本发明涉及输电线路在线监测及运维系统的数据通信方式，具体涉及一种无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法及其系统。
背景技术：
输电线路在线监测技术是实现状态监测、状态检修的重要手段。输电线路状态监测设备负责采集输电线路实时运行状态数据及环境数据，并通过数据通信网络将数据传输到省调输变电状态监测主站，目前普遍采用现有无线公网(GPRS/CDMA/3G)作为主要传输手段，但由于高压输电走廊多数处于偏远地区，公网信号覆盖普遍较差，使得在线监测数据传输极不可靠，且监测布点也受到公网覆盖的限制。更为重要的一点是，无线公网数据传输方式安全性极低，均采用明文方式，数据内容可直接被第三方读取，无任何加密方式。同时，随着视频监控逐渐成为输电线路状态监测的重要组成部分，在线监测系统也对业务传输带宽提出了更高的要求，现有公网传输带宽及覆盖范围均不能满足实时传输高清视频的需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法，该方法解决了在线监测高带宽的通信需求，而且大大提高了数据传输的安全性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法，用于输电线路多塔位的数据传输，至少包括
前端塔位的状态监测代理设备与异塔状态监测装置之间按照点对多点建立无线TDMA通信链，同时将无线频谱按时隙划分至各个状态监测装置；
状态监测代理设备与状态接入网关机之间建立以太网无源光网络通信链；
以太网无源光网络的ONU光模块与无线TDMA模块之间建立通信；
在数据传输期间，各异塔状态监测装置获取并处理监测数据，将监测数据信号通过无线TDMA通信链传输至前端塔位的ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
进一步的改进方案中，本发明方法还包括
前端塔位的状态监测代理设备与各异塔状态监测装置之间建立Zigbee通信链；
在数据传输期间，异塔状态监测装置获取并处理监测数据，通过Zigbee通信链传输至状态监测代理设备，状态监测代理设备接收并将数据信号转换成以太网信号，耦合到ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
本发明方法为进一步对同塔监测装置的数据实现采集，还包括
状态监测代理设备端通过RS485串口、RS232串口与同塔状态监测装置建立有线通信链；
在数据传输期间，同塔状态监测装置获取并处理监测数据，通过串口传输至状态监测代理设备，状态监测代理设备接收并将串口信号转换成以太网信号，耦合到ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
再一个改进的技术技术方案中，所述方法还包括
状态监测代理设备端，现场调节终端通过WIFI网络与所述光网络单元建立通信；
在数据传输期间，现场调节终端进行调节及控制数据，数据信号经WIFI网络上传至光网络单元；
通过ONU光模块的交换机，WIFI模块的数据输入至状态监测代理设备主控板的处理器平台；
处理器平台将数据缓存后，发送至加密芯片实现数据的加密；
加密后的数据按协议打包后，通过以太网无源光网络与远端状态接入网关机建立通信连接。
针对本发明的无线TDMA模块传输监控视频数据耗能较大以及有效监测时段的特征，本发明方法还包括
主站系统通过状态接入网关机经以太网无源光网络向状态监测代理设备下达无线TDMA通信链设备的休眠或唤醒状态指令；
状态监测代理设备依据指令通过电源控制单元对无线TDMA通信链设备进行休眠或唤醒状态的操作。
再一个优选技术方案中，所述监测数据包括视频监控数据、传感器监测数据以及电源供电系统监测数据；
状态监测代理设备与异塔状态监测装置之间，所述通过无线TDMA通信链传输的监测数据为视频监控数据；所述通过Zigbee通信链传输的监测数据为传感器监测数据。
进一步的，所述状态监测代理设备通过嵌入式的微处理器内核来调度控制，其控制平台采用TI AM335X系列ARM平台。
本发明另一方面还提供了一种无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的系统，用于输电线路的巡检，所述系统包括
设于前端塔位的状态监测代理设备，包括主控模块、无线TDMA模块、ONU光模块和电源供电及控制模块；
所述主控模块配置为内部各模块供电稳压、监测和控制、通道控制管理、设备操作维护管理功能；
所述无线TDMA模块设置有多个串口，配置为接收多个异塔传输的视频图像监测数据；
所述ONU光模块配置为将所有监测数据传输到状态接入网关机，且接收状态接入网关机发送的控制指令；
所述电源供电及控制模块配置为ONU光模块、无线TDMA模块供电及对相关模块休眠或唤醒状态的控制；
多个异塔状态监测装置，每个所述异塔状态监测装置包括视频图像监测模块、传感器监测模块、异塔无线TDMA模块和电源模块；
所述视频图像监测模块和传感器监测模块分别用于视频图像、对应传感器检测项数据的监测，并将监测数据转换成所需传输形式进行输出；
各个所述异塔无线TDMA模块配置采用时分多址形式与所述状态监测代理设备的无线TDMA模块配置相连，用于监测数据的传输；
所述电源模块配置为视频图像监测模块、传感器监测模块以及无线TDMA模块供电；
状态接入网关机，配置与ONU光模块相匹配的OLT光模块，以接收所有监测数据，且向状态监测代理设备传递主站系统的控制指令。
进一步的，所述状态监测代理系统的主控模块内设有Zigbee单元、串口单元和串口转以太网单元；
所述Zigbee单元配置为与异塔状态监测装置配置的Zigbee通信单元相连接，用于传输传感器模块的监测数据；
所述串口单元包括与同塔状态监测装置建立有线通信的RS485串口、RS232串口；用于将同塔状态监测装置的监测数据传输至状态监测代理设备；
所述串口转以太网单元配置为将串口信号转换成以太网信号，耦合到光网络单元。
再进一步的，所述状态监测代理系统还包括有与所述光网络单元建立通信WIFI模块，用于将现场调节终端调节及控制数据上传至光网络单元；所述主控模块内设有加密芯片，用于在状态监测代理设备将接收到的WIFI模块数据缓存后，对数据进行加密。
本发明的有益效果在于：
本发明方法的数据接入方案为无线基站方式，采用TDMA时分多址技术，可以实现远距离的基站覆盖和现场视频监控数据的远程接入；该方法具备数据安全性高，覆盖距离远，频谱效率高，抗干扰性高的特点。
本发明方法还通过塔上CMA装置形成超过5km半径的无线视距覆盖，在需要移动作业终端业务支持的区域，可以直接接入移动终端设备无需更改塔上设备部署，移动作业终端可在该无线覆盖区域内接入线路监测网络，并通过OPGW光纤通道与远端主站建立通信连接和交互通信，从而实现数据的长距离的远程传输，大大提高链型网络的可靠性，保证上传数据的安全稳定可靠。
附图说明
图1为本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法的一种实施方式的示意图；
图2为本发明方法中状态监测代理设备与异塔状态监测装置建立Zigbee通信的实施方式的示意图；
图3为本发明方法中状态监测代理设备与异塔状态监测装置建立串口的实施方式的示意图；
图4为本发明方法中状态监测代理设备与异塔状态监测装置建立WIFI通信的实施方式示意图；
图5为本发明休眠或唤醒无线TDMA的方法的实施例示意图；
图6为本发明状态监测代理设备的一种结构示意图；
图7为本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的系统的一种实施方式的示意图；
图8为本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的系统的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法及系统的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围；有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
图1为本发明一种无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法示意图。该实施例所示方法包括：
前端塔位的状态监测代理设备与异塔状态监测装置之间按照点对多点建立无线TDMA通信链，同时将无线频谱按时隙划分至各个状态监测装置；
状态监测代理设备与状态接入网关机之间建立以太网无源光网络通信链；
以太网无源光网络的ONU光模块与无线TDMA模块之间建立通信。
在数据传输期间，各异塔状态监测装置获取并处理监测数据，将监测数据信号通过无线TDMA通信链传输至前端塔位的ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
需要说明的是，本发明采用的无线TDMA时分多址技术在实施过程中，主要针对视频监控数据的传输特性，使数据通信质量高，系统容量较大，以保证数据顺畅接入和集中至状态检测代理设备；监测数据再通过状态检测代理设备的OPGW光纤传送到状态接入网关机落地，再通过该状态接入网关机的SDH设备上传到监控中心。如此，主站系统在点击视频数据选项时，保证获取流畅不卡顿的监控视频数据。
在具体实施方案中，所述主站系统为能接入各类输变电设备状态监测信息，并进行集中存储、统一处理和应用的一种计算机系统。所述状态接入网关机一般设置于中继站或变电站，其为部署在主站系统侧的一种关口设备，能以标准方式远程连接状态监测代理，获取并校验状态监测代理设备发出的各类状态监测信息，并可对状态监测代理设备进行控制。
在一些优选实施例中，本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的方法还包括异塔之间的Zigbee通信、同塔的串口通信以及现场WIFI网络通信。图2-4示出了该技术方案的一些具体实施例。
1、图2所示，前端塔位的状态监测代理设备与各异塔状态监测装置之间建立Zigbee通信链。
在数据传输期间，异塔状态监测装置获取并处理监测数据，通过Zigbee通信链传输至状态监测代理设备，状态监测代理设备接收并将数据信号转换成以太网信号，耦合到ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
2、图3所示，状态监测代理设备端通过RS485串口、RS232串口与同塔状态监测装置建立有线通信链。
在数据传输期间，同塔状态监测装置获取并处理监测数据，通过串口传输至状态监测代理设备，状态监测代理设备接收并将串口信号转换成以太网信号，耦合到ONU光模块，再经以太网无源光网络远程传输至状态接入网关机。
3、图4所示，状态监测代理设备端，现场调节终端通过WIFI网络与所述光网络单元建立通信。
在数据传输期间，现场调节终端进行调节及控制数据，数据信号经WIFI网络上传至光网络单元；
通过ONU光模块的交换机，WIFI模块的数据输入至状态监测代理设备主控板的处理器平台；
处理器平台将数据缓存后，发送至加密芯片实现数据的加密；
加密后的数据按协议打包后，通过以太网无源光网络与远端状态接入网关机建立通信连接。
现有技术的无线公网数据传输方式安全性极低，均采用明文方式，数据内容可直接被第三方读取，无任何加密方式。针对该问题，本发明在优选实施例的状态检测代理设备端设置加密芯片，该加密芯片内嵌32真随机数发生器TRNG，其提供32位硬件加密，用于实现公钥算法、摘要算法以及AES、DES等对称算法，所有接入数据均经过加密处理，以确保数据安全性要求。
需要说明的是，本发明所述监测数据包括视频监控数据、传感器监测数据以及电源供电系统监测数据。所述传感器监测数据包括微气象监测数据、杆塔防盗监测数据以及绝缘子污秽监测数据等。在一些优选实施例中，状态监测代理设备与异塔状态监测装置之间，所述通过无线TDMA通信链传输的监测数据为视频监控数据；所述通过Zigbee通信链传输的监测数据为传感器监测数据。
所述无线TDMA通信链传输的监测数据为视频监控数据时，如图5所示，具体方法为：
主站系统通过状态接入网关机经以太网无源光网络向状态监测代理设备下达无线TDMA通信链设备的休眠或唤醒状态指令；
状态监测代理设备依据指令通过电源控制单元对无线TDMA通信链设备进行休眠或唤醒状态的操作；其中所述休眠或唤醒状态的操作包括临时操作以及设定时间间隔的标准操作，所述标准操作为在工作时段内以每个1小时唤醒依次、工作30分钟后进入休眠为一循环。
状态检测代理设备通过光纤通信网络将电源的监测数据参数上报到主站，主站系统可通过事先设定好的电量维护策略通过光纤传输通道，实时的对相关杆塔的功耗设备进行休眠/唤醒控制，塔上状态检测代理设备的无线TDMA通信设备功耗最大(最大功耗为15W，但从实际应用来看，视频监测并不需要全天候24小时上传监控视频)，所以设计无线TDMA通信设备采用休眠/唤醒状态工作方式(例如主要在白天工作时间工作，用于传送视频监控图像，每天平均工作时间是8小时，其他时间处于休眠状态)，以满足对蓄电池电量充放电控制及传感器信息上送的完美配合，进而实现对蓄电池能量的高效节能利用，保证核心传感器数据信息长时间的上传需要。
具体说明，对于连续阴雨天气，无线TDMA模块每天工作时间是4小时，分成8次每次工作30分钟，每小时启动一次，每次工作30分钟后休眠，每天自动启动8次，每次工作30分钟可连续工作12天；在电池容量有限的情况下，保证塔上状态检测代理设备能够在连续阴雨天气情况下仍然能够实现监测数据和视频的上传，可以保证在连续12天以上的阴雨天气情况下仍然能工作。
还需说明的是，所述状态监测代理设备通过嵌入式的微处理器内核来调度控制，其控制平台采用TI AM335X系列ARM平台。主控板集成串口、网口及存储设备，至少两个的网口，一个为ONU光模块的交换机端口，另一为扩展网口；多个串口，包括电源板连接串口、GPRS串口、Zigbee串口、检测状态装置接入串口以及调试/备用串口，其中一个优选实施例如图6所示。
图7示出了本发明无线宽带专网技术实现数据的接入与集中的系统的一种实施方案。所述系统包括设于前端塔位的状态监测代理设备、多个异塔状态监测装置以及状态接入网关机。
状态监测代理设备包括主控模块、无线TDMA模块、ONU光模块和电源供电及控制模块；
所述主控模块配置为内部各模块供电稳压、监测和控制、通道控制管理、设备操作维护管理功能；
所述无线TDMA模块设置多个串口，配置为接收多个异塔传输的视频图像监测数据；
所述ONU光模块配置为将所有监测数据传输到主站，且接收主站发送给的控制指令；
所述电源供电及控制模块配置为ONU光模块、无线TDMA模块供电及对相关模块休眠或唤醒状态的控制。
每个所述异塔状态监测装置包括视频图像监测模块、传感器监测模块、异塔无线TDMA模块和电源模块；
所述视频图像监测模块和传感器监测模块分别用于视频图像、对应传感器检测项数据的监测，并将监测数据转换成所需传输形式进行输出；
各个所述异塔无线TDMA模块配置采用时分多址形式与所述状态监测代理设备的无线TDMA模块配置相连，用于监测数据的传输；
所述电源模块配置为视频图像监测模块、传感器监测模块以及无线TDMA模块供电。
状态接入网关机配置与ONU光模块相匹配的OLT光模块，以接收所有监测数据，且向状态监测代理设备传递主站系统的控制指。
图8示出了本发明系统的第二种实施方式，在上述实施方式的基础上，所述状态监测代理系统的主控模块内还设有Zigbee单元、串口单元和串口转以太网单元。
所述Zigbee单元配置为与异塔状态监测装置配置的Zigbee通信单元相连接，用于传输传感器模块的监测数据；
所述串口单元包括与同塔状态监测装置建立有线通信的RS485串口、RS232串口；用于将同塔状态监测装置的监测数据传输至状态监测代理设备；
所述串口转以太网单元配置为将串口信号转换成以太网信号，耦合到光网络单元。
所述状态监测代理系统还包括有与所述光网络单元建立通信WIFI模块，用于将现场调节终端调节及控制数据上传至光网络单元；所述主控模块内设有加密芯片，用于在状态监测代理设备将接收到的WIFI模块数据缓存后，对数据进行加密。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。