本發(fā)明涉及一種智能配電系統(tǒng)，更具體的說是涉及一種基于自組網無線通信的通信方法。

背景技術：

配電自動化終端，是建設配電網自動化的一個重要組成部分，它充分利用配電自動化新技術，能夠確保配電網的安全、穩(wěn)定、可靠運行，意義重大，配電網直接面向用戶，擔負著電能分配的重要任務。配電網分布廣泛、構成復雜、影響面廣，其供電能力、供電可靠性和供電質量對經濟社會影響巨大，是智能電網的重要環(huán)節(jié)。

配電通信網是配電自動化系統(tǒng)的重要組成部分，配電網網運行狀態(tài)的監(jiān)視、控制和故障處理都依賴通信網來實現，采用以太網無源光網絡技術無疑是一個比較好的選擇，但是由于城市建設和電力線路規(guī)劃的原因，存在光纜施工困難、布設成本高等因素，因此考慮采用無線通信方案來實現配電自動化數據采集，目前主流方案是使用無線公網通信，配電網數據利用GPRS/CDMA、3G/4G進行數據傳輸，但由于公用通信網公眾應用的特點，公網為用戶共享，業(yè)務帶寬和安全性無保證，因此，數據傳輸應用適用于少量的或突發(fā)性的數據傳輸。初期投資小，見效快，但因其租用的性質，與專網通信相比存在安全性、可控性、長期經濟性等問題，不適合電力自動化的大規(guī)模專網需求。

另一方面隨著通訊條件的復雜性增加，通訊安全尤其是配電應用中遙控的安全問題也愈發(fā)突出。配電自動化終端處于室外環(huán)境，終端設備安全極為重要，因此，對通信接入安全控制與配電通訊中的應用層報文加密有很強的必要性和緊迫性。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于自組網無線通信方法，利用自組網無線通信技術和多跳網絡結構，實現配電終端輸出信號的加密更好更加安全。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：一種基于自組網無線通信的通信方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一，在配電主站系統(tǒng)內設置應用接口層，在應用接口層往下依次設置數據存儲層、規(guī)約接口層、通信接口層和信號采集接口層，所述應用接口層、數據存儲層、規(guī)約接口層、通信接口層和信號采集接口層依次連接；

步驟二，在信號采集接口層連接信號采集模塊，將通訊接口層設置成有線通信接口層和無線通信接口層，其中，有線通信接口層通過導線與規(guī)約接口層連接，無線通信接口層耦接有無線通信模塊后與數據存儲層連接；

步驟三，使用步驟二中的信號采集模塊采集電網二次設備信號，之后將采集到的二次設備信號通過有線的方式傳輸至有線通信接口層，有線通信接口層將數據傳輸至規(guī)約接口層，其中，規(guī)約接口層連接有安全接入模塊，安全接入模塊內具有主站公鑰，通過主站公鑰將采集到的二次設備信號進行加密后輸入到無線通信接口層輸入到無線通信模塊內，通過無線通信模塊傳輸至數據存儲層存儲；

步驟四，在數據存儲層內預裝主站私鑰，利用主站私鑰對數據存儲層內的數據進行解密分析，將解密分析獲得的數據組裝成報文傳輸至應用接口層，最后通過應用接口層將報文傳輸至配電主站系統(tǒng)，完成數據的無線通信。

作為本發(fā)明的進一步改進，步驟四中應用接口層與數據存儲層之間的通信步驟如下：

1、在應用接口層與數據存儲層之間設置表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層，其中表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層依次連接；

2、傳輸報文時，數據存儲層上傳報文先經過物理層、數據鏈路層和網絡層后再通過傳輸層、會話層和表示層后到達應用接口層，其中，報文在經過數據鏈路層時組合成數據塊，網絡層將數據塊通過網絡傳輸至傳輸層之后繼續(xù)上傳；

其中，物理層采用RF915MHZ跳頻無線接入，數據鏈路層采用PANID網絡識別，網絡層采用IPV6協(xié)議進行網絡傳輸。

作為本發(fā)明的進一步改進，步驟二中信號采集模塊采集的信號包括二次電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數、開關量信號。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟三中信號采集模塊采集信號的步驟如下：

a、將二次信號采集器與電網二次設備的信號輸出端連接；

b、利用二次信號采集器內的電壓檢測模塊檢測二次設備的輸出電壓數據和頻率數據，利用二次信號采集器內的電流檢測部分檢測二次設備的電流數據，將采集到的電壓和電流通過功率公式計算出有功功率數據和無功功率數據，利用計算得出的有功功率數據和無功功率數據計算功率因素；

c、將步驟b中獲得電壓數據、頻率數據、電流數據、有功功率數據、無功功率數據和功率因素數據整合成一個數據包輸入到有線通信接口層內，完成數據的采集。

作為本發(fā)明的進一步改進，還包括開關量采集與輸出步驟，該步驟是將二次信號采集器與電網的斷路器內的控制板連接，接收斷路器輸出的合閘和分閘信號，完成開關量信號的采集，以及有線通信接口層內輸出開關量信號到二次信號采集器內，二次信號采集器傳輸到電網的斷路器內，完成開關量信號的輸出。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述規(guī)約接口層還連接有ARM處理器和DSP處理器，所述安全接入模塊與ARM處理器耦接，DSP處理器對數據信號數字化處理后輸入到ARM處理器，ARM處理器調用安全接入模塊內的主站公鑰對數據信號進行加密。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述ARM處理器的型號為AM3352，所述DSP處理器的信號為BF533，所述ARM處理器和DSP處理器均具有UART引腳，所述ARM處理器和DSP處理器通過UART引腳相互連接。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述ARM處理器還具有GPIO引腳和RMII引腳，所述GPIO引腳耦接有LED顯示屏，所述RMII引腳耦接于外部以太網，所述ARM處理器還具有SPI引腳，所述無線通信模塊與SPI引腳耦接。

本發(fā)明的有益效果，通過步驟一的設置，就可以在配電主站系統(tǒng)內設置應用接口層，提供用于接收采集到的信號的層，然后在應用層下方設置數據存儲層、規(guī)約接口層、通信接口層和信號采集接口層就可以完成整個通信系統(tǒng)的構建，而通過步驟二的設置，更為具體建立了信號的采集傳輸通道，通過步驟三的設置，就可以利用信號采集模塊采集電網的二次設備信號，然后通過有線通信接口層傳輸到規(guī)約接口層，規(guī)約接口層3就會通過安全接入模塊31對有線通信接口層接收到的信號通過公鑰進行加密作用，在加密以后通過無線通信模塊將加密后的信號傳輸到數據存儲層內，通過步驟四的設置，就可利用數據存儲層內的主站私鑰對信號進行解密，并且將解密之后的數據信號進行存儲，在存儲完成以后組裝成報文發(fā)送到應用接口層，應用接口層便可以將數據信號進行使用了，由于上述過程采用公鑰加密私鑰解密的方式來傳輸數據信號，這樣加密程度高，能夠更好的避免錯誤的數據信號傳輸到應用接口層內，影響應用的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的通信方法的系統(tǒng)架構圖；

圖2為圖1中應用接口層與數據存儲層之間的系統(tǒng)架構圖；

圖3為本發(fā)明的通信方法的硬件架構圖；

圖4是本發(fā)明安全接入模塊數字簽名部署示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖所給出的實施例對本發(fā)明做進一步的詳述。

參照圖1至4所示，本實施例的一種基于自組網無線通信的通信方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一，在配電主站系統(tǒng)內設置應用接口層1，在應用接口層1往下依次設置數據存儲層2、規(guī)約接口層3、通信接口層4和信號采集接口層5，所述應用接口層1、數據存儲層2、規(guī)約接口層3、通信接口層4和信號采集接口層5依次連接；

步驟二，在信號采集接口層5連接信號采集模塊51，將通訊接口層4設置成有線通信接口層41和無線通信接口層42，其中，有線通信接口層41通過導線與規(guī)約接口層3連接，無線通信接口層42耦接有無線通信模塊421后與數據存儲層2連接；

步驟三，使用步驟二中的信號采集模塊51采集電網二次設備信號，之后將采集到的二次設備信號通過有線的方式傳輸至有線通信接口層41，有線通信接口層41將數據傳輸至規(guī)約接口層3，其中，規(guī)約接口層3連接有安全接入模塊31，安全接入模塊31內具有主站公鑰，通過主站公鑰將采集到的二次設備信號進行加密后輸入到無線通信接口層42輸入到無線通信模塊421內，通過無線通信模塊421傳輸至數據存儲層2存儲；

步驟四，在數據存儲層2內預裝主站私鑰，利用主站私鑰對數據存儲層2內的數據進行解密分析，將解密分析獲得的數據組裝成報文傳輸至應用接口層1，最后通過應用接口層1將報文傳輸至配電主站系統(tǒng)，完成數據的無線通信，通過步驟一的設置，就可以在配電主站系統(tǒng)內設置應用接口層1、數據存儲層2、規(guī)約接口層3、通信接口層4和信號采集接口層5完成整個通信系統(tǒng)的大體構架，為后期通信提供基礎，而通過步驟二的設置，將通訊接口層4設置成有線通信接口層41和無線通信接口層42，提供了兩種信號傳輸方式，通過步驟三的設置，就可以通過信號采集模塊51采集信號，之后利用有線通信接口層41現將信號傳輸到規(guī)約接口層3，本實施例中將信號采集接口層5、通信接口層4和規(guī)約接口層3整合至一個設備上，因而在這里將三者之間的通信采用有線傳輸的方式，一來速度快，二來安全性高，避免數據信號受到干擾而出錯的問題，在信號傳輸至規(guī)約接口層3以后，規(guī)約接口層3就通過安全接入模塊31內的公鑰對信號進行加密，之后將加密后的信號通過無線的方式傳輸至數據存儲層2，本實施例中，安全接入模塊31為一存儲有數字證書和主站公鑰的存儲器，然后通過步驟四的設置數據存儲層2內的主站私鑰對信號進行解密，在解密完成以后存儲，并且將解密后的數據信號進行存儲，之后發(fā)送到應用接口層1，數據信號就可以被應用了，如此完成了數據的傳輸，由于上述傳輸過程風險最高的無線傳輸部分采用了公鑰加密傳輸，因而本實施例的通信方法，相比于現有技術中采用直接無線傳輸的方式，安全性更高。

作為改進的一種具體實施方式，步驟四中應用接口層1與數據存儲層2之間的通信步驟如下：

1、在應用接口層1與數據存儲層2之間設置表示層11、會話層12、傳輸層13、網絡層14、數據鏈路層15和物理層16，其中表示層11、會話層12、傳輸層13、網絡層14、數據鏈路層15和物理層16依次連接；

2、傳輸報文時，數據存儲層2上傳報文先經過物理層16、數據鏈路層15和網絡層14后再通過傳輸層13、會話層12和表示層11后到達應用接口層1，其中，報文在經過數據鏈路層15時組合成數據塊，網絡層14將數據塊通過網絡傳輸至傳輸層13之后繼續(xù)上傳；

其中，物理層16采用RF915MHZ跳頻無線接入，數據鏈路層15采用PANID網絡識別，網絡層14采用IPV6協(xié)議進行網絡傳輸，通過步驟1中的表示層11、會話層12、傳輸層13、網絡層14、數據鏈路層15和物理層16的設置就可以實現利用OSI傳輸規(guī)則，將報文從數據存儲層2傳輸到應用接口層1了，整個傳輸過程具有效率高，安全性高的效果，通過步驟2的設置，就可以在數據鏈路層15時將數據信號整合成數據塊，如此避免數據信號出現丟失錯誤的問題，進一步保證了數據信號能夠更好的傳輸到應用接口層1了。

作為改進的一種具體實施方式，步驟二中信號采集模塊51采集的信號包括二次電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數、開關量信號，上述信號基本代表了電網中二次設備運行過程中所有參數，因而通過采集上述信號，并對上述信號進行處理，便可以快速有效的實現檢測電網運行狀態(tài)的效果。

作為改進的一種具體實施方式，所述步驟三中信號采集模塊51采集信號的步驟如下：

a、將二次信號采集器與電網二次設備的信號輸出端連接；

b、利用二次信號采集器內的電壓檢測模塊檢測二次設備的輸出電壓數據和頻率數據，利用二次信號采集器內的電流檢測部分檢測二次設備的電流數據，將采集到的電壓和電流通過功率公式計算出有功功率數據和無功功率數據，利用計算得出的有功功率數據和無功功率數據計算功率因素；

c、將步驟b中獲得電壓數據、頻率數據、電流數據、有功功率數據、無功功率數據和功率因素數據整合成一個數據包輸入到有線通信接口層41內，完成數據的采集，通過步驟a的設置就可以有效的將信號采集模塊51與外部電網二次設備連接起來，通過步驟b的設置就可以簡單有效的獲得二次設備的信號，通過步驟c的設置，就可以將獲得的二次設備的信號進行整合成一個數據包，然后采用數據包的形式發(fā)送出去，如此便可以有效的完成了數據的采集。

作為改進的一種具體實施方式，還包括開關量采集與輸出步驟，該步驟是將二次信號采集器與電網的斷路器內的控制板連接，接收斷路器輸出的合閘和分閘信號，完成開關量信號的采集，以及有線通信接口層41內輸出開關量信號到二次信號采集器內，二次信號采集器傳輸到電網的斷路器內，完成開關量信號的輸出，開關量信號，即是電網內部斷路器的控制發(fā)出的分閘信號和合閘信號，因而通過將二次信號采集器與電網的斷路器的控制板相連，就能夠很好的實現采集開關量信號的效果了。

作為改進的一種具體實施方式，所述規(guī)約接口層3還連接有ARM處理器32和DSP處理器33，所述安全接入模塊31與ARM處理器32耦接，DSP處理器33對數據信號數字化處理后輸入到ARM處理器32，ARM處理器32調用安全接入模塊31內的主站公鑰對數據信號進行加密，采用在規(guī)約接口層3分成ARM處理器32和DSP處理器33，在對信號采集模塊2采集數據過來以后，通過DSP處理器33設置就可以先對采集過來的數據進行一個預處理的作用，在預處理完成以后再進入到ARM處理器32內，通過ARM處理器32將預處理完成的數據暫時存儲，然后與安全接入模塊4通信，調用出安全接入模塊4內的證書數據和主站公鑰，然后利用證書數據和主站公鑰算法對經過DSP處理器33預處理后的數據進行加密，如此便可以有效的完成了數據的處理，由于此時采用了DSP處理器33現將數據進行了數字化處理，可以有效的去除傳輸過程中產生的干擾信號，使得ARM處理器32能夠更好的給處理后的數據進行加密作用了，相比采用單個處理器同時處理數字化和加密的方式，效率更高。

作為改進的一種具體實施方式，所述ARM處理器32還具有GPIO引腳和RMII引腳，所述GPIO引腳耦接有LED顯示屏，所述RMII引腳耦接于外部以太網，所述ARM處理器還具有SPI引腳，所述無線通信模塊421與SPI引腳耦接，GPIO引腳是輸入輸出引腳，用在這里就可以實現ARM處理器32向LED顯示屏輸出信號，控制LED顯示屏顯示信息了，SPI引腳串行通信引腳，用在這里可以有效的與無線通信模塊1實現串行通信，使得加密后的數據能夠更快更加有效的傳輸給無線通信模塊421了。

綜上所述，本發(fā)明的通信方法，將自組網無線通信運用于配電通信網絡，利用無線通信技術和多跳網絡結構，實現配電終端自動組網、網絡故障自愈、即裝即用的功能，為配電自動化通信網絡安裝、管理、維護提供一種有效解決方案；同時無線自組網技術應用到電力行業(yè)的智能配電終端系統(tǒng)中是無線自組網技術的又一創(chuàng)新應用，同時也使配電終端朝著智能化、現代化、高效化的方向發(fā)展。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。