一种面向电力终端通信接入网的融合网关系统的制作方法

本发明涉及一种电力终端接入和多业务承载的网络通信技术领域，具体涉及一种面向电力终端通信接入网的融合网关系统。

背景技术：

终端通信接入网是电力通信网的重要组成部分，提供配电自动化、用电信息采集、电能质量监测、分布式能源、智能用电、电动汽车充换电站等多种电力业务的接入功能。终端通信接入网采用的建设和运维模式是各个业务部门按业务系统独自建网，形成多张网络，各个部门自行维护，从而导致了多种业务、多张网络、多种通信方式并存的接入网现状。随着接入网建设规模的扩大和接入业务种类的逐渐增多，这种建网方式的弊端也逐渐暴露出来：(1)电力终端通信接入网一直是根据业务需要单独建设，一种业务接入一张网络，通信资源浪费严重；(2)在网络故障、流量突发等情况下，无法实现网络间协同通信和冗余备份，网络可靠性低；(3)接入网网络规模大，业务流量小，对成本敏感，各种业务单独建网，重复建设严重，建网与运维成本高，不利于设备的统一运维管理。

因此迫切需整合当前电力系统接入网资源，研究针对电力系统业务需求和网络现状的接入网多业务承载技术，实现接入网通信资源的灵活调度、业务在不同网络间的灵活接入与切换，提高网络资源利用效率，降低建网成本。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种面向电力终端通信接入网的融合网关系统，解决现有电力通信网络中，接入网网络接口和通信方式繁多，网络管理复杂的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种面向电力终端通信接入网的融合网关系统，所述融合网关系统为多任务和多网络的系统，其改进之处在于，所述融合网关系统包括网络接入单元和业务融合单元；所述网络接入单元和业务融合单元之间通过光纤通信和无线通信的方式连接。

进一步地，所述网络接入单元用于多网络数据的接入，所述业务融合单元用于网络业务的分配和管理。

进一步地，所述光纤通信方式包括：工业以太网和无源光网络PON。

进一步地，所述网络接入单元包括网络接入模块1、第一光纤接口3、第一多路光纤接口7、第一无线接口4、第二无线接口14、电力载波接口5和以太网接口6；

所述第一光纤接口3、第一多路光纤接口7、第一无线接口4、第二无线接口14、电力载波接口5和以太网接口6均与网络接入模块1连接；

所述第一多路光纤接口7实现工业以太网和无源光网络形式的光纤通信。

进一步地，所述网络接入模块1包括第一控制模块10、存储模块11、电源模块12和时钟模块13；所述存储模块11、电源模块12和时钟模块13均与所述第一控制模块10连接；

进一步地，所述业务融合单元包括业务融合模块2、第二多路光纤接口8、第三无线接口15和网络接口9；所述第二多路光纤接口8、第三无线接口15和网络接口9均与业务融合模块2连接。

进一步地，所述业务融合模块2包括第二控制模块16、存储模块11、电源模块12和时钟模块13；所述存储模块11、电源模块12和时钟模块13均与第二控制模块16连接；所述第一多路光纤接口7和第二无线接口14与所述第二控制模块16连接；

所述电源模块12为网络接入单元提供电能，所述第二控制模块16采用FPGA作为控制器，所述存储模块11采用flash存储器，用于存储控制程序和网络接口相关数据。

进一步地，所述第二控制模块16通过接入网通信接口与接入网进行通信，所述第二控制模块16依次通过第一多路光纤接口7和第二多路光纤接口8与业务融合单元进行通信。

进一步地，所述存储模块11包括业务表格，根据业务表格对不同接口进入的数据所承载的业务分配标签，将加载标签的数据包送业务融合单元中；所述标签的格式如下：

【标签值】+【延迟时间】+【数据包】

其中：标签值代表数据包所代表的业务类型和优先级，占20bit；延迟时间规定了数据包所能接收的最大延迟时间。

进一步地，所述业务融合单元通过光纤通信方式接收网络接入单元传输的信息，并通过网络接口9将信息传输至工控主站系统或者管理信息系统。

进一步地，根据不同光纤通信链路中实际的网络负载情况，确定业务融合单元与网络接入单元之间的连接方式。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

(1)该方案有效实现了电力业务与通信网络的解耦，有效整合了电力系统接入网资源，使得业务在不同的网络间可以灵活切换，提高了通信系统的可靠性；

(2)实现电力终端通信接入网承载的多种业务接入，包括：配电自动化、配网调控一体化、用电信息采集、智能小区、电力光纤到户、电动汽车充换电、分布式能源、环境监控等；

(3)显著减少电力通信接入网汇聚设备和终端接入设备的类型，降低运维成本，有效提升通信设备集中采购率，降低网络建设成本；

(4)多业务承载技术为解决目前存在的重复建设、组网成本高等实际问题提供了技术方案。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明提供的具体实例的基于融合网关的电力业务多网络协同承载的接入网体系架构示意图；

图2是本发明提供的实例的融合网关的功能示意图。

图3是网络接入单元的功能结构图；

图4是业务融合单元的功能结构图；

图5是网络融合单元数据包传输队列分配算法示意图。其中，1-网络接入模块、2-业务融合模块、3-第一光纤接口、4-第一无线接口、5-电力载波接口、6-以太网接口、7-第一多路光纤接口、8-第二多路光纤接口、9-网络接口、10-第一控制模块、11-存储模块、12电源模块、13-时钟模块、14-第二无线接口、15-第三无线接口、16-第二控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明实施例的电力业务多网络协同承载的接入网体系架构示意图如图1所示，接入网单元主要用于检测和获取电力系统相关的数据，并将其向工控主站或者管理信息系统汇聚。目前电力终端通信接入网承载的各种业务终端主要采用四种通信方式：串口RS485总线、工业以太网、无线和电力线载波。融合网关通过相应的接入接口与对应的业务终端相连，获取其数据信息。然后按照一定的顺序发送至远程工控主站系统或者管理信息系统。本发明的融合网关设备在整个通信接入网络中起到核心作用。

本发明提供的实例的融合网关的功能示意图如图2所示，融合网关系统包括网络接入单元和业务融合单元；网络接入单元和业务融合单元之间通过光纤通信方式连接。

网络接入单元包括：网络接入模块1、第一光纤接口3、第一多路光纤接口7、第一无线接口4、第二无线接口14、电力载波接口5和以太网接口6；第一光纤接口3、第一多路光纤接口7、第一无线接口4、第二无线接口14、电力载波接口5和以太网接口6均与网络接入模块1连接；所述第一多路光纤接口7实现工业以太网和无源光网络形式的光纤通信。

不同类型的接入网的数据分别通过光纤通信接口3、无线通信接口4、工业以太网接口6和电力线载波通信接口5送入网络接入单元。

网络接入模块1包含第一控制模块10，存储模块11、电源模块12和时钟模块13。存储模块11、电源模块12和时钟模块13均与所述第一控制模块10连接。电源模块12用于给整个网络接入单元提供电能，控制模块10采用FPGA作为控制器，存储模块11存储控制程序和网络接口相关数据。控制模块10分别通过接入网通信接口和光纤接口实现与接入网和业务融合单元的通信。

网络接入单元根据不同接口送入数据的不同的业务类型，给数据包打上标签，将包含标签的数据包送入网络融合单元。网络接入单元中根据传送数据包的业务类型，确定其实时性需求，分配标签。

业务融合单元根据接收到的数据包的标签，分配向上传输的优先级和次序。去除数据包前的标签之后，数据包按照次序通过输出接口送出。

网络接入单元结构如图3所示，核心第一控制模块10采用Xilinx的XCVU190FPGA，存储模块11采用flash存储器。电源模块12提供网关中各个功能模块的供电。

存储模块11中包含一个业务表格，根据该表格对不同接口进入的数据所承载的业务分配标签。然后将加载标签的数据包送业务融合单元中。标签的格式如下：

【标签值】+【延迟时间】+【数据包】

其中：标签值代表了该数据包所代表的业务类型和优先级，占20bit，延迟时间严格规定了该数据包所能接收的最大延迟时间。

业务融合单元的功能结构图如图4所示，业务融合单元根据数据报文前的标签分配数据传输队列。业务融合单元包括业务融合模块2、第二多路光纤接口8、第三无线接口15和网络接口9；第二多路光纤接口8、第三无线接口15和网络接口9均与业务融合模块2连接。

业务融合模块2包括第二控制模块16、存储模块11、电源模块12和时钟模块13；存储模块11、电源模块12和时钟模块13均与第二控制模块16连接；第一多路光纤接口7和第二无线接口14与所述第二控制模块16连接；

电源模块12为网络接入单元提供电能，第二控制模块16采用FPGA作为控制器，存储模块11采用flash存储器，用于存储控制程序和网络接口相关数据。

第二控制模块16通过接入网通信接口与接入网进行通信，所述第二控制模块16依次通过第一多路光纤接口7和第二多路光纤接口8与业务融合单元进行通信。

如图5所示，为保证实时性，根据延迟时间的长短确定队列，即延迟时间越短的数据，实时性要求最高，优先发送。若算法无法满足所有的业务，根据标签值的所确定的优先级，舍弃低优先级的数据的实时性需求，将低优先级的业务放在传输队列的尾部，保证高优先级数据的实时性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。