CN113132153A - 一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法 - Google Patents

一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其包括如下步骤：1）电力设备检修现场前端状态感知与通信；2）前端与后端信息传输网络结构；3）后端状态深度评估与分析。本发明在电力设备检修组网通信中具有更好的实用性，减少了不必要的信息传输，降低了网络传输压力；联合Zigbee技术、电力综合数据网和4G/5G通信网络进行，建立电力智能检修通信***，将被检修设备的初步和深度状态评估相结合，实现前端与后端信息交互，极大地提高了电力设备检修的效率、通信的流畅度以及智能化水平。

Description

一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法
技术领域
本发明属于智能终端设备组网通信领域，具体涉及一种基于边缘计算与 Zigbee技术的组网通信方法。
背景技术
“推进"互联网+"智能电网建设。全面提升电力***的智能化水平”。引领我国电力工业建设迅猛的发展，使当前电网的运行结构和信息网络构架模式已发生了根本性的改变。主要表现在电网的物理结构和大数据信息***的高度融合上，以计算机、网络数字、自动控制为代表的先进技术，把中央电网和地方电网快速地推进到一个崭新的现代化的关键时期；但由于历史网络区域建设的阶段性差异，信息化网络基础设施不同，故在***运行方面依然存在着许多问题；诸如；网络不稳定、技术不衔接，信息报送口径难统一等，这些问题不仅危及***的安全及稳定，而且严重地影响运行管理的质量，因此，根据特定的区域环境研究电力信息网络结构的集约化组合，对确保电力***的安全、稳定运行具有重要意义。
设备检修是确保电网安全稳定运行的重要手段，对于如何提高巡检效率、降低检修风险和成本是当今十分关注的问题。近年来，物联网技术日新月异，已渗入电力发、输、配、送、用各个环节。然而，由于泛在电力物联网还处于起步阶段，如何将其应用于电力设备检修，使得检修效率更高，国内外还鲜有研究。
泛在电力物联网是泛在物联在电力行业的具体表现，将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备以及人和物连接起来，产生共享数据，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，具有终端泛在接入、平台开放共享、计算云雾协同、数据驱动业务、应用随需定制等特征。
根据国家电网有限公司《泛在电力物联网建设大纲》，泛在电力物联网分为感知层、网络层、平台层、应用层，应用层承载对内对外业务，感知层、网络层和平台层承载数据共享和基础支撑，技术攻关和安全防护贯穿各层。
感知层用于设备状态、电网等信息的采集、汇聚和就地处理；网络层用于实现感知层与平台层间广域范围内的数据传输，推进电力无线专网和终端通信建设；平台层是输变电设备物联网管理应用平台，实现超大规模终端统一物联管理；应用层通过对输配电设备各个维度数据的高度融合，重点支撑核心业务智慧化运营。泛在网络、人工智能、边缘计算等物联网新技术的快速发展和智能传感装备配置范围的不断扩大，为泛在电力物联网在电网巡检中的应用提供了新的契机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，提高电力设备检修的效率和通信的流畅度。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其包括如下步骤：
1)电力设备检修现场前端状态感知与通信；
2)前端与后端信息传输网络结构；
3)后端状态深度评估与分析。
进一步的，在步骤1)中，首先将电力设备的传感器所采集的信息汇集至柜内安装的智能传感器终端；智能传感器终端配置有远距离低功耗Zigbee通信模块和近距离定制通信加密模块，用于现场智能巡检；近距离定制通信加密模块通过将智能传感器终端上的信息传输至巡检人员的终端上。
进一步的，采用无线传感技术将电力设备的传感器所采集的信息汇集至柜内安装的智能传感器终端。
进一步的，电力设备的传感器是指预埋的采用无源、无线、多参量技术的传感器。
进一步的，巡检人员的终端的包括但不限于手机、平板电脑、专用巡检终端。
进一步的，专用巡检终端内置入具有网关、控制、智能分析功能的应用软件。
进一步的，在步骤2)中，
首先将根据电力设备的地理位置，部署Zigbee基站，组建Zigbee基站与智能传感器终端之间的星型网络，并计算Zigbee基站通信的可靠距离，对Zigbee 基站之间的阵列进行分布式布置与规划；
然后，在Zigbee通信网络末端配置安全网关，对智能传感器终端传输的数据进行协议转换和加密认证，利用虚拟专用网络和接入点名称技术对安全网关的信息安全环境进行配置；
最后，利用智能传感器终端内的远距离Zigbee通信模块，经Zigbee通信网络和安全网关发送由智能传感器终端边缘计算处理后的设备状态信息，与后端***进行信息交互。
进一步的，在步骤3)中，首先，在后端***前后分别设置横向隔离加密装置和防火墙，通过以太网传输相关信息，使后端***能够安全可靠地接收前端现场采集的数据；最后，将后端***通过4G/5G通信前置机，经安全接入平台有线接入移动运营商网络，实现与前端手持检修终端信息交互。
一种终端设备，包括储存器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的积极效果为：
本发明提出的基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，在电力设备检修组网通信中具有更好的实用性，减少了不必要的信息传输，降低了网络传输压力；联合Zigbee技术、电力综合数据网和4G/5G通信网络进行，建立电力智能检修通信***，将被检修设备的初步和深度状态评估相结合，实现前端与后端信息交互，极大地提高了电力设备检修的效率、通信的流畅度以及智能化水平。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明流程图；
图2为本发明电力设备检修现场前端状态感知与通信流程图；
图3为本发明前端与后端信息传输网络结构流程图；
图4为本发明终端设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
如附图1-4所示，
本发明的一个实施例提供一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，包括以下步骤：
A、电力设备检修现场前端状态感知与通信；
B、前端与后端信息传输网络结构；
C、后端状态深度评估与分析。
作为优选，步骤A中，采用无线传感技术，首先将电力设备关键部位预埋的采用无源、无线、多参量等技术的传感器所采集的信息汇集至柜内安装的智能传感器终端；然后，智能传感器终端配置有远距离低功耗Zigbee通信模块和近距离定制通信加密模块，用于现场智能巡检，负责状态感知与传输端的数据传输任务；最后，近距离定制通信加密模块通过无线通信将智能传感器终端上的各种信息传输至巡检人员手持手机、平板电脑、专用巡检终端等，用于设备状态的分析展示，其中手持巡检终端内置入具有网关、控制、智能分析等功能的应用软件。此外，手持巡检终端通过移动通信网络与后端巡检***进行信息交互。
作为优选，步骤B中，首先将根据电力设备的地理位置，部署Zigbee基站，组建Zigbee基站与智能传感器终端之间的星型网络，并计算Zigbee基站通信的可靠距离，对Zigbee基站之间的阵列进行分布式布置与规划；然后，在Zigbee 通信网络末端配置安全网关，对智能传感器终端传输的数据进行协议转换和加密认证，利用虚拟专用网络和接入点名称技术对安全网关的信息安全环境进行配置；最后，利用智能传感器终端内的远距离Zigbee通信模块，经Zigbee通信网络和安全网关发送由智能传感器终端边缘计算处理后的设备状态信息，与后端***进行信息交互，用于后端展示和深度评估设备状态。
作为优选，步骤C中，首先，在后端***前后分别设置横向隔离加密装置和防火墙，通过以太网传输相关信息，使后端***能够安全可靠地接收前端现场采集的数据；最后，将后端***通过4G/5G通信前置机，经安全接入平台有线接入移动运营商网络，实现与前端手持检修终端信息交互。
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如实施例中所述的各实施例中的步骤。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是所述终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述终端设备的外部存储设备，例如所述终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital， SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如实施例1中所述的各实施例中的步骤。
所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例***中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于其包括如下步骤：
1）电力设备检修现场前端状态感知与通信；
2）前端与后端信息传输网络结构；
3）后端状态深度评估与分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于在步骤1）中，首先将电力设备的传感器所采集的信息汇集至柜内安装的智能传感器终端；智能传感器终端配置有远距离低功耗 Zigbee 通信模块和近距离定制通信加密模块，用于现场智能巡检；近距离定制通信加密模块通过将智能传感器终端上的信息传输至巡检人员的终端上。
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于采用无线传感技术将电力设备的传感器所采集的信息汇集至柜内安装的智能传感器终端。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于电力设备的传感器是指预埋的采用无源、无线、多参量技术的传感器。
5.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于巡检人员的终端的包括但不限于手机、平板电脑、专用巡检终端。
6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于专用巡检终端内置入具有网关、控制、智能分析功能的应用软件。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于在步骤2）中，
首先将根据电力设备的地理位置，部署Zigbee基站，组建 Zigbee基站与智能传感器终端之间的星型网络，并计算Zigbee基站通信的可靠距离，对Zigbee基站之间的阵列进行分布式布置与规划；
然后，在 Zigbee通信网络末端配置安全网关，对智能传感器终端传输的数据进行协议转换和加密认证，利用虚拟专用网络和接入点名称技术对安全网关的信息安全环境进行配置；
最后，利用智能传感器终端内的远距离 Zigbee通信模块，经 Zigbee通信网络和安全网关发送由智能传感器终端边缘计算处理后的设备状态信息，与后端***进行信息交互。
8.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算与Zigbee技术的组网通信方法，其特征在于在步骤3）中，首先，在后端***前后分别设置横向隔离加密装置和防火墙，通过以太网传输相关信息， 使后端***能够安全可靠地接收前端现场采集的数据；最后，将后端***通过4G/5G 通信前置机，经安全接入平台有线接入移动运营商网络，实现与前端手持检修终端信息交互。
9.一种终端设备，包括储存器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
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