CN114205375A - 一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集*** - Google Patents

一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集*** Download PDF

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毛冬
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徐海洋
王红凯
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Abstract

本发明公开了一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，包括电力采集远程控制终端和电力云端平台，电力采集远程控制终端数据连接有边缘物联代理网关，边缘物联代理网关与电力云端平台数据连接，边缘物联代理网关用于与电力云端平台数据传输的包括有上报数据模块，上报数据模块还分别数据连接有协议适配模块、标签模块、数据转换模块、订阅模块和存储模块A，电力云端平台包括有调试功能模块、存储模块B、下发数据模块和认证模块，电力采集远程控制终端包括有数据采集模块和远程控制模块，缓解了边缘侧设备与云端平台之间的数据通信压力，提高数据传输效率与可靠性，并减少边缘网关SIM卡数据传输流量。

Description

一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***
技术领域
本发明涉及电力数据采集技术领域，具体为一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***。
背景技术
随着电力物联网的发展，接入云端平台的终端数量呈几何数量级增长，伴随而来的就是边缘侧数据的暴增，传输效率降低。
生产环境中多采用HTTP、FTP等协议或标准，虽然这些协议可以处理设备之间的通信问题，但需要占用更多的传输通道资源。而且实际环境中各种环境比较恶劣，比如上网流量有限、信号差，导致数据传输可靠性降低。
如何将众多的边缘物联代理网关的数据实时高效的采集起来是当前面临的重要问题，专利号为CN106843023B的一种基于FPGA的电力数据采集***，通过采用FPGA为主控器件，大大提高了数据采集的速度和A/D转换的精度，但是确不适用于不同边缘物联代理网关的数据的采集，其效率也将大打折扣。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，采用了一种基于边缘物联代理网关的微流量MQTT数据传输协议及电力数据采集***，实现轻量化边缘侧数据透传上报采集。将报文格式从一般传统远程传输协议所用的JSON,XML等数据格式优化为二进制形式，减少报文所占字节，提高传输效率。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，包括电力采集远程控制终端和电力云端平台，所述电力采集远程控制终端数据连接有边缘物联代理网关，所述边缘物联代理网关与电力云端平台数据连接，所述边缘物联代理网关用于与电力云端平台数据传输的包括有上报数据模块，所述上报数据模块还分别数据连接有协议适配模块、标签模块、数据转换模块、订阅模块和存储模块A，所述电力云端平台包括有调试功能模块、存储模块B、下发数据模块和认证模块，所述上报数据模块与下发数据模块数据连接，所述电力采集远程控制终端包括有数据采集模块和远程控制模块。
优选的，所述调试功能模块包括有配置模块和数据处理模块，所述配置模块与数据处理模块数据连接。
优选的，所述认证模块包括有数字证书认证模块和密钥认证模块，所述数字证书认证模块与密钥认证模块数据连接。
优选的，所述数字证书认证模块与密钥认证模块数据可以采用X.509证书进行认证。
优选的，所述标签模块中的标签分为产品标签、设备标签和分组标签。
优选的，所述边缘物联代理网关与电力云端平台之间的数据传输分为上行数据链路和下行指令链路两种。
优选的，所述边缘物联代理网关可以通过连接电力云端平台进行Topic主题订阅，实现数据上传或下载、固件更新。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，具备以下有益效果：
1、该发明，通过设置上报数据模块和下发数据模块来实现边缘物联代理网关和电力云端平台的数据互联，并且两者间数据传输分为上行数据链路和下行指令链路两种模式，同时边缘物联代理网关将传输时的JSON数据优化为二进制形式，减少报文所占字节，提高了传输效率。
2、该发明，通过边缘物联代理网关、电力采集远程控制终端和电力云端平台的结合，将不同设备的传输协议数据统一转化为MQTT类数据，缓解了边缘侧设备与云端平台之间的数据通信压力，提高数据传输效率与可靠性，并减少边缘网关SIM卡数据传输流量。
附图说明
图1为本发明的模块示意图；
图2为本发明中各设备间建立连接流程示意图；
图3为本发明中各设备间数据传输流程示意图；
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***做进一步详细的描述。
请参阅图1-3，一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，包括电力采集远程控制终端和电力云端平台，电力采集远程控制终端数据连接有边缘物联代理网关，边缘物联代理网关与电力云端平台数据连接，边缘物联代理网关用于与电力云端平台数据传输的包括有上报数据模块，上报数据模块还分别数据连接有协议适配模块、标签模块、数据转换模块、订阅模块和存储模块A，电力云端平台包括有调试功能模块、存储模块B、下发数据模块和认证模块，上报数据模块与下发数据模块数据连接，电力采集远程控制终端包括有数据采集模块和远程控制模块，调试功能模块包括有配置模块和数据处理模块，配置模块与数据处理模块数据连接。
如图1-2所示
当各边缘物联代理网关设备接入时，边缘物联代理平台上电联网，会自动获取IP地址，并同时边缘物联代理网关从厂商的云端服务器中获取相关证书，边缘物联代理网关厂商无需为此类设备烧录设备证书，获取相关证书后，边缘物联代理网关通过MQTT协议与电力云端平台建立连接，电力云端平台中的配置模块为每一台接入的边缘物联代理网关颁发唯一证书，边缘物联代理网关使用颁发证书通过认证模块进行身份验证连接电力云端平台，采用这种方案可以不用在产线上设计证书烧录过程，可加快设备的量产速度，认证模块包括有数字证书认证模块和密钥认证模块，数字证书认证模块与密钥认证模块数据连接，设备支持TLS(MQTT)数据传输通道，也保证数据的机密性和完整性；MQTT是轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议，基于TCP/IP网络，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合，协议交换最小化，以降低网络流量，这就使得各电力数据在采集的过程中能有效避免数据拥塞问题。
其中数字证书认证模块与密钥认证模块数据可以采用X.509证书进行认证，支持基于MQTT协议直连的边缘物联代理网关使用X.509证书进行认证，安全级别很高，证书信息包括：X.509数字证书(Certificate)、X.509证书ID(CertSN)和X.509证书密钥(PrivateKey)，使用X.509证书的操作流程包括有：在电力云端平台创建产品时，认证方式选择为X.509证书；在该产品下创建边缘物联代理网关，电力云端平台会为边缘物联代理网关颁发X.509证书和密钥；开发边缘物联代理网关SDK，将X.509数字证书和密钥烧录到边缘物联代理网关上；边缘物联代理网关进行身份认证配置；除了证书本身功能，X.509还附带了证书吊销列表和用于从最终对证书进行签名的证书签发机构直到最终可信点为止的证书合法性验证算法，配合密钥认证模块提供多重安全防护，有效保障数据传输的安全；
如图1-3所示
边缘物联代理网关与电力云端平台通过上报数据模块和下发数据模块互联实现数据传输，在边缘物联代理网关中通过协议适配模块将上传数据时采用的不同协议数据格式转变为MQTT协议，并通过数据转换模块将传输时的JSON数据优化为二进制形式进行上报至电力云端平台，这样可以减少报文所占字节，提高传输效率，例如，传输123这样一个数字，如果用字符串传输的话"123"，需要3个字节；用二进制的话传输的话是0x7B，只需1个字节；实现轻量化边缘侧数据透传上报采集，提高传输效率；二进制形式数据文件不仅在存储时节约空间且不会造成有效位的丢失，同时在需要文件转化且数据量较大时更加易于数据的转化，更加方便和高效；
同时，不同的边缘物联代理网关传输数据时会通过标签模块为数据加入标签，保证数据具备可鉴别性，其中标签模块中的标签分为产品标签、设备标签和分组标签，产品标签是指描述同一个产品下，所有边缘物联代理网关所具有的共性信息；设备标签是根据边缘物联代理网关的特性为边缘物联代理网关添加的特有标记，可以自定义标签内容；分组标签是指描述同一个分组下，所有边缘物联代理网关所具有的共性信息；电力云端平台可规定边缘物联代理网关每秒上下行消息最大吞吐量，即每秒钟所有边缘物联代理网关发送到电力云端平台，和电力云端平台发送到边缘物联代理网关的消息总数量；之后电力云端平台通过调试功能模块，编写SQL对上报的二进制数据进行解析处理，配置转发规则，并将处理后的数据保存到存储模块B中，并同时电力云端平台通过MQTT协议，使用Publish通过下发数据模块下发指令至边缘物联代理平台；在这之中，边缘物联代理网关通过MQTT协议与电力云端平台建立连接，上报数据(通过Publish发布Topic和Payload)到电力云端平台这一过程为上行数据链路，电力云端平台通过MQTT协议，使用Publish发送数据(指定Topic和Payload)到边缘物联代理网关这一过程为下行指令链路；应当考虑的是记录和保存运行过程中的状态和数据是电力***运行中的一项重要任务，通过精确的记录，用来满足各种统计要求和对***未来运行情况及用电规划进行预测，记录保存一般的实现方法是按一定的周期间隔获取预先选定的数据集，并把它们保存在一个滚动文件中，存贮周期常被设定为1h，但某些特殊情况下则需要更频繁获取和保存信息。
边缘物联代理网关还可以通过连接电力云端平台进行Topic主题订阅，实现数据上传或下载、固件更新，Topic是UTF-8字符串，是发布(Pub)/订阅(Sub)消息的传输中介，可以向Topic发布或者订阅消息，Topic主题可大致分为五类：终端设备公共主题(该主题用于与***中所有设备的通信)；边缘物联代理网关公共主题(该主题用于与***中所有设备的通讯)；云端平台公共主题(该主题用于与***中所有设备的通信)；私有主题(用于与某一个终端设备、边缘物联代理网关进行通信)。
电力***中的大多数***是以查询方式采集数据，例如MODBUS RTU仅在接收到主站对其请求后，才把数据传送给主站，且通信线路必须具有足够的带宽容量，以适应最坏情况，这就使得在电力数据采集***中带宽容量尤为重要，因此在同一数据采集***下应尽可能的减小占用带宽容量，努力提高传输效率，另在架设电力数据采集***时，应当考虑监控问题，可以实时监控设备的运行情况，服务器架构应采用硬件加软件双冗余配置，当有设备出现状况时，另一台可立即投入运行，两台设备的数据完全一样，直至故障服务器恢复运行，备份的服务器停止运行，为数据的安全性提供了可靠的保证。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，包括电力采集远程控制终端和电力云端平台，其特征在于：所述电力采集远程控制终端数据连接有边缘物联代理网关，所述边缘物联代理网关与电力云端平台数据连接，所述边缘物联代理网关用于与电力云端平台数据传输的包括有上报数据模块，所述上报数据模块还分别数据连接有协议适配模块、标签模块、数据转换模块、订阅模块和存储模块A，所述电力云端平台包括有调试功能模块、存储模块B、下发数据模块和认证模块，所述上报数据模块与下发数据模块数据连接，所述电力采集远程控制终端包括有数据采集模块和远程控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述调试功能模块包括有配置模块和数据处理模块，所述配置模块与数据处理模块数据连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述认证模块包括有数字证书认证模块和密钥认证模块，所述数字证书认证模块与密钥认证模块数据连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述数字证书认证模块与密钥认证模块数据可以采用X.509证书进行认证。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述标签模块中的标签分为产品标签、设备标签和分组标签。
6.根据权利要求1所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述边缘物联代理网关与电力云端平台之间的数据传输分为上行数据链路和下行指令链路两种。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘物联代理设备的电力数据采集***，其特征在于：所述边缘物联代理网关可以通过连接电力云端平台进行Topic主题订阅，实现数据上传或下载、固件更新。
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