CN109391923B - 一种基于5g架构的建筑能耗管理方法及系统 - Google Patents

一种基于5g架构的建筑能耗管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于5G架构的建筑能耗管理方法及系统，包括信息采集和执行模块、MEC能耗管理管理模块和云服务能耗管理模块。其中信息采集和执行模块用于采集数据和输入信息并上传至MEC能耗管理管理模块，接收命令并执行。MEC能耗管理模块用于接收、存储、监控、处理和分析数据，获取用户信息发送数据至云服务能耗管理模块，以及发送命令至信息采集和执行模块。云服务能耗管理模块用于接收数据，并对数据进行处理和分类汇总、提供能耗信息查询和结果发布、设置和管理整个系统。本发明通过使用MEC能耗管理管理模块进行数据处理及存储，减小了对终端的功能需求，并降低了数据发送到云端进行处理后再传送回终端进行执行和显示的延迟。

Description

一种基于5G架构的建筑能耗管理方法及系统
技术领域
本发明涉及信息与通信技术领域，尤其涉及一种基于5G架构的建筑能耗管理方法及系统。
背景技术
随着大型写字楼、住宅等建筑的不断增加与发展，建筑能耗问题成为当前绿色社会关注的重点领域之一，降低建筑能耗的重要因素是对建筑能耗进行高效管理。
建筑能耗主要分为六类：电量、水耗量、燃气量、集中供冷耗冷量、集中供热耗热量、其它能源使用量。
当前建筑能耗管理系统存在以下问题：
1)缺乏人员信息监控。由于人是建筑能耗的主体，人员的数量、位置、流向等信息对建筑能耗管理起到了关键的作用。但是现有能耗管理系统很难获得准确信息，或者成本巨大或成本高昂。
2)现有系统普遍采用云结构模式或者是局部系统模式，前者各类终端离云服务器较远，将会造成较大的延迟以及给网络造成较大的负担；后者只能服务于局部区域，但不能对较大区域进行统一管理。
第五代移动通信(5G)系统的新型架构，为构建新型建筑能耗管理方法提供了便利条件。移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)在无线接入网(Radio AccessNetwork，RAN)内提供IT服务环境、计算和存储功能，可以实现传统网络架构不方便完成的功能。
MEC是把云计算平台的部分功能从移动核心网络迁移到移动接入网边缘，通过部署具备计算、存储、通信等功能的边缘节点，使传统无线接入网具备业务本地化条件，进一步为终端用户提供更高带宽、更低时延的数据服务，并大幅度减少核心网的网络负荷，同时降低数据业务对网络回传的带宽要求。
因此，基于5G构建的新型能源架构，通过在MEC中配置相应的边缘节点和终端映射，可以有效解决上述问题，提高建筑能耗的管理质量和管理效率，也促进5G网络的新型应用推广。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于5G架构的建筑能耗管理方法，包括如下步骤：
信息采集步骤，采集建筑能耗数据，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装后发送到网络；
MEC能耗管理步骤，接收、保存数据并进行监控，通过移动边缘计算(MEC)对数据进行处理，生成命令数据包并发送到网络；对数据进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
云服务能耗管理步骤，接收所述分析结果数据并处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示；
执行步骤，接收命令数据包，并执行。
优选地，所述信息采集步骤还接收用户设置的信息，并发送到网络。
优选地，所述MEC能耗管理步骤还包括，获取用户实时信息，并将用户信息发送至数据处理单元进行处理。
优选地，所述云服务能耗管理步骤还接收分析结果数据，对数据进行处理和分类汇总，并发布处理与分类汇总的结果。
优选地，所述云服务能耗管理步骤还包括，设置整体系统的能耗指标参数，并对整体能耗系统及系统安全进行管理。
优选地，所述执行步骤还包括，接收分析结果数据并显示。
一种基于5G架构的建筑能耗管理系统，该系统包括：多个信息采集和执行模块、多个MEC能耗管理模块和云服务能耗管理模块，其中，所述多个信息采集和执行模块通过网络与MEC能耗管理模块相连接，多个MEC能耗管理模块通过网络与云服务能耗管理模块相连接；
所述信息采集和执行模块，采集数据，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装后发送到网络；接收命令数据包，并执行；
所述MEC能耗管理模块，接收、保存数据并进行监控，对数据进行处理，生成命令数据包并发送到网络；对数据进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
所述云服务能耗管理模块，接收分析结果数据并处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示。
优选地，所述信息采集和执行模块包括：数据采集单元、数据处理功能单元、数据上传与命令接收单元、执行单元、信息显示与设置单元。
优选地，MEC能耗管理模块包括：数据接收单元、建筑能耗数据库单元、数据监控单元、用户信息获取单元、数据处理单元、命令生成单元、能耗分析与显示单元、MEC数据通信单元。
优选地，所述云服务能耗管理模块包括：整体系统管理和指标参数设定单元、系统安全管理单元、云端数据通信单元、云服务器存储单元、数据处理与分类汇总单元、能耗信息查询和发布单元。
本发明的优点在于：本方法基于5G构架，将数据传输到MEC上进行处理和保存，无需从终端传输至云端，延迟小；由于使用MEC对数据进行处理，从而简化了终端功能；通过无线网络信息服务获取用户实时信息，通过用户实时信息获取某一区域的人员多少，并根据人员密集度，自动控制设备的运行状态，从而达到节能的目的。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理方法的步骤示意图；
图2是本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理系统的结构示意图；
图3是本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理系统的信息采集和执行模块的结构示意图；
图4是本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理系统的MEC能耗管理模块的结构示意图；
图5是本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理系统的云服务能耗管理模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本申请的实施方式，提出一种基于5G架构的建筑能耗管理方法，如图1所示，包括如下步骤：
信息采集步骤，对能耗计量装置(电表、水表等)和环境状态(温度、亮度、空气质量等)等建筑能耗数据进行采集，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装成标准数据包后发送到5G网络；
MEC能耗管理步骤，接收信息采集步骤上传的数据,并进行监控，通过移动边缘计算(MEC)，与系统设置的阈值进行比较，对异常数据进行处理，生成的命令数据包按照协议规定的格式添加命令执行机构的标识、命令类型、命令内容，将命令封装成标准的命令形式并通过5G网络发送到信息采集步骤；对能耗数据按照系统设定的算法进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
云服务能耗管理步骤，接收MEC能耗管理步骤上传的分析结果数据，按照系统设定的算法对数据进行处理和分类汇总，识别系统中的故障设备，并发送故障处理操作指示,控制备用设备启动。
执行步骤，接收命令数据包，将接收到的命令数据包转换成相应的动作并执行，例如开关电源、增加风机流量等操作；
信息采集步骤还接收用户设置的信息，并发送到5G网络。
MEC能耗管理步骤还包括，通过5G基站获取用户实时信息，包括用户位置、用户标识、用户移动状态(例如：移动方向、移动速度等)；并将用户信息发送至数据处理单元进行处理。
通过获取用户实时信息，能够确定某一区域的人员密集度，当人员密集度超过系统设定的限制时，则增加对应设备的运行速率，如风机、暖气、空调等设备。当该区域无人员时，则停止对应设备，从而达到节能的目的。
MEC能耗管理步骤还保存信息采集步骤发送的数据包，保存后的数据为历史数据，此历史数据和接收到的实时数据都用于能耗分析。
云服务能耗管理步骤还包括，设置整体系统的能耗指标参数，并对整体能耗系统及系统安全进行管理。
执行步骤还包括，接收能耗分析结果和状态数据并显示。
如图2所示，为本发明提供的一种基于5G架构的建筑能耗管理系统的结构示意图，所述建筑能耗管理系统包括：多个信息采集和执行模块、多个MEC能耗管理模块和云服务能耗管理模块，其中，多个信息采集和执行模块通过5G网络与MEC能耗管理模块相连接，多个MEC能耗管理模块通过网络与云服务能耗管理模块相连接；
信息采集和执行模块，对能耗计量装置(电表、水表等)和环境状态(温度、亮度、空气质量等)进行采集，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装成标准数据包后发送到5G网络；接收命令数据包，将接收到的命令数据包转换成相应的动作并执行，例如开关电源、增加风机流量等操作；
MEC能耗管理模块，接收各信息采集与执行模块上传的数据,并进行监控，与系统设置的阈值进行比较，对异常数据进行处理，生成的命令数据包按照协议规定的格式添加命令执行机构的标识、命令类型、命令内容，将命令封装成标准的命令形式并通过5G网络发送到信息采集和执行模块；对能耗数据按照系统设定的算法进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
云服务能耗管理模块，接收各MEC能耗管理模块上传的分析结果数据，按照系统设定的算法对数据进行处理和分类汇总，识别故障设备，并发送故障处理操作指示到MEC能耗管理模块，通过MEC能耗管理模块生成命令，控制信息采集和执行模块对具体故障设备进行处理。
如图3所示，信息采集和执行模块包括：数据采集单元、数据处理功能单元、数据上传与命令接收单元、执行单元、信息显示与设置单元。数据采集单元对能耗计量装置(电表、水表等)和环境状态(温度、亮度、空气质量等)进行采集，将采集到的数据发送给数据处理功能单元，转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装成标准数据包后通过数据上传与命令接收单元发送至5G网络；数据上传与命令接收单元接收数据和命令数据包，将命令数据包发送到执行单元，执行单元将接收到的命令数据包转换成相应的动作并执行，例如开关电源、增加风机流量等操作；信息显示与设置单元用于用户设置信息并通过数据上传与命令接收单元上传至网络，同时显示数据上传与命令接收单元收到的分析结果。
如图4所示，MEC能耗管理模块包括：数据接收单元、建筑能耗数据库单元、数据监控单元、用户信息获取单元、数据处理单元、命令生成单元、能耗分析与显示单元、MEC数据通信单元。数据接收单元用于接收各信息采集和执行模块中的数据上传与命令接收单元发送到5G网络的数据，并存储到部署于MEC的建筑能耗数据库单元中，同时将用户设置信息发送至数据处理单元。数据监控单元对数据接收单元接收到的实时数据进行监控，与系统设置的阈值进行比较，将异常数据发送至数据处理单元进行处理。用户信息获取单元通过5G基站获取用户实时信息，包括用户位置、用户标识、用户移动状态(例如：移动方向、移动速度等)；并将用户信息发送至数据处理单元进行处理。能耗显示与分析单元使用数据接收单元收到的实时数据和建筑能耗数据库单元中的历史数据，对其中的能耗数据按照系统设定的算法进行分析，并将分析结果发送至数据处理单元和MEC数据通信单元。数据处理单元将数据监控单元、能耗分析与显示单元和用户信息获取单元提交的数据按照设定的算法进行处理，并产生相关的命令，发送给命令生成单元。命令生成单元根据数据处理单元产生的命令，按照协议规定的格式添加命令执行机构的标识、命令类型、命令内容,将命令封装成标准的命令形式并通过5G网络发送到信息采集和执行模块的数据上传与命令接收单元。命令生成单元同时还发送分析结果至数据上传与命令接收单元。MEC数据通信单元将能耗显示与分析单元的分析结果通过网络发送至云服务能耗管理模块，同时接收云服务能耗管理模块发送的系统管理、安全管理指示和指标参数设定。
如图5所示，云服务能耗管理模块包括：整体系统管理和指标参数设定单元、系统安全管理单元、云端数据通信单元、云服务器存储单元、数据处理与分类汇总单元、能耗信息查询和发布单元。整体系统管理和指标参数设定单元对整体能耗系统进行管理，包括MEC能耗管理模块的注册功能管理和故障处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示至MEC能耗管理模块，如主、备用设备切换；指标参数设定负责对整个系统的各类参数、数据处理和分析算法进行设定和维护。系统安全管理单元对整个系统的各个节点进行接入认证、位置和功能注册，以及系统各类用户注册和管理。云端数据通信单元用于接收对系统的控制、更改、认证命令，并通过网络发送给各MEC能耗管理模块；同时接收各MEC能耗管理模块中的MEC数据通信单元发送的分析结果，并将分析结果储存到云服务器存储单元中。数据处理与分类汇总单元将存储的数据按照系统设定的算法进行处理和分类汇总。能耗信息查询和发布模块根据数据处理与分类汇总单元的结果，提供用户对能耗信息的查询服务以及结果的发布。
本发明的方法中，信息采集步骤用于建筑能耗的各类信息采集、数据预处理、与通信网络的接口数据上传以及各类动作执行等。MEC能耗管理步骤包括接收基站覆盖范围内的建筑能耗数据，结合无线网络系统提供的用户实时状态，进行实时监测、能耗分析、能耗显示、能耗预测与评估，生成各类执行命令。云服务能耗管理步骤主要完成结果数据的处理与分类汇总、整体系统管理和指标参数设定、能耗信息查询和发布、系统安全管理。使用MEC对能耗数据进行处理和保存，只将分析结果发送至云端，无需将庞大的能耗数据从终端传输至云端，延迟小；由于使用MEC对数据进行处理，从而简化了终端功能；通过无线网络信息服务获取用户实时信息，根据用户实时信息获取某一区域的人员多少，并根据人员密集度，自动控制设备的运行状态，从而达到节能的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于5G架构的建筑能耗管理系统，其特征在于，该系统包括：多个信息采集和执行模块、多个MEC能耗管理模块和云服务能耗管理模块，其中，所述多个信息采集和执行模块通过网络与MEC能耗管理模块相连接，多个MEC能耗管理模块通过网络与云服务能耗管理模块相连接；
所述信息采集和执行模块，采集数据，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装后发送到网络；接收命令数据包，并执行；获取用户实时信息，并将用户信息发送至数据处理单元进行处理；
所述信息采集和执行模块包括：数据采集单元、数据处理功能单元、数据上传与命令接收单元、执行单元、信息显示与设置单元；
数据采集单元对能耗计量装置和环境状态进行采集，将采集到的数据发送给数据处理功能单元，转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装成标准数据包后通过数据上传与命令接收单元发送至5G网络；
数据上传与命令接收单元接收数据和命令数据包，将命令数据包发送到执行单元，执行单元将接收到的命令数据包转换成相应的动作并执行；
信息显示与设置单元用于用户设置信息并通过数据上传与命令接收单元上传至网络，同时显示数据上传与命令接收单元收到的分析结果；
所述MEC能耗管理模块，接收、保存数据并进行监控，对数据进行处理，生成命令数据包并发送到网络；对数据进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
MEC能耗管理模块具体包括：数据接收单元、建筑能耗数据库单元、数据监控单元、用户信息获取单元、数据处理单元、命令生成单元、能耗分析与显示单元、MEC数据通信单元；
数据接收单元用于接收信息采集和执行模块中的数据上传与命令接收单元发送到5G网络的数据，并存储到部署于MEC的建筑能耗数据库单元中，同时将用户设置信息发送至数据处理单元；
数据监控单元对数据接收单元接收到的实时数据进行监控，与系统设置的阈值进行比较，将异常数据发送至数据处理单元进行处理；
用户信息获取单元通过5G基站获取用户实时信息，并将用户信息发送至数据处理单元进行处理；
能耗显示与分析单元使用数据接收单元收到的实时数据和建筑能耗数据库单元中的历史数据，对其中的能耗数据按照系统设定的算法进行分析，并将分析结果发送至数据处理单元和MEC数据通信单元；
数据处理单元将数据监控单元、能耗分析与显示单元和用户信息获取单元提交的数据按照设定的算法进行处理，并产生相关的命令，发送给命令生成单元；
命令生成单元根据数据处理单元产生的命令，按照协议规定的格式添加命令执行机构的标识、命令类型、命令内容,将命令封装成标准的命令形式并通过5G网络发送到信息采集和执行模块的数据上传与命令接收单元；
命令生成单元同时还发送分析结果至数据上传与命令接收单元；
MEC数据通信单元将能耗显示与分析单元的分析结果通过网络发送至云服务能耗管理模块，同时接收云服务能耗管理模块发送的系统管理、安全管理指示和指标参数设定；
所述MEC能耗管理模块还包括，获取用户实时信息，并将用户信息发送至数据处理单元进行处理；
所述MEC能耗管理模块还包括，数据监控单元对数据接收单元接收到的实时数据进行监控，与系统设置的阈值进行比较，将异常数据发送至数据处理单元进行处理；
所述云服务能耗管理模块，接收分析结果数据并处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示；
所述云服务能耗管理模块具体包括：整体系统管理和指标参数设定单元、系统安全管理单元、云端数据通信单元、云服务器存储单元、数据处理与分类汇总单元、能耗信息查询和发布单元；
整体系统管理和指标参数设定单元对整体能耗系统进行管理，包括MEC能耗管理模块的注册功能管理和故障处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示至MEC能耗管理模块；
系统安全管理单元对整个系统的各个节点进行接入认证、位置和功能注册，以及系统各类用户注册和管理；
云端数据通信单元用于接收对系统的控制、更改、认证命令，并通过网络发送给各MEC能耗管理模块；同时接收各MEC能耗管理模块中的MEC数据通信单元发送的分析结果，并将分析结果储存到云服务器存储单元中；
数据处理与分类汇总单元将存储的数据按照系统设定的算法进行处理和分类汇总；
能耗信息查询和发布模块根据数据处理与分类汇总单元的结果，提供用户对能耗信息的查询服务以及结果的发布；
所述云服务能耗管理模块还接收分析结果数据，对数据进行处理和分类汇总，并发布处理与分类汇总的结果；
所述云服务能耗管理模块还包括，设置整体系统的能耗指标参数，并对整体能耗系统及系统安全进行管理。
2.一种基于5G架构的建筑能耗管理方法，应用于如权利要求1所述的系统中，其特征在于，包括如下步骤：
信息采集步骤，采集建筑能耗数据，将采集到的数据转换成统一形式并增加位置、时间信息，封装后发送到网络；
所述信息采集步骤还接收用户设置的信息，并发送到网络；
MEC能耗管理步骤，接收、保存数据并进行监控，通过移动边缘计算MEC对数据进行处理，生成命令数据包并发送到网络；对数据进行分析，并通过5G网络发送分析结果数据；
所述MEC能耗管理步骤还包括，获取用户实时信息，并将用户信息发送至数据处理单元进行处理；
所述MEC能耗管理步骤还包括，数据监控单元对数据接收单元接收到的实时数据进行监控，与系统设置的阈值进行比较，将异常数据发送至数据处理单元进行处理；
云服务能耗管理步骤，接收所述分析结果数据并处理，识别故障设备，并发送故障处理操作指示；
所述云服务能耗管理步骤还接收分析结果数据，对数据进行处理和分类汇总，并发布处理与分类汇总的结果；
所述云服务能耗管理步骤还包括，设置整体系统的能耗指标参数，并对整体能耗系统及系统安全进行管理；
执行步骤，接收命令数据包，并执行。
3.如权利要求2所述的一种基于5G架构的建筑能耗管理方法，其特征在于，所述执行步骤还包括，接收分析结果数据并显示。
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