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    • 专利摘要:
    本实用新型实施例提供一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，属于电力物联网领域。所述基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构包括：主通信链路，由物联监测云平台、安全加密隔离网关、通信前置机、防火墙和MEC服务器依次连接组成；多个基站，与所述主通信链路末端的所述MEC服务器星型连接；每一基站星型连接有多个终端。本实用新型通过融合现有各种通讯技术的优点，将不同的通信方式融合在一块，使得数据传输高效安全。
    公开号:CN214338136U
    申请号:CN202023024117.3U
    申请日:2020-12-15
    公开日:2021-10-01
    发明作者:金鑫；林航；苏涛；张华乐；钱俊；于浩；董亚文；吴昊；郭力旋；吴辉；杨阳；吕玉祥；刘江
    申请人:State Grid Corp of China SGCC；State Grid Information and Telecommunication Co Ltd；Anhui Jiyuan Software Co Ltd；Information and Telecommunication Branch of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd；
    IPC主号:H04W84-18
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及电力物联网领域，具体地涉及一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构。
    [n0002] 为了加强电力电网智能化，泛在电力物联网概念逐渐深入人心。泛在电力物联网，就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统，包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。为了提高电力电网信息采集的广泛性和数据传输的安全性，现有的通信技术均存在很多不足。例如，光纤通信的高成本性和单一接入性、LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)等微功率无线通信技术的技术公开性和芯片协议性和电力载波通信的不稳定性。这些通信技术虽然发展已相对成熟，但均无法兼顾电力电网信息采集的广泛性和数据传输的安全性。
    [n0003] 针对现有技术无法单一适配及支撑泛在电力物联网的信息采集与网络传输要求的问题，需要创造一种融合5G公网/虚拟园区、LoRa、LTE(Long Term Evolution，长期演进)和MEC((Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算))等通讯技术的电力无线专网异构组网架构。
    [n0004] 本实用新型实施例的目的是提供一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，该组网架构融合了融合5G公网/虚拟园区、LoRa、LTE和MEC等通讯技术，解决了现有技术无法单一适配及支撑泛在电力物联网的信息采集与网络传输要求的问题。
    [n0005] 为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，所述基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构包括：主通信链路，由物联监测云平台、安全加密隔离网关、通信前置机、防火墙和MEC服务器依次连接组成；多个基站，与所述主通信链路末端的所述MEC服务器星型连接；每一基站星型连接有多个终端。
    [n0006] 可选的，所述物联监测云平台至所述多个终端的数据传输通道为双向传输通道。
    [n0007] 可选的，所述物联监测云平台和所述多个终端均包括用于将数据加密为LoRa无线信号的加密芯片以及用于解密LoRa无线信号的解密芯片。
    [n0008] 可选的，当数据传输方向为由所述物联监测云平台至所述终端时，所述物联监测云平台的云平台数据由所述物联监测云平台的加密芯片加密为云平台数据LoRa无线信号，所述云平台数据LoRa无线信号通过所述主通信链路传输至与所述主通信链路末端的MEC服务器星型连接的基站后由该基站传输至与该基站对应连接的所有终端，由所述终端的解密芯片对所述云平台数据LoRa无线信号进行解密。
    [n0009] 可选的，当数据传输方向为由所述终端至所述物联监测云平台时，所述终端采集到的数据由所述终端的加密芯片加密为终端数据LoRa无线信号，所述终端数据LoRa无线信号通过所述终端对应连接的所有基站传输至所述主通信链路后传输至所述物联监测云平台，由所述物联监测云平台的解密芯片对所述终端数据LoRa无线信号进行解密。
    [n0010] 可选的，每一基站与多个终端建立通信连接，每一终端与多个基站建立通信连接。
    [n0011] 可选的，所述终端包括用于本地数据采集的传感器模块。
    [n0012] 可选的，所述终端还包括通信模块，所述通信模块用于将所述本地数据传输到所述终端对应连接的所有基站。
    [n0013] 可选的，所述基站与所述MEC服务器的通信方式为有线专网形式。
    [n0014] 可选的，所述通信前置机为所述防火墙与所述安全加密隔离网关的通讯媒介。
    [n0015] 通过上述技术方案，基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构充分利用了现有各种通讯技术的优点，将不同的通信方式融合在一块，使得数据传输高效安全。它能够满足信息传输的各种高要求，有利于信息传输资源整合和优化，实现输电线路在线监测数据、可视化信息等相关信息的统一接入，是输电线路智能化建设的强有力的技术支撑。
    [n0016] 本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
    [n0017] 附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
    [n0018] 图1是本实用新型一种实施方式提供的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构的结构示意图。
    [n0019] 附图标记说明
    [n0020] 10-物联监测云平台；20-安全加密隔离网关；30-通信前置机；40-防火墙；50-MEC服务器；60-基站；70-终端。
    [n0021] 以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
    [n0022] 此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致相等”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
    [n0023] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
    [n0024] 请参照图1，本实施例提供一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，所述基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构包括：由物联监测云平台10、安全加密隔离网关20、通信前置机30、防火墙40和MEC服务器50依次连接组成的主通信链路；以及，沿所述主通信链路末端的所述MEC服务器50星型连接的多个基站60；以及每个基站60星型连接的多个终端70。
    [n0025] 优选的，所述物联监测云平台10到所述终端70的数据传输通道为双向传输通道。
    [n0026] 在本实用新型实施例中，在智能电网中，想要实现电网信息采集和采集信息的网络传输，现有技术无法单一实现，所以不得不多方面采用5G公网/虚拟园区、LoRa、LTE和MEC等技术进行融合进行或通过光纤进行。通过融合5G公网/虚拟园区、LoRa、LTE和MEC等技术的方法会极大提高控制难度，各通信技术的标准和安全性能差异很大，进行电网信息传输时极易被攻击，造成电网信息泄露，从而增加电网被恶意攻击的概率。而若使用光纤通讯，一方面远距离光纤线路的假设会极大增大网络构建成本；另一方面，难以实现海量化终端70接入，造成信息采集和接收不完全。通过架构基于LoRaWAN的电力无线专网异构组网，结合电网信息采集和信息安全传输，将采集信息进行加密，将加密信息安全传输到物联监测云平台10或终端70，在保证低损耗的前提下，远距离安全的进行信息传输。通过通讯链路全程双向通信通道，无论是物联监测云平台10的数据传向终端70，还是终端70采集的数据传向物联监测云平台10，都能够进行信息加密并传输，保证同一链路实现双向信息通信，提高通信链路的使用效率和减少系统假设成本。
    [n0027] 优选的，所述物联监测云平台10与所述终端70均包括用于将数据加密为LoRa无线信号以及将LoRa无线信号进行解密的加密芯片和解密芯片。
    [n0028] 在本实用新型实施例中，为了实现电网信息的安全传输，优选的将通讯链路中传输的数据均为加密数据，且仅有物联监测云平台10和目标终端70具有正确的密钥。物联监测云平台10和目标终端70通过共享的正确密钥进行相关数据加密和解密，其中，物联监测云平台10和终端70均具有将数据加密为LoRa无线信号以及将LoRa无线信号进行解密的加密芯片和解密芯片，为了有效将数据加密为LoRa协议加密数据，优选的，物联监测云平台10和终端70的加密芯片和解密芯片均包括LoRa加密协议，通过LoRa加密协议进行数据的加密和解密。终端70的加密芯片用于将需要传向物联终端70云平台的数据加密为LoRa协议加密数据，然后依次通过基站60、MEC服务器50、防火墙40、通信前置机30和安全隔离加密网关发送到物联监测云平台10，然后物联监测云平台10的解密芯片通过共享的正确密钥进行LoRa协议加密数据解密，获得完整的数据信息。反之，若物联监测云平台10需要发布特定数据到目标终端70，则物联监测云平台10加密芯片进行下发数据的加密工作，目标终端70的解密芯片则进行数据解密工作，获得完整的下发数据。
    [n0029] 优选的，所述数据传输方向为所述终端70到所述物联监测云平台10时，所述终端70的加密芯片将所述终端70采集到的数据加密为终端70数据LoRa无线信号，并将所述终端70数据LoRa无线信号依次通过基站60和所述主通信链路传输到物联监测云平台10，供所述物联监测云平台10的解密芯片进行所述端数据LoRa无线信号解密。
    [n0030] 在本实用新型实施例中，多个终端70通过LoRa加密协议和加密芯片将采集到的数据加密为多个加密LoRa无线信号，然后将多个加密LoRa无线信号传输到对应连接的基站60。基站60汇聚多个加密LoRa无线信号并无线传输到其对应连接的MEC服务器50。MEC服务器50汇集基站60发送过来的加密LoRa无线信号，并将密LoRa无线信号传输到防火墙40，防火墙40根据加密LoRa无线信号的ip地址后其他特征信息进行多个将加密LoRa无线信号信息隔离和增加信息的防护措施，并将隔离后的加密LoRa无线信号通过通讯前置机传输到安全加密隔离网关20。通讯前置器作为防火墙40和安全加密隔离网关20的数据传输媒介，将隔离后的加密LoRa无线信号传输到安全加密隔离网关20。安全加密隔离网关20对经过的加密LoRa无线信号进行初步解密，并将解密信息传输到物联监测云平台10，物联监测云平台10对解密信息通过LoRa加密协议和与终端70的共享密钥对解密信息进行进一步解密，获得完整的采集数据，对这些采集数据进行整理和分析，获得电网的实时状态信息。
    [n0031] 优选的，所述数据传输方向为所述终端70到所述物联监测云平台10时，所述终端70的加密芯片将所述终端70采集到的数据加密为终端70数据LoRa无线信号，并将所述终端70数据LoRa无线信号依次通过基站60和所述主通信链路传输到物联监测云平台10，供所述物联监测云平台10的解密芯片进行所述端数据LoRa无线信号解密。
    [n0032] 在本实用新型实施例中，与上述数据传输方向为所述终端70到所述物联监测云平台10相反，数据发起源为物联终端70云平台，物联终端70云平台通过加密芯片和LoRa加密协议进行需要下发的数据加密，然后经由安全加密隔离网关20进一步加密，依次经过通信前置机30、防火墙40、MEC服务器50和基站60，将加密数据分发到对应的终端70处，对应终端70对包括下发数据的加密LoRa无线信号进行解密，获得完整的下发数据，根据下发数据执行对应的操作。
    [n0033] 优选的，一个基站60与多个终端70建立通信连接；一个终端70也同时与多个基站60建立通信连接。
    [n0034] 在本实用新型实施例中，为避免终端70或基站60故障时，物联监测云平台10无法准确获知电网情况的问题，优选的设置一个基站60与多个终端70建立通信连接；一个终端70也同时与多个基站60建立通信连接。一个基站60与其通讯范围内的所有终端70进行连接，在进行数据采集时，同时汇总其通范围内所有终端70的采集信息，若某终端70发生故障时，还存在其他终端70采集数据，不会因为单个终端70故障导致整个系统瘫痪。同样的，一个终端70的通讯范围内可能存在多个基站60，则该终端70与其通讯范围内的所有基站60建立连接，当进行数据采集和上传时，同时将采集到的数据发送到与其连接的所有基站60。即使某个基站60发生故障时，还存在其他基站60接收故障基站60范围内终端70发送的数据，避免因为基站60故障导致终端70采集数据无法上传的问题。
    [n0035] 优选的，所述终端70包括传感器模块，用于本地数据收集。
    [n0036] 在本实用新型实施例中，进行电网状态检测时，需要采集实时的状态信息，将实时的状态信息上报到物联监测云平台10，物联监测云平台10根据这些状态信息判断电网的实时状态是否存在异常。优选的，这些状态信息至少包括：气象、倾斜、温度、弧垂、电流、电阻和距离。对应的，想要进行这些信息的准确采集，优选的，终端70配置有对应的传感器模块，用于这些信息的采集。例如，用于采集倾斜度的倾角传感器、用于采集温度的温度传感器、用于采集弧垂位移传感器和用于采集电流的电流传感器。终端70通过各种数据对应的传感器模块进行电网信息采集，然后将采集到的信息发送到对应连接的所有基站60，提高电网的管理效率的数据传输安全性能。
    [n0037] 优选的，所述终端70还包括通信模块，用于将所述本地数据传输到所述终端70对应连接的所有基站60。
    [n0038] 在本实用新型实施例中，终端70包括将本地数据传输到对应连接的所有基站60的通讯模块，优选的，通信模块与基站60之间的通讯方式遵循LoRa提供的低功耗局域网无线标准，能够提供在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，这种通讯方式更适应于偏僻电网的监管，在尽量少的基站60覆盖下，完成对偏僻地区电网的监管。
    [n0039] 优选的，所述基站60与所述MEC服务器50的通信方式为有线专网形式。
    [n0040] 在本实用新型实施例中，电力系统被恶意攻击时会造成电网瘫痪等非常严重的问题，所以为了避免数据传输过程总电网数据被恶意截取，导致电网被攻击。优选的，基站60与MEC服务器50的通信方式为有线专网形式，区别于外网，设立独立的专网进行电网数据传输，避免外网恶意攻击程序进行电网信息截取，造成电网信息泄漏。
    [n0041] 优选的，所述通信前置机30为所述防火墙40与所述安全加密隔离网关20的通讯媒介。
    [n0042] 以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。
    [n0043] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
    [n0044] 本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
    [n0045] 此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构包括：
    主通信链路，由物联监测云平台、安全加密隔离网关、通信前置机、防火墙和MEC服务器依次连接组成；
    多个基站，与所述主通信链路末端的所述MEC服务器星型连接；每一基站星型连接有多个终端。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述物联监测云平台至所述多个终端的数据传输通道为双向传输通道。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述物联监测云平台和所述多个终端均包括用于将数据加密为LoRa无线信号的加密芯片以及用于解密LoRa无线信号的解密芯片。
    [0004] 4.根据权利要求3所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，当数据传输方向为由所述物联监测云平台至所述终端时，所述物联监测云平台的云平台数据由所述物联监测云平台的加密芯片加密为云平台数据LoRa无线信号，所述云平台数据LoRa无线信号通过所述主通信链路传输至与所述主通信链路末端的MEC服务器星型连接的基站后由该基站传输至与该基站对应连接的所有终端，由所述终端的解密芯片对所述云平台数据LoRa无线信号进行解密。
    [0005] 5.根据权利要求3所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，当数据传输方向为由所述终端至所述物联监测云平台时，所述终端采集到的数据由所述终端的加密芯片加密为终端数据LoRa无线信号，所述终端数据LoRa无线信号通过所述终端对应连接的所有基站传输至所述主通信链路后传输至所述物联监测云平台，由所述物联监测云平台的解密芯片对所述终端数据LoRa无线信号进行解密。
    [0006] 6.根据权利要求1所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，每一基站与多个终端建立通信连接，每一终端与多个基站建立通信连接。
    [0007] 7.根据权利要求6所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述终端包括用于本地数据采集的传感器模块。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述终端还包括通信模块，所述通信模块用于将所述本地数据传输到所述终端对应连接的所有基站。
    [0009] 9.根据权利要求1所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述基站与所述MEC服务器的通信方式为有线专网形式。
    [0010] 10.根据权利要求1所述的基于LoRa WAN的电力无线专网异构组网架构，其特征在于，所述通信前置机为所述防火墙与所述安全加密隔离网关的通讯媒介。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
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