一种面向输电物联网的数据传输装置的制作方法

1.本发明属于输电线路状态监测领域，具体涉及一种面向输电物联网的数据传输装置。


背景技术：

2.随着输电物联网和新一代智慧线路的深入建设，输电线路状态感知技术应用愈加广泛，输电线路感知设备数量大幅增加，主要包含微气象、导线温度、图像/视频、杆塔倾斜、分布式故障诊断、雷电、覆冰、舞动、弧垂、风偏等十余种。通过感知设备的应用和监测数据的挖掘分析，有效提升了输电通道本体和环境状态信息全面感知水平，降低了输电通道运行风险，提高了设备管理效率，逐步实现大规模、各类型输电线路用感知终端的广泛部署。因此，输电线路上感知终端存在应用种类较多、现场环境复杂、宽窄数据并存等特点。面向现场海量数据的采集需求，对感知数据回传的可靠性提出了更高要求。
3.在输电线路中，网关是感知数据汇聚、转发及传输的枢纽。其由通信模组、电源模组、逻辑控制模组组成，可实现不同种类数据的接入、智能分析与处理，其可靠性、灵活性与全面性是构建输电物联网的关键环节，是实现输电物联网感知层建设的统一部署、统一接入、统一应用的基础设施，有必要进行统一规划、统一设计、统一实施。
4.在功能上，网关用于将各类型感知数据通过广域通信方式发送至后台。感知数据可分为结构化数据及非结构化数据。结构化数据包括杆塔倾斜信息、风偏信息、舞动信息、导线温度信息、弧垂信息等窄带数据，同时，需要考虑各窄带数据采集的时间同步要求；非结构化数据包括图像数据及视频数据等宽带数据。目前，输电线路所应用的接入节点多以在线监测装置配套的方式进行部署。由于在同一线路区段上存在部署不同厂家在线监测装置的现象，导致一基杆塔上重复配置多个接入节点，数据散乱割据。同时，在线监测装置同质化较为严重，导致在设计及招标过程中采购成本增加、在安装实施过程中检修施工效率降低、在实际运行过程中各个接入节点的电源及通信模块难以复用，不能满足输电物联网感知层建设的新要求，造成人力、物力、财力的极大浪费。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种面向输电物联网的数据传输装置，包括：
6.数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元；
7.所述数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元依次连接；
8.多个感知设备通过数据下行链路单元接入所述数据传输装置；
9.物联网管理系统通过数据上行链路单元接入所述数据传输装置；
10.多个感知设备将采集的各类感知设备信息通过数据下行链路单元汇集到网关本体单元，网关本体单元对各类感知设备信息进行处理再对处理过的宽窄带数据经过数据上行链路上传，从而将各类感知设备的信息上传到物联网管理系统。
11.优选的，所述数据下行链路单元包括多种类型的下行接口，所述数据传输装置通过与对应类型的下行接口连接，接入所述多个感知设备。
12.优选的，所述下行接口包括：rs485接口、光纤接入接口、摄像头接口、wifi接口和sub-g低功耗模块接口。
13.优选的，所述感知设备包括：微气象站、宽带数据传感器测量设备、图像视频数据设备、巡检终端和窄带数据传感器；
14.所述微气象站通过rs485接口与网关本体单元连接；
15.所述宽带数据传感器测量设备通过光纤接入接口与网关本体单元连接；
16.所述图像视频数据设备通过摄像头接口与网关本体单元连接；
17.在无信号区将巡检终端通过wifi接口与网关本体单元连接；
18.在硬件工作中将窄带数据传感器通过sub-g低功耗模块接口与网关本体单元连接。
19.优选的，所述网关本体单元，包括：cpu子单元和与cpu子单元连接的边缘计算芯片子单元；
20.所述cpu子单元控制边缘计算芯片子单元对数据下行链路单元传输的各类感知设备信息进行优化计算，将计算后的各类感知设备信息发送到数据上行链路子单元。
21.优选的，所述网关本体单元，还包括：与边缘计算芯片子单元连接的安全加密芯片子单元；
22.所述内嵌安全加密芯片子单元用于对数据下行链路传输的各类感知设备信息进行安全加密后再发送给边缘计算芯片子单元。
23.优选的，所述数据上行链路单元包括多种类型的上行接口，所述数据传输装置通过与对应类型的上行接口连接，接入所述物联网管理系统。
24.优选的，所述上行接口包括：rj45接口、窄带数据接口和宽带数据接口；
25.cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并采用光纤传输的方式通过rj45接口发送给物联网管理系统；
26.cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并采用预先建立的自组网架构的方式通过窄带数据接口发送给物联网管理系统；
27.cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并采用点对点及点对多点方式通过宽带数据接口发送给物联网管理系统。
28.优选的，所述窄带数据接口，包括：4g/5g传输接口和北斗、短报文功能接口和nb-lot模块接口；
29.在有信号区域，cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并通过4g/5g传输接口发送给物联网管理系统；
30.在无信号区域，cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并通过北斗的短报文功能接口发送给物联网管理系统；
31.在广域网内，cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并通过nb-lot模块接口发送给物联网管理系统。
32.优选的，所述宽带数据接口，包括：5.8g网桥功能接口；
33.cpu子单元从边缘计算芯片子单元获取处理过的各类感知设备信息，并采用点对
点及点对多点的方式通过5.8g网桥功能接口发送给物联网管理系统。
34.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
35.1、本发明提供的面向输电物联网的数据传输装置，包括：数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元；所述数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元依次连接；多个感知设备通过数据下行链路单元接入所述数据传输装置；物联网管理系统通过数据上行链路单元接入所述数据传输装置；多个感知设备将采集的各类感知设备信息通过数据下行链路单元汇集到网关本体单元，网关本体单元对各类感知设备信息进行处理再对处理过的宽窄带数据经过数据上行链路上传，从而将各类感知设备的信息上传到物联网管理系统。提高实际运行过程中各个接入节点的电源及通信模块的复用能力，从而解决输电物联网感知层接入节点的电源及通信模块的建设。
附图说明
36.图1为本发明提供的一种面向输电物联网的数据传输装置示意图；
37.图2为本发明提供的输电线智能网关设计架构示意图；
38.图3为发明提供的一种输电物联网架构示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
41.实施例1：
42.如图1所示，本发明实施例的一种面向输电物联网的数据传输装置包括：数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元；
43.所述数据下行链路单元、网关本体单元和数据上行链路单元依次连接；
44.多个感知设备通过数据下行链路单元接入所述数据传输装置；
45.物联网管理系统通过数据上行链路单元接入所述数据传输装置；
46.多个感知设备将采集的各类感知设备信息通过数据下行链路单元汇集到网关本体单元，网关本体单元对各类感知设备信息进行处理再对处理过的宽窄带数据经过数据上行链路上传，从而将各类感知设备的信息上传到物联网管理系统。
47.在输电物联网的构建中，使用真正满足输电业务场景的智能网关。每个节点都具备广域数据传输能力，并通过算法合理控制平均功耗在毫瓦级。
48.窄带数据传输采用基于433mhz频段进行高可靠、微功率无线传输，并采用基于uip的网络协议栈架构，支持全mesh自组网络；在宽带数据传输过程中，考虑到输电线路的实际情况无信号区域采用5.8g无线网桥实现数据回传。
49.基于433mhz频段的高可靠短距离微功率窄带无线传输频段干扰较小，进一步延长通信距离至1000m，适合于小数据量传输。同时采用基于ipv6的ip网络协议栈架构，具备自适应跳频及时间同步机制，满足输电场景同步采集应用需求。在应用上实现终端即插即用，无需到设备安装现场进行入网配置工作，并支持终端的直接访问。
50.基于5.8g无线网桥进行宽带数据传输适合数据量大，实时性要求高的业务，可同时支持小数据量的各类感知终端接入，同时支持星型组网，进一步提高可靠性。在部署上，典型距离为10km一个节点，可以进行接力传输，真正解决无信号区数据回传问题。
51.在方案架构上，智能网关基于一体化宽窄带数据融合及高可靠数据传输思想进行设计。网关架构从实际需求出发进行设计，如图2所示。
52.(1)下行链路：网关的下行链路应支持多种数据接入形式，以覆盖不同信号强度区域，支持各类传感器、视频图像终端、光纤传感装置以及现场人员的装备通信需求。具体功能如下：
53.a)具备rs485接口。该接口为有线接入接口，传感器可通过有线形式直接连入到接入、汇聚一体化节点中，以支持更高密度的微气象站等装置的接入。
54.b)具备光纤接入接口。在输电线路中，通过光纤进行覆冰、温度、应力应变的测量已有应用，方案应支持光纤多参量传感等终端的可靠接入。
55.c)具备摄像头接口。通过rj45接口实现图像、视频装置的可靠接入，以支持防外破、山火等视频、图片数据的接入要求，满足“三跨”等重要线路全方位、实时监测的强烈需求。
56.d)具备wifi接口。输电线路场景存在大量无信号区域，运维人员在现场巡检时存在巡检信息无法及时上传的风险。通过wifi接口，可支持运维人员在塔下数据的及时发送，实现无信号区巡检终端的可靠接入。
57.e)具备sub-g(1ghz以下)低功耗模块并嵌入自组网协议栈。针对线路区段内各类窄带数据的接入，采用基于sub-g频段的低功耗自组网模块。在硬件上，工作于433mhz频段，进一步延长通信距离，减少现场复杂环境对通信可靠性的影响；在软件上，采用基于uip的网络协议栈架构，以支撑未来海量终端部署需求；在功能上，具备自适应跳频及时间同步特性，可满足同一个域网内数据的同步采集，为感知数据的时间对准提供技术保障，并支持后期多种类传感器即插即用、按需拓展。
58.(2)网关本体单元：
59.a)处理器单元支持linux操作系统的植入，同时支持容器技术，以实现各类感知业务的按需装载及远程升级，可将不同阶段的科研成果随需应用于输电运维现场，真正实现研究成果的及时转化。
60.b)内嵌安全加密芯片。在节点中加入基于国密算法的安全加密芯片，有效保障保障数据安全。
61.c)具备边缘计算芯片。支持边缘计算芯片加速，可进行输电业务边缘计算算法的定制嵌入，满足塔——线体系中不同需求。
62.(3)数据上传链路：
63.a)支持opgw的rj45接口。在数据上传环节需支持光纤传输方式，以实现在具备光纤接入条件下无信号区大、中、小各类感知数据的可靠回传。
64.b)具备4g/5g传输方式。在有信号区域，通过4g方式进行数据回传，可支持视频、图像等宽带数据及各类感知终端的窄带数据传输，并支持向5g技术演进。
65.c)具备北斗短报文功能。针对窄带数据在无信号区域的数据回传问题，采用基于北斗的短报文功能，真正突破无信号区的数据回传限制，并可实现加密传输。
66.d)具备5.8g网桥功能。视频、图像在线监测具有上行数据量大、下行数据量小、设备相对固定、可以通过有线连接通信的特点。但在输电线路现场无信号区，大数据量的回传亟待解决。基于5.8g网络，进行宽带数据的点对点及点对多点数据回传。通过该种方法可不受公网信号的限制。
67.实施例2：
68.基于输电物联网的网关应用需求和部署位置如图3所示，恰当衡量网关所需承担算力，进行网关的cpu选型，确保网关长期可靠运行。针对优选的标准化组网协议，进行数据标准化转换及上下行通信接口开发，保证与数据中心的可靠贯通；进行供电单元设计，通过电源管理模组和蓄电池的相互配合，进一步延长网关运行时间，保证无光照条件下一个月的续航时间，提高网关运行可靠性。
69.基于网关硬件环境，合理选取部署网关操作系统。操作系统承载所需监测业务逻辑，实现所辖设备管理以及软件功能的在线升级。同时针对监测数据的计算需求，在网关侧嵌入所需算法，真正实现边缘智能。
70.本发明提供了输电线路数据接入方法的统一规划、统一设计、统一实施，将有效实现输电物联网感知层建设的统一部署、统一接入、统一应用。进而使其切实服务于输电生产运维、打造新一代高水平智慧线路。
71.通过以上各部分开发实施，进行网关通信模块、控制模块、供电模块的搭建，实现数据的接入和上传，并嵌入所需算法。在无信号区、输电线路“三跨”等重要区段以及采空、沉降、微气象等环境复杂区段进行网关的实际部署，实现宽窄带各类数据的融合可靠传输。
72.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
73.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
74.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
75.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
76.最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本技术的技术方案而非对其保护范围
的限制,尽管参照上述实施例对本技术进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本技术后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。