一种局域网通信系统及其电源自给互给方法

技术领域

本发明属于局域网通信领域，尤其涉及一种局域网通信系统及其电源自给互给方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展和科技技术不断进步，人类常规活动范围和生产作业区域不断扩大和延伸，对通信和信息化要求不断增强。

在无法提供电力保障及通信支持边远地区，如荒漠无人区、林区、海上孤岛、海上渔业、科研观测等，开展交/巡警、应急、武警、人防、边防、边控、安监、消防、铁路维护、森林防火、演习、大型活动保障、无人机勘查航拍、电力、水利、航道、边海防监控等野外作业，常规只能采用高成本、低带宽、不可长时间持续的卫星通信、车载应急通信等方式提供通信支持和网络覆盖，其无法实现高效、快速、大覆盖面积、电源自给、长时间、低成本的组成无中心的无线宽带网络，同时也无法解决多跳中继，高效地解决高层、地下、隧道、大型综合体、等复杂环境掩体下的应急通信难题。

近年来，一方面可再生能源和蓄电技术突飞猛进，另一方面通信设备及技术小型化、微型化、功率不断降低、组网方式灵活多样，为解决这些场景下的面向野外作业的孤岛局域专网通信系统提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种局域网通信系统及其电源自给互给方法，旨在解决现有卫星通信及车载应急通信在野外作业的技术不足：提供通信带宽有限，覆盖范围有限、组网方式有限；对于中长期的作业需求，其成本高、工作时长短，电源供给不便利；面向作业的智能性、数据采集及预处理的云边协同能力有限的技术问题。

本发明是这样实现的，一种局域网通信系统，所述局域网通信系统包括数据中心，双向通信连接所述数据中心的传输单元，双向通信连接所述传输单元的通信单元，及双向通信连接所述通信单元的终端单元。

本发明的进一步技术方案是：所述数据中心包括广域网或局域网交换机，连接所述广域网或局域网交换机的数据存储或云边管理平台，及电性连接所述广域网或局域网交换机及所述数据存储或云边管理平台的第一电源模块。

本发明的进一步技术方案是：所述传输单元包括光纤通信网，及连接所述光纤通信网的电源互给网。

本发明的进一步技术方案是：所述通信单元包括取能模块，连接所述取能模块的第二电源模块，及连接所述第二电源模块的无线基站。

本发明的进一步技术方案是：所述取能模块为光伏取电及风能取电。

本发明的进一步技术方案是：所述第二电源模块为超级电容模组及锂电池模组和电源控制及互给模组。

本发明的进一步技术方案是：所述无线基站为光电解调器加无线微基站或WLAN中的一种或两种。

本发明的进一步技术方案是：所述终端单元为智能采集终端或APP中的一种或两种。

本发明的另一目的在于提供一种局域网通信系统的电源自给互给方法，所述电源自给互给方法包括以下步骤：

步骤S1：来自取能模块或第一电源模块的电压为第二电源模块中的超级电容模组充电，当超级电容模组电压值大于等于160 V时，开始为第二电源模块中的锂电池模组充电；

步骤S2：当锂电池模组电压值大于等于220 V时，停止为锂电池模组充电，开始继续为超级电容模组充电；

步骤S3：当超级电容模组电压值大于等于220 V时，停止为超级电容模组充电，开始通过传输单元为网络中下一级电源模块充电；

步骤S4：当超级电容模组电压值小于等于65 V时，由锂电池模组为本级负载提供电源；当超级电容模组电压值大于65 V时，开始为本级负载提供电源。

本发明的进一步技术方案是：所述第二电源模块能实时策略优化提高系统中超级电容模组及锂电池模组电源输入输出平稳和系统相邻的电源模块间互给以达到系统内电能动态平衡。

本发明的有益效果是：本申请的一种局域网通信系统及其电源自给互给方法，设计和构建了低成本、高效率、能源自给、自适应性强的孤岛型局域专网通信系统，其组网方式灵活，建造快捷，特别适合在荒漠无人区、林区、海上孤岛、海上渔业、科研观测等场景下的野外作业应用；采用风能光能互补取能技术，解决取能模块间的时空分布不均问题和确保全天时空内能源供给及转化效率，提升系统自适应能力和动态平衡性；采用双模组储能电源技术，电源控制互给方法充分利用超级电容的长寿命和高低温优势及锂电池大容量特性，以超级电容为主供电源的互补互助策略，实现系统电源供给保证可靠性和不必要的容量冗余问题，便于系统提高能源利用率和动态自给率，进而减少系统的能源消耗，确保系统的长时期可靠运行和低成本的建设；通过传输单元在各节点设备处光纤单元及电源线分别接入无线基站的光电解调器和第二电源模块的电源控制及互给模组，实现局域专网的网络拓扑通信连接组网和设备电源动态平衡互给组网，扩大网络覆盖范围和区域内电源富裕互给，进一步增强长时期内可靠性和自适应性；系统中的数据中心将终端采集数据及时数据存储或经云边管理平台预处理传输到远程广域网中；同时，也可接受远程广域网所发出的信息传入智能采集终端和APP中，如远程APP版本升级、软件策略设置等；其使局域专网通信系统进步升级为广域网的延伸，为智能化的物联网远程监控和作业提供拓展空间和连接方式。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种局域网通信系统的系统框图；

图2是本发明实施例提供的一种局域网通信系统的电源自给互给方法的流程框图；

图3是本发明实施例提供的局域网通信系统的星形网络组网实例图；

图4是本发明实施例提供的局域网通信系统的环形网络组网实例图。

具体实施方式

图1示出了本发明提供的一种局域网通信系统，所述局域网通信系统包括数据中心，双向通信连接所述数据中心的传输单元，双向通信连接所述传输单元的通信单元，及双向通信连接所述通信单元的终端单元；所述数据中心包括广域网或局域网交换机，连接所述广域网或局域网交换机的数据存储或云边管理平台，及电气连接所述广域网或局域网交换机及所述数据存储或云边管理平台的第一电源模块；所述传输单元包括光纤通信网，及连接所述光纤通信网的电源互给网；所述通信单元包括取能模块，连接所述取能模块的第二电源模块，及连接所述第二电源模块的无线基站；所述取能模块为光伏取电及风能取电；所述第二电源模块为超级电容模组及锂电池模组和电源控制及互给模组；所述无线基站为光电解调器加无线微基站或WLAN中的一种或两种；所述终端单元为智能采集终端或APP中的一种或两种。

进一步地，对于通信单元，取能模块中的光伏取电和风能取电分别连接电源控制及互给模组，为超级电容模组和锂电池模组提供源源不断电力能源供给；第二电源模块为无线基站提供工作电源支持，同时在富裕时通过电源互给网为下一级电源模块提供互给电源，取能模块旨在就地解决系统电源供给和能源采集，其采取风光互补解决时域分布和空间分布取能不均问题，优选单晶硅电池板及垂直轴风机组合，无线基站是局域专网信号覆盖和终端信息采集的节点设施，其光电解调器及无线微基站/WLAN电源取自第二电源模块，其功率应控制在取能模块最大功率的1/10，储能模组的最大容量应保证无线基站及终端3天以上使用量；无线微基站/WLAN信号覆盖范围应大于2 km以上。

进一步地，对于数据中心，用于将终端采集数据及时数据存储或经云边管理平台预处理传输到远程广域网中；同时，用于智能采集终端亦可接受远程广域网所发出的信息，传入智能采集终端和APP中，如远程APP版本升级、软件策略设置等；传输单元能够保证数据中心和无线基站及终端系统信息通信的即时性和准确性，从而保证及时采集传输和预处理云边管理平台运行状态正常；广域网或局域网交换机通过光纤通信网连接无线基站中光电解调器及无线微基站或WLAN，形成局域网区域无线信号覆盖；通过无线微基站或WLAN支持智能采集终端及应用软件（APP）进行数据采集和通信服务；同时，通过数据存储或云边管理平台实现节点作业数据储存收集和云边算法数据预处理，经广域网或局域网交换机实现数据联网回传，且数据中心与传输单元、无线基站及终端系统所构建局域网络拓扑，优选环形网络或行星网络构建；数据中心与网络中任意无线基站及终端系统均可连接。

进一步地，取能模块、第二电源模块和无线基站可组成单独节点的无线局域网；无线基站、传输单元和数据中心可组成有线局域网或广域网，其使局域专网通信系统进步升级为广域网的延伸，为智能化的物联网远程监控和作业提供拓展空间和连接方式，第二电源模块能实时策略优化提高系统超级电容模组及锂电池模组电源输入输出平稳和系统相邻的电源模块间动态平衡互给，旨在优化系统电源供需与取能模块间的时域空域分布不均问题和为保证可靠性而增加的不必要的电源冗余问题，便于系统提高能源利用率和动态自给率，进而减少系统的能源消耗，确保系统的长时期可靠运行和低成本的建设。

进一步地，传输单元是以光纤光缆和电源线缆集成一体的复合缆为基础，在各节点设备处光纤及电源线分别接入无线基站的光电解调器和第二电源模块的电源控制及互给模组，实现局域专网的网络拓扑通信连接组网和设备电源动态平衡互给组网；传输单元使用的光电复合线缆由光纤单元、电源线及以保护层组成，在系统各节点处，光纤单元和电源线进行分离，在各节点设备处分别接入无线基站的光电解调器和第二电源模块的电源控制及互给模组相应接口，从而构建为有线局域网的光纤通信网和电源互给网，实现局域专网的网络拓扑通信连接组网和设备电源动态平衡互给组网。

图2示出了一种局域网通信系统的电源自给互给方法，所述电源自给互给方法包括以下步骤：

步骤S1：来自取能模块或第一电源模块的电压为第二电源模块中的超级电容模组充电，当超级电容模组电压值大于等于160 V时，开始为第二电源模块中的锂电池模组充电；

步骤S2：当锂电池模组电压值大于等于220 V时，停止为锂电池模组充电，开始继续为超级电容模组充电；

步骤S3：当超级电容模组电压值大于等于220 V时，停止为超级电容模组充电，开始通过传输单元为网络中下一级电源模块充电；

步骤S4：当超级电容模组电压值小于等于65 V时，由锂电池模组为本级负载提供电源；当超级电容模组电压值大于65 V时，开始为本级负载提供电源。

所述第二电源模块能实时策略优化提高系统中超级电容模组及锂电池模组电源输入输出平稳和系统相邻的电源模块间互给以达到系统内电能动态平衡。

图3示出了示例性实施例的星形网络组网实例：本实例中，数据中心通过传输单元与分散在网络中的每一级通信单元直连，其有益效果是，使系统网络层级少，网络传输带宽增强，电源互给能力增强。

图4示出了示例性实施例的环形网络组网实例：本实例中，数据中心通过传输单元与分散在网络中的某一级通信单元直连，网络中的其他通信单元依次通过传输单元连接，其有益效果是，使系统覆盖范围增大，通信复用增强，更加注重网络节点独立性。

本申请的一种局域网通信系统及其电源自给互给方法，设计和构建了低成本、高效率、能源自给、自适应性强的孤岛型局域专网通信系统，其组网方式灵活，建造快捷，特别适合在荒漠无人区、林区、海上孤岛、海上渔业、科研观测等场景下的野外作业应用；采用风光互补取能技术，解决取能模块间的时空分布不均问题和确保全天时空内能源供给及转化效率，提升系统自适应能力和动态平衡性；采用双模组储能电源技术，电源控制互给方法充分利用超级电容的长寿命和高低温优势及锂电池大容量特性，以超级电容为主供电源的互补互助策略，实现系统电源供给保证可靠性和不必要的容量冗余问题，便于系统提高能源利用率和动态自给率，进而减少系统的能源消耗，确保系统的长时期可靠运行和低成本的建设；通过传输单元在各节点设备处光纤单元及电源线分别接入无线基站的光电解调器和第二电源模块的电源控制及互给模组，实现局域专网的网络拓扑通信连接组网和设备电源动态平衡互给组网，扩大网络覆盖范围和区域内电源富裕互给，进一步增强长时期内可靠性和自适应性；系统中的数据中心将终端采集数据及时数据存储或经云边管理平台预处理传输到远程广域网中；同时，也可接受远程广域网所发出的信息传入智能采集终端和APP中，如远程APP版本升级、软件策略设置等；其使局域专网通信系统进步升级为广域网的延伸，为智能化的物联网远程监控和作业提供拓展空间和连接方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。