基于wapi通信网络技术的机器人巡检远程监控系统

基于wapi通信网络技术的机器人巡检远程监控系统

林建铭

广东电网有限责任公司东莞供电局  广东东莞  523001

摘 要：本发明属于电力智能自动技术领域，尤其涉及一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法及系统。

关键词：通信网络技术；巡检；远程监控系统

   一、背景技术：

   以新能源为主体的新型电力系统中，电网逐渐扩展其规模，输电的线路也日益增多，传统的人工巡检已不能适应发展的需求，要求加强输变电安全监督体系，推行远程监控为主，现场督察为辅的工作机制，无人机智能巡检成为趋势，机载高清摄影设备可对输电线路产生故障进行实时在线定位和监控，地面控制人员能够根据地面站回传实况及时发现并排除线路缺陷和重大隐患。无人机巡检需要有安全、可靠的网络支撑，有线通信方式已不能满足无人机巡检要求，当前主要用wi-fi进行通信。但是wi-fi安全性低，不能满足电力安全要求，巡检视频无法回传控制中心，漫游切换》50ms，易造成视频业务中断，卡顿，业务体验差。而且，传统wi-fi技术不满足电力安全要求，只能作为业务孤岛，无法接入ⅲ、ⅳ区业务。

    二、技术实现要素：

    为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法及系统，根据网络接收信号强度、可用带宽、通信性能等多因素计算最优网络，并建立主备线路，进行业务切换，保证了电力巡检无人机漫游过程的传输带宽、时延、丢包率满足电力要求，确保了电力巡检无人机巡检过程中的可靠性和安全性。

    为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
    本发明的第一个方面提供一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法，其包括：
获取合法wapi网络的接收信号强度、可用带宽和通信性能，计算得到每个合法wapi网络的性能评估值；
基于每个合法wapi网络的性能评估值，判断无人机是否切换网络，确定切换网络后，进行wapi网络认证；
认证通过后，将下行流量和上行流量均切换到已连接ap的备用无线连接，并将主用无线链路到待连接ap，与待连接ap完成主用无线链路建立后，将下行流量和上行流量切换到新建立的主用无线链路，并将备用无线链路到待连接ap。在ap切换过程中，漫游报文缓存和冗余发送。wapi网络认证采用三元认证。通过两个射频单元分别与ap同时建立主用无线连接和备用无线连接。在计算网络性能评估值之前，对接收信号强度、可用带宽和通信性能进行归一化处理。

   本发明的第二个方面提供一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游系统，其包括：性能评估模块，其被配置为：获取合法wapi网络的接收信号强度、可用带宽和通信性能，计算得到每个合法wapi网络的性能评估值；
认证模块，其被配置为：基于每个合法wapi网络的性能评估值，判断无人机是否切换网络，确定切换网络后，进行wapi网络认证；
切换模块，其被配置为：认证通过后，将下行流量和上行流量均切换到已连接ap的备用无线连接，并将主用无线链路到待连接ap，与待连接ap完成主用无线链路建立后，将下行流量和上行流量切换到新建立的主用无线链路，并将备用无线链路到待连接ap。
 

本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法中的步骤。
 

本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述的一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法中的步骤。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法，其保证了电力巡检无人机漫游过程的传输带宽、时延、丢包率满足电力要求，确保电力巡检无人机巡检过程中的可靠性和安全性。

附图说明
 

三、具体实施方式
    wapi(wireless lan authentication and privacy infrastructure)是无线局域网鉴别和保密基础结构，wapi安全协议基于三元对等网络安全技术架构。wapi无线终端、wapi接入点和wapi鉴别服务器，可通过安装相应的wapi证书使自身具备独立的认证身份，
并根据wapi安全协议在终端接入无线网络的过程中进行wapi身份鉴别，解决无线网络中通信设备之间的互信问题。wapi技术可满足电力安全要求。
  

实施例一
本实施例提供了一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法，具体包括如下步骤：
   步骤1、发现新的wapi网络，判断是否合法。
   步骤2、根据接收信号强度、可用带宽、通信性能等多因素计算最优网络。
   在切换判决中主要考虑三个网络因素：通过巡检无人机上部署的无线网络探针，可以获取无线网络参数，包括：接收信号强度、可用带宽和通信性能，首先对三个参数进行归一化：

其中，x＝rss、b、c，rss为信号强度、b为可用带宽，c为通信性能，i代表第i个候选网络，xmin和xmax
分别为x的最小取值和最大取值。
然后计算网络性能评估值pev：

pevi＝w·mvit

mvi＝(mvirss,mvib,mvic)

其中，w为权重，mvirss,mvib,mvic

分别为rss、b、c的成员参数值，即信号强度、可用带宽、通信性能的具体量化值。计算得到每个候选网络的网络性能评估值pev以后，即可做出切换判决策略，选择评估值最大值对应的网络作为最优网络进行切换。

    步骤3、巡检无人机判断当前实时位置是否切换网络。
    步骤4、确定网络切换后，基于拓扑邻区快速扫描，加速认证，缩短认证时延。
    接入wapi网络，需要三元认证，具体步骤为：鉴别激活，接入鉴别请求，证书鉴别请求，证书鉴别响应，接入鉴别响应；巡检无人机缓存认证信息，利用无线控制器ac实现全网管理，所有ap(无线访问接入点(wirelessaccesspoint))设置相同的ssid，巡检无人机在相同的ssid网络中漫游时，无需重新认证，从而缩短认证时延。
具体的，ap1和ap2拓扑相邻，从ap1切换到ap2时，如果ap1和ap2是通过ac(网络控制器)统一管理，采用同一个ssid，则利用ap1的认证信息，接入ap2，无需重新认证。

   步骤5、采用2.4g和5g双频建立主备线路，将业务切换备线路，主线路切换网络后，再将业务转到主线路。
    再然后，巡检无人机具备两个射频单元(radio58、radio24)，两个射频单元分别与已连接ap(ap1)(可以是同一ap或不同的ap)同时建立两个无线连接(绿色虚线)，一个为主用，另一个为备用。当巡检无人机要切换到待连接ap(ap2)时，巡检无人机先通过免费arp通告网络到巡检无人机的下行流量切换到备用无线连接，同时将上行流量切换到备用无线连接，接着再进行主用无线链路到ap2的切换。巡检无人机与ap2完成主用无线链路建立后，巡检无人机将上下行流量切换到新的主用无线链路，紧接着再进行备用无线链路切换。

    步骤6、切换过程中漫游报文缓存和冗余发送，避免连续丢包。
    具体的，跨ap漫游时，巡检无人机缓存报文，冗余发送给无人机巡检系统子站服务器，避免连续丢包，保证无损漫游。

    步骤7、网络切换完成，实现无损漫游。
    本实施例提供的一种适用于电力巡检无人机wapi网络无损漫游方法，保证了电力巡检无人机漫游过程的传输带宽、时延、丢包率满足电力要求，确保电力巡检无人机巡检过程中的可靠性和安全性。首先发现新的wapi网络，判断网络是否合法；然后根据网络接收信号强度、可用带宽、通信性能等多因素计算最优网络，判断当前位置是否切换网络。确定网络切换后，先基于拓扑邻区快速扫描，加速认证，缩短认证时延；再采用2.4g和5g双频建立主备线路，将业务切换备线路，主线路切换网络后，再将业务转到主线路；切换过程中漫游报文缓存和冗余发送，避免连续丢包。本发明将保证巡检无人机实现在wapi网络无损漫游。漫游过程中满足电力性能要求丢包率《1％，平均网络时延《10ms，平均漫游时延《50ms，满足电力性能要求。
 

四、技术总结

本发明涉及电力智能自动技术领域，提供了一种适用于电力巡检无人机WAPI网络无损漫游方法及系统，包括：获取合法WAPI网络的接收信号强度、可用带宽和通信性能，计算得到每个合法WAPI网络的性能评估值；基于每个合法WAPI网络的性能评估值，判断无人机是否切换网络，确定切换网络后，进行WAPI网络认证；认证通过后，将下行流量和上行流量均切换到已连接AP的备用无线连接，并将主用无线链路到待连接AP，与待连接AP完成主用无线链路建立后，将下行流量和上行流量切换到新建立的主用无线链路，并将备用无线链路到待连接AP。保证了电力巡检无人机漫游过程的传输带宽、时延、丢包率满足电力要求，确保了电力巡检无人机巡检过程中的可靠性和安全性。性和安全性。性和安全性。