无线环网通信装置及系统的制作方法

1.本发明涉及电力通信技术领域，特别是涉及一种无线环网通信装置及系统。


背景技术：

2.在无线局域网建设中，落地措施一般是采用wapi(wireless lan authentication and privacy infrastructure，无线局域网鉴别和保密基础结构)的解决方案。wapi是一种安全协议，相比于早期制定的wi
‑
fi(wireless fidelity，无线保真)协议，wapi具有更高的安全性。例如，在南方电网在推行变电厂站无线局域网建设中，就采用了wapi的解决方案，以适应机器人巡检、可视化作业或变电状态在线监测为代表的新型业务，这些新型业务总体呈现出大带宽、移动性、大连接的特点，有线通信方式无法满足业务需求。
3.然而，wapi解决方案落地的应用场景一般受环境影响较大，如户外温湿度变化大、强电磁场干扰或小动物鼠患等外力破坏等情况，而无线局域网组网方式，采用的星型或链条性的方式，受环境影响会产生安全性和可靠性问题，影响无线通信质量和稳定性。由此可见，传统的无线局域网组网还存在以上不足。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统的无线局域网组网还存在的不足，提供一种无线环网通信装置及系统。
5.一种无线环网通信装置，包括：
6.两个或多个管理设备侧交换机，用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网；
7.一个或多个终端侧环网；
8.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机；
9.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还用于连接终端设备。
10.上述的无线环网通信装置，包括了两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或多个终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或多个终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
11.在其中一个实施例中，管理设备侧交换机包括三层交换机。
12.在其中一个实施例中，终端侧交换机包括工业以太网交换机。
13.在其中一个实施例中，终端侧交换机包括ip54交换机。
14.在其中一个实施例中，终端侧环网配置有环网倒换协议。
15.在其中一个实施例中，环网倒换协议包括eaps协议或erps协议。
16.在其中一个实施例中，管理设备侧交换机用于通过光链路与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。
17.在其中一个实施例中，终端侧交换机用于通过光链路构成环网，并用于通过光链路一一对应连接终端侧交换机。
18.一种无线环网通信系统，包括管理设备以及无线环网通信装置；
19.无线环网通信装置包括：
20.两个或多个管理设备侧交换机，用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网；
21.一个或多个终端侧环网；
22.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机；
23.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还用于连接终端设备。
24.上述的无线环网通信系统，包括了管理设备以及两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或多个终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或多个终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
25.一种无线环网通信系统，包括管理设备、终端设备以及无线环网通信装置；
26.无线环网通信装置包括：
27.两个或多个管理设备侧交换机，用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网；
28.一个或多个终端侧环网；
29.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机；
30.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还连接终端设备。
31.上述的无线环网通信系统，包括了管理设备、终端设备以及两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或一个以上终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或一个以上终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
附图说明
32.图1为一实施方式的无线环网通信装置模块结构图；
33.图2为一实施方式的无线环网通信装置典型配置图；
34.图3为wapi结构示意图。
具体实施方式
35.为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
36.本发明实施例提供了一种无线环网通信装置。
37.图1为一实施方式的无线环网通信装置模块结构图，如图1所示，一实施方式的无线环网通信装置包括：
38.两个或多个管理设备侧交换机(a与b)，用于与接入管理设备的交换机n构成管理侧环网；
39.一个或多个终端侧环网；
40.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机(1
‑
10)；
41.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还用于连接终端设备。
42.如图1所示，管理设备与一交换机通信连接，管理设备侧交换机与该交换机构成管理侧环网。管理设备侧交换机可通过管理侧环网的两个方向与该交换机实现通信，与管理设备建立通信连接。例如，管理设备侧交换机a可通过a
‑
n的链路与管理设备建立通信连接，也可通过a
‑
b
‑
n的链路与管理设备建立通信连接。需要注意的是，图1所示包括两个管理设备侧交换机(a与b)仅为一实施方式，管理侧环网内管理设备侧交换机的数量不受限制。在其中一个实施例中，管理设备侧交换机的数量小于等于一个终端侧环网内的终端侧交换机的最小数量。例如图1所示，一个终端侧环网内的终端侧交换机的最小数量为3，则管理设备侧交换机的数量小于等于3。
43.基于一个管理侧环网，对应建立通信连接的终端侧环网包括一个或多个，例如图1所示，包括3个终端侧环网。通过管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，建立管理侧环网与终端侧环网的通信连接，即由一管理设备侧交换机与终端侧交换机的通信链路实现管理侧环网与终端侧环网的通信，继而实现终端侧环网与管理设备的通信。而终端设备通过无线接入终端侧交换机，实现与管理设备的通信连接。
44.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，如图1所示，包括三个构成环网的终端侧交换机(1
‑
3或4
‑
6)，以及四个构成环网的终端侧交换机(7
‑
10)。理论上，一终端侧环网包括的终端侧交换机的数量不受限制，可根据接入的终端设备数确定。作为一个较优的实施方式，一终端侧环网包括的终端侧交换机的数量为3。
45.以终端侧环网(1
‑
3)为例，终端侧交换机1连接管理设备侧交换机a，终端侧交换机3连接管理设备侧交换机b，终端侧交换机3接入的终端设备可通过3
‑1‑
a
‑
n的链路与管理设备通信，也可通过3
‑2‑
b
‑
n、3
‑1‑
a
‑
b
‑
n、3
‑2‑1‑
a
‑
n等链路与管理设备通信。在其中一个通信链路出现故障时，可以通过其它链路实现终端设备与管理设备的通信。
46.在其中一个实施例中，各交换机之间的链路由光链路实现，即管理设备侧交换机用于通过光链路与接入管理设备的交换机构成管理侧环网，和/或终端侧交换机用于通过光链路构成环网，并用于通过光链路一一对应连接终端侧交换机。作为一个较优的实施方式，通过光纤连接实现光链路。
47.在其中一个实施例中，终端侧环网配置有环网倒换协议。环网倒换协议用于切换
故障线路，以及线路自愈倒换，以快速地消除故障。
48.作为一个较优的实施方式，环网倒换协议包括eaps(ethernet automatic protection switching，以太网链路自动保护协议)协议或erps(ethernet ring protection switching，以太网多环保护技术)协议。
49.在其中一个实施例中，管理设备侧交换机包括三层交换机。
50.在其中一个实施例中，终端侧交换机包括工业以太网交换机。作为一个较优的实施方式，终端侧交换机包括ip54交换机。
51.上述任一实施例的无线环网通信装置，包括了两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或多个终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或多个终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
52.为了更好地解释上述实施例的无线环网通信装置，以下以一具体应用例对无线环网通信装置进行解释——无线环网通信装置在变电站侧的无线wapi建设。
53.图2为一实施方式的无线环网通信装置典型配置图，如图2所示，管理设备包括鉴别服务器、设备控制器、服务器和工作站等。接入管理设备的交换机与管理设备侧交换机为接入交换机，其中管理设备侧交换机为接入交换机f与接入交换机g。终端侧交换机采用工业以太网交换机。机器人/物联网无线业务作为终端设备的业务无线接入工业以太网交换机。
54.如图2所示，在通信机房配置2套三层交换机作为管理设备侧交换机，与北向主调备调侧设备即管理设备采用双光链路相连。
55.变电站内主控室、通信室、继保室、配电室及围墙内侧墙身安装配置4千光4千电工业二层以太网交换机组成终端侧环网，可组成单一环网(主控室、通信室、继保室、配电室及围墙工业以太网交换机同一环网)，工业以太网交换机数量≥3；或者双环网(主控室、通信室、继保室、配电室工业以太网交换机组成1个环网，围墙工业以太网交换机组成另1个环网)，工业以太网交换机数量≥6；二层接入环网与三层交换机采用双设备双链路冗余连接方式。
56.二层接入环网配置环网倒换协议，构成光纤自愈环网，环网倒换协议采用eaps协议或erps协议。
57.室内ap及室外ap接入工业以太网光纤自愈环网，如图2所示，机器人或物联网无线wapi业务通道在正常情况下，可按设变路径a
‑
b
‑
c
‑
f与主调备调进行数据双向交流。在以下设备或链路出现故障的情况下，如下：
58.1).工业以太网交换机b出现故障；
59.2).工业以太网交换机c出现故障；
60.3).三层交换机f出现故障；
61.4).光路a
‑
b段出现故障；
62.5).光路b
‑
c段出现故障；
63.6).光路c
‑
f段出现故障。
64.均可导致通道出现中断的情况，无线wapi业务通道在自愈网作用下，皆可快速切换故障通道至备用通道路径a
‑
e
‑
d
‑
g，恢复业务的正常交流，在故障消除后，业务通道可恢复至原来设变的路径a
‑
b
‑
c
‑
f，故障切换时间≤50毫秒,满足机器人或物联网无线wapi业务通高可靠性的运行要求。
65.图3为wapi结构示意图，如图3所示，wapi采用的是三元结构，整个系统由sta(station，简称sta，终端)、ap(access point，简称ap，无线接入点)和认证服务单元(authentication service unit，简称as)组成，三个元都有独立身份，三元对等双向鉴别，在三者认证方面，有效保证了安全，但存在的弊端主要在于通道传输过程的可靠性不高，如以下两方面：
66.1、as与ap之间通道可靠性低，由于在变电站内，无线局域网组网，采用的是星型或链条型结构，如有存在单一设备(电源、交换机)或单一链路(交换机与交换机相连光口通道或电口通道)故障情况下，均会导致最终sta与as传输过程的通道中断；
67.2、sta与ap之间通道可靠性低，业务终端sta在实际应用中，如机器人等设备需要在移动中自动巡防，需要在多个ap之间进行切换，如切换时间不及时出现通道卡顿，最终会导致最终sta与as传输过程的通道中断。
68.图2所示的无线环网通信装置通过选用工业以太网交换机(ip54，双电源)，组成光纤自愈环网，配置快速环网保护协议采用eaps或erps，在环网拓扑完整的情况下阻塞一条链路，防止出现数据环路形成广播风暴。当出现设备故障或链路中断的情况下，协议迅速恢复之前阻断的链路，使环网各节点之间恢复通信，从而避免单一设备单一链路导致传输中断，大幅提高了as与ap之间传输通道可靠性。
69.快速环网保护协议通过控制交换机mac地址表的老化，来保证拓扑变化时数据报文可以被发送到正确的链路。一般情况下，mac地址在地址表中的老化时间是300秒。环网保护协议可以控制交换机mac地址表在极短的时间内老化。环网保护协议和生成树协议都用于链路层拓扑控制。生成树协议适用于各种复杂的网络，它使用逐跳的方法传播网络拓扑的变化。环网保护协议专用于环状的拓扑，并使用扩散法传播拓扑变化信息。因此，在环状网络中，环网保护协议的收敛性能优于生成树协议。在网络状况良好的情况下，环网保护协议恢复网络通信的时间可以小于50毫秒，从而使得通道快速切换自愈，大幅提高了sta与ap之间传输通道可靠性。
70.在变电站的具体应用中，无线环网通信装置可依托站内围墙、主控楼、继保室、配电室等建筑物墙身结构，工业以太网交换机安装于光电综合配线箱内，通信机房内可安装室内型壁挂式，例如850mm(高)*600mm(宽)*400mm(深)，内高18u，节省占用机房屏位的空间；室外可安装于室外型壁挂式，例如600mm(高)*600mm(宽)*350mm(深)，内高11u，标准工业导轨，易于扩展设备安装；末端光缆采用铠装4芯光缆，防止鼠患等小动物外力破坏。
71.工业以太网交换机可远程网管监控，便于管理；所安装的设备位置与一次等带电设备符合安全距离规定，避免一次作业与二次作业之间的交叉。在其中一个实施例中，工业以太网交换机通过与云端服务器实现无线远程连接，以实现对工业以太网交换机的远程网管监控。
72.本发明实施例还提供了一种无线环网通信系统，包括管理设备以及无线环网通信
装置；
73.无线环网通信装置包括：
74.两个或多个管理设备侧交换机，用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网；
75.一个或多个终端侧环网；
76.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机；
77.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还用于连接终端设备。
78.上述的无线环网通信系统，包括了管理设备以及两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或多个终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或多个终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
79.本发明实施例还提供了另一种无线环网通信系统，包括管理设备、终端设备以及无线环网通信装置；
80.无线环网通信装置包括：
81.两个或多个管理设备侧交换机，用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网；
82.一个或多个终端侧环网；
83.终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机；
84.其中，管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接；终端侧交换机还连接终端设备。
85.上述的无线环网通信系统，包括了管理设备、终端设备以及两个或多个管理设备侧交换机，管理设备侧交换机用于与接入管理设备的交换机构成管理侧环网。还包括了一个或多个终端侧环网，终端侧环网包括三个或多个构成环网的终端侧交换机，其中管理设备侧交换机用于与一终端侧环网内的终端侧交换机一一对应连接，终端侧交换机还用于连接终端设备。基于此，通过一个或多个终端侧环网的构成以及管理设备侧交换机的配合，为终端设备与管理设备间提供多条通信链路，避免星型或链条性无线局域网组网方式下的安全性和可靠性问题，保证通信质量和稳定性。
86.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
87.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。