CN106373363A - 电能表无线抄表*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了电能表无线抄表***，包括电表数据采集***和集中器，所述电表数据采集***上设置加密模块，电表数据采集***通过无线网络连接集中器，所述集中器上设置解密模块；所述电表数据采集***用于采集用户电表数据，并将电表数据经过加密模块加密后传送至集中器。本发明的有益效果：设置加密模块，防止侵入所述无线网络的非法用户截取所述用户电表数据，从而保证了抄表工作安全而又准确的进行，保证了电网的安全运行。

Description

电能表无线抄表***

技术领域

本发明涉及智能电网领域，具体涉及电能表无线抄表***。

背景技术

抄表***是智能电网对用户电表上的数据进行抄录，并将这些数据反馈给供电部门的***。抄表***能否及时准确抄录这些数据并反馈给供电部门对于整个电网的安全运行有着至关重要的影响。因此抄表***是整个智能电网中不可缺少的关键组成部分。无线抄表***是目前推广使用的一种抄表***，它利用无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetworks)进行数据的传递，所述无线传感器网络是一系列微功率通讯技术的通称，它在低功耗、低成本的前提下，解决抄表通信难题，适合于测量点多、范围分散场合的低压抄表***。无需布线，安装成本低。相关技术中的无线抄表***的数据收发是敞开式的，在射频范围内其它设备都可以收到，黑客容易对用电数据进行篡改，影响了数据的正常传输和电网的运行安全，同时无线抄表***的传输距离受到障碍物的影响很大，障碍物会严重缩短传输距离。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供电能表无线抄表***。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

电能表无线抄表***，包括电表数据采集***和集中器，所述电表数据采集***上设置加密模块，电表数据采集***通过无线网络连接集中器，所述集中器上设置解密模块；所述电表数据采集***用于采集用户电表数据，并将电表数据经过加密模块加密后传送至集中器。

本发明的有益效果：设置加密模块，防止侵入所述无线网络的非法用户截取所述用户电表数据，从而保证了抄表工作安全而又准确的进行，保证了电网的安全运行。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构连接示意图；

图2是电表数据采集***的结构示意图。

附图标记：

电表数据采集***1、集中器2、加密模块3、解密模块4、无线中继器5、数据采集单元11、数据处理单元12、数据传输单元13。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例的电能表无线抄表***，包括电表数据采集***1和集中器2，所述电表数据采集***1上设置加密模块3，电表数据采集***1通过无线网络连接集中器2，所述集中器2上设置解密模块4；所述电表数据采集***1用于采集用户电表数据，并将电表数据经过加密模块3加密后传送至集中器2。

优选的，所述集中器2和所述加密模块3之间设置无线中继器5。

优选的，所述无线中继器5包括放大电路和滤波电路。

本发明上述实施例设置加密模块3，防止侵入所述无线网络的非法用户截取所述用户电表数据，从而保证了抄表工作安全而又准确的进行，保证了电网的安全运行。

优选的，所述电表数据采集***1包括数据采集单元11、数据处理单元12和数据传输单元13；所述数据采集单元11用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作进行用户电表数据的采集，并输出各传感器节点采集的用户电表数据；所述数据处理单元12用于对各传感器节点采集的用户电表数据进行预处理，以获得有效的用户电表数据；所述数据传输单元13用于采用预先设定的数据传输机制进行用户电表数据的传输。

优选的，所述数据采集单元11包括传感器定位子单元和数据修正子单元；所述传感器定位子单元用于进行传感器节点定位，所述进行传感器节点定位具体包括：

(1)将少部分传感器节点部署在已知的位置坐标上，作为信标节点，根据信标节点位置建立满足家居环境的局部坐标系；

(2)假设未知节点的坐标为(x，y)，能够与其进行通信的信标节点坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_n，y_n)，未知节点位于各信标节点为圆心，通信半径为半径的圆的相交区域，取该区域任一点作为未知节点坐标预选点，未知节点坐标预选点到信标节点的差分函数为：

$d(x,y)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n|\sqrt{{(x-x_i)}^2+{(x-x_i)}^2}-r_i|$

式中，r_i为未知节点坐标预选点到(x_i，y_i)距离，i＝1，2，…，n，利用最大似然估计法求取该式的最小值，即为未知节点坐标位置；

所述数据修正子单元用于对传感器在非标准环境下的监测数据进行修正，修正因子σ为：

$\mathrm{\&sigma;}=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-\sqrt{\frac{{(T-T_0)}^2}{T^2}}},& T\&GreaterEqual;T_0\\ e^{\sqrt{\frac{T^2}{{(T-T_0)}^2}}},& T<T_0\end{array}\right.$

式中，T₀为传感器使用的标准温度，T为传感器使用时的环境温度。

本优选实施例实现了传感器定位和数据的准确测量。

优选的，所述数据处理单元12包括数据过滤模块和数据补全模块，所述数据过滤模块用于通过智能网关过滤错误的用户电表数据，所述数据补全模块用于填补丢失的用户电表数据；

所述通过智能网关过滤错误的用户电表数据，包括：

(1)去除没有落入传感器读数的有效范围内的用户电表数据；

(2)对剩余的用户电表数据进行过滤处理，具体为：

1)假设所有传感器的传感频率一致且滑动窗口大小为A，利用Jaccard相似度函数计算出两个传感器S_I、S_J读数行为的相似度Sim(x_I(t)，x_J(t))，其中x_I(t)表示传感器S_I在时间t时的传感读数，x_J(t)表示传感器S_J在时间t时的传感读数；

2)定义传感器S_I、S_J的最初临时相似度为：

${\mathrm{Sim}}_L^0(I,J)=Sim\left(x_I\right(A+t),x_J(A+t\left)\right)$

K+1时刻的临时相似度为：

${\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)={\mathrm{\&mu;Sim}}_L^K(I,J)+\frac{1+\mathrm{\&mu;}}{2}Sim\left(x_I\right(t),x_J(t\left)\right)$

式中，x_I(A+t)表示传感器S_I最初的读数行为，μ为设定的可调节的变量，μ的取值范围为[-1，1]；

3)设共有M个传感器，来自传感器S_I的一个事件查询q，在过去被传感器频繁查询的数据比那些很少被传感器S_I读取的数据与传感器S_I更具有相关性，计算传感器S_I的排序等级值Q_L(q，S_I)，计算公式为：

$Q_L(q,S_I)=\frac{\underset{i\&Element;\&lsqb;1,M\&rsqb;}{max}{\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{J=1}^M{\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)}\&times;\frac{\left|n(q,S_I)\right|}{\left|N(q,S_I)\right|+B}$

式中，n(q，S_I)为在过去传感器S_I针对查询q对一些主题的事件查询数目，N(q，S_I)表示传感器S_I针对查询q的事件查询总数，B为平滑因子；

4)采用投票法判断传感器S_I的当前读数是否为错误读数，设定判断函数为：

$P_I=\underset{S_J\&Element;net\left(I\right)}{\&Sigma;}{\mathrm{VDecision}}_J\left(I\right)\&CenterDot;Q_L(q,S_I)$

式中，net(I)表示传感器S_I的邻居传感器集合，VDecision_j(I)表示邻居传感器S_J对传感器S_I作出投票决定，投票决定有两类，一类是积极的，另一类为消极的，投票决定为积极时，VDecision_j(I)＝1，投票决定为消极时，VDecision_j(I)＝0；P_I＞0时，表示传感器S_I的当前读数为正常读数，P_I＜0时，表示传感器S_I的当前读数为错误读数。

所述填补丢失的用户电表数据，包括：

(1)采用K-means聚类方法进行用户电表数据的聚类处理；

(2)对同一类中的缺失值进行却是数据的填充。

本优选实施例过滤错误的用户电表数据时，考虑了传感器与邻居节点以及环境之间的关联性，通过排序算法为每个传感器分配一个适当的权重来反映传感器的重要性，进而对传感器采集到的数据进行取舍来过滤采集过程中的错误数据和环境引起的不正常数据，提高了过滤的精度；采用先聚类后填补缺失值的方式填补丢失的用户电表数据，可以较好的考虑数据的局部特性，提高数据填补的精度。

在一个实施例中，所述预先设定的数据传输机制包括：

(1)簇内成员在各自分配的时间段内将采集到的数据以单跳的方式传输到所属簇的簇头节点C_i，簇头节点C_i对收集到的用户电表数据进行整合处理；

(2)簇头节点C_i根据下式选择其他簇头节点，以确定其路由候选簇头节点集合CN：

$CN=\left\{\begin{array}{c}{d}_{jB}<d_{iB}\\ d_{ij}<d_{iB}\\ {\mathrm{NS}}_i<{\mathrm{NS}}_j\end{array}\right\}$

式中，d_iB表示簇头节点C_i到基站的距离，d_jB表示簇头节点C_j到基站的距离，d_ij表示簇头节点C_i到簇头节点C_j的距离，NS_i表示簇头节点C_i的剩余能量级别，NS_j表示簇头节点C_j的剩余能量级别；

(3)若路由候选簇头节点集合CN为空，则簇头节点C_i直接将用户电表数据发送给基站，并跳转至(6)；

(4)若路由候选簇头节点集合中只存在一个比簇头节点C_i距离基站更近或者剩余能量级别更高的其他簇头节点C_j，则选择簇头节点C_j作为下一跳路由节点，并将用户电表数据转发给簇头节点C_j，使簇头节点C_j成为新的簇头节点C_i，并跳转回(2)；

(5)若路由候选簇头节点集合中存在多个比簇头节点C_i距离基站更近或者剩余能量级别更高的其他簇头节点C_j，则选择使得转发用户电表数据通信开销最小的簇头节点C_j作为下一跳路由节点，并将用户电表数据转发给簇头节点C_j，使簇头节点C_j成为新的簇头节点C_i，并跳转回(2)；

(6)基站接收簇头节点C_i发送的用户电表数据。

本优选实施例采用预先设定的数据传输机制进行用户电表数据的传输，使簇头节点的剩余能量分布更加均衡，有效解决了距离基站较近或者距离基站较远的节点能量过早消耗完的问题，从而延长了整个数据传输网络的生命周期。

在另一个实施例中，所述预先设定的数据传输机制包括：

针对不同传输数据大小和传输距离采用不同的传输方式，定义传输函数Tr：

$Tr=\frac{S}{S_0}+\frac{D}{D_0}$

式中，S为传输数据大小，S₀为数据传输大小分界值，S₀＝1MB，D为传输距离，D₀为传输距离远近分界值，D₀＝10m；

若D＜D₀，则采用蓝牙进行数据通信，

若D≥D₀且S≤S₀，则采用zigbee网络进行数据通信，

若D≥D₀且S＞S₀，则采用WIFI进行通信。

本优选实施例在实现了对用户电表数据低能耗、高速率的通信。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.电能表无线抄表***，其特征是，包括电表数据采集***和集中器，所述电表数据采集***上设置加密模块，电表数据采集***通过无线网络连接集中器，所述集中器上设置解密模块；所述电表数据采集***用于采集用户电表数据，并将电表数据经过加密模块加密后传送至集中器。

2.根据权利要求1所述的电能表无线抄表***，其特征是，所述集中器和所述加密模块之间设置无线中继器。

3.根据权利要求2所述的电能表无线抄表***，其特征是，所述无线中继器包括放大电路和滤波电路。