陳孟元，陳躍東

攜有時(shí)間標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下高壓遠(yuǎn)距離輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

*陳孟元1,2，陳躍東1

（1.安徽工程大學(xué)，安徽，蕪湖 241000；2.安徽省電氣傳動(dòng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽，蕪湖 241000）

高壓遠(yuǎn)距離輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)保障輸電線路的安全運(yùn)行具有重要意義。根據(jù)高壓輸電線路分布范圍廣泛和監(jiān)測(cè)時(shí)間久的特點(diǎn)，提出了帶有時(shí)間/地理標(biāo)簽的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在高壓遠(yuǎn)距離輸電線路中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。子網(wǎng)采用ZigBee無線通信技術(shù)組網(wǎng)，負(fù)責(zé)高壓輸電線監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集；骨干網(wǎng)采用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet的無縫連接。同時(shí)通過B/S體系結(jié)構(gòu)，用戶端在登錄監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后能實(shí)時(shí)瀏覽和分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的高壓輸電線監(jiān)測(cè)參數(shù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，ZigBee，GPRS，S3C2410，北斗衛(wèi)星，Ｗeb服務(wù)器

2000 年盧強(qiáng)院士曾提出數(shù)字電力系統(tǒng)（Digital Power Systems，DPS）的概念，它是指某一實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科教活動(dòng)等數(shù)字地、形象化地、實(shí)時(shí)地描述與再現(xiàn)[1]。最近一段時(shí)間，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行水平大幅提高，建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”成為中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的既定戰(zhàn)略。國(guó)家發(fā)改委稱，2009年至2020年，中國(guó)將投資4萬億元用于智能電網(wǎng)建設(shè)。

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，存在著“十五年周期定律”。在1965年、1980年和1995年前后分別以大型機(jī)的出現(xiàn)、個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及和互聯(lián)網(wǎng)的革命為標(biāo)志引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國(guó)家間競(jìng)爭(zhēng)格局的重大變化和動(dòng)蕩。目前，物聯(lián)網(wǎng)收到了各界的熱烈追捧，被認(rèn)為是振興經(jīng)濟(jì)、確立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略能否掀起如當(dāng)年重要技術(shù)變革一樣的科技和經(jīng)濟(jì)浪潮為世界關(guān)注。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與時(shí)間同步對(duì)于我國(guó)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要地位，電力系統(tǒng)中的時(shí)間標(biāo)簽是由全球定位系統(tǒng)（GPS）提供的，GPS授時(shí)存在手段單一和沒有自主控制權(quán)兩方面問題，不僅短期穩(wěn)定性差，而且安全性不強(qiáng)。研究我國(guó)擁有自主控制權(quán)的授時(shí)方式（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)），并在信號(hào)失效情況下，能與GPS互備授時(shí)保證時(shí)間標(biāo)簽的準(zhǔn)確。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)

現(xiàn)有的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一般采用RS485/CAN總線方式通訊，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過局域有線網(wǎng)實(shí)時(shí)傳至監(jiān)控中心。由于采用有線的通訊方式，它的數(shù)據(jù)傳輸依靠導(dǎo)體介質(zhì)，需要鋪設(shè)電纜，由此帶來布線復(fù)雜、預(yù)設(shè)接口破壞建筑、線路檢測(cè)檢修困難、線路擴(kuò)容困難等一系列和傳輸途徑有關(guān)的弊端，這些問題突出表現(xiàn)為傳感器可移動(dòng)性差且日后的維護(hù)保養(yǎng)十分不便。近些年來，隨著移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，為建立通暢、可靠的無線網(wǎng)絡(luò)提供了可能，越來越多的傳感網(wǎng)的信息采集和傳輸采用了無線通信技術(shù)。無線傳感網(wǎng)（wireless sensor network, WSN）可以有效降低有線方式采集、傳輸信號(hào)的弊端，精確獲取信息。

基于傳感網(wǎng)及無限通信技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效解決通信方式的弊端，其可以劃分為感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其監(jiān)測(cè)方案如圖1所示。感知層是將無線傳感網(wǎng)應(yīng)用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，針對(duì)單個(gè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)建立基于ZigBee無線通信技術(shù)的傳感器聯(lián)接，收集各監(jiān)測(cè)信息；接入層是通過GPRS技術(shù)將采集到的設(shè)備狀態(tài)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)關(guān)，以無線傳輸?shù)姆绞浇尤刖W(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)層通過Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至遠(yuǎn)方的監(jiān)控中心；應(yīng)用層則是有權(quán)限的用戶通過任意一種Web瀏覽器查看收集到的設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障診斷等高級(jí)應(yīng)用分析，并可通過短消息等方式將異常情況通知相關(guān)負(fù)責(zé)人和檢修班組[2]。

圖1 攜有時(shí)間標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下高壓遠(yuǎn)距離輸電線路在線監(jiān)測(cè)方案

2 基于ARM9的網(wǎng)關(guān)及傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域中部署的傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)（Reduced Function Device，RFD）和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（Full Function Device，F(xiàn)FD）和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。監(jiān)測(cè)區(qū)域中的各傳感器節(jié)點(diǎn)組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，星形網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)輻射狀的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

所有的傳感器節(jié)點(diǎn)只通過協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，將測(cè)得的信息通過多跳的方式傳送到協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)不是通信的起點(diǎn)就是通信的終點(diǎn)。協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的管理與控制，如果某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)要和另外一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，那么就需要協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)先發(fā)送到協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，然后再由將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的傳感器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)擁有較強(qiáng)的通信能力、計(jì)算能力和豐富資源的系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)電路主要由微處理器、ZigBee RFD和傳感器組成。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件框架如圖3所示。

圖3 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件框架

目前，高壓遠(yuǎn)距離輸電線路監(jiān)測(cè)較長(zhǎng)使用的傳感器有：震動(dòng)傳感器、應(yīng)力傳感器、傾角傳感器、弧垂傳感器、溫度傳感器、張力傳感器、加速度傳感器、雷電監(jiān)測(cè)裝置和覆冰監(jiān)測(cè)設(shè)備等等。通過在桿塔、輸電線等重要設(shè)備上部署各種監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)組成多監(jiān)測(cè)裝置協(xié)同感知的無線傳感網(wǎng)，為在線監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)參考數(shù)據(jù)。

微處理器采用宏晶科技生產(chǎn)的高性能1T周期單片機(jī)STC11F16。

傳感器節(jié)點(diǎn)RFD和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)FFD使用的是Chipcon公司的CC2420芯片，性能穩(wěn)定且功耗極低，芯片采用直序擴(kuò)頻技術(shù)，可確保短距離通信的有效性和可靠性。CC2420使用Microchip公司提供ZigBee協(xié)議棧，工作在免費(fèi)2.4G頻帶，數(shù)據(jù)速率高達(dá)125Kbps，CC2420芯片支持128Byte的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩存。它的外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接口電路三個(gè)部分[3]。

傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)由RFD節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為ZigBee通信協(xié)議包，傳給就近的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)FFD，F(xiàn)FD節(jié)點(diǎn)根據(jù)從節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)路由算法選擇最優(yōu)的通信路徑，通過其他FFD節(jié)點(diǎn)以多跳通信的方式把數(shù)據(jù)包傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后，一方面按原路徑返回收到確認(rèn)信息，以至到達(dá)發(fā)送數(shù)據(jù)的 RFD節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)握手通信，完成一次完整的ZigBee無線通信。否則RFD節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到收到協(xié)調(diào)器返回的握手信息。

2.2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)硬件電路主要包括嵌入式微處理器（S3C2410A）、存儲(chǔ)器模塊（FLASH和SDRAM）、GPRS無線通信模塊、電源控制模塊以及其它外圍電路，其硬件框架如圖4所示。

圖4 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件框架

2.2.1 嵌入式微處理器

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)微處理器采用三星公司生產(chǎn)的16/32位RISC處理器S3C2410A，該芯片采用了ARM920T內(nèi)核，具有低功耗、高性能和全靜態(tài)設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，并且集成了豐富的系統(tǒng)外圍設(shè)備，如獨(dú)立的16KB的指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache、MMU虛擬存儲(chǔ)器管理、3通道UART和4通道DMA等，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本。內(nèi)核的工作電壓為1.8V/2.0V，存儲(chǔ)器和I/O口的工作電壓為3.3 V，工作頻率最高可達(dá)266MHz。

2.2.2 GPRS無線模塊

GPRS無線模塊的主要作用是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)ARM終端和客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)選用市場(chǎng)上常用的一款用于工業(yè)級(jí)的GPRS無線模塊MC35[4]，它是由德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一款GPRS無線模塊，MC35可實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)傳輸、短信、傳真等功能，支持AT命令和TCP/IP協(xié)議，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段模式，電源范圍為直流3.3～4.8 V，典型電壓為4.2 V，功耗在EGSM900和GSM1800分別為2 W和1 W，支持CS-1、CS-2、CS-3、CS-4四種編碼協(xié)議，最大上行和下行數(shù)據(jù)傳輸速率分別為21.4 Kbps和85.6 Kbps。

MC35模塊主要由GSM基帶處理器、射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成，其核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。該模塊有40個(gè)引腳，通過一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出與外部連接，這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制，其中16～23引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，通過芯片MAX232電平轉(zhuǎn)換后與S3C2410A相連，用AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)；24～29引腳為SIM卡接口，必須要外接一個(gè)SIM卡座，系統(tǒng)上電后會(huì)自動(dòng)對(duì)SIM卡進(jìn)行操作。

2.2.3 定位授時(shí)模塊

定位授時(shí)模塊采用的是七星創(chuàng)宇公司生產(chǎn)的7X-WYBD無源北斗定位授時(shí)模塊，如圖5所示。北斗定位授時(shí)模塊通過射頻接口（SMB-J）與北斗天線連接并從“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)上獲取精確的地理、時(shí)間信息[5]。

圖5 7X-WYBD無源北斗定位授時(shí)模塊

3 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

軟件在操作系統(tǒng)平臺(tái)下采用函數(shù)模塊化設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊連接到Internet，再傳輸至客戶端。軟件平臺(tái)流程如圖6所示。數(shù)據(jù)傳輸過程遵守TCP/IP協(xié)議簇，具體通信協(xié)議模型如圖7所示。

圖6 軟件平臺(tái)流程圖

圖7 系統(tǒng)通信協(xié)議模型

3.1 GPRS通信的實(shí)現(xiàn)

GPRS通信的主要功能為實(shí)現(xiàn)PPP撥號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸。終端首先向GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行PPP撥號(hào)，建立PPP通信鏈路并附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，然后再主動(dòng)向客戶端發(fā)送TCP/IP通信請(qǐng)求，在接收到回復(fù)后建立TCP/IP通信連接，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，通信流程圖如圖8所示。

圖8 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸流程圖

3.1.1 PPP撥號(hào)

終端進(jìn)行PPP撥號(hào)的過程就是獲得GPRS網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分配IP地址的過程，具體過程為：

（1）系統(tǒng)通過串口向MC35發(fā)送AT指令設(shè)定好的初始配置參數(shù)（包括通信波特率、GPRS接入網(wǎng)關(guān)）；

（2）再發(fā)送ATD*99***1#指令準(zhǔn)備與GPRS網(wǎng)絡(luò)ISP進(jìn)行PPP協(xié)商；

（3）最后通過PPP協(xié)議發(fā)送相應(yīng)的協(xié)議包進(jìn)行PPP協(xié)商，在協(xié)商過程中一般用到的協(xié)議為L(zhǎng)CP（鏈路控制協(xié)議）、PAP（密碼驗(yàn)證協(xié)議）、IPCP（IP控制協(xié)議）。

（4）協(xié)商成功后，就獲得由移動(dòng)ISP動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)部IP地址 (一般是10.X.X.X)并附著GPRS網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2 無線數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)終端PPP撥號(hào)成功接入到Internet后，終端就要主動(dòng)向客戶端發(fā)起通信連接，在傳輸層建立起TCP/IP通信通道，可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。

由于終端是處于GPRS內(nèi)網(wǎng)中，每次撥號(hào)所獲得的IP地址不是固定不變的，所以只能由終端主動(dòng)連接客戶端，而不能由客戶端主動(dòng)連接終端，這個(gè)過程是不可逆的。這就要求客戶端必須具備固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名，且客戶端固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲(chǔ)在終端FLASH中，以便終端一旦上電撥號(hào)成功，就可以主動(dòng)連接到客戶端。

本系統(tǒng)采用面向可靠性數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)的TCP傳輸協(xié)議作為傳輸層通信協(xié)議，所以終端通過客戶端的IP地址以及端口號(hào)等參數(shù)，向客戶端發(fā)起TCP通信請(qǐng)求，在得到客戶端響應(yīng)后，終端即認(rèn)為與客戶端握手成功，然后就一直保持這個(gè)通信連接存在，如果通信連接中斷，終端將立即重新與客戶端握手。TCP通信通道建立起后就可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)收發(fā)操作了，發(fā)送即是把應(yīng)用層數(shù)據(jù)封裝成TCP數(shù)據(jù)段，經(jīng)IP協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)報(bào)，然后再經(jīng)PPP協(xié)議封裝成數(shù)據(jù)幀格式，經(jīng)串口發(fā)送給MC35，通過GPRS空中接口傳送到處于Internet網(wǎng)中的客戶端，接收與發(fā)送是相反的過程，即是數(shù)據(jù)幀的解封過程。

3.2 嵌入式Web服務(wù)器

嵌入式Web服務(wù)器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)部分，它采用B/S結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)，在客戶端通過Web瀏覽器就可以訪問服務(wù)器。嵌入式Web服務(wù)器軟件構(gòu)成如圖9所示。

圖9 嵌入式Web服務(wù)器軟件構(gòu)成

3.2.1 BOA服務(wù)器的移植

BOA 服務(wù)器是一個(gè)小巧高效的Web服務(wù)器，是一個(gè)運(yùn)行于Unix或Linux下，支持CGI、適合于嵌入式系統(tǒng)的單任務(wù)的Web服務(wù)器，源代碼開放、性能高。以下是在Linux環(huán)境下搭建一個(gè)BOA服務(wù)器并移植到開發(fā)板上運(yùn)行的步驟[6-7]：

第一步：編譯BOA服務(wù)器

（1）下載并解壓BOA源碼，目前最新版本為：boa-0.94.14rc21.tar.gz

# tar xzf boa-0.94.14rc21.tar.gz

（2）進(jìn)入源碼目錄中src子目錄并生成Makefile文件：

# cd boa-0.94.14rc21/src

# ./configure

（3）修改Makefile文件：

把其中的CC改為：CC = arm-linux-gcc

CPP -E改為：CPP = arm-linux-g++

（4）編譯并刪除調(diào)試信息：

# make

# arm-linux-strip boa

這樣就可生成可執(zhí)行文件boa，并把它復(fù)制到開發(fā)板/usr/local/bin/目錄中。

第二步：修改BOA配置

從boa-0.94.14rc21源碼根目錄中找到boa.conf配置文件，打開并修改以下項(xiàng)目參數(shù)：

User nobody改為：User 0；

Group nogroup 改為：Group 0；

ScriptAlias /cgi-bin/ /usr/lib/cgi-bin/ 改為：ScriptAlias /cgi-bin/ /var/www/cgi-bin/；

#ServerName www.your.org.here改為：ServerName IP地址；

#AddType application/x-httpd-cgi cgi前面的#去掉使系統(tǒng)可以支持cgi方式；

修改完成后復(fù)制到開發(fā)板/etc/boa/目錄中。

第三步：配置開發(fā)板，并建立相應(yīng)的文件夾

根據(jù)修改后的boa配置文件boa.conf中所規(guī)定的，在開發(fā)板中需建立以下文件夾：

創(chuàng)建日志文件存放目錄/var/log/boa/error_log和/var/log/boa/access_log；

創(chuàng)建html文件存放目錄/var/www；

創(chuàng)建cgi腳本存放目錄/var/www/cgi-bin；

復(fù)制主機(jī)上的mime.types文件到目錄/etc/boa/中。

將編譯好生成的cgi文件、html文件存放到開發(fā)板相應(yīng)的文件夾中，在開發(fā)板中運(yùn)行BOA服務(wù)器，在客戶端IE瀏覽器上輸入對(duì)應(yīng)的URL就可以看到網(wǎng)頁。

3.2.2 CGI應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)頁面

CGI(Common Gateway Interface公共網(wǎng)關(guān)接口)規(guī)范給出了Web服務(wù)器和CGI應(yīng)用程序進(jìn)程之間傳遞信息的標(biāo)準(zhǔn)，是嵌入式Web服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)客戶與服務(wù)器動(dòng)態(tài)交互的主要手段[8]。

它是運(yùn)行在Web服務(wù)器上的一個(gè)程序，并由來自于客戶端的請(qǐng)求觸發(fā)。CGI是在Web服務(wù)器下運(yùn)行外部程序（或網(wǎng)關(guān)）的一個(gè)接口，提供標(biāo)準(zhǔn)輸入（STIN）、環(huán)境變量、標(biāo)準(zhǔn)輸出（STOUT）三部分標(biāo)準(zhǔn)接口和服務(wù)器通信，傳遞有關(guān)參數(shù)和處理結(jié)果，一般完成Web網(wǎng)頁中表單(Form)數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的集成等工作。CGI工作流程如圖10所示。

圖10 CGI工作流程圖

當(dāng)客戶端用POST方法向服務(wù)器請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器通過標(biāo)準(zhǔn)輸入（STIN）向CGI程序傳送數(shù)據(jù)，或者用GET方法請(qǐng)求時(shí)，CGI程序通過QUERY_STRING環(huán)境變量獲得數(shù)據(jù)，CGI程序?qū)Λ@得數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理或者調(diào)用外部其它程序，然后處理成純文本格式或HTML格式文檔通過標(biāo)準(zhǔn)輸出（STOUT）傳給服務(wù)器，服務(wù)器再傳送給客戶端，這樣就完成了客戶所提交的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)客戶與服務(wù)器動(dòng)態(tài)交互。

4 結(jié)語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路具有優(yōu)勢(shì), 然而又面臨諸多困難，如網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和抗干擾性能、低功耗、節(jié)點(diǎn)供電等是其中的關(guān)鍵問題。本文主要介紹了帶有時(shí)間/地理標(biāo)簽的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在高壓遠(yuǎn)距離輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)中實(shí)現(xiàn)的基本原理，硬件各模塊的設(shè)計(jì)方案、軟件開發(fā)的主要流程, 并詳細(xì)討論了實(shí)施中遇到的主要問題。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式的特點(diǎn)，大幅度改善了系統(tǒng)可移動(dòng)性和組網(wǎng)靈活性；利用GPRS模塊、ZigBee模塊和嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)無縫連接，同時(shí)克服了傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)構(gòu)架下ZigBee傳輸速率較低的瓶頸。使得用戶通過Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線監(jiān)測(cè)參數(shù)，考慮到網(wǎng)絡(luò)安全方面的原因，設(shè)置了訪問權(quán)限[9]。在服務(wù)器的登錄界面正確輸入用戶名和密碼通過后即可查詢具體某條高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的運(yùn)行情況，對(duì)保障輸電線路的安全運(yùn)行具有重要意義。

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ONLINE MONITORING SYSTEM OF POWER TRANSMISSION LINE IN LONG DISTANCE AND HIGH-VOLTAGE BASED ON INTERNET OF THINGS STRUCTURE WITH TIME-TAG

*CHEN Meng-yuan1,2，CHEN Yao-dong1

(1.Anhui Polytechnic University，Wuhu, Anhui 241000, China; 2.Anhui Key Laboratory of Electric Drive and Control，Wuhu, Anhui 241000, China)

Online monitoring system of power transmission line in long distance and high-voltage is significant to ensuring the safe operation of power transmission line. According to the power transmission line in long distance and high-voltage has wide-ranging and long monitoring time, we proposed the wireless sensor network with time/geographical label to monitor the power transmission line in long distance and high-voltage by real-time and remote. The sub network adopts grouped network of ZigBee wireless communication technology, which is responsible for collecting the monitoring parameters. Backbone network adopts the seamless link with internet and wireless sensor network of GPRS technology. Meanwhile, client could log in the monitoring system through the architecture of B/S, browse in real-time and analyze the monitoring parameters of power transmission line in high-voltage that collected by the wireless sensor network.

wireless sensor network; ZigBee; GPRS; S3C6410; COMPASS; web server

TG249.7; TM921.51

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2013.01.014

1674-8085(2013)01-0063-07

2012-06-12；

2012-07-28

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11040606M153);安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012B009);蕪湖市科技計(jì)劃基金項(xiàng)目(蕪科計(jì)[2011]47號(hào)文)

*陳孟元(1984-)，男，安徽蕪湖人，助教，碩士，主要從事自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究(E-mail: mychen @ahpu.edu.cn);

陳躍東(1956-)，男，湖北宜昌人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)研究(E-mail: ydcen1@sohu.com).