备和从载波设备，主从载波设备上均配置有微处理器模块和与之相连的电源模块、存储器模块、接口模块和载波模拟电路模块，主载波设备的微处理器模块上加载有授时模块，认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块，通道占用逻辑授权模块和端口逻辑映射控制模块；从载波设备的微处理器模块上加载有认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块和端口逻辑映射控制模块。本发明采用载波授时、主从载波设备认证、通道占用授权等方式，通过提高载波通道利用率来实现提升中压载波网络的传送效率，满足IP化载波网络发展趋势。
【专利说明】基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，属于中压电力线载波【技术领域】。
【背景技术】
[0002]中压电力线载波技术在电力系统中主要应用在配用电领域，配用电要求一定的实时性。现有中压载波设备I主多从方式组网并采用轮询机制传送数据，若已I主5从方式组网为例，主载波与从载波问答时间约为3秒，则完成5个从载波设备数据传送时间为15秒。在轮询方式中若发生丢包则采取重发机制，则在整个轮询时间中就增加了超时时间及重发时间，导致整个中压载波网络传送效率较低。
【发明内容】
[0003]为弥补现有技术的不足，本发明提出了一种基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，采用载波授时、主从载波设备认证、通道占用授权等方式，通过提高载波通道利用率来实现提升中压载波网络的传送效率，满足IP化载波网络发展趋势。
[0004]为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下:
基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，包括主载波设备和从载波设备，所述主载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化系统相连，从载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化终端相连，所述主从载波设备的模拟前端均接入电力线，所述主从载波设备上均配置有微处理器模块和与之相连的电源模块、存储器模块、接口模块和载波模拟电路模块，所述主载波设备的微处理器模块上加载有授时模块，认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块，通道占用逻辑授权模块和端口逻辑映射控制模块；所述从载波设备的微处理器模块上加载有认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块和端口逻辑映射控制模块；
所述授时模块用于主载波设备对从载波设备进行通道占用时分授权，实现整个载波网络时钟一致；
所述主从载波设备的认证模块用于完成从载波设备在主载波设备的注册，并获得主载波设备分配给从载波设备的通道占用逻辑ID ；
所述通道占用逻辑授权模块用以实现载波网络通道占用时隙分配；
所述主从载波设备的载波模拟电路控制模块用于对载波模拟电路模块进行逻辑控
制；
所述主从载波设备的报文重组模块和端口逻辑映射控制模块用以实现载波网络IP化。
[0005]前述的存储器模块用于储存主从载波设备运行中产生的数据，存储器模块包括同步动态随机存取存储器和Flash存储器，所述同步动态随机存取存储器和Flash存储器分别与所述微处理器模块相连。[0006]前述的主载波设备的接口模块包括配置接口，数据接口和网管接口，所述从载波设备的接口模块包括配置接口和数据接口，其中，主载波设备的数据接口接入业务应用主站系统，从载波设备的数据接口接入业务终端，数据接口实现主从载波设备业务数据交互，主载波设备的网管接口接入载波网管，实现远程配置及管理，所述主从载波设备的配给接口均用于主从载波设备参数配置。
[0007]前述的载波模拟电路模块由载波芯片和与之相连的模拟信号处理电路构成，载波芯片实现业务数字信号及载波模拟信号相互转换，模拟信号处理电路实现发送及接收的载波模拟信号调制解调。
[0008]前述的主从载波设备的模拟前端包括载波功放、耦合滤波及阻抗匹配功能模块，用于将载波模拟电路模块发送及接收的载波模拟调制解调信号进行调理，然后将调理后的信号耦合入电力线实现业务数据交互。
[0009]前述的主从载波设备认证模块的具体过程为:从载波设备侦听线路数据，等待上行通道占用空间隙，通过认证模块发送设备认证短报文；主载波设备的认证模块收到设备认证短报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可报文，分配临时通道占用逻辑ID ;从载波设备的认证模块收到设备认证许可报文，等待临时通道占用逻辑ID间隙，发送设备认证信息报文；主载波设备的认证模块收到设备认证信息报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可确认报文并分配通道占用逻辑ID。
[0010]前述的授时模块进行授时的过程为:从载波设备接收认证并加入载波网络后，从载波设备接收校时信息并更新从载波设备计时器，返回校时确认并根据收发报文间隔时间计算校时时延，修正从载波设备计时器。
[0011]前述的通道占用逻辑授权模块进行通道占用授权的过程为:载波设备线路传输速率与线路最大传输报文长度确定通道可划分为多少个时隙，根据主载波设备预配置将通道时隙划分，通道时隙与从载波设备逻辑ID —一对应，上下行通道授权采用间插、非均分方式，分配比例根据载波网络规模可调节。
[0012]前述的载波网络IP化是指:主从载波设备接收载波链路报文，报文重组解析模块将载波链路报文转换为TCP/IP报文进行传输，然后再通过端口逻辑映射控制模块实现从载波设备配置数据在设备认证时，由主载波设备下发。
[0013]通过采用上述技术方案，本发明采用载波授时实现整个载波网络时标一致，在整个载波网络时标一致的前提下，才可对载波通道进行划分；采用载波设备认证对认证的载波设备分配逻辑ID即通道占用逻辑ID，可使每台载波设备在指定时隙内占用载波通道；采用端口逻辑映射控制载波机端口对后台或终端时采用标准以太网格式，在载波机与载波机的载波链路中可采用精简数据帧格式以降低对载波通道带宽要求，实现中压载波网络IP化。本发明公开的载波组网采用全IP架构，均支持IP方式访问，提高了网络的透明度，通过设备认证机制及实时监控有效的管理设备，有利于网络管理与故障诊断；本发明适用于复杂形势的组网通信，可有效地替代现有载波设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的主从载波设备的硬件模块示意图；
图2为本发明的主从载波设备硬件模块内功能模块示意图； 图3为本发明的主从载波设备认证授时逻辑图；
图4为本发明的实施例中载波网络通道占用时隙分配示意图；
图5为本发明的载波设备授时误差修正逻辑图；
图6为本发明的实施例中一主两从的载波设备组网示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进一步详细说明。
[0016]如图1和图2所示，本发明基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，包括主载波设备和从载波设备，其中主载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化系统相连，从载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化终端相连，主从载波设备的模拟前端均接入电力线；主从载波设备上均配置有微处理器模块和与之相连的电源模块、存储器模块、接口模块和载波模拟电路模块，主载波设备的微处理器模块上加载有授时模块，认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块，通道占用逻辑授权模块和端口逻辑映射控制模块；从载波设备的微处理器模块上加载有认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块和端口逻辑映射控制模块；
存储器模块用于储存主从载波设备运行中产生的数据，例如通道占用逻辑ID等，存储器模块包括同步动态随机存取存储器和Flash存储器；逻辑控制模块实现模拟信号处理电路及载波芯片逻辑控制功能。
[0017]主载波设备的接口模块包括配置接口，数据接口和网管接口，从载波设备的接口模块包括配置接口和数据接口；其中，主载波设备的数据接口与业务应用主站系统相连，从载波设备的数据接口与业务终端相连，数据接口实现主从载波设备业务数据交互，主载波设备的网管接口接入载波网管，支持SNMP协议，实现远程配置及管理，主从载波设备的配给接口均用于主从载波设备参数配置，如主从模式、数据接口参数、工作参数、载波网络预配置、通道占用比配置、网管参数配置等。
[0018]载波模拟电路模块由载波芯片和与之相连的模拟信号处理电路构成，载波芯片实现业务数字信号及载波模拟信号相互转换，模拟信号处理电路实现发送及接收的载波模拟信号调制解调。
[0019]载波模拟电路控制模块用于对载波模拟电路模块进行逻辑控制。
[0020]主从载波设备的模拟前端包括载波功放、耦合滤波及阻抗匹配功能模块，用于将载波模拟电路模块发送及接收的载波模拟调制解调信号进行调理，然后将调理后的信号耦合入电力线实现业务数据交互。
[0021]如图3所示，本发明基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备采用设备认证管理，用于完成从载波设备在主载波设备的注册，并获得主载波设备分配给从载波设备的通道占用逻辑ID，设备认证过程通过主从载波设备的认证模块实现，具体过程为，从载波设备侦听线路数据，等待上行通道占用空间隙，通过认证模块发送设备认证短报文；主载波设备的认证模块收到设备认证短报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可报文，分配临时通道占用逻辑ID ;从载波设备的认证模块收到设备认证许可报文，等待临时通道占用逻辑ID间隙，发送设备认证信息报文；主载波设备的认证模块收到设备认证信息报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可确认报文并分配通道占用逻辑ID ;认证报文发送实现超时3次重发机制。
[0022]如图3所示，本发明基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备采用载波方式进行授时，统一整个载波网络时钟，授时过程通过主载波设备的授时模块实现，体现在主载波设备对于经过设备认证后的从载波设备进行通道占用时分授权。主载波设备基准时间可通过网络基准时钟源获取，也可在主载波设备上配置载波网络基准时间。载波授时过程紧接着设备认证过程，在从载波设备接收认证并加入载波网络后，从载波设备接收校时信息并更新从载波设备计时器，返回校时确认并根据收发报文间隔时间计算校时时延，修正从载波设备计时器。
[0023]如图5所示给出了载波校时修正的具体实施例，主载波设备在Tl时刻下发校时，从载波设备在t时延收到校时并已Tl作为从载波设备时标，从载波在T2时刻返回校时确认帧并带T2时标，主载波设备在T3时刻收到带T2时标的校时确认帧，则t时延计算为(T3-T1)/2 (T2-T1)。
[0024]本发明基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备通过主载波设备的通道占用逻辑授权模块实现载波网络通道占用时隙分配；通道占用授权过程描述:载波设备线路传输速率与线路最大传输报文长度可确定通道可划分为多少个时隙，根据主载波设备预配置将通道时隙划分，通道时隙与从载波设备逻辑ID —一对应，上下行通道授权采用间插、非均分方式，分配比例根据载波网络规模可配。每个通道占用间隙需充分考虑通道突发冲突，在每个间隙前10%及后10%不使用。主载波设备在线统计从载波设备在线情况，动态调整通道占用授权。主从载波设备根据自身通道占用逻辑ID及主载波设备的通道占用授权进行时分数据通信。
[0025]如图4所示的具体实施例中，主载波设备利用下行通道占用间隙下发校时及通道占用授权。I主2从载波网络上下行通道为时分双工，在上下行通道占用间隙分配比例为2:1，在I个下行时隙紧接2个上行时隙，上行时隙依次为逻辑ID1、逻辑ID2、空闲逻辑ID及空时隙循环；I主3从载波网络可选通道占用间隙比为2:1或3:1可配置，在占用间隙比为2:1时上行时隙依次为逻辑ID1、逻辑ID2、逻辑ID2及空闲逻辑ID，在占用间隙比为3:I时上行时隙依次为逻辑ID1、逻辑ID2、逻辑ID2、空闲逻辑ID及两个空时隙循环。
[0026]本发明基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备通过主从载波设备的报文重组模块和端口逻辑映射控制模块用以实现载波网络IP化。主从载波设备接收载波链路报文，报文重组解析模块将载波链路报文转换为TCP/IP报文进行传输，然后再通过端口逻辑映射控制模块实现从载波设备配置数据在设备认证时，由主载波设备下发。
[0027]本发明为配用电通信系统提供了 一条可靠的通道，有效地解决了配用电通信系统“最后一公里”覆盖难题。
[0028]本发明载波设备的工作流程为:1)连接方式:主载波设备数据接口接入业务应用主站系统，网管接口接入载波网管，模拟前端接入电力线，从载波设备数据接口接入业务终端、模拟前端接入电力线；2)参数配置:通过配置接口设定主从载波参数，包括主从模式、数据接口参数、工作参数、载波网络预配置、通道占用比配置、网管参数配置等；3)载波网络组网:在主从载波设备正常配置运行后，从载波设备通过认证模块主动向主载波设备发送认证信息，主载波接收从设备的认证信息再根据载波网络预配置来判断是否通过从载波认证并分配逻辑ID，主载波设备通过认证模块及通道占有逻辑授权模块实现载波网络组网，主载波设备将通过授时模块利用载波授时实现载波网络时间统一 ；4)业务数据传输:在载波网络组网后，主从载波设备均在分配的时隙发送业务数据，业务应用主站及业务终端通过数据接口接入载波设备，实现业务数据交互，主从载波设备通过端口逻辑映射控制模块及报文重组解析模块实现载波网络IP化，通过载波模拟电路控制模块实现业务数据信号调制解调；5)网管接口:支持SNMP协议，接入载波网管，实现远程配置及管理。
[0029]图6是变电站一条具体的IOkV电线路图，为完成线路2处终端数据通信，建设I主2从载波网络，采用授时网络化机制。主载波设备位于变电站，2从载波设备分别位于终端侧。配置主载波设备载波网络10.1.1.0/24，设备IP地址10.1.1.2/24，端口 1024对应从载波设备I并且预分配通道占用逻辑ID I，端口 1025对应从载波设备2并且预分配通道占用逻辑ID 2，通道占用采用2:1非均分比，主载波默认逻辑ID 0。配置从载波设备I载波网络10.1.1.0/24，设备IP地址10.1.1.3/24，从载波设备2载波网络10.1.1.0/24，设备 IP 地址 10.1.1.4/24。
[0030]从载波设备分别主动向主载波设备发起设备认证并注册，获得授时及通道占用授权。主设备采用端口映射即业务应用主站程序对于10.1.1.2端口 1024收发数据将通过载波网络传达从载波I的数据口。从载波设备IP地址为10.1.1.3，业务终端I需对IP:
10.1.1.3建立TCP链接，即对终端设备I映射为主载波设备的10.1.1.2端口 1024。同理业务终端设备2映射为主载波设备的10.1.1.2端口 1025。载波设备均在授权时隙内发送数据，实现时分全双工，从而使网络实现载波网络的IP化。
【权利要求】
1.基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，包括主载波设备和从载波设备，所述主载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化系统相连，从载波设备通过采用RJ45网络接口与配电自动化终端相连，所述主从载波设备的模拟前端均接入电力线，所述主从载波设备上均配置有微处理器模块和与之相连的电源模块、存储器模块、接口模块和载波模拟电路模块，所述主载波设备的微处理器模块上加载有授时模块，认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块，通道占用逻辑授权模块和端口逻辑映射控制模块；所述从载波设备的微处理器模块上加载有认证模块，报文重组解析模块，载波模拟电路控制模块和端口逻辑映射控制模块； 所述授时模块用于主载波设备对从载波设备进行通道占用时分授权，实现整个载波网络时钟一致； 所述主从载波设备的认证模块用于完成从载波设备在主载波设备的注册，并获得主载波设备分配给从载波设备的通道占用逻辑ID ； 所述通道占用逻辑授权模块用以实现载波网络通道占用时隙分配； 所述主从载波设备的载波模拟电路控制模块用于对载波模拟电路模块进行逻辑控制； 所述主从载波设备的报文重组模块和端口逻辑映射控制模块用以实现载波网络IP化。
2.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述存储器模块用于储存主从载波设备运行中产生的数据，存储器模块包括同步动态随机存取存储器和Flash存储器，所述同步动态随机存取存储器和Flash存储器分别与所述微处理器模块 相连。
3.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述主载波设备的接口模块包括配置接口，数据接口和网管接口，所述从载波设备的接口模块包括配置接口和数据接口，其中，主载波设备的数据接口接入业务应用主站系统，从载波设备的数据接口接入业务终端，数据接口实现主从载波设备业务数据交互，主载波设备的网管接口接入载波网管，实现远程配置及管理，所述主从载波设备的配给接口均用于主从载波设备参数配置。
4.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述载波模拟电路模块由载波芯片和与之相连的模拟信号处理电路构成，载波芯片实现业务数字信号及载波模拟信号相互转换，模拟信号处理电路实现发送及接收的载波模拟信号调制解调。
5.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述主从载波设备的模拟前端包括载波功放、耦合滤波及阻抗匹配功能模块，用于将载波模拟电路模块发送及接收的载波模拟调制解调信号进行调理，然后将调理后的信号耦合入电力线实现业务数据交互。
6.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述主从载波设备认证模块的具体过程为:从载波设备侦听线路数据，等待上行通道占用空间隙，通过认证模块发送设备认证短报文；主载波设备的认证模块收到设备认证短报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可报文，分配临时通道占用逻辑ID ;从载波设备的认证模块收到设备认证许可报文，等待临时通道占用逻辑ID间隙，发送设备认证信息报文；主载波设备的认证模块收到设备认证信息报文，利用下行通道占用空间隙，下发设备认证许可确认报文并分配通道占用逻辑ID。
7.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述授时模块进行授时的过程为:从载波设备接收认证并加入载波网络后，从载波设备接收校时信息并更新从载波设备计时器，返回校时确认并根据收发报文间隔时间计算校时时延，修正从载波设备计时器。
8.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述通道占用逻辑授权模块进行通道占用授权的过程为:载波设备线路传输速率与线路最大传输报文长度确定通道可划分为多少个时隙，根据主载波设备预配置将通道时隙划分，通道时隙与从载波设备逻辑ID —一对应，上下行通道授权采用间插、非均分方式，分配比例根据载波网络规模可调节。
9.根据权利要求1所述的基于载波授时的网络化中压窄带电力线载波设备，其特征在于，所述载波网络IP化是指:主从载波设备接收载波链路报文，报文重组解析模块将载波链路报文转换为TCP/IP报文进行传输，然后再通过端口逻辑映射控制模块实现从载波设备配置数据在设备认证时，由主载波设备下发。
【文档编号】H04B3/54GK103647627SQ201310674537
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】闫磊, 张辉, 金燊, 许长忠, 吴立文, 李信, 尤新宇, 白杰, 常海娇, 纪雨彤, 于然, 许鸿飞, 田宇, 李雪梅, 袁卫国, 罗先南, 樊强, 何迎利, 张立武, 蔡世龙 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司信通分公司, 南京南瑞集团公司, 国网冀北电力有限公司廊坊供电公司, 国网冀北电力有限公司唐山供电公司, 南京南瑞信息通信科技有限公司