（通信与信息系统专业论文）配电综合数据采集平台的研究和设计.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 随着通信技术的发展，配电自动化中的通信方式也变得多样化起来目前，每种通 信方式都需要一个独立的配电数据采集平台系统与远方现场的终端进行通信，这样导致 了中心站数据的分散和设备的冗余，造成了资源的浪费，增加了企业的成本。本文中， 针对配电网数据采集的现状，提出了具有多网络接口功能的共享数据库的综合数据采集 平台，对平台设计过程中遇到的难点和重点问题进行了分析和解决，针对m o b i t e x 、g p r s 、 c d m a 、p l c 和2 3 0 删z 数传电台五种通信方式提出了综合解决方案，平台的数据库为配 电管理、电量管理、负荷管理和线损管理等提供实时数据，达到了兼容各种通信方式下 的数据采集、共享数据的目的，保证了系统工作的稳定性和可靠性。 关键词；配电网，综合数据采集平台，m 0 b i t e x ，前置通信单元( p c u ) ，中央通信 单元( c c u ) a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc 0 咖u n i c a t i o n st c c h l l o l o g i e s ，t h c m m u n j c a t i o n sm e t h o d s b c c o m ev a r i 0 璐i nt h cd i s t 曲u t i o n 扎t o m a t i 盈t i o n a tp r c 驯t ，c 、r e r y 岫u n i c a t i o 越m e t h o d n da 妯d e p c n d e n td i s t f i b u t i o nd a t aa c q u i s i t i o np l a t f 0 珊s y s 协mt oc o m m u n i l ew i t ht h e r c m o t et e 珊【i n a l s i tl c a d st 0t h es p r c a d0 fc c n t e rs t a t i 姐d a t a 柚dt h er c d u n d a n c yo fd c v i c e s ， w a s t i n go f u r 舡i di n 蝴i n gt h co o s to fe n t e r p f i s 舔ht h i sp a p c r ，i tn o t0 i i l yp u t s f o 邢a r di n t c 伊a t e dd a t aa c q u i s i t i o np l a 哟珊w h i c hh 弱s h a 血gd bw i mt l i cf i i n d i o no f m u l t i n e 慨o r ki n t c r f a c c 柚d l v 髂t h cd i 伍c u l t 柚d 妣u si nt h ec o u r o fp l a t d c s i 乳 b u ta l b 血g s f o 州a r d t h c i n t e g r a t e d 州c c t t o t h c m o b i t 、g p r s 、c d m a 、p l c a n d d a t a r a d i ow i 也2 3 0 m n ed bo fp l a t f o 皿c 姐p m v i d er c a l t i m ed a t af o rd i s t 曲u t i 伽 m 姐a g c m e n t ，p 0 w c rm 姐a g c m e n t l 0 a dm 卸a g c m e n t 柚dh 秘m a n a g c m e n i r e a i i z i n gt h c s h a o fd a t a 柚dt h e m p a t i b i l i l y0 fd a t aa c q u i s i t i o ni na l l n so fc o m m u n i c a t i o 璐 m e t h o d s ，柚de u d n gt h cs 协b i l i z a t i 锄dm l i a b i l i t yo fs y s t c m 叩e r a i i z h a n gk a i ( c 0 衄u n i c a t i 伽彻dj n f o n n a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f q ib i n g k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i 伽鹏t o f ki n t c g r a t e dd a t a a c q u i s i t i p l a t f o 皿，m o b i t c x ， p r c v i o 惦c o m m 岫i c a n o n su n i t ( p c i i ) ， c c n t c rc 0 咖u n i c a t i o i l su n i t ( o c i i ) 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文配电综合数据采集平台的研究和设 计，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：歪翅 日期：塑21 ：! 堡 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日期：塑12 ：主：喳日期： 扣刁j 哆 华北电力大学硕士学位论文 1 1 配电自动化系统介绍 1 1 1 配电自动化系统概述 第一章绪论 随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力需求 越来越大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电 可靠性要求越来越高，甚至连发生电源的瞬时中断也不能忍受。 ”作为分隔。 返回值：s t r i n g ：指定记录的全名称。 3 3 前置通信单元( p c u ) 的设计 2 7 华北电力大学硕士学位论文 前置通信单元p c u 将接收到的采集终端上传的数据转发给中央通信单 元c c u ，同时还要将中央通信单元c c u 下发的指令转发到采集终端，因此， 前置通信单元p c u 具有以下技术特点： 及时性 前置通信单元p c u 采用多接收线程、多套接字、多监听线程等技术，进 行了多网络接口的设计，能够同时接收各种通信网络( 如m o b i t e x 、g p r s 、 c d m a 、p l c 和2 3 0 m h z 数传电台) 采集的电量数据，使p c u 在面对众多 采集终端时能够保证数据及时的接收、处理和转发。 有效性 前置通信单元p c u 在接收到采集终端上传的数据后，对数据进行各种有 效性校验，只有通过校验的数据才会被转发到c c u ，从而有效的减少了p c u 到c c u 的通信链路的垃圾信息的数量，保证了数据传送通道的吞吐量。 稳定性 前置通信单元p c u 采用内置的内存监视技术，能够及时回收和释放不再 使用的内存单元，保证系统满足长时间稳定运行的需要。 3 3 1p c u 的程序结构 前置通信单元p c u 采用面向对象的设计思想，并运用设计模式及参考网 络0 s i 模型进行设计，软件按照分层的思路分为“数据通信”层和“路由” 层，同时还设计了一组相关类进行辅助设计。设计模式的核心思想是面对接 口编程而不是面对实现编程，尽量使用聚合而不是继承。在设计c c u 软件 时就尽量采用了这种设计思想。前置通信单元p c u 的程序结构图如图3 1 所 示。 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 前置通信单元p c u 程序结构图 针对程序结构图的说明如下： 串口网络套接字接收到数据并将数据放入数据缓冲区中； 查询提交完整帧线程在数据输入缓冲区中查找完整帧，如果查到完整帧 提交到协议数据队列中并调整缓冲区指针； 数据路由转发线程查询协议数据队列是否有协议数据，如果有，则取出 协议数据进行分析，之后由转发查询路由表转发到相应的目的地址； 程序运行时会打开多个串口和多个网络套接字，每个串口和网络套接字 都有相应的对象，而串口和网络套接字对象都会组合一个循环缓冲区对象。 3 3 2p c u 的层结构和类 p c u 程序按照分层结构进行设计，程序分为两层：通信层和路由层。p c u 程序设计静态类图如图3 2 所示。 图3 2 前置通信单元p c u 程序设计静态类图 各层及相关类的说明如下： 1 通信层 通信层负责串口和网络端口的创建、初始化及数据的接收，在每个串口 对象和网络通信套接字对象中会组合一个数据循环缓冲区对象，当串口和网 络通信套接字接收到数据后，对数据不进行分析直接存入数据循环缓冲区中 并调整缓冲区写指针。 _ c c o m 类：管理类，负责创建及初始化串口和网络套接字； _ c s e r i a l p o n 类：负责接收和发送串行数据； c s o c k e t “s t e n 类：负责监听客户端的连接并生成相应的通信套接字； - c s o c k e t b a s c 类：是网络通信类( c s o c k e t d a t a ，c s o c k e t m o n i t o r ) 的 基类； - c s o c k c t m o n i t o r 类：网络通信套接字类，负责与客户端进行通信； 一c s o c k e t d a t a 类：客户端网络通信套接字类，负责与服务器端建立连 接并进行通信； 华北电力大学硕士学位论文 2 路由层 _ c r o u t e r b y c r 类：负责从输入缓冲区和输出缓冲区中读取上传和要发 送的数据，对读出的数据根据配置的路由表进行路由选择，并将数据发送； 3 全局类 _ c s h a m 类：负责管理和初始化软件中的全局数据； 3 3 3p c u 的模块功能 1 查询提交完整帧 从串口和网络套接字的数据输入循环缓冲区中读取输入数据，并进行协 议分析。当在未处理的数据中发现一帧完整的协议帧时将协议帧读出，放入 串口协议数据队列或网络协议数据队列并调整数据输入循环缓冲区中的读 指针。 2 协议数据队列 协议数据队列分为串行协议数据队列和网络协议数据队列两个队列，协 议数据队列存放从数据输入循环缓冲区中读出的完整协议数据帧，并将协议 数据帧传递到路由层进行协议数据的转发。 3 串口控制 图3 - 3 串口控制原理图 在初始化和设置串口后创建一个通信监视线程，用于查询串口对象是否 有数据；在端口监视线程中将读到的数据存入数据输入循环缓冲区并调整写 指针。 4 网络通信 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 4 网络工作原理图 网络通信采用t c p 方式，p c u 是服务器端，首先创建网络监听套接字 来监听客户端连接； 当有客户端连接时创建网络通信套接字，并重载套接字接收回调函数接 收客户端数据； 将接收到的数据存入数据输入循环缓冲区并调整写指针 5 路由 图3 5 路由层结构图 华北电力大学硕士学位论文 创建协议队列查询线程，循环查询串行协议数据队列和网络协议数据队 列；当协议数据队列中有协议数据时从协议数据队列中取出协议数据，分析 协议的目的地址，通过查询路由表进行相应的数据转发。 3 3 4p c u 与各种通信方式的接口设计 1 、与m o b i t 强无线通信系统的接口设计 1 ) m o b i t c x 无线通信技术概述【1 3 l m o b i t e x 是专用的无线数据通信网络，m o b i t e x 移动数据通信网已经在五 大洲的3 0 多个国家获得广泛的应用，其中包括美国、英国、加拿大和澳大 利亚等通信大国。 一个完整的m o b i t e x 网络由移动终端、基站、服务器、交换机和网络控 制中心( n c c ) 等几部分构成。n c c 负责对整个网络的设置、监控、执行网 管功能主交换机( m 0 x ) 和区域交换机( m h x ) 执行信息路由功能，保 证网络内部信息的可靠传输。基站和移动终端间通过m p a k 数据包进行无线 通信。m o b i t e x 技术专注于无线窄带数据通信研究，特别适合在配电通信网 实时传送各种短的，促发性监测数据和控制命令。 m o b i t e x 是蜂窝式分组交换专用数据通信网，其工作频段( 中国市场) ： 下行8 2 1 8 2 5 m h z ，上行8 6 6 8 7 0 m h z ；相邻频道间隔为1 2 5 l 【1 1 z ，用户数据 速率上、下行均为8 k b p s ，因而其频谱利用率为o “b i 忸z ；随机差错控制方 式采用( 1 2 ，8 ) 汉明码，突发差错控制方式采用交织编码( 深度2 1 b i t ) 【1 4 】。 m o b i t e x 是一个窄带网络系统，使用两个频段，信道带宽为1 2 5 k h z 。基 于完善的无线协议，可靠的数据传输速度可达到8 k b p s 。m o b i t 强采用多级交 换机和基站传输终端用户发送的数据包，m o b i t e x 网络的组成部分主要包括 【1 5 】： 移动终端 移动终端通过基站相互发送、接收数据，用户发送的数据可以发到固定 终端和其他移动终端，但是端到端的直接通信是不可能的，即使发送者和接 收者都在同一基站覆盖范围内，数据也必须经过基站进行转发。 基站 基站与在其漫游范围内的移动终端保持通信连接，并且与区域交换机保 持连接，以便数据在基站间切换。 一固定终端 在m o b i t e x 网络，用户应用系统的服务器被称作固定终端( f s t s ) ，像 i n t e m e t 直接或者通过i pa c c c s ss e r v e r 与最底层的交换机相连接。固定终端 华北电力大学硕士学位论文 在实际运行应用系统。 交换机 网络一般至少有一层交换机以连接各基站和各应用客户的服务器。在可 能的情况下，网络运营商增加到4 层交换机达到最佳的网络配置。另一个致 使增加多层交换机的原因是次级网络问题。次级网络由中枢连接，应用和交 易具有不同的路由地址，m o b i t e x 的路由协议涵盖其中。如图3 6 所示。 图3 6m o b j t 旺无线通信网络示意图 2 ) m o b i t c x 技术特点【1 6 】 m o b i t c x 网络采用3 层o s l 模式，应用系统开发人员在服务器和用户两 方面使用4 层网络结构。m o b i t c x 基本原则是数据传输不丢包，网络传输数 据包时将尽最大可能保证数据安全，完整无误地到达指定地点。 公开的接口 m o b i t c x 网络由m o a ( m o b i t e x 运营商协会) 统一规范。m o b i t e x 网络 通过公开的网络接口提供数据包交换服务。 m o b i t e x 运营商有私营和公众两个背景，其重要目标之一便是维护m i s ( m o b i t c x 接口标准) 。m i s 是m o b i t e x 网络的完整接口说明，适用于客户机、 服务器以及终端产品的研发。 华北电力大学硕士学位论文 路由 m o b i t e x 路由又被称作m p a k 的三层结构协议提供，每一个手执终端或 者固定终端拥有自己确定的m a n 号，这与i p 地址相似但在网络中唯一。 m o b i t c x 网络是一个分层网络，数据在各层交换机之间传输。m o b i t e x 网 络的基本特点是在传送数据时，如果没有发现指定的目标地址，将会自动向 上一级网络传输。m o b i t c x 网络是树型结构，数据最终将被正确无误的向下 传输到指定目标。 无缝切换 与其他网络系统依靠基站切换信号不同，m o b i t e x 移动终端自行决定在 网络中的信号切换和漫游。也就是说当通信信号在某一基站薄弱时，移动终 端将自行选择新的基站接收信号。 邮箱功能 邮箱功能的设置使得接收终端不在覆盖范围内或者刚刚漫游到新的服 务区时成功接收信息成为可能。邮箱会储存发送没有成功的信息并将会再次 发送，直至成功。这样一来减少了发送者和接收者的麻烦，提高了服务质量。 群发( 组) 功能 群发( 组) 功能可将需多点发送的信息向更多用户发送，将某一地域限 定为目标地域。当某则信息需要向某一区域更多用户发送时，群发( 组) 功 能显得极为有用。 备份 备份是实现通信可靠的重要手段，在网络和应用系统中均可采取。 在网络中的每一层都有备份，网络可以配置节点备份以保证当一个节点 发生意外时而不影响数据的交换。然而这个功能仍然不够，因为当线路断掉 时会影响相连接的网络节点。这就是说节点可以设置成选择性路由，这些措 施可以保证当线路断掉时，数据不会丢失或者对用户的影响最小。 传输的安全性和完整性 m p a k 协议是一个三层协议，m o b i t e x 系统是一个o s i 模式的服务网络。 为了达到数据传输的安全已经采取了许多措旌。此网络的服务被认为是最好 的。这意味着网络和应用系统为了使数据传输更为有效，必须是功能完善的。 无线连接 无线数据网络中最重要的是无线连接。无线以太网对数字数据来说是不 稳定的，m o b i t c x 网络连接和协议十分可靠，这使得它在许多重要系统中应 用。此协议被称作r o s i ，物理( 界面) 层的接口是g m s k 的修订版本。 3 ) 对于m o b i t e x 技术的解决方案 华北电力大学硕士学位论文 p c u 与m o b i t e x 无线通信网络的接口设计图如图3 7 所示： 图3 7p c u 与m o b n 娃无线通信网络的接口设计图 一电量采集终端 电量采集终端( 带有m o b i t 懿的内置外置猫) 通过m o b i t c x 网络将电网 上的监控设备采集到的信号传送到前置通信单元p c u 进行处理，并能够执行 由前置通信单元p c u 转发的来自中央通信单元c c u 的控制指令。 前置通信单元p c u 前置通信单元p c u 在对各项运行参数和通信参数配置的基础上，通过以 太网接口与m o b i t e x 网络进行通信，从而接收来自电量采集终端的数据，并 将这些数据转发到中央通信单元c c u 。另外，前置通信单元p c u 还要完成 从中央通信单元c c u 下发的各种终端控制指令的转发工作。 2 、与g p r s 无线通信系统的接口设计 1 ) g p r s 的网络构成 g p r s 系统是在g s m 系统的基础上，增加了分组控制单元( p c u ) 、服 务g p r s 支持节点( s g s n ) 、网关g p r s 支持节点( g g s n ) 等网元设备。 p c u 处理器从话音业务中分离出数据业务，控制无线信道的分配。节点s g s n 的功能与m s c v l r 类似，具有网络接入控制、路由选择和转发、移动性 管理、计费信息的收集等功能，支持g b 、s s 7 和g r 等接口；g g s n 的主要 功能是网络接入控制( 如消息屏蔽) 、计费信息收集、路由选择和转发( 如 华北电力大学硕士学位论文 地址翻译和映射、封装和隧道传输) 、移动性管理、边界网关等，支持与外 部网络( i p 或x 2 5 ) 的透明和不透明连接，支持g n 、g i 、g c 等接口【1 7 1 。 2 5 g 移动通信网网络结构如图3 - 8 所示。 信令接口 数据和信令传 膏接口 图3 8g p r s 逻辑结构 在无线网络设备中，通过b t s 软件升级或在基站控制器b s c 中增加p c u 设备等方式把数据和话音分别在g b 和a 接口中分离开；而在交换网络设备 中，提供s g s n 和g g s n 两个功能设备，修改g s m 中的h l r 系统，为了与 g s m 系统协同工作，需要在g p r s 系统设备和g s m 系统之间提供一些接口。 因此g r p s 业务的实现不需要变更g s m 网络的基础设施，运营商只需 根据数据业务的需求，将蜂窝小区原来用于话音业务的某些频点分给g p r s 用户使用，将该频点的8 个信道划分为话音、数据、交换( 话音或数据共用) 等三种信道，进行灵活配置【1 8 l 。 2 ) g p r s 的技术特点【1 9 】 g p r s 是一种能够在现有的基础设施中以最少投入、实现投资利润最大 化的一种较好的解决方案。其技术特点表现在： - 移动数据速率高，最大达到1 7 1 2 k b p s ； 呼叫建立快，只要手机注册上g p r s 网络，手机就一直连接在网络 上： 收费策略灵活，可以按流量计费、或包月制等多种方式计费； _ 有效支持短消息和w a p 业务； 支持突发、连续的、高速和低速数据业务； 方便向三代u m t s 系统体系结构过渡等。 3 ) 对于g p r s 技术的解决方案 华北电力大学硕士学位论文 p c u 与g p r s 无线通信网络的接口设计图如图3 9 所示： 图3 9p c u 与g p r s 无线通信网络的接口设计图 电量采集终端 电量采集终端( 带有g p r s 的内置外置猫) 通过g p r s 网络经i n t c m c t 将电网上的监控设备采集到的信号传送到前置通信单元p c u 进行处理，并能 够执行由前置通信单元p c u 转发的来自中央通信单元c c u 的控制指令。 前置通信单元p c u 前置通信单元p c u 在对各项运行参数和通信参数配置的基础上，通过以 太网接口与i n t c m c t 进行通信，继而与g p r s 网络通信，从而接收来自电量 采集终端的数据，并将这些数据转发到中央通信单元c c u 。另外，前置通信 单元p c u 还要完成从中央通信单元c c u 下发的各种终端控制指令的转发工 作。 3 、c d m a 通信技术的解决方案 1 ) c d m a 的基本概念 c d m a 的英文全称为c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，中文意思是码分 多址。它是基于i s 一9 5 标准的数字移动电话系统。c d m a 是根据现代移动通信 华北电力大学硕士学位论文 网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等要求而设计的 一种移动通讯技术。它是2 0 世纪6 0 年代由美国高通公司( q u a l c o m m ) 开发 的移动通信技术，最早用于军事领域。与使用时分多路的g s m 技术不同，c d 姒 并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个通信都使用全部的 频率，使大量用户能够共享同一个无线频率【捌。 c d m a 系统为每个用户分配各自特定的地址码，利用公共信道来传输信 息。它的地址码通过相互间的正交性进行区别。也就是说，每个用户有自己 的地址码，地址码彼此之间是互相独立、互相不影响的。由于有不同的地址 码来区分用户，所以对频率、时间和空间没有特定的限制，在这些方面通信 是可以重叠的。 系统的接收端必须具有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行 相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不 能被解调。如果不同的地址码之间是正交的，那在接受端进行解调的时候， 只有有用信号可以解调出来，其余的应该为零。但是因为地址码不能做到完 全正交，其他信号的存在就相当于在信道中加入了噪声或干扰，这就是通常 所说的多址干扰，也是c d m a 技术所要克服的一个缺点【2 l j 。 2 ) c d m a 网络的参考模型【2 2 l c d m a 网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，见图 3 1 0 。从图中可看出c d m a 网络参考模型与g s m 网相似 华北电力大学硕士学位论文 m s c 移动交换中心h l r 归属位置寄存器 v l r 拜访位置寄存器 c 鉴权中心 m c 短消息中心s 眦短消息实体 p s t n 公用交换电话网m s 移动台 e i r 设备识别寄存器b s 基站系统 o m c 操作维护中心1 w f 互连功能 图3 1 0c d m a 网网络参考模型 3 ) c d m a 网络的特点 c d m a 网络具有系统容量配置灵活、通话质量好、系统容量大、接通率 高、保密性好、发射功耗小和支持多种业务等多种特点。 4 ) 对于c d m a 技术的解决方案 p c u 与c d m a 无线通信网络的接口设计图如图3 1 1 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 1p c u 与c d m a 无线通信网络的接口设计图 电量采集终端 电量采集终端( 带有c d m a 的内置外置猫) 通过c d m a 网络经i n t e m e t 将电网上的监控设备采集到的信号传送到前置通信单元p c u 进行处理，并能 够执行由前置通信单元p c u 转发的来自中央通信单元c c u 的控制指令。 前置通信单元p c u 前置通信单元p c u 在对各项运行参数和通信参数配置的基础上，通过以 太网接口与i n t e r n e t 进行通信，继而与c d m a 网络通信，从而接收来自电量 采集终端的数据，并将这些数据转发到中央通信单元c c u 。另外，前置通信 单元p c u 还要完成从中央通信单元c c u 下发的各种终端控制指令的转发工 作。 4 、电力线载波技术的解决方案 1 ) 电力线载波通信技术简介 电力线载波通信技术( p l c ：p o w e rl i n cc a r f i e r ) 不是新生事物。早在2 0 世 纪2 0 年代就已经有人开始研究利用电力线传输数据信号。p l c 最初是以频 分复用作为载波技术，将模拟信号耦合到电力线上实现数据通信。这是一种 单工传输，可以方便的改变频率。但不论是传输速率，还是通信质量、信道 华北电力大学硕士学位论文 容量都差强人意。经过几十年的发展，尤其是处理器电路大规模集成化及传 输信号数字化所带来的革命性的变化使得p l c 也得到快速的发展。现在传统 的使用频分复用方式的p l c 系统已经趋于成熟载波信号也实现了完全数字 化【2 3 1 。新的研究重点是在p l c 系统中使用直接序列扩频通信技术( d s s s ) 及 正交频分复用( 0 f d m ) 等多项抗干扰能力强的调制技术以进一步提高其通信 水平【州 2 ) 电力线载波通信技术的特点【2 习 电力线载波通信( p l c ) 是指利用专用调制解调器对信号进行调制，然 后把信号加载到现有电力线中进行通信的技术。就低压配电网来说，电力线 载波通信一般具有以下特点： 通信信道的时变性强 通信信道的频率选择性强 噪声干扰强而信号衰减大 3 ) 对于电力线载波通信技术的解决方案 p c u 与电力线载波通信网络的接口设计图如图3 一1 2 所示： 图3 1 2p c u 与电力线载波通信网络的接口设计图 _ 电量采集终端 电量采集终端( 带有电力线载波通信专用猫) 通过电力线经p l c 集中器 将电网上的监控设备采集到的信号传送到前置通信单元p c u 进行处理，并能 够执行由前置通信单元p c u 转发的来自中央通信单元c c u 的控制指令。 华北电力大学硕士学位论文 前置通信单元p c u 前置通信单元p c u 在对各项运行参数和通信参数配置的基础上，通过 r s 2 3 2 ，以太网接口与p l c 集中器进行通信，继而与电力线通信，从而接收 来自电量采集终端的数据，并将这些数据转发到中央通信单元c c u 。另外， 前置通信单元p c u 还要完成从中央通信单元c c u 下发的各种终端控制指令 的转发工作。 5 、数传电台数据通信的解决方案 1 ) 数传电台简介 数传电台一般采用数字信号处理，纠错编码、软件无线电、数字调制解 调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠的特点，电台提供标 准的r s 2 3 2 数据接口，可直接与计算机、数据采集器、聊、p l c 、数据 终端、g p s 接收机、数码相机等连接，传输速率从1 2 1 9 2 k b p s ，误码低于 1 0 6 ( 1 1 0 d b m 时) ，发射功率软件调节，任何型号的电台可设置为主站或远站 使用，能适应室内或室外恶劣工作环境【2 “。电台数据和语音兼容，可工作于 单工、半双工、时分双工t d d 、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并 具有远程诊断、测试、监控功能，满足各种应用的遥测台网中心与众多远方 站之间的远距离、高速的数据采集和控制【2 7 1 。 2 ) 对于数传电台数据通信的解决方案 本系统采用的是深圳固迪电子有限公司的g d 2 3 0 b 型1 0 w 功率多功能 无线数传电台，该电台使用2 3 0 m h z 频段，可实现点对点、点对多点数传， 用r s 2 3 2 接口传输速率可达1 2 0 0 b p s ，具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等 特点，适用于定点、定向、长距离、小容量数据传输，可广泛应用于电力系 统、水力系统、遥控、遥测等领域的无线监控和数据采集。 利用g d 2 3 0 b 型数传电台，可以实现电量数据的实时、可靠传输，它具 有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点， 适合点多而分散、地理环境复杂的场合，在很多领域有着广泛的应用。 p c u 与数传电台数据通信网络的接口设计图如图3 一1 3 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 3p c u 与数传电台数据通信网络的接口设计图 电量采集终端 电量采集终端通过r s 2 3 2 接口与从电台进行通信，继而与主电台通信， 主电台通过r s 2 3 2 接口将电网上的监控设备采集到的信号传送到前置通信 单元p c u 进行处理，并能够执行由前置通信单元p c u 转发的来自中央通信 单元c c u 的控制指令。 前置通信单元p c u 前置通信单元p c u 在对各项运行参数和通信参数配置的基础上，通过 r s 一2 3 2 接口与主电台进行通信，继而与从电台通信，从而接收来自电量采集 终端的数据，并将这些数据转发到中央通信单元c c u 。另外，前置通信单元 p c u 还要完成从中央通信单元c c u 下发的各种终端控制指令的转发工作。 3 4 中央通信单元( c c u ) 的设计 中央通信单元c c u 一方面要接收来自前置通信单元p c u 转发回来的由 采集终端上传的电量数据并存入数据库，另一方面要对采集终端进行相应的 控制，因此，中央通信单元c c u 有以下技术特点： 智能性 中央通信单元c c u 通过各种日志的记录，判断接收数据集的完整性并 华北电力大学硕士学位论文 自动生成补数指令下发到相应的采集终端。在服务器意外导致中央通信单元 c c u 停止运行后，再次启动中央通信单元c c u 时，程序会自动分析数据存 储情况，自动生成停止运行到再次启动时间段的补数指令并下发到各个采集 终端。 高效性 中央通信单元c c u 采用多线程技术，在程序运行期实现对线程队列的 动态管理，保证了接收数据、存储数据、分析数据等工作有条不紊的进行。 一稳定性 中央通信单元c c u 采用内置的内存监视技术，能够及时回收和释放不 再使用的内存单元，保证系统满足长时间稳定运行的需要。 可靠性 中央通信单元c c u 引入四队列单循环机制，在保证下发到终端的各条 指令的被正确执行的前提下，不会因为指令数量不断积累而造成响应速度降 低或程序死机等情况。 3 4 1c c u 程序结构 以下从c c u 程序运行的角度说明整个程序各个模块之间的关系，着重 说明各个线程之间的同步和异步关系以及它们之间相互配合完成的功能。 c c u 软件是采用m f c 框架的基于对话框的v c + + 应用程序，下面详细 说明整个应用程序的启动及运行过程。c c u 程序启动操作图如图3 1 4 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 4c c u 程序启动操作图 当进行完上述操作后，整个软件就处于运行状态，下面就各个操作进行 说明。 - 网络监听套接字工作方式 利用回调函数通过事件触发的方式来接收客户端连接，当接收到客户端 的连接后为客户端建立通信套接字，利用通信套接字与客户端进行通信。 - 通信套接字工作方式 利用回调函数通过事件触发的方式来接收客户端数据，当接收到客户端 数据后将数据存入循环队列缓冲区。 网络登录登出监视线程工作方式 这是一个监视线程，在线程中循环等待业务后台的登录和登出操作，线 程一直处于等待事件( 登录事件、登出事件) 状态。通过事件进行触发，当 华北电力大学硕士学位论文 客户端进行登录时激活登录事件，线程在登录事件激活后从等待事件状态转 入运行状态，处理登录事件，客户端登出进行同样操作。 路由层工作方式 路由层通过一个查询线程和路由表来实现数据路由，查询线程循环查询 串口协议数据队列和网络协议数据队列，当协议数据队列中有协议数据时， 从队列中取出协议数据，根据协议中的目的地址进行查表( 路由表是一个通 信对象( 串口对象，网络通信套接字对象) 的索引) ，找到目的地址对应的 通信对象( 每个通信对象负责与相应的设备通信) ，通过通信对象将数据发 送到相应的设备。 串口对象工作方式 串口接收数据通过一个串行通信查询线程实现，在查询线程中循环查询 串口是否有数据到来，如果有数据就读取数据并存入串口的数据循环缓冲 区。 3 4 2c c u 数据结构设计 在c c u 应用程序中用到很多数据结构，下面对主要结构进行详细说明： 1 、协议数据队列结构 1 ) 串口协议数据结构如下： t y p e d e fs t m c tt a g r e c v u a r t i n tn p o n ： c h 盯b u 研u a r 眦n g t h 】； i n t l c n 甜h ； ) r e c v u a r t ，+ l p r e c v u a r t ； c c u 中串口协议数据队列是定义在c s h a f e 类中的一个c l i