CN105321320B - 一种基于vpn构架的4g lte网络在线预警***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***及方法，该***包括传感器模块，视频图像模块，集控中心服务器、4G无线传输模块、前端VPN服务器和电力内网VPN服务器；针对电力输电线路监测需求，采用具有加密功能的VPN构架代替现有输电线路状态监测装置中的安全前置机，将前置终端摄像头及传感器采集的相关业务数据安全地传输至后台管理平台进行数据展示，该***的使用会增加数据业务传输的带宽需求，减少数据终端及延迟效果，大大提供高了线路维护安全性，降低了线路故障发生率。

Description

一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***及方法
【技术领域】
本发明属于电力输电线路监测领域，涉及一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***及方法。
【背景技术】
现有输电线路状态监测***大多采用3G个人移动通信模式来实现监测数据在集控中心服务器和电力内网之间的传输，并采用安全前置机保证通信过程的安全性。但该状态监测多为单一模块功能，互通性不好，考虑到输电线路所处地理环境，3G覆盖率无法满足线路状态监测需求，同时偏远山区3G无线带宽受到地理环境限制，要实现各数据互通及数据传输的安全性、稳定性、可靠性及实时性必须改变现有的状态监测通信模式及硬件体系架构，从而实现特殊地理环境对设备性能及功能方面的需求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***及方法，保证了数据传输的可靠性及稳定性。
本发明采用的技术方案是：
一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***，包括传感器模块，视频图像模块，集控中心服务器、4G无线传输模块、前端VPN服务器和电力内网VPN服务器；
所述的传感器模块安装在输电线路状态监测的前端监控主机上，包括多个传感器用以采集输电线路的气象环境参数，并对杆塔、绝缘子和导线状态进行监测；
所述的视频图像模块安装在输电线路状态监测的前端监控主机上，用以对输电线路及其周围的各种状况进行拍照、录像，并将采集到的图像视频信息发送到集控中心服务器；
所述的集控中心服务器用以接收到输电线路中的各种监测数据，对数据进行智能统计分析，并给出相应的判断结果及处理建议反馈给电力内网的监测终端；
所述的4G无线传输模块是集控中心服务器与电力内网之间的通信模块，该模块采用VPN构架的4G LTE网络来实现服务器与内网之间的通信；
前端VPN服务器和电力内网VPN服务器构成VPN构架的双网关。
进一步，所述传感器组成传感器网络，通过传感器网络对拆卸、切割、偷盗塔材的破坏行为进行智能监测。
一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警方法，包括以下步骤：
步骤1：传感器模块和视频图像模块采集其周围的输电线路运行数据，并按照集控中心服务器的请求将单个、部分或者全部的采集数据通过4G LTE无线网络传输至集控中心服务器；
步骤2：集控中心服务器在接收到各种监测数据后，以视频、图表、曲线的方式集中显示，并进行智能统计分析，根据以往的数据记录给出相应的判断结果；
步骤3：集控中心服务器将分析得到的处理建议反馈给电力内网的监测终端，该反馈过程通过VPN构架的4G LTE网络进行通信。
进一步，VPN构架的VPN网关采用双网卡结构，外网卡使用公网IP接入4G LTE网络，内网卡接入电力内网。
进一步，传感器模块和视频图像模块采集其周围的输电线路的环境参数、覆冰情况，对杆塔、绝缘子、导线进行监测，同时对拆卸、切割、偷盗塔材的破坏行为进行智能监测。
进一步，4G LTE网络中的集控中心服务器向电力内网的监测终端A反馈建议，该终端的具体通信过程如下：
(1)集控中心服务器发出访问数据包，其目标地址为监测终端A的内部IP地址；
(2)前端局域网中VPN网关在接收到集控中心服务器发出的访问数据包时，对其目标地址进行检查，如果目标地址属于电力内网的地址，则将该数据包采用VPN技术进行封装，同时VPN网关会构造一个新VPN数据包，并将封装后的原数据包作为VPN数据包的负载，VPN数据包的目标地址为电力内网的VPN网关的外部地址；
(3)前端局域网的VPN网关将VPN数据包发送到4G LTE网中，该VPN数据包将被4GLTE网络正确地发送到电力内网的VPN网关；
(4)电力内网的VPN网关对接收到的数据包进行检查，如果发现该数据包是从前端局域网的VPN网关发出的，即可判定该数据包为VPN数据包，并对该数据包进行解包处理，解包是先将VPN数据包的包头剥离，再将数据包反向处理还原成原始的数据包；
(5)电力内网的VPN网关将还原后的原始数据包发送至目标终端A。
本发明基于VPN架构的4G LTE网络在线预警***，在同一个状态监测前端监控主机上，通过选择性的安装不同的传感器模块，视频图像模块，可以单个、部分或者全部的采集传输常见的输电线路运行数据，如气象环境参数、覆冰、杆塔、绝缘子、导线监测等，在***正常运行的过程中，其配件也可随时任意更换、增减。通信网络采用VPN架构，实现在4GLTE公网上通过双向加密安全可靠的传输监测数据，该***的使用会增加数据业务传输的带宽需求，减少数据终端及延迟效果，大大提供高了线路维护安全性，降低了线路故障发生率。
同时，集控中心服务器软件在接收到各种监测数据后，以视频、图表、曲线的方式集中显示，并进行智能统计分析，根据以往的数据记录给出相应的判断结果及处理建议反馈给监测终端，如有预警信息即启动状态监测终端设备自带的报警设备进行预警提示。
进一步，所述传感器组成传感器网络，通过传感器网能够对拆卸、切割、偷盗塔材等外力破坏行为进行智能监测。
【附图说明】
图1为本发明的***构架
图2为基于VPN构架的4G LTE网络中数据包发送流程图
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明进行详细描述：
图1是基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***结构图，用以对输电线路运行数据进行快速、可靠的传输。包括传感器模块，视频图像模块，集控中心服务器，4G无线传输模块，前端VPN服务器和电力内网VPN服务器。
所述的传感器模块是在输电线路状态监测前端监控主机上安装的相应的传感器，用以采集输电线路的气象环境参数、覆冰、杆塔、绝缘子、导线监测等，同时通过传感器网络对拆卸、切割、偷盗塔材等外力破坏行为进行智能监测。其中，不同的前端监控主机上需要安装的传感器功能及类型可根据监控主机所处的位置、环境等因素进行选择，在***正常运行的过程中，其配件可随时任意更换、增减。
所述的视频图像模块是在输电线路状态监测前端监控主机上安装的摄像机等设备，用以对输电线路及其周围的各种状况进行拍照、录像，采集到的图像视频信息可以被发送到集控中心服务器，以便对输电线路运行状况进行分析和处理。其中，不同的前端监控主机上需要安装的摄像机的内存、功能等性能可以根据监控主机所处的位置、环境等因素进行选择，在***正常运行的过程中，其配件也可随时任意更换、增减。
所述的集控中心服务器用以接收到输电线路中的各种监测数据，以视频、图表、曲线的方式集中显示，并进行智能统计分析，根据以往的数据记录给出相应的判断结果及处理建议反馈给监测终端，如有预警信息即启动状态监测终端设备自带的报警设备进行预警提示。
所述的4G无线传输模块是集控中心服务器与电力内网之间的通信模块，该模块采用VPN构架的4G LTE网络来实现服务器与内网之间的通信。利用VPN技术实现在公共网络上架设服务器与内网之间的专用通信网络，进行加密通信，保证数据传输的安全性；
前端VPN服务器和电力内网VPN服务器构成VPN构架的双网关。
在线预警***具体实现如下：
首先需要在前端局域网和电力内网中分别架设一台VPN服务器，集控中心服务器在当地连上4G LTE网络后，通过4G LTE网络连接电力内网中的VPN服务器，然后通过VPN服务器进入电力企业内网。为了保证数据安全，VPN服务器和集控中心服务器之间的通信数据都进行了加密处理，所以认为数据是在一条专用的数据链路上进行安全传输，就如同专门架设了一个专用网络一样，但实际上该通信过程使用的是互联网上的公用链路。利用加密技术在公网上封装出一个数据通讯隧道，实现了集控中心服务器与电力内网之间的安全可靠的远程访问和通信。
于是本发明采用VPN构架对数据传输进行双向加密，充分保证了数据传输的安全性。但由于VPN架构传输过程中的双向加密需要更大的带宽，因此3G通信网络已经不能满足VPN架构的需求。
本发明的在线预警方法的具体实现步骤如下：
步骤1：传感器模块和视频图像模块采集其周围的常见输电线路运行数据，如气象环境参数、覆冰、杆塔、绝缘子、导线监测等，同时对拆卸、切割、偷盗塔材等外力破坏行为进行智能监测，并按照集控中心服务器的请求将单个、部分或者全部的采集数据通过4G LTE无线网络传输至集控中心服务器。
步骤2：集控中心服务器软件在接收到各种监测数据后，以视频、图表、曲线的方式集中显示，并进行智能统计分析，根据以往的数据记录给出相应的判断结果。
步骤3：集控中心服务器将分析得到的处理建议反馈给监测终端，该反馈过程通过VPN构架的4G LTE网络进行通信。其中，VPN网关采取双网卡结构，外网卡使用公网IP接入4GLTE网络，内网卡接入电力内网。
如图2所示，其中，4G LTE网络中的集控中心服务器访问电力内网中某个终端A的具体通信过程如下：
⑴集控中心服务器发出访问数据包，其目标地址为终端A的内部IP地址。
⑵前端局域网中VPN网关在接收到集控中心服务器发出的访问数据包时，对其目标地址进行检查，如果目标地址属于电力内网的地址，则将该数据包进行封装，封装的方式根据所采用的VPN技术确定，同时VPN网关会构造一个新VPN数据包，并将封装后的原数据包作为VPN数据包的负载，VPN数据包的目标地址为电力内网的VPN网关的外部地址。
⑶前端局域网的VPN网关将VPN数据包发送到4G LTE网中，由于VPN数据包的目标地址是电力内网的VPN网关的外部地址，所以该数据包将被4G LTE网络正确地发送到电力内网的VPN网关。
⑷电力内网的VPN网关对接收到的数据包进行检查，如果发现该数据包是从前端局域网的VPN网关发出的，即可判定该数据包为VPN数据包，并对该数据包进行解包处理。解包的过程主要是先将VPN数据包的包头剥离，再将数据包反向处理还原成原始的数据包。
⑸电力内网的VPN网关将还原后的原始数据包发送至目标终端A，由于原始数据包的目标地址是终端A的IP，所以该数据包能够被正确地发送到终端A。在终端A看来，它收到的数据包就和从集控中心服务器直接发过来的一样。
从电力内网中终端A返回到前端局域网中集控中心服务器的数据包的处理过程和上述过程一样，这样就利用加密技术在公网4G LTE网络上封装出了一个数据通讯隧道，实现了集控中心服务器和电力内网中终端的安全、可靠通信。

Claims (3)

1.一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警***，其特征在于：包括传感器模块，视频图像模块，集控中心服务器、4G无线传输模块、前端VPN服务器和电力内网VPN服务器；
所述的传感器模块安装在输电线路状态监测的前端监控主机上，包括多个传感器用以采集输电线路的气象环境参数，并对杆塔、绝缘子和导线状态进行监测；
所述的视频图像模块安装在输电线路状态监测的前端监控主机上，用以对输电线路及其周围的各种状况进行拍照、录像，并将采集到的图像视频信息发送到集控中心服务器；
所述的集控中心服务器用以接收到输电线路中的各种监测数据，对数据进行智能统计分析，并给出相应的判断结果及处理建议反馈给电力内网的监测终端；
所述的4G无线传输模块是集控中心服务器与电力内网之间的通信模块，该模块采用VPN构架的4G LTE网络来实现服务器与内网之间的通信；
前端VPN服务器和电力内网VPN服务器构成VPN构架的双网关；所述传感器组成传感器网络，通过传感器网络对拆卸、切割、偷盗塔材的破坏行为进行智能监测。
2.一种基于VPN构架的4G LTE网络在线预警方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：传感器模块和视频图像模块采集其周围的输电线路运行数据，并按照集控中心服务器的请求将单个、部分或者全部的采集数据通过4G LTE无线网络传输至集控中心服务器；
步骤2：集控中心服务器在接收到各种监测数据后，以视频、图表、曲线的方式集中显示，并进行智能统计分析，根据以往的数据记录给出相应的判断结果；
步骤3：集控中心服务器将分析得到的处理建议反馈给电力内网的监测终端，该反馈过程通过VPN构架的4G LTE网络进行通信；VPN构架的VPN网关采用双网卡结构，外网卡使用公网IP接入4G LTE网络，内网卡接入电力内网；
4G LTE网络中的集控中心服务器向电力内网的监测终端A反馈建议，该终端的具体通信过程如下：
(1)集控中心服务器发出访问数据包，其目标地址为监测终端A的内部IP地址；
(2)前端局域网中VPN网关在接收到集控中心服务器发出的访问数据包时，对其目标地址进行检查，如果目标地址属于电力内网的地址，则将该数据包采用VPN技术进行封装，同时VPN网关会构造一个新VPN数据包，并将封装后的原数据包作为VPN数据包的负载，VPN数据包的目标地址为电力内网的VPN网关的外部地址；
(3)前端局域网的VPN网关将VPN数据包发送到4G LTE网中，该VPN数据包将被4G LTE网络正确地发送到电力内网的VPN网关；
(4)电力内网的VPN网关对接收到的数据包进行检查，如果发现该数据包是从前端局域网的VPN网关发出的，即可判定该数据包为VPN数据包，并对该数据包进行解包处理，解包是先将VPN数据包的包头剥离，再将数据包反向处理还原成原始的数据包；
(5)电力内网的VPN网关将还原后的原始数据包发送至目标终端A。
3.根据权利要求2所述的基于VPN构架的4G LTE网络在线预警方法，其特征在于：传感器模块和视频图像模块采集其周围的输电线路的环境参数、覆冰情况，对杆塔、绝缘子、导线进行监测，同时对拆卸、切割、偷盗塔材的破坏行为进行智能监测。
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