CN101075932A - 数据远程计量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据远程计量的方法，包括：A.网关向终端计量设备发送数据采集请求；B.所述终端计量设备根据接收到的数据采集请求进行数据采集，并将采集到的数据发送给所述网关；C.所述网关对接收到的数据进行存储，并将存储后的数据封装成符合网络协议的数据帧通过远传网络上报给远端服务器；D.所述远端服务器对接收到的数据帧进行拆封装，并将拆封装得到的原始的数据进行存储。本发明还提供一种数据远程计量的系统。采用本发明的方法和系统，可以实现从多种计量设备中便捷且精确地采集数据，还能提供对数据的分类存储和分析功能。

Description

数据远程计量的方法和系统

技术领域

本发明涉及数据计量技术，尤其涉及一种数据远程计量的方法和系统。

背景技术

目前，在数字通信和自动控制领域，越来越多的计算机芯片被嵌入到机电设备当中。可编程的数字控制器已取代了模拟控制器；具备数字通信功能的“智能”设备也日益广泛地应用在控制系统中。控制系统中可通信的设备日益增多，分布日趋分散，基于通信网络实现系统设备间的协调管理已经成为不可回避的潮流与方向。而通信领域和工业控制领域的网络技术，包括各种现场总线技术，工业以太网，无线网络技术等，在目前的控制系统中得到了综合而广泛的应用。

目前电表等计量设备的数据通常都是由人工负责记录，记录频率依各用户的要求不同，在一些管理严格的地方，运行管理人员每天就记录一次数据，但大多数单位都是一个月记录一次数据，而每月记录的时间又不统一，例如前一个月是月初记的，本月是月中记的，每月的时间长度不同，如此便无法知道能耗逐月变化的情况，给数据的诊断分析带来困难，这些都是人工操作带来的麻烦，同时也是人工操作无法避免的问题。另外，如果进行统计量的分项目计量，会导致计量设备数量的激增，靠人工抄表获得全部数据将更加难以实现。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的问题是提出一种数据远程计量的方法和系统，可以实现从多种终端计量设备中便捷且精确地采集数据，还能提供对数据的分类存储和分析功能

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种数据远程计量的方法，该方法包括：

A、网关向终端计量设备发送数据采集请求；

B、所述终端计量设备根据接收到的数据采集请求进行数据采集，并将采集到的数据发送给所述网关；

C、所述网关对接收到的数据进行存储，并将存储后的数据封装成符合网络协议的数据帧通过远传网络上报给远端服务器；

D、所述远端服务器对接收到的数据帧进行拆封装，并将拆封装得到的原始的数据进行存储。

优选的，

步骤C中对数据进行封装前还包括：

在网关存储接收到的数据后，将数据进行合并打包成数据块；

将打包成数据块的数据加密成密文数据；

步骤D中对数据进行拆封装处理后还包括：

将拆封装后的数据执行与步骤C中的打包和加密对应的解密和解包处理。

优选的，步骤A之前还包括：

根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定一个或者一个以上端口通信协议，将端口通讯协议编号后进行存储；

当有终端计量设备接入时，网关根据该终端计量设备的类型和已存储的通信协议为该终端计量设备指定与之相匹配的协议编号。

优选的，步骤A之前还包括：

对网关中网关的网络标识和服务器的网络标识进行配置，并根据配置设定由网关接收服务器发送的数据采集和上报指令。

优选的，步骤A具体包括：

网关根据接收到的数据采集指令向终端计量设备发送数据采集请求。

优选的，步骤C还包括：

网关根据接收到的服务器发送的数据上报指令将数据上报给服务器。

优选的，步骤A之前还包括：

对网关中网关的网络标识和服务器的网络标识进行配置，并设定数据定时采集和数据定时上报的周期。

优选的，步骤A具体包括：

网关根据设定的数据采集周期定期向终端计量设备发送数据采集请求。

优选的，步骤C还包括：

网关根据配置的数据上报周期定期将数据上报给服务器。

优选的，步骤D之后还包括：

对存储的数据按照用户设计的策略进行处理，得到反映终端设备运行状况的性能参数；

调用服务器上的计量数据和性能参数，实现数据的分析和系统的监控。

一种数据远程计量的系统，包括：远端服务器、网关和终端计量设备；

所述远端服务器用于接收网关上报的数据，并将所述数据进行拆封装后存储；

所述网关用于发送数据采集请求给终端计量设备，并在接收到的所述终端计量设备发送的数据进行存储后封装成符合网络协议的数据帧，并通过远传网络上报给所述远端服务器；

所述终端计量设备用于接收所述网关发送的数据采集请求，并根据该请求采集数据然后发送给所述网关。

优选的，

所述网关还可包括：

打包单元，用于将存储的数据打包成数据块；

加密单元，用于将打包成数据块的数据加密成密文数据；

所述远端服务器还可包括：

解密单元，用于执行加密单元的逆操作，对加密单元加密的密文数据进行解密；

解包单元，用于执行打包单元的逆操作，对解密单元解密后的数据快文件进行解包。

优选的，所述远端服务器进一步包括：

数据采集服务器，用于接收、分类并存储所有网关采集上报的计量数据，并对这些数据按照用户设计的策略进行处理，得到反映终端设备运行状况的性能参数；

用户服务器，用于提供系统与用户之间的人机接口，从数据采集服务器上读取计量数据和性能参数，实现数据的分析和系统的监控。

优选的，所述网关还包括：

端口配置单元，用于根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定一个或一个以上端口通信协议，将端口通信协议编号后进行存储；当有终端计量设备接入时，网关根据该终端计量设备的类型和配置单元已存储的通信协议为该终端计量设备指定与之相匹配的协议编号。

优选的，所述网关还可包括工作模式单元；

通过配置网关工作模式单元中的远端服务器的网络标识和网关的网络标识，使网关按照远端服务器的指令采集和上报数据；也可进一步配置网关工作模式单元中的数据定时采集周期和上报周期参数，使网关按照配置后的周期定时采集和上报数据。

可以看出，采用本发明的方法和系统，在终端计量设备收到网关发送的采集请求后，将采集到的数据发送给网关并通过远传网络远传给远端服务器，可以实现从多种计量设备中便捷且精确地采集数据，还能提供对数据的分类存储和分析功能；并且系统中的网关可以工作在两种工作模式下，可以适应复杂的网络连接环境，并且可以节省系统占用的网络地址资源。

附图说明

图1是本发明实现数据远程计量的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例1的流程示意图；

图3是本发明实现数据远程计量的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明实现数据远程计量的方法的流程示意图，该方法包括：

步骤101：网关向终端计量设备发送数据采集请求；

步骤102：所述终端计量设备根据接收到的数据采集请求进行数据采集，并将采集到的数据发送给所述网关；

步骤103：所述网关对接收到的数据进行存储，并将存储后的数据封装成符合网络协议的数据帧通过远传网络上报给远端服务器；

步骤104：所述远端服务器对接收到的数据帧进行拆封装，并将拆封装得到的原始的数据进行存储。

以下结合具体实施例对本发明实施例的方法进行详细描述。

实施例1：如图2所示，本发明实现数据远程计量的方法包括：

S21：对网关进行配置；

用户根据接入的终端计量设备的类型(例如：电表、水表、燃气表等)，在本地或者远程对网关中各接入端口(通道)的数据传输格式(通信协议)进行配置，这样可以达到一个网关接入不同种类终端计量设备的目的。

先根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定若干端口(通道)通信协议：对这些端口通信协议中包括的协议命令字(即网关对计量设备进行控制的指令字)、通信速率、最小响应时间、最大数据长度等参数分别进行设定。每一组端口(通道)通信协议对应一个协议号，一个网关中可以存储多个端口(通道)通信协议，从而可以支持多种不同的计量设备。然后，根据要接入的计量设备的类型利用网关中已存储的通信协议类型对网关上的每个设备端口(通道)进行配置，指定与要连接的计量设备相匹配的协议号，使在每个端口(通道)上终端设备和网关可以协同工作。

S22：网关向终端计量设备发送数据采集请求；

S23：终端计量设备根据接收到的数据采集请求进行数据采集，并将采集到的数据通过有线或无线方式发送给所述网关；

终端计量设备指电表、水表、燃气表、温湿度传感器等设备，这些设备根据网关的指令进行数据采集。当网关与终端计量设备使用有线的方法连接时，可以采用RS-232/422/485等串行通信标准接口用双绞线实现多节点、低成本的数据传输；当网关与终端计量设备使用无线的方法连接时，可以采用低功耗的短距离通信标准接口，如ZigBee等，达到降低施工难度和布线成本的目的。终端计量设备采集完数据后，再通过前述有线或无线的方式上报给网关。

S24：网关对接收到的数据进行存储，并将存储后的数据封装成符合网络协议的数据帧通过远传网络上报给远端服务器，在封装数据前还可以对数据进行打包和加密处理；

在网关存储接收到的数据后，将数据根据UDP/IP协议将其封装为符合UDP/IP协议的数据帧送到以太网，并通过以太网作为数据的远传网络将数据发送到远端服务器；或者将数据封装成符合通用分组无线业务(General PacketRadio Service，GPRS)相关传输协议的数据帧，通过无线GPRS网络将数据传输给远端服务器。当然，也可以通过其他网络将数据远传给远端服务器。

在本实施例中，为了节省网络资源，提高系统效率，网关首先完成数据的打包功能，将从多个终端采集到的若干数据项进行合并打包成数据块，此打包方法可以采用现有技术中常用的打包方法，在此不再详细描述；同时，为了确保数据传输的安全性，网关在对数据打包的同时还完成加密操作：网关按照加密算法的运算规则，将打包数据块经进行加密处理，使其变成密文数据；其中加密算法可以使用现有技术实现，常用的有加密算法有高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)，消息摘要算法5(Message-DigestAlgorithm 5，MD5)等，也可以将多种加密算法结合使用，以进一步提高数据传输的安全性。网关在对数据进行打包、加密后，再将数据进行封装通过远传网络发送给远端服务器。

S25：远端服务器对接收到的数据帧进行拆封装，并将拆封装得到的原始的数据进行存储；根据网关的相应处理，对数据进行拆封装后还需对数据进行解密和解包处理；

远端服务器在收到网关上报的计量数据后，对数据做和网关中相对应的拆封装、解密和解包等相应操作，得到原始的计量数据，然后再进行分类并存储到本服务器的数据库中。远端服务器中还可对这些数据按照用户设计的采样、求和、平均等策略进行处理(此处理可采用现有技术中的方法，在此不再详细描述)，得到能够反映终端设备运行状况的性能参数，也存储到本服务器的数据库中。

远端服务器还可提供系统与用户之间的人机接口，调用服务器上的计量数据和性能参数，从而完成数据的分析和系统的监控。但一般用户只能从服务器上读取数据，而不能写入或者修改服务器上的数据，保证了系统数据的安全性。

实施例2：本发明实施例1在配置网关时，还可根据网络的情况，对远端服务器的网络标识(比如以太网中的IP地址，GPRS网络中的电话号码等)、网关的网络标识、数据的主动定时采集/上报周期等参数进行配置。经过如此配置后的网关可以在“服务器指令”和“自动采集/发送”两种模式下工作：

以以太网为例。当网关在服务器指令工作模式下，网关对终端设备的数据采集和上报都是由远端服务器进行控制的。因为这种模式中需要远端服务器和网关进行双向通信，所以远端服务器需要知道网关在网络中的网络标识，即网关的IP地址，进而每个网关都要直接连接在广域网上并拥有一个广域网的IP地址。网关在这种模式下工作时，先接收远端服务器发送的数据采集指令，再根据该指令向终端计量设备发送数据采集请求；并在处理接收到终端计量设备发送的数据后，根据接收到的上报指令将数据上报给远端服务器，完成数据远程计量。

但是，众所周知广域网上的IP地址资源是有限的，因此会发生系统用户所拥有的网络资源不能保证为远端服务器下的每一个网关都分配到广域网的IP地址的情况，也就是说远端服务器不知道这些没有广域网IP地址的网关的位置，无法直接向这些网关发送控制指令。因此本实施例在配置网关时，对其主动定时采集/上报周期等参数进行了配置，可以让网关具有自动采集和上报数据的功能，即“自动采集/发送”模式，用户只需要设定网关进行数据采集和上报的周期即可。网关在这种模式下工作时，按照预设的采集周期向终端计量设备发送数据采集请求；并在处理接收到终端计量设备发送的数据后，根据预设的上报周期将数据上报给远端服务器，完成数据远程计量。

此外，由于系统中可以有多个网关，因此在本发明实现数据远程计量的方法中网关可以工作在两种不同的模式下，用户根据系统要求和网络条件配置即可。

基于上述思想，如图3所示，通过本发明实施例3来具体描述实现数据远程计量的系统，该系统包括：远端服务器、网关和终端计量设备；

具体的说，在该系统中网关是本系统中最主要的设备，用于发送数据采集请求给终端计量设备，并在接收到的所述终端计量设备发送的数据进行存储后封装成符合网络协议的数据帧，并通过远传网络上报给所述远端服务器。

在网关存储接收到的数据后，将数据根据UDP/IP协议将其封装为符合UDP/IP协议的数据帧送到以太网，并通过以太网作为数据的远传网络将数据发送到远端服务器；或者将数据封装成符合GPRS相关传输协议的数据帧，通过无线GPRS网络将数据传输给远端服务器。当然，也可以通过其他网络将数据远传给远端服务器

网关还可包括打包单元，用于在对数据进行封装前完成数据的打包功能，将从多个终端采集到的数据进行合并，得到数据包。由于每个网关连接多个终端设备，而每个终端设备传递的数据量小，因此将来自多个终端的数据打包到一个数据包中，可以节省网络资源，提高系统效率。

网关还可包括加密单元，用于在打包单元对数据打包后还完成加密操作：按照加密算法的运算规则，将打包后的数据包经进行加密处理，使其变成密文数据，确保数据传输的安全性。

网关的一侧通过多个接入端口(通道)连接多个计量设备；另一侧用以太网接口连接到远传网络(局域网、城域网或者广域网)或者用GPRS接口连接到无线蜂窝网络的分组数据域。另外，网关是可配置设备，还包括一端口配置单元，用于根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定若干端口通信协议，对这些端口通信协议编号后进行存储；当有终端计量设备接入时，网关根据该终端计量设备的类型和配置单元已存储的通信协议为该终端计量设备指定与之相匹配的协议编号。具体的每个接入端口(通道)可以符合不同的通信协议，可以根据接入的具体计量设备类型对每个端口(通道)的数据传输格式进行配置(协议配置)，达到一个网关接入不同种类终端计量设备的目的，并增加网关和终端计量设备之间连接的灵活性。

终端计量设备用于接收所述网关发送的数据采集请求，并根据该请求采集数据然后发送给所述网关。

该终端计量设备具有有线或者无线通信功能，当使用有线的方法接入网关时，可以采用RS-485等串行通信标准用双绞线实现多节点、低成本的数据传输。当使用无线的方法接入网关时，可以采用低功耗的短距离通信标准接口，如ZigBee等，达到降低施工难度和布线成本的目的。该终端计量设备可以是电表、水表、燃气表等数据计量设备。

远端服务器用于接收网关上报的数据，并将所述数据进行拆封装后存储。

远端的服务器用于收集和处理从终端传送过来的数据。远端服务器可以分为数据采集服务器和用户服务器两个部分。数据采集服务器用来接收、分类并存储所有网关采集上报的计量数据，另外还对这些数据进行处理，得到一些性能指标、参数。用户服务器提供系统与用户之间的人机接口，为用户提供系统监控、数据查询和分析等服务。用户服务器只能从数据采集服务器上读取数据，而不能写入或者修改数据采集服务器上的数据，保证了系统数据的安全性。

远端服务器还可包括解密单元和解包单元；其中，解密单元用于执行加密单元的逆操作，完成对加密单元加密的密文数据进行解密；解包单元用于执行打包单元的逆操作，完成对解密单元解密后的数据块文件进行解包；在将数据解包后，再对数据进行拆封装处理然后存储。

实施例4：网关还可包括工作模式单元，通过配置网关工作模式单元中的远端服务器的网络标识和网关的网络标识，使网关工作在“服务器指令”模式下，也可进一步配置网关工作模式单元中的数据的主动定时采集/上报周期参数，使网关工作在“自动采集/发送”工作模式下。

进一步地，网关既可根据工作模式单元接收到的远端服务器下发的数据采集指令，向终端计量设备发送数据采集请求；并在处理接收到终端计量设备发送的数据后，根据前述工作模式单元中的上报指令将数据上报给远端服务器，完成数据远程计量；网关也可按照工作模式单元中预设的采集周期定时向终端计量设备发送数据采集请求；并在处理接收到终端计量设备发送的数据后，根据工作模式单元中预设的上报周期将数据定时上报给远端服务器，完成数据远程计量。

可以看出，本方案即可以实现从多种计量设备中便捷且精确地采集数据，又能提供对数据的分类存储和分析功能。

以上所述的实施例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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1、一种数据远程计量的方法，其特征在于，该方法包括：

A、网关向终端计量设备发送数据采集请求；

B、所述终端计量设备根据接收到的数据采集请求进行数据采集，并将采集到的数据发送给所述网关；

C、所述网关对接收到的数据进行存储，并将存储后的数据封装成符合网络协议的数据帧通过远传网络上报给远端服务器；

D、所述远端服务器对接收到的数据帧进行拆封装，并将拆封装得到的原始的数据进行存储。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤C中对数据进行封装前还包括：

在网关存储接收到的数据后，将数据进行合并打包成数据块；

将打包成数据块的数据加密成密文数据；

步骤D中对数据进行拆封装处理后还包括：

将拆封装后的数据执行与步骤C中的打包和加密对应的解密和解包处理。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A之前还包括：

根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定一个或一个以上的端口通信协议，将端口通讯协议编号后进行存储；

当有终端计量设备接入时，网关根据该终端计量设备的类型和已存储的通信协议为该终端计量设备指定与之相匹配的协议编号。

4、根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤A之前还包括：

对网关中网关的网络标识和服务器的网络标识进行配置，并根据配置设定由网关接收服务器发送的数据采集和上报指令。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A具体包括：

网关根据接收到的数据采集指令向终端计量设备发送数据采集请求。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤C还包括：

网关根据接收到的服务器发送的数据上报指令将数据上报给服务器。

7、根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤A之前还包括：

对网关中网关的网络标识和服务器的网络标识进行配置，并设定数据定时采集和数据定时上报的周期。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤A具体包括：

网关根据设定的数据采集周期定期向终端计量设备发送数据采集请求。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤C还包括：

网关根据配置的数据上报周期定期将数据上报给服务器。

10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D之后还包括：

对存储的数据按照用户设计的策略进行处理，得到反映终端设备运行状况的性能参数；

调用服务器上的计量数据和性能参数，实现数据的分析和系统的监控。

11、一种数据远程计量的系统，其特征在于，包括：远端服务器、网关和终端计量设备；

所述远端服务器用于接收网关上报的数据，并将所述数据进行拆封装后存储；

所述网关用于发送数据采集请求给终端计量设备，并在接收到的所述终端计量设备发送的数据进行存储后封装成符合网络协议的数据帧，并通过远传网络上报给所述远端服务器；

所述终端计量设备用于接收所述网关发送的数据采集请求，并根据该请求采集数据然后发送给所述网关。

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于：

所述网关还可包括：

打包单元，用于将存储的数据打包成数据块；

加密单元，用于将打包成数据块的数据加密成密文数据；

所述远端服务器还可包括：

解密单元，用于执行加密单元的逆操作，对加密单元加密的密文数据进行解密；

解包单元，用于执行打包单元的逆操作，对解密单元解密后的数据快文件进行解包。

13、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述远端服务器进一步包括：

数据采集服务器，用于接收、分类并存储所有网关采集上报的计量数据，并对这些数据按照用户设计的策略进行处理，得到反映终端设备运行状况的性能参数；

用户服务器，用于提供系统与用户之间的人机接口，从数据采集服务器上读取计量数据和性能参数，实现数据的分析和系统的监控。

14、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述网关还包括：

端口配置单元，用于根据网关可能接入的终端计量设备的类型设定一个或一个以上端口通信协议，将端口通讯协议编号后进行存储；当有终端计量设备接入时，网关根据该终端计量设备的类型和配置单元已存储的通信协议为该终端计量设备指定与之相匹配的协议编号。

15、根据权利要求11至14任意一项所述的系统，其特征在于，所述网关还可包括工作模式单元；

通过配置网关工作模式单元中的远端服务器的网络标识和网关的网络标识，使网关按照远端服务器的指令采集和上报数据；也可进一步配置网关工作模式单元中的数据定时采集周期和上报周期参数，使网关按照配置后的周期定时采集和上报数据。

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