4G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鄧紅雷;師留陽(yáng)【摘要】提出一種新的解決輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送的通信網(wǎng)絡(luò)方法基于4G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該方法通過(guò)數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)和云平臺(tái)，將數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和后端數(shù)據(jù)平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)輸電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送和顯示整個(gè)過(guò)程。系統(tǒng)具有傳輸速度快、監(jiān)測(cè)范圍廣、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。%Thispaperpresentsanewkindofcommunicationnetworksolutionfordatasendingofmonitoringsystemforpow-ertransmissionlinesnamedmonitoringsystemforpowertransmissionlinesbasedon4GtransformingintoWIFIwirelesssen-sornetwork.Bydataacquisitionplatformandcloudplatform,itisabletoconnectdataacquisitionnetwork,datacommuni-cationnetworkandrear-enddataplatformsoastorealizethewholeprocessofmonitoringdataacquisition,processing,sendinganddisplayofpowertransmissionlines.Thissystemhasadvantagesoffasttransmissionspeed,widemonitoringrange,convenientnetworkconstruction.【期刊名稱】《廣東電力》【年(卷)，期】2016(029)006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P117-120)【關(guān)鍵詞】4G轉(zhuǎn)WIFI;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng);數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò);云平臺(tái)【作者】鄧紅雷;師留陽(yáng)【作者單位】華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640；華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TM764輸電線路作為電力系統(tǒng)重要電力設(shè)施，對(duì)于電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行極為關(guān)鍵。特別是隨著輸電線路電壓等級(jí)的不斷提高，對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者［1-14］對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在輸電線路在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，目前應(yīng)用在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信技術(shù)主要包括衛(wèi)星通信、通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)(generalpacketradioservice,GPRS)、ZigBee、3G、4G和無(wú)線保真(wirelessfidelity,WIFI)，其中衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，數(shù)據(jù)通信量大，但發(fā)送有延遲，易受太陽(yáng)活動(dòng)及氣候影響；ZigBee免費(fèi)頻段，時(shí)延小，容量大，但數(shù)據(jù)傳輸速率較低；GPRS、3G、4G均利用公網(wǎng)，無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)范圍廣，但需要運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率較低，3G和4G都比較高；WIFI建設(shè)網(wǎng)絡(luò)方便，數(shù)據(jù)傳輸速率較高，但監(jiān)測(cè)范圍小。高壓輸電線路現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜，線路運(yùn)行電壓高，容量大，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)［15］表明當(dāng)頻率超過(guò)20MHz后，干擾水平很小，4G和WIFI無(wú)線通信技術(shù)工作頻率都遠(yuǎn)大于20MHz，因此幾乎不用考慮高壓輸電線路復(fù)雜環(huán)境對(duì)于4G和WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的強(qiáng)干擾影響。綜合考慮上述無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了一種基于4G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采用WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，充分利用其建設(shè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、通信速率較高的優(yōu)點(diǎn)；遠(yuǎn)程通信采用4G通信方式，該方式無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，利用公網(wǎng)，監(jiān)測(cè)范圍廣，數(shù)據(jù)發(fā)送快；WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和4G通信可以通過(guò)4G轉(zhuǎn)WIFI模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)發(fā)送。該系統(tǒng)具有傳輸速度快、監(jiān)測(cè)范圍廣、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。本文首先介紹74G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，然后闡述了各個(gè)部分的作用和特點(diǎn)，著重說(shuō)明數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信兩個(gè)核心問(wèn)題，提出了4G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方案，通過(guò)數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)和云平臺(tái)將數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和后端數(shù)據(jù)平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)輸電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送和顯示整個(gè)過(guò)程。傳感器節(jié)點(diǎn)采集到監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯總平臺(tái)；數(shù)據(jù)匯總平臺(tái)信息通過(guò)4G公網(wǎng)發(fā)送到云平臺(tái)；最后用戶通過(guò)后端數(shù)據(jù)平臺(tái)訪問(wèn)云平臺(tái)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?；?G轉(zhuǎn)WIFI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)部分主要包括監(jiān)測(cè)區(qū)域、監(jiān)測(cè)對(duì)象、傳感節(jié)點(diǎn)等。監(jiān)測(cè)區(qū)域給出了所要監(jiān)測(cè)輸電線路對(duì)象的具體位置和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；監(jiān)測(cè)對(duì)象則指出了要監(jiān)測(cè)的輸電線路具體對(duì)象；傳感器節(jié)點(diǎn)給出了數(shù)據(jù)采集裝置傳感器的安裝位置和類型。這三部分的選擇關(guān)系到能否采集正確監(jiān)測(cè)信息，需要認(rèn)真分析研究，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文提出的輸電線路數(shù)據(jù)采集網(wǎng)采用WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的發(fā)送，使傳感器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)區(qū)域組成的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與傳統(tǒng)方式有所不同。由于WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率快，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)需要相應(yīng)的增加，同樣的時(shí)間內(nèi)可以發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，采集更多的對(duì)象信息；WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍形成的局域網(wǎng)絡(luò)，傳感節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，大大方便了傳感節(jié)點(diǎn)的布置和安裝工作，對(duì)于監(jiān)測(cè)對(duì)象和區(qū)域的選擇更加靈活?；?G轉(zhuǎn)WIFI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)由WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)、4G通信網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)組成，其中監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采用WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，充分利用其建設(shè)網(wǎng)簡(jiǎn)單、通信速率較高的優(yōu)點(diǎn)；遠(yuǎn)程通信采用4G通信方式，該方式無(wú)需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)范圍廣，數(shù)據(jù)發(fā)送快；同時(shí)通過(guò)4G轉(zhuǎn)WIFI模塊實(shí)現(xiàn)兩種不同方式的通信網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)發(fā)送。傳感器采集數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單分類和處理，之后再通過(guò)4G通信網(wǎng)絡(luò)將處理后數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信發(fā)送到云平臺(tái)。3.1WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由于輸電線路監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)ο笮枰杉男畔⒎植疾患?，?duì)于傳感器的安裝和數(shù)據(jù)采集都有了更高的要求，傳統(tǒng)有線的方式已經(jīng)不能滿足監(jiān)測(cè)的需要，無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集得以廣泛采用，本文提出的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)WIFI模塊來(lái)產(chǎn)生WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，與傳感器節(jié)點(diǎn)組成WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信速率較快，可以滿足分布式傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的要求，傳感節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯總平臺(tái)，傳輸線路如圖3所示。從圖3可知，WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)WIFI模塊實(shí)現(xiàn)，電源采用太陽(yáng)能發(fā)電或者蓄電池。產(chǎn)生的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布在監(jiān)測(cè)對(duì)象周圍，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)接入該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，形成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。相比于其他無(wú)線通信方式，WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便，只需要簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換WIFI模塊即可產(chǎn)生用于通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，裝置設(shè)備較小，易于安裝；WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信速率高，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)容量大，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)形成一個(gè)較大的局域網(wǎng)絡(luò)，分布在監(jiān)測(cè)對(duì)象附近，便于傳感節(jié)點(diǎn)隨時(shí)接入，滿足輸電線路分布式傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的要求，大大提高數(shù)據(jù)發(fā)送效率。3.2數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的匯總、處理和發(fā)送，實(shí)際上就是一個(gè)軟硬件主機(jī)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、處理和發(fā)送，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖4可看到，數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)連接WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)WIFI通信協(xié)議，通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)的數(shù)據(jù)匯總模塊；對(duì)已經(jīng)接收到的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類處理和緩存，每個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理和緩存區(qū)域，相互之間沒有影響，同時(shí)將數(shù)據(jù)按1到n順序排好，方便后續(xù)數(shù)據(jù)的發(fā)送；經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)發(fā)送部分按照緩存時(shí)的數(shù)據(jù)順序發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)利用4G通信公網(wǎng)，發(fā)送到云平臺(tái)。4G通信網(wǎng)絡(luò)4G通信網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)與云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。輸電線路周圍覆蓋通信公網(wǎng)4G信號(hào)，4G模塊插入SIM數(shù)據(jù)卡后，通過(guò)天線模塊接收4G信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖5所示。從圖5可看到，數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)接入由4G轉(zhuǎn)換WIFI模塊產(chǎn)生的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將之前處理過(guò)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，由天線模塊接收，然后利用帶有客戶識(shí)別模塊數(shù)據(jù)卡4G模塊通過(guò)天線模塊接收4G信號(hào)，接入4G通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)。與其他的遠(yuǎn)程通信相比，該4G通信網(wǎng)絡(luò)通信速率較高，無(wú)需重新建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送，覆蓋范圍廣。云平臺(tái)基于4G轉(zhuǎn)WIFI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用云平臺(tái)作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的后臺(tái)存儲(chǔ)平臺(tái)，與后端數(shù)據(jù)平臺(tái)相呼應(yīng)，一方面：改變了原有的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信模式，以往都是將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到后端數(shù)據(jù)平臺(tái)，通信距離遠(yuǎn)，通信時(shí)間長(zhǎng)，通信效率較低，采用云平臺(tái)則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)就地上傳，利用4G通信基站直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)器中，由云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；另一方面：云平臺(tái)的提出也可以實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)，只需要能夠上網(wǎng)，人們便可以通過(guò)后端數(shù)據(jù)平臺(tái)隨時(shí)隨地訪問(wèn)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。后端數(shù)據(jù)平臺(tái)是基于4G轉(zhuǎn)WIFI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端部分，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)界面形式呈現(xiàn)出來(lái)，供用戶來(lái)獲取輸電線路監(jiān)測(cè)區(qū)域里監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行狀況，反映輸電線路運(yùn)行的正常與否，如圖6所示。從圖6可了解到，后端數(shù)據(jù)平臺(tái)可對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀況給出評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)輸電線路監(jiān)測(cè)對(duì)象運(yùn)行狀況，給出監(jiān)測(cè)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案。綜合考慮目前各種無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新的解決輸電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送的通信網(wǎng)絡(luò)方法——基于4G轉(zhuǎn)WIFI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和后端數(shù)據(jù)平臺(tái)三部分組成，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通過(guò)數(shù)據(jù)匯總平臺(tái)連接，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和后端數(shù)據(jù)平臺(tái)通過(guò)云平臺(tái)連接。傳感器節(jié)點(diǎn)利用WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)利用4G通信公網(wǎng)發(fā)送到云平臺(tái)，用戶再通過(guò)云平臺(tái)獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，從理論上闡述了該方案的可行性，并將應(yīng)用到東莞供電局〃輸電鐵塔動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究”的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)提高該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度將起到非常重要的作用。WANGWei，SONGYunchao，ZHONGWanli，etal.LocalAreaMonitoringSystemofMultivariableBasedonWirelessSensorNetworkforTransmissionLineSystem[J].EngineeringJournalofWuhanUniversity，2013(2):232-236.HUANGXinbo，LUOBing，LIUCunxiao，etal.DesignationofWirelessAccelerationSensorNetworkNodeUsingZigbeeChip[J].HighVoltageEngineering，2010，36(8):1962-1969.ZHAOZenghua，SHIGaotao，HANShuangli，etal.AHeterogeneousWirelessSensorNetworkBasedRemoteDistrictHigh-voltageTransmissionLineOn-lineMonitoringSystem[J].AutomationofElectricPowerSystems，2009，33(19):80-84.GUIXun，F(xiàn)ENGHao.On-lineCo