智能电网通信中的电力线载波IPv6与无线ZigBee间的通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能电网中电力线载波网络及ZigBee网络通信领域，适用于电力线载波网络和ZigBee网络之间的数据交互，具体为智能电网中有线网络和无线网络中混合传输提供一种有效传输的方法。
【背景技术】
[0002]智能电网(Smart Grid)已成为近年来国内外有关未来电网发展趋势的热门话题，是当今世界电力系统发展变革的最新动向。智能电网的信息传输需要建立可靠的通信网络，电力线通信技术作为终端用户与电力公司交换信息的关键技术之一，应用于智能电网建设中非常有竞争力。电力线通信技术(Power Line Communicat1n, PLC)是以电力线作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式。
[0003]随着智能电网技术的发展，将下一代互联网核心技术IPv6与电力线载波通信网络相结合，实现电力线载波设备IP化，是电力线载波通信网络的发展方向。目前，电力线智慧电表进化联盟(Power line Intelligent Metering Evolut1n, PRIME)提出的PRIME 标准和法国电网输送公司(Electricite Reseau Distribut1n France, ERDF)发起，美信公司(Maxim)等共同公布的G3-PLC标准对电力线载波设备的IP化进行了相关研宄。PRME标准MAC层采用IEEE 802.16标准。G3-PLC标准对电力线载波通信的物理层和MAC层进行了规范，其物理层采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing, OFDM)调制技术，MAC 层采用 IEEE 802.15.4 标准及 6LoWPAN(IPv6over Lowpower Wireless Personal Area Networks)适配层，实现了 IPv6 报文在MAC (Media AccessControl)层 IEEE802.15.4 上的传输。
[0004]近年来，基于Bluetooth(基于 IEEE 802.15.1)、W1-Fi (基于 IEEE 802.11)和ZigBee (基于IEEE 802.15.4)等协议的无线网络技术得到迅猛发展。为了规范传感器网络的数据通信，2000年12月，IEEE 802.15.4工作组成立，制定了针对低速无线网络应用的物理层和媒体接入层的802.15.4标准。ZigBee联盟基于IEEE802.15.4标准，制定了数据链路层(Data Link Layer，DLL)、网络层(Network Layer, NWK)和应用编程接口 (Applicat1nProgram Interface, API)标准，并负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作。
[0005]如何将无线网络技术与有线网络技术融合成为研宄的新热点。首先需要解决的问题是数据的兼容性，以及如何实现有线网络与无线网络之间的连接和通信。因此有线通信协议与无线协议之间的转换技术必不可少。经过对现有文献的检索发现，中国专利申请号为:201410046073.4，名称为！ZigBee转WIFI网关，该技术提出了将ZigBee通信协议和WIFI通信协议进行转换及协议字段解析；中国专利申请号为:201310611561.0，名称为:一种基于ZigBee和Z-Wave技术的无线网关，该技术提出了解决Z-Wave无线通信网络与ZigBee无线网络相对通畅的互联互通的问题。但是以上技术都只是涉及了无线协议之间的转换。由于电力线载波IPv6和ZigBee具有不同的协议规范，ZigBee网络中的设备就无法和电力线载波IPv6网络中的设备通信。要解决异构网络之间的通信问题，就需要通信转换。然而目前还未有关于电力线载波IPv6网络与无线ZigBee网络之间通信方法文献的公开报道。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种实现电力线载波IPv6通信协议报文的无线传输和无线ZigBee报文的有线传输的方法，为智能电网有线网络与无线网络之间提供通信桥梁。
[0007]本发明的技术方案如下:一种智能电网通信中的电力线载波IPv6与无线ZigBee间的通信方法，其中电力线载波IPv6网络和无线ZigBee网络之间通信相互转换的网关装置包括有电力线载波模块、主控单元、电源管理单元、无线ZigBee射频模块和存储器模块，所述电力线载波IPv6的协议栈包括有基于OFDM的物理层、基于IEEE 802.15.4标准的MAC层、6LoWPAN适配层、IPv6网络层和采用UDP协议的传输层及IPv6应用层协议，实现了 IPv6报文在MAC的传输；所述无线ZigBee的协议栈包括有2.4GHz的射频物理层、基于IEEE802.15.4标准的MAC层、无线ZigBee网络层及无线ZigBee应用层协议，所述通信方法包括以下步骤:
[0008]101、对电力线载波IPv6与无线ZigBee间的通信模块进行初始化，包括主控单元初始化、电力线载波模块初始化及无线ZigBee模块初始化；所述的主控单元初始化，包括:I/O 口的初始化，看门狗清零，中断响应处理，控制器定义所需的变量、常量和数据类型，Flash存储器处理，串行通信处理，定时器处理，Linux操作系统初始化；
[0009]102、在不改变ZigBee和电力线载波IPv6协议的前提下，电力线载波IPv6协议栈和无线ZigBee协议栈均被设置在主控单元的用户空间，通过数据包的多空间共存调度策略和过滤阻塞机制，对电力线线载波IPv6数据包和ZigBee数据包进行高效的处理；电力线载波模块通过轮询方式查询电力线上是否有数据传输，提取电力线上的有效数据，进行解析并传递给主控单元，主控单元根据接收到的报文产生中断，主控单元接收到电力线载波模块解析后的数据，则执行步骤103 ;无线ZigBee子网的接入模块等待接收2.4GHz无线网络的数据，如果在设定的时间内没有进行收、发数据，无线射频模块则进入休眠状态，当有数据传输时会对射频模块进行唤醒并传输数据，主控单元接收到无线ZigBee数据，则执行步骤104 ；
[0010]103、电力线载波模块将接收到的数据信息传给主控单元，主控单元将接收到的电力线载波数据报文转换为无线ZigBee数据报文，无线ZigBee数据报文通过SLIP协议的串行发送缓冲器经射频天线进行无线发射；
[0011]104、主控单元的控制器对从射频天线经串行接收缓冲器将接收到的无线ZigBee数据报文信息进行解析，提取有效数据包后，将会对该数据进行无线ZigBee数据报文到电力线载波数据报文的转换，并将转换后的数据经电力线载波模块耦合到电力线传输媒介进行传输。
[0012]进一步的，步骤101中所述的电力线载波模块初始化，包括以下步骤:
[0013](I)电力线载波模块的硬件底层初始化，包括有时钟、I/O 口、定时器、串口通信和中断优先级设置；
[0014](2)电力线载波模块中IPv6协议栈的初始化，包括有应用层的收、发状态和应用层的属性，物理层的收、发状态和OFDM调制解调，以及物理层的属性、标志位和内存空间分配，MAC层的收、发状态和MAC层的属性及地址，适配层的收、发状态和适配层的属性，网络层的收、发状态和网络层的属性、IPv6的地址及网络管理；
[0015](3)网关载波模块的组网，载波节点通过发送入网请求、连接请求等交互过程完成入网，网关载波模块为入网的载波节点分配全球唯一的IPv6地址，从而形成支持IPv6技术的电力线载波通信网络。
[0016]进一步的，步骤102中