应用在分界开关监控系统的应用层网关及其监控方法与流程

本发明属于电力设备网络通信领域，具体涉及一种应用在分界开关监控系统的应用层网关及其控制方法。

背景技术：

随着智能配电终端规模不断扩大，无线公网因为具有覆盖范围广、架设方便、经济易扩展等优点，已成为配电终端接入配电系统的重要通信方式。然而，目前配电终端与电力scada系统之间的信息传输广泛采用dl/t634.5104规约。dl/t634.5104规约要求终端利用tcp长连接方式与电力scada系统通信。但无线网络存在信号不稳定、高时延、易抖动和通道狭窄等缺点，使得标准tcp会经常在网络没有拥塞的情况下启动拥塞控制，造成系统性能的急剧下降，满足不了电力scada系统数据传输的实时性要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用在分界开关监控系统的应用层网关及其监控方法，提高了电力scada系统数据传输的实时性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用在分界开关监控系统的应用层网关，包括数据转发模块、数据解析构造模块、数据存储模块、电力scada网络通信模块和分界开关网络通信模块，其中数据转发模块用于存储电力scada和分界开关的基本信息；所述数据解析构造模块用于解析接收到的报文信息；所述数据存储模块用于存储未成功发送的报文信息；所述电力scada网络通信模块用于实现网关与电力scad的信息交互；所述分界开关网络通信模块用于实现网关与分界开关的信息交互。

一种基于应用层网关的分界开关监控方法，在电力scada向分界开关发送报文信息时，应用层网关根据分界开关的状态确定是否执行报文转发，若分界开关状态有效则转发，否则执行报文存储，等待分界开关有效后再转发；

在分界开关电力向scada发送报文信息时，应用层网关解析报文是否为总召报文，若是则更新分界开关状态，否则查询报文下行队列，有待发送至本分界开关的报文时，执行报文转发。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明分界开关可以利用无线网络与电力scada通信，通信方便，成本低廉；2)本发明可以采用动态ip，无需向运营商申请静态ip；3)应用层网关降低系统的耦合度，便于系统开发升级。

附图说明

图1为本发明分界开关监控系统的总体结构图。

图2为本发明报文交互uml时序图。

图3为本发明应用层网关监听处理机制逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。

一种应用在分界开关监控系统的应用层网关，包括数据转发模块、数据解析构造模块、数据存储模块、电力scada网络通信模块和分界开关网络通信模块，其中数据转发模块用于存储电力scada和分界开关的基本信息；所述数据解析构造模块用于解析接收到的报文信息；所述数据存储模块用于存储未成功发送的报文信息；所述电力scada网络通信模块用于实现网关与电力scad的信息交互；所述分界开关网络通信模块用于实现网关与分界开关的信息交互。

作为一种具体实施方式，所述数据转发模块存储的基本信息包括地址编号、ip地址、ip地址状态、端口号。

作为一种具体实施方式，所述分界开关网络通信模块(5)采用udp传输协议。

作为一种具体实施方式，所述电力scada网络通信模块(4)采用tcp传输协议。

作为一种具体实施方式，所述应用层网关采用“epoll+多线程”的通信处理机制。

一种基于应用层网关的分界开关监控方法，在电力scada向分界开关发送报文信息时，应用层网关根据分界开关的状态确定是否执行报文转发，若分界开关状态有效则转发，否则执行报文存储，等待分界开关有效后再转发；

作为一种具体实施方式，在分界开关电力向scada发送报文信息时，应用层网关解析报文是否为总召报文，若是则更新分界开关状态，否则查询报文下行队列，有待发送至本分界开关的报文时，执行报文转发。

作为一种具体实施方式，所述应用层网关采用tcp传输协议，与电力scada进行信息交互。

作为一种具体实施方式，所述应用层网关采用udp传输协议，与分界开关进行信息交互。

作为一种具体实施方式，所述应用层网关采用“epoll+多线程”的通信处理机制。

实施例

为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。下面从监控系统总体架构、报文交互过程、应用层网关监听处理机制三个方面进行详细介绍。

1.监控系统总体架构

搭建图1所示10kv分界开关监控系统，通过应用层网关实现分界开关与电力scada的信息交互。在本实施例中，分界开关控制器采用arm-cortexm3为内核的lpc1778芯片，通过adc模块和gpio口采集经过信号调理的线路电压、电流和开关状态信息，并使用rs232串口向sim900a模块发送at指令，通过gprs网络接入internet，进行udp报文传输。电力scada采用光纤方式接入internet，与应用层网关建立tcp长连接，发送操作/应答报文。

本实施中，应用层网关是电力scada和分界开关进行相互通信的纽带，通过网络通信模块和数据处理模块接收报文，并对其进行存储和转发。由于电力scada发送请求具有不确定性和应用层网关具有通信频繁、单次通信量比较小的特点，网络通信模块使用异步方式来满足通信有效性和数据实时性的要求。数据转发模块保存所有在线的电力scada和分界开关的基本信息包括地址编号、ip地址、ip地址状态、端口号，作为转发或存储报文的一个依据。数据存储模块负责清理过期数据和存储接收方未在线数据。

2.报文交互过程

图2为监控系统中电力scada、应用层网关和分界开关三者之间报文交互的过程时序图。在10kv分界开关监控系统中传输的数据帧的数据内容部分严格遵守dl/t634.5104规约。上行数据帧具体类型包括总召帧、定时信息帧、报警信息帧、设备参数帧、控制命令应答帧和参数设置命令应答帧。下行数据帧具体类型包括总召帧、上传信息应答帧、报警信息应答帧、参数查询帧、开关控制命令帧和参数设置命令帧。分界开关在上电或关闭连接后，前两次发送的数据为总召帧，用来获取应用层网关新端口号以及发起新的数据传输。

在对udp报文即上行数据进行处理时，具体包括如下步骤：

s1.报文解析判断是否为总召报文，若是则转s3，否则转s2；

s2.转发报文至电力scada；

s3.更新客户端信息表中ip地址的信息和状态；

s4.遍历下行队列，查找待发送至本分界开关的报文，若存在则下发。

在对tcp报文，即下行数据进行处理时，具体包括如下步骤：

s1.查看客户端信息表中ip地址的信息和状态，若存在且有效则转s2，否则转s4；

s2.重启定时器，并发送报文，若超时即发送失败则转s3；

s3.把客户端信息表中ip地址的状态设为无效；

s4.存储报文到下行队列。

3.应用层网关监听处理机制

配电线路分界开关数量众多，应用层网关需要同时监听多个udp客户端和一个tcp客户端。为了提高处理效率，应用层网关采用了“epoll+多线程”的策略实现对各个客户端的监听，监听处理机制逻辑框图如3所示。首先，初始化模块主要为创建全局epoll文件描述符efd和建立一个tcp监听套接字文件描述符fd1和udp套接字文件描述符fd2并注册可读事件到efd。其次，开启epoll监听线程。当监听到电力scada发起tcp连接，则创建accept套接字并注册可读事件到efd；当监听到分界开关上电或关闭连接后发送的第一次总召报文，重新创建一个ip地址相同端口号不同的udp套接字，并发送端口号给分界开关；当监听到其他可讀事件，则开启数据处理新线程对接收到的报文进行解析重构、存储或转发。