一种配电网网络通信结构的制作方法

本发明涉及一种通信方式，更具体的说是涉及一种配电网网络通信结构。

背景技术：

由于在电网配电系统中具有大量的节点,同时随着设备的增加以及设备的多样化, 对实现各节点信息的采集、监控、管理和故障排除增加了巨大的难度。对各节点设备信息的及时有效的信息采集，提高电力能源的利用效率和安全级别，是所有电网公司所面临的一个难题。

在不同的环境下，可能要部署不同的通信方式如有线、无线，3G 或 4G，不同的通信方式对系统的兼容和后台数据收集的转换增加了难度。

低功耗和有损网络（LLN）上进行数据传输时，传输速率可能会爆发到链路总带宽的 60%- 90％，从而出现不可预知的错误或连接丢失。

电网配置网中由于缺乏NSF 和 ISSU 这样的特性，因此节点故障率节点故障显著高于传统 IP （Internet Protocol）网络中的节点。传统的协议无法满足这么多数量的设备互联，无法满足高约束和不稳定环境的联网要求。

通过物联网的方式可以解决上述问题，但是随着物联网对象的 IP 智能化，各种类型的节点可以混合到通信基础设施。路由协议必须基于节点的能力管理流量路径，电力配电自动化智能终端必须能够传输通信流量。安装在网络末端最后一英里的设备，并不像 PC 和服务器具有强大的计算和储存能力，他们在功率、CPU、内存和存储方面的资源都非常有限。因此，嵌入式网络协议栈必须努力限制到几K位闪存和几十K比特，同时要求路由协议必须基于节点的能力管理流量路径，电力配电自动化智能终端必须能够传输通信流量，然而现有的终端通信结构无法达到上述要求。

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可以减少终端CPU和内存等资源占用的配电网网络通信结构。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种配电网网络通信结构，包括：

邻域网单元，该邻域网单元包括场域路由器、配网自动化系统和多个工作流管理终端，所述配网自动化系统和多个工作流管理终端均与场域路由器连接，所述工作流管理终端与场域路由器的连接方式为以太网或串口或WiFi 或者 RF Mesh或PLC Mesh，其中，场域路由器、配网自动化系统和工作流管理终端之间运行的通信协议为低功率有损网协议RPL；

NOC网络运营中心，该NOC网络运营中心包括CG-NMS平台、NOC应用服务器和NOC网络服务器，所述CG-NMS平台包括前端用户界面和后端数据库，前端用户界面和后端数据库均搭载在NOC应用服务器内，所述前端用户界面运行在Red Hat Linux系统内，所述后端数据库为Oracle 数据库，所述前端用户界面用于人机交互，通过Red Hat Linux系统与后端数据库通信，调用或是存入数据，所述NOC应用服务器与NOC网络服务器连接；

广域网单元，该广域网单元包括安全接入模块和通信线路，所述通信线路为光纤或以太专网或全球微波互联接入 WiMAX或3G/4G，该通信线路连接场域路由器和NOC网络服务器，所述安全接入模块设置在通信线路与场域服务器相连的一端上。

作为本发明的进一步改进，所述通信线路的流量模型如下：

点到多点：从 NOC 网络服务器到配网自动化系统的流量，支持 IPv4/IPv6 的单播和组播，通过协议转换支持 SCADA 协议。

多点到多点：从工作流管理终端到 NOC网络服务器的流量。

点到点：外部变电站之间的流量，除了 IPv4/IPv6 外支持二层的IEC 61580 GOOSE/SV ，以及自动闭合开关控制器之间的通信，使用 WiMAX CPE 到变电站的 WiMAX 基站。

作为本发明的进一步改进，所述安全接入模块包括证书识别层、网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层和物理安全层，所述证书识别层、网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层和物理安全层相互之间依次连接，其中，数据从证书识别层进入，经过网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层后从物理安全层输出。

作为本发明的进一步改进，所述工作流管理终端使用基于CoAP的 Push模式，所述场域路由器的 SNMP 使用 Pull 模式，所述通信线路内的Netflow/IPfix使用 Push 模式；

其中，CoAP为应用层协议，Push模式为实时播放模式，SNMP为网络管理协议，Pull 模式为回放模式，Netflow/IPfix为IP数据流信息输出。

作为本发明的进一步改进，所述低功率有损网协议RPL协议流程如下：

使用 902 到 928MHz频段，每 400kHz 为间隔，共 64 个非重叠频段；

运行 Ipv4/IPv6 的以太网协议，三层运行 IEC60870-5-104提供配网自动化系统和工作流管理终端之间的通信；

串口支持 RS-232 / RS-485提供工作流管理终端与场域路由器的通信，设备符合 IEC 60870-5-101；

通过 CGR1000 自带的有线或者 WiFI 无线进行远程工作流管理；

使用 CG-Mesh 技术组建 NAN 邻域网，用以支持端到端的IPv6 通讯。

本发明的有益效果，通过将领域网单元设置成场域路由器、配电网自动化系统和工作流管理终端，就可以利用配电网自动化系统和工作流管理终端采集电网的工作信息，且将三者之间运行的通信协议为低功率有损网协议RPL，可以有效的降低三者之间通信所占的终端CPU和内存资源，如此就不会出现通信占用过多的终端CPU和内存资源导致的终端无法很好的工作的问题，而通过NOC网络运营中心和广域网单元的设置，场域路由器可以通过广域网单元与NOC网络运营中心通信，将数据传输至NOC网络运营中心，而将广域网单元设置成安全接入模块和通信线路，利用通信线路可以有效的实现通信功能实现传输通信流量的功能，而安全接入模块则可以提升传输通信流量的安全性，将NOC网络运营中心设置成CG-NMS平台、NOC应用服务器和NOC网络服务器，可以利用NOC网络服务器与通信线路通信，利用NOC应用服务器和CG-NMS平台实现数据与人之间的交互，实现了在接收到数据以后人们通过CG-NMS平台对数据进行处理的效果。

附图说明

图1为本发明的配电网网络通信结构的结构框图；

图2为图1中安全接入模块的结构图。

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2所示，本实施例的一种配电网网络通信结构，其特征在于：包括：

邻域网单元1，该邻域网单元1包括场域路由器11、配网自动化系统12和多个工作流管理终端13，所述配网自动化系统12和多个工作流管理终端13均与场域路由器1连接，所述工作流管理终端13与场域路由器1的连接方式为以太网或串口或WiFi 或者 RF Mesh或PLC Mesh，其中，场域路由器11、配网自动化系统12和工作流管理终端13之间运行的通信协议为低功率有损网协议RPL；

NOC网络运营中心2，该NOC网络运营中心2包括CG-NMS平台21、NOC应用服务器22和NOC网络服务器23，所述CG-NMS平台21包括前端用户界面211和后端数据库212，前端用户界面211和后端数据库212均搭载在NOC应用服务器22内，所述前端用户界面211运行在Red Hat Linux系统内，所述后端数据库212为Oracle 数据库，所述前端用户界面211用于人机交互，通过Red Hat Linux系统与后端数据库212通信，调用或是存入数据，所述NOC应用服务器22与NOC网络服务器23连接；

广域网单元3，该广域网单元3包括安全接入模块31和通信线路32，所述通信线路32为光纤或以太专网或全球微波互联接入 WiMAX或3G/4G，该通信线路32连接场域路由器11和NOC网络服务器23，所述安全接入模块31设置在通信线路32与场域服务器11相连的一端上，在配电网信号传输的过程中，配网自动化系统12采集电网信息，工作流管理终端13采集人操作信息，上述两种信息通过低功率有损网协议RPL传输到场域路由器11内，然后通过通信线路32将场域路由器11内的信息数据传输到NOC网络服务器23，之后通过NOC网络服务器传输至NOC应用服务器22内，用户便可以通过前端用户界面211和后端数据212对数据进行处理和存储，如此有效的完成了信息数据的通信，由于上述通信过程中，采用了配网自动化系统12和工作流管理终端13与场域路由器11之间的通信利用低功率有损网协议RPL，如此可以有效的降低了通信所占用的终端的CPU和内存资源，实现了通信结构的轻量级，满足苛刻的运行环境，同时在前端用户界面211和后端数据库212之间的通信利用Red Hat Linux，相比于现有的操作系统，Red Hat Linux所占CPU运行空间小，需求小，因而在这里可以实现将整个NOC应用服务器22设置成移动终端，使得整个通信结构变为轻量级，满足苛刻的运行环境，而通过安全接入模块31的存在，便可以对通信安全进行有效的保护作用，使得通信环境更加的安全可靠。

作为改进的一种具体实施方式，所述通信线路32的流量模型如下：

点到多点：从 NOC 网络服务器23到配网自动化系统12的流量，支持 IPv4/IPv6 的单播和组播，通过协议转换支持 SCADA 协议。

多点到多点：从工作流管理终端13到 NOC网络服务器23 的流量。

点到点：外部变电站之间的流量，除了 IPv4/IPv6 外支持二层的IEC 61580 GOOSE/SV ，以及自动闭合开关控制器之间的通信，使用 WiMAX CPE 到变电站的 WiMAX 基站，当通信线路23满足上述流量模型时，便可以有效的实现通信线路23能够有效的传输通信流量的效果，如此便能够更好的符合终端通信过程中所需要的要求了。

作为改进的一种具体实施方式，所述安全接入模块31包括证书识别层、网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层和物理安全层，所述证书识别层、网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层和物理安全层相互之间依次连接，其中，数据从证书识别层进入，经过网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层后从物理安全层输出，通过证书识别层、网络准入控制层、用户管理层、数据保密层、秘钥管理层、路由与流量过滤层、安全隔离层和物理安全层的设置就可以实现多重保护的效果，一条信息数据内就包含有多种信息，因而需要对其内包含的每条信息进行验证，才能够实现安全保护的效果，因而采用上述多层的设置，便可以实现利用每一层对数据内每一条信息进行安全验证的效果了，如此就能够更好的实现信息数据的安全保护效果。

作为改进的一种具体实施方式，所述工作流管理终端31使用基于 CoAP 的 Push模式，所述场域路由器1的 SNMP 使用 Pull 模式，所述通信线路32内的Netflow/IPfix 使用 Push 模式；

其中，CoAP为应用层协议，Push模式为实时播放模式，SNMP为网络管理协议，Pull 模式为回放模式，Netflow/IPfix为IP数据流信息输出，将工作流管理终端31设置成基于 CoAP 的 Push模式，场域路由器1的 SNMP 使用 Pull 模式和通信线路32内的Netflow/IPfix 使用 Push 模式，就可以实现场域路由器1和工作流管理终端31就可以实现对流量路径的管理，满足了电网终端通信的要求。

作为改进的一种具体实施方式，所述低功率有损网协议RPL协议流程如下：

使用 902 到 928MHz频段，每 400kHz 为间隔，共 64 个非重叠频段；

运行 Ipv4/IPv6 的以太网协议，三层运行 IEC60870-5-104提供配网自动化系统12和工作流管理终端13之间的通信；

串口支持 RS-232 / RS-485提供工作流管理终端13与场域路由器1的通信，设备符合 IEC 60870-5-101；

通过 CGR1000 自带的有线或者 WiFI 无线进行远程工作流管理；

使用 CG-Mesh 技术组建 NAN 邻域网，用以支持端到端的IPv6 通讯，采用端到端的 IP 智能网格架构可以利用30年的 Internet 协议技术[RFC 6272]保证开放标准和互操作性，在很大程度上已经被二十亿终端用户证明，采用基于 IP 的场域网具有以下好处：

开放和基于标准

网络，传输和应用程序的核心组件层由互联网工程任务组IETF进行标准化，而关键的物理层、数据链路是通常的工业组织标准化并提出应用协议。

轻量级，满足苛刻的运行环境

通用的多业务通讯能力

分层 IP 架构有足够的能力应付任何类型的物理和数据链路层，使之成为面向未来的。各种媒体可以在部署中使用，不需要改变整体解决方案的体系结构和数据流。

无处不在

所有最近的操作系统的版本，从个人电脑和服务器到轻量级嵌入式系统有一个集成的双IPIPv4 和 IPv6堆栈，这使得一个新的网络功能部署实现更容易。

可扩展的大规模终端接入

随着互联网的广泛使用，IP 已经大规模部署和测试，强大的可扩展性得以支持数以百万计的私人或公共的 IP 基础设施节点，在一个统一的管理下类似于预期的场域网 FAN 部署已运行多年。

可管理性和安全

通信基础设施需要适当的管理和安全功能进行适当的操作，IP 网络具有成熟的网络管理和安全协议、机制和工具集。网络管理有助于电力公司运营的业务应用程序通过互联电网网络管理系统 CG-NMS 的帮助，利用网络管理工具以改善他们的服务，例如，标识何时停电。

终端到终端

采用 IP 网络提供任何设备之间的端至端双向通信能力。根据业务需求来实现集中式或分布式体系结构的数据操作。减少中间协议，去除协议之间的翻译网关利于引入新的服务为了减少温州电力配电自动化终端的 CPU 和内存等资源利用。

综上所述，本发明的配电网网络通信结构，通过将邻域网单元1设置成场域路由器11、配网自动化系统12和工作流管理终端13，如此便可以实现利用配网自动化系统12采集电网信息，工作流管理终端13采集工作人员的操作信息，且三者之间通过低功率有损网协议RPL通信，如此可以有效的减小通信所占的CPU和内存资源，而通过将NOC网络运营中心2设置成CG-NMS平台21和NOC应用服务器22和NOC网络服务器23可以与通信线路32配合实现传输通信流量的效果，如此就能够有效的符合电力电网的通信要求。

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。