智能電網(wǎng)通信中的電力線載波IPv6與無線ZigBee間的通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)中電力線載波網(wǎng)絡(luò)及ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，適用于電力線載波網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交互，具體為智能電網(wǎng)中有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)中混合傳輸提供一種有效傳輸?shù)姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)(Smart Grid)已成為近年來國內(nèi)外有關(guān)未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢的熱門話題，是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向。智能電網(wǎng)的信息傳輸需要建立可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，電力線通信技術(shù)作為終端用戶與電力公司交換信息的關(guān)鍵技術(shù)之一，應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)中非常有競爭力。電力線通信技術(shù)(Power Line Communicat1n, PLC)是以電力線作為信息傳輸媒介進行數(shù)據(jù)或語音等傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。
[0003]隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)IPv6與電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)電力線載波設(shè)備IP化，是電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。目前，電力線智慧電表進化聯(lián)盟(Power line Intelligent Metering Evolut1n, PRIME)提出的PRIME 標準和法國電網(wǎng)輸送公司(Electricite Reseau Distribut1n France, ERDF)發(fā)起，美信公司(Maxim)等共同公布的G3-PLC標準對電力線載波設(shè)備的IP化進行了相關(guān)研宄。PRME標準MAC層采用IEEE 802.16標準。G3-PLC標準對電力線載波通信的物理層和MAC層進行了規(guī)范，其物理層采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing, OFDM)調(diào)制技術(shù)，MAC 層采用 IEEE 802.15.4 標準及 6LoWPAN(IPv6over Lowpower Wireless Personal Area Networks)適配層，實現(xiàn)了 IPv6 報文在MAC (Media AccessControl)層 IEEE802.15.4 上的傳輸。
[0004]近年來，基于Bluetooth(基于 IEEE 802.15.1)、W1-Fi (基于 IEEE 802.11)和ZigBee (基于IEEE 802.15.4)等協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到迅猛發(fā)展。為了規(guī)范傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，2000年12月，IEEE 802.15.4工作組成立，制定了針對低速無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的物理層和媒體接入層的802.15.4標準。ZigBee聯(lián)盟基于IEEE802.15.4標準，制定了數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer，DLL)、網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer, NWK)和應(yīng)用編程接口 (Applicat1nProgram Interface, API)標準，并負責(zé)高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作。
[0005]如何將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合成為研宄的新熱點。首先需要解決的問題是數(shù)據(jù)的兼容性，以及如何實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接和通信。因此有線通信協(xié)議與無線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換技術(shù)必不可少。經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?201410046073.4，名稱為！ZigBee轉(zhuǎn)WIFI網(wǎng)關(guān)，該技術(shù)提出了將ZigBee通信協(xié)議和WIFI通信協(xié)議進行轉(zhuǎn)換及協(xié)議字段解析；中國專利申請?zhí)枮?201310611561.0，名稱為:一種基于ZigBee和Z-Wave技術(shù)的無線網(wǎng)關(guān)，該技術(shù)提出了解決Z-Wave無線通信網(wǎng)絡(luò)與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)相對通暢的互聯(lián)互通的問題。但是以上技術(shù)都只是涉及了無線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。由于電力線載波IPv6和ZigBee具有不同的協(xié)議規(guī)范，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備就無法和電力線載波IPv6網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通信。要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信問題，就需要通信轉(zhuǎn)換。然而目前還未有關(guān)于電力線載波IPv6網(wǎng)絡(luò)與無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間通信方法文獻的公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)電力線載波IPv6通信協(xié)議報文的無線傳輸和無線ZigBee報文的有線傳輸?shù)姆椒?，為智能電網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)之間提供通信橋梁。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種智能電網(wǎng)通信中的電力線載波IPv6與無線ZigBee間的通信方法，其中電力線載波IPv6網(wǎng)絡(luò)和無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間通信相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)裝置包括有電力線載波模塊、主控單元、電源管理單元、無線ZigBee射頻模塊和存儲器模塊，所述電力線載波IPv6的協(xié)議棧包括有基于OFDM的物理層、基于IEEE 802.15.4標準的MAC層、6LoWPAN適配層、IPv6網(wǎng)絡(luò)層和采用UDP協(xié)議的傳輸層及IPv6應(yīng)用層協(xié)議，實現(xiàn)了 IPv6報文在MAC的傳輸；所述無線ZigBee的協(xié)議棧包括有2.4GHz的射頻物理層、基于IEEE802.15.4標準的MAC層、無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)層及無線ZigBee應(yīng)用層協(xié)議，所述通信方法包括以下步驟:
[0008]101、對電力線載波IPv6與無線ZigBee間的通信模塊進行初始化，包括主控單元初始化、電力線載波模塊初始化及無線ZigBee模塊初始化；所述的主控單元初始化，包括:I/O 口的初始化，看門狗清零，中斷響應(yīng)處理，控制器定義所需的變量、常量和數(shù)據(jù)類型，F(xiàn)lash存儲器處理，串行通信處理，定時器處理，Linux操作系統(tǒng)初始化；
[0009]102、在不改變ZigBee和電力線載波IPv6協(xié)議的前提下，電力線載波IPv6協(xié)議棧和無線ZigBee協(xié)議棧均被設(shè)置在主控單元的用戶空間，通過數(shù)據(jù)包的多空間共存調(diào)度策略和過濾阻塞機制，對電力線線載波IPv6數(shù)據(jù)包和ZigBee數(shù)據(jù)包進行高效的處理；電力線載波模塊通過輪詢方式查詢電力線上是否有數(shù)據(jù)傳輸，提取電力線上的有效數(shù)據(jù)，進行解析并傳遞給主控單元，主控單元根據(jù)接收到的報文產(chǎn)生中斷，主控單元接收到電力線載波模塊解析后的數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟103 ;無線ZigBee子網(wǎng)的接入模塊等待接收2.4GHz無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，如果在設(shè)定的時間內(nèi)沒有進行收、發(fā)數(shù)據(jù)，無線射頻模塊則進入休眠狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時會對射頻模塊進行喚醒并傳輸數(shù)據(jù)，主控單元接收到無線ZigBee數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟104 ；
[0010]103、電力線載波模塊將接收到的數(shù)據(jù)信息傳給主控單元，主控單元將接收到的電力線載波數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)換為無線ZigBee數(shù)據(jù)報文，無線ZigBee數(shù)據(jù)報文通過SLIP協(xié)議的串行發(fā)送緩沖器經(jīng)射頻天線進行無線發(fā)射；
[0011]104、主控單元的控制器對從射頻天線經(jīng)串行接收緩沖器將接收到的無線ZigBee數(shù)據(jù)報文信息進行解析，提取有效數(shù)據(jù)包后，將會對該數(shù)據(jù)進行無線ZigBee數(shù)據(jù)報文到電力線載波數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)電力線載波模塊耦合到電力線傳輸媒介進行傳輸。
[0012]進一步的，步驟101中所述的電力線載波模塊初始化，包括以下步驟:
[0013](I)電力線載波模塊的硬件底層初始化，包括有時鐘、I/O 口、定時器、串口通信和中斷優(yōu)先級設(shè)置；
[0014](2)電力線載波模塊中IPv6協(xié)議棧的初始化，包括有應(yīng)用層的收、發(fā)狀態(tài)和應(yīng)用層的屬性，物理層的收、發(fā)狀態(tài)和OFDM調(diào)制解調(diào)，以及物理層的屬性、標志位和內(nèi)存空間分配，MAC層的收、發(fā)狀態(tài)和MAC層的屬性及地址，適配層的收、發(fā)狀態(tài)和適配層的屬性，網(wǎng)絡(luò)層的收、發(fā)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)層的屬性、IPv6的地址及網(wǎng)絡(luò)管理；
[0015](3)網(wǎng)關(guān)載波模塊的組網(wǎng)，載波節(jié)點通過發(fā)送入網(wǎng)請求、連接請求等交互過程完成入網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)載波模塊為入網(wǎng)的載波節(jié)點分配全球唯一的IPv6地址，從而形成支持IPv6技術(shù)的電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)。
[0016]進一步的，步驟102中