本站小編為你精心準備了配電通信網接口設計論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1異構配電通信網基本結構

1.1主體結構設計由于配網通信結構復雜，難以采用單一的通信技術滿足所有配網系統需求［9，10］。因此，采用異構網絡構架組成混合式網絡是配電通信網的重要解決方案。所提出的典型異構配電通信網絡分為三層，包括骨干通信網(骨干網)、接入通信網(接入網)和終端層(用戶駐地網)，如圖1所示。其中，骨干網是服務器端的信息網絡，實現配網通信主站之間的通信，這些主站包括各高壓變電站(110/35kV變電站)、電廠等;接入網實現配網通信子站與配網通信主站之間的通信，配網通信子站主要包括10kV變電站［12］駐地網實現用戶側用電信息的收集和監視。圖1配電通信網的異構式混合結構骨干網中由于站點相對較少，各站點地位均等，因此適合采用光纖通信方式，搭建光纖自愈環網，具有高速、可靠、實時的優勢。接入網則由于用戶較多，需要根據網絡覆蓋地域特點進行選取。對于用戶集中的地方，如城區、縣城、工業園區等地，接入網也適合采用光纖通信方式。而對于郊區或者農村，用戶分散，采用光纖接入代價巨大。因此，可以采用GPRS/3G技術實現接入。對于駐地網，可以分別選擇Wi-Fi，ZigBee或者總線技術。例如，在城區的用戶家庭或者辦公室可以選擇ZigBee子網，而在配電房則選擇總線。

1.2城市配電通信網以所提出的三層網絡基本構架為基礎，本文所設計的城市配電通信網整體結構如圖2所示，其中，骨干網采用的通信技術為光纖通信技術，并采用光纖環作為基本的網絡結構。圖2城市配電通信網結構考慮到城市用戶集中，10kV變電站分布均勻，適合采用以太網無源光網絡(EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON)+以太光纖環接入網。其中，EPON接入網主干是由子站匯聚交換機組成的以太網光纖環。每個35/110kV高壓變電站可以連接一個或者多個以太網光纖環。每個子站匯聚交換機連接一個光線路終端(OpticalLineTerminal，OLT)，或者子站匯聚交換機與OLT集成為一個OLT交換機。每個OLT對應一個10kV的變電站，下面分接多個光網絡單元(OpticalNetworkUnit，ONU)。每個ONU單元都負責收集一個或者多個駐地網絡的信息。城市配網駐地網可以為無線網絡或者有線網絡，無線網絡可以是ZigBee［16］、紅外、WiFi等局域網，而有線網絡一般是總線網絡。無線網絡包括一個協調器和若干個節點。節點即為用戶家中的智能電表、智能插座等，而協調器則負責組建此無線網絡，匯聚各個節點的信息并轉換成適合接入至ONU的接口(如RS485)傳輸至ONU。同時，也負責將從ONU接收到的數據信息廣播至各個節點。有線網絡一般為總線網絡，如RS485總線。

1.3農村配電通信網本文所設計的農村配電通信網整體結構如圖3所示，其中，農村配網骨干網與駐地網的功能與結構與城市配網相同。考慮到農村用戶分散，覆蓋面廣，10kV變電站分布稀疏，農村配網接入網并不適合采用EPON+以太光纖環接入網。由于農村用電信息監測實時要求不高，也沒有嚴格的可控性要求，因此采用GPRS/3G/4G接入方式網絡結構最為簡單。采用此方式主要租用網絡運營商的無線網絡，將數據送回網絡運營商的后臺系統，然后該后臺再通過專線和配網系統進行互聯。GPRS/3G/4G接入方式對用戶的數量沒有限制，用戶無需建網和維護，具有建設周期短、業務開展快、網絡成本低等特點。

2異構配電通信網多址與數據聚合方法

2.1多址與數據聚合方法基于上述異構配電通信網，本文采用駐地網網關來解決配網通信系統中的多址與數據聚合問題，其位于駐地網與接入網之間，作為多個異構駐地網與接入網中一個接入點的連接，如圖4所示。圖4駐地網網關在網絡中位置在上行通信中，駐地網網關首先接收來自掛接在該網關上的N個駐地網的短數據包，并按照駐地網進行分類存儲。例如，來自駐地網n的短數據包存儲在第n號存儲器，n=1，2，…，N。每個短數據包含有其在本駐地網的地址和數據包長度。然后，每接收短數據t秒，駐地網網關將接收到的存儲于N個存儲器中的短數據包進行封裝。在封裝幀的過程中，幀頭包括駐地網網關ID和子幀個數，如圖5所示。幀體由各子幀組成，每一個子幀封裝來自同一個駐地網的所有已經接收到的短數據包，即存儲于同一個存儲器中的所有短數據包。值得指出的是，有可能t秒內某駐地網沒有數據包發送，此時對應的存儲器為空。因此，子幀的個數可能小于N。子幀幀頭包括駐地網網關下面駐地網ID和短數據包個數，如圖5所示。子幀幀體由若干個數據包組成。這些數據包即是在t秒內接收到該子幀所對應的駐地網的所有數據包。駐地網網關將幀封裝好后，將其傳送給該網關所連接的接入點。隨后，駐地網網關再次接收并分類存儲N個駐地網的短數據包，并對短數據包進行封裝及傳送，如此循環。在下行通信中，駐地網網關首先接收來自接入點的數據幀。該數據幀的封裝結構與如圖5所示的上行通信時封裝幀結構完全一致。然后，駐地網網關按照圖5所示結構，對數據幀進行解析，分別得到各個子幀。最后，駐地網網關依次解析每一個子幀。根據子幀中的駐地網ID，將該子幀內所有的數據包發送至該駐地網協調器。值得說明的是，上述介紹的通信方式中，一個網關下的多個駐地網回傳時間間隔(t秒)是相同的。然而，在實際使用中，更為普遍的情況是多個駐地網的采樣間隔和回傳間隔是各不相同的。這種情況下，網關需要根據每個駐地網的回傳間隔和采樣間隔進行處理。網關的回傳將是以駐地網為單位進行。這樣就不需要使用圖5所示的幀結構。

2.2駐地網網關的軟硬件實現駐地網網關的硬件設計并無特殊要求。根據上述駐地網網關的基本功能，硬件系統需要包括RS485接口、CPU和RJ45接口，如圖6所示。其中，RS485接口用于連接駐地網網關與駐地網，接口數量視駐地網數量而定;RJ45連接駐地網網關與接入網，一般為1個。CPU處理駐地網數據的采集、存儲和回傳。駐地網網關的實現重在軟件設計。這里考慮更為一般的情況，即每一個駐地網都有獨立的采樣間隔和回傳間隔。由于串口對象與文件都是獨占式的，軟件設計的重點在于如何處理好資源的調配。下面以微軟的VS2010平臺為例進行詳細介紹。(1)整體思路在整體設計上，采用定時器進行處理。CPU為每個子網設定一個采樣定時器，周期性采樣數據，保存到本地緩存txt文件中。此外，CPU為每個子網另設一個回傳定時器，周期性向服務端發送緩存的txt文件，發送完畢后該文件清空。(2)串口收發處理CPU通過CMSComm類對象訪問串口。由于只有一個串口對象，需管理多個異步串口，故采用搶占式設計，即“先到先得，后到跳過”。當某一個子網采樣定時器觸發時，先判斷當前串口對象是否被使用。如果否，即串口空閑，則將串口占用，執行該定時器內的行為，當串口信息接收完畢時解除串口占用;如果是，即串口當前被占用，則本次定時器跳過。采樣定時器觸發時，如果串口并未被搶占，則將串口配置成駐地網對應的參數，然后打開串口，根據當前設備號，配置設備地址，并獲取相應指令，將其轉換為十六進制格式向串口發送，從而實現對當前設備的數據采集。如有多條數據需要采集，則短暫間隔后更新設備地址重復發送采集命令。串口接收到駐地網上傳的采集數據就會觸發接收函數。接收函數被觸發時，首先將數據轉換為字符串類型保存在數據緩存中，并判斷此時緩存中的數據是否可以提取出完整指令。若否則繼續接收數據;若是則提取出完整指令，存儲在對應的最新數據變量中，以供服務端查詢，并且根據需要寫入緩存txt文件中或發送到服務端。(3)文件操作駐地網網關管理著多個緩存txt文件，每個駐地網網關對應一個文件。網關采集到數據之后需要存儲在文件中;同時，網關需要將文件傳輸到服務器。顯然，由于采樣定時器和回傳定時器是異步的，讀寫文件也是異步的。因此，也需要對文件操作進行異步管理。將網關回傳采集到的數據至服務器的過程稱為緩存同步。緩存同步采用調用子線程的方式執行。所有子網文件對應同一個子線程。當某一子網的緩存同步定時器觸發時，將先判斷當前子線程是否被調用，若未被調用，則調用該子線程。在子線程內，文件發送將分3部分進行:1.發送文件名，以便服務器創建該文件。2.發送文件內數據。3.發送文件發送完成信號，通知服務器文件發送完成。同時，為了避免同一文件被多次打開，規定緩存同步的優先級高于緩存文件寫入，即在緩存文件進行同步的時候不允許寫入數據到該文件。(4)Socket操作通過CSocketClient類對象訪問Socket端口(RJ45)。當收到來自服務端的消息時，調用指令解析函數分析其數據包頭，根據協議判斷其含義，響應對應行動。Socket消息響應包括:a.停止查詢:停止向服務端發送采樣數據。b.開始查詢:向服務端發送采樣數據。首先將最新數據變量中的數據發送至服務端以供顯示，然后每次都將當前的采樣數據發送。c.配置采樣/回傳時間:設置各子網采樣/同步緩存的周期。當回傳定時器觸發時，判斷同步緩存子線程是否已被調用，如果否則跳過，如果是則配置好當前數據包頭信息，并調用緩存同步子線程。該線程將根據協議向服務端發送相應緩存文件，并重建該文件。

3實例與分析

為進一步說明所提出的三層異構網絡體系結構及多址與數據聚合方法，針對城市異構配電通信網絡，圖7給出了一種基于駐地網網關的配電網絡。其中，骨干網部分只給出了總服務器，對應110/35kV高壓變電站，用于收集、監控本高壓變電站下屬所有中、低壓變電站和用戶的信息。EPON接入網的以太光纖環網節點直接采用4個OLT交換機用光纖呈環狀連接，每個OLT交換機兼具OLT單元與子站匯聚交換機的功能，每個OLT下面掛接若干個ONU。ONU與OLT交換機之間、以及OLT交換機之間都是光接口。ONU與駐地網網關之間以及OLT交換機與總服務器之間均采用高速的RJ45以太網接口。圖7基于駐地網關的城市配網通信系統在圖7中，駐地網網關與3個駐地網相連，連接接口均為RS485，因為RS485是工業領域最為常用的接口。3個駐地網中有兩個ZigBee網絡和一個485總線網絡，每個ZigBee子網由一個ZigBee協調器和若干個節點。協調器則負責組建ZigBee子網，匯聚各個節點的信息并轉換成適合接口接入至駐地網網關。同時，協調器也負責將從駐地網網關接收到的數據信息廣播至各個節點。ZigBee協調器與駐地網網關之間的接口為RS485。此實例采用的3種駐地網具有不同網絡結構、不同傳輸媒質、不同業務類型，充分體現了駐地網絡的異構特點。3種駐地網涉及典型的智能插座、智能電表和無源溫度傳感監測，都是電力領域典型應用。通過駐地網網關的解析與統一封裝，服務器端不僅能夠清晰地知道是哪個駐地網中的哪個用戶發來的信息，而且大大減少了短數據包的數量。如果這3個駐地網中每個駐地網有L個節點，t秒內共收集到3L個短數據包。駐地網網關將這3L個短數據包封裝成1個，使得服務器端的解析處理數據包的頻率降低了3L倍，大大提升了服務器端的處理效率。

4結論

本文提出了三層異構配電通信網絡架構，并分別根據城市和農村的用戶分布特性設計了相應的配電通信系統，能夠有效滿足配電網絡的需求，有助于建成經濟適用且綜合高效的配電通信網絡。在此異構配電通信網絡架構基礎上，提出了一種適用于配網通信系統中的基于駐地網網關的多址與數據聚合方法，能有效解決配網通信系統中的多址問題并降低服務器端的處理負荷。

作者：楊云濤黃少偉許知博單位：陜西省地方電力(集團)有限公司清華大學電機系電力系統國家重點實驗室