CN111399979A - 一种配电智能终端架构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的一种配电智能终端架构中,硬件平台子架构中在各上层应用的运行上包含多种无线通信接口;硬件资源虚拟化容器子架构采用轻量级的虚拟化和容器技术对配电智能终端各类硬件资源进行管理;软件应用子架构通过安装各类应用APP,实现功能扩展的目的,可满足对智能终端监测和管理的功能需求;数据交互子架构用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库,各容器间基于MQTT协议实现跨容器的信息交互;信息安全子架构将配电智能终端安全体系设计为三个层级,本申请提供的配电智能终端架构提供了统一平台且接口统一减少了调试的工作量,通过各类APP实现了功能扩展,具有更好地扩展性及维护性。
Description
技术领域
本申请涉及配电网智能终端技术领域,尤其涉及一种配电智能终端架构。
背景技术
随着配电物联网的建设与发展,传统的配电网终端产品由于硬件接口、软件开发环境、部署方式及信息交互方式的不同存在如下问题:在开发时由于平台不统一不同厂家无法直接替代;在调试时由于接口不统一导致现场调试工作量加大;在运维时由于终端为单一应用功能载体,终端功能无法动态扩展等问题;均阻碍了配电终端类产品的统一管理。因此,如何在硬件接口、系统构架、信息交互方面设计出适用于具有高稳定性、实时性及可扩展性的全系配电终端产品通用软硬件平台结构具有很大的意义。
发明内容
本申请提供了一种配电智能终端架构,以设计出一种全系配电终端产品可通用的软硬件平台架构。
为了解决上述技术问题,本申请实施例公开了如下技术方案:
本申请提供一种配电智能终端架构,包括硬件平台子架构、硬件资源虚拟化容器子架构、软件应用子架构、数据交互子架构及信息安全子架构,其中:
所述硬件平台子架构,用于数据的采集和传输;
所述硬件资源虚拟化容器子架构,用于将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器;
所述软件应用子架构,用于通过安全各类应用APP扩展功能;
所述数据交互子架构,用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库;
所述信息安全子架构,用于将配电智能终端的安全体系部署为基于硬件的安全模块、安全可信软件协议栈及安全应用层。
可选的,所述硬件平台子架构包括微处理器、传感器及无线通信接口。
可选的,所述硬件资源虚拟化容器子架构基于轻量级的虚拟化技术和容器技术将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器。
可选的,所述软件应用子架构包括通讯采集类APP、管理服务类APP及高级应用类APP。
可选的,所述数据交互子架构基于MQTT协议实现所述各容器间的信息交互。
可选的,所述安全应用层包括数据采集安全模块、数据存储安全模块、数据访问安全模块及数据通讯安全模块。
与现有技术相比,本申请的有益效果为:
本申请提供的一种配电智能终端架构中,包括硬件平台子架构、硬件资源虚拟化容器子架构、软件应用子架构、数据交互子架构及信息安全子架构,其中:硬件平台子架构中在各类上层应用的运行基础上包含多种无线通信接口,如5G模块接口及处理器接口;硬件资源虚拟化容器子架构采用轻量级的虚拟化技术和容器技术对配电智能终端各类硬件资源进行有效管理,以支撑多操作系统和多应用的同时运行;软件应用子架构通过安装各类应用APP,实现功能扩展的目的,可满足对智能终端监测和管理的功能需求;数据交互子架构用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库,实现数据就地采集、就地分析与结果上报,各容器间基于MQTT协议实现跨容器的信息交互;信息安全子架构将配电智能终端安全体系设计为三个层级,分别为基于硬件的安全模块、安全可信软件协议栈以及安全应用,本申请提供的配电智能终端架构提供了统一平台,不同厂家可直接替代,且接口统一减少了调试的工作量,通过各类APP实现了功能扩展,具有更好地扩展性及维护性,满足了电力系统中多场景多业务环境对配电智能终端应用设计的需求。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种配电智能终端架构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
参见附图1,附图1示出了本申请提供的配电智能终端架构的结构示意图;下面结合附图1对本申请实施例提供的配电智能终端架构进行说明。
本发明设计一种终端应用总体设计架构,在终端的软件以及硬件总体设计中,均采用模块化设计理念,具有更好的扩展性、更换性以及维护性,并可根据不同应用场景需求配置不同的软硬件模块,有效降低应用部署成本。
本申请提供一种配电智能终端架构,包括硬件平台子架构、硬件资源虚拟化容器子架构、软件应用子架构、数据交互子架构及信息安全子架构,其中:
所述硬件平台子架构,用于数据的采集和传输;
所述硬件资源虚拟化容器子架构,用于将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器;
所述软件应用子架构,用于通过安全各类应用APP扩展功能;
所述数据交互子架构,用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库;
所述信息安全子架构,用于将配电智能终端的安全体系部署为基于硬件的安全模块、安全可信软件协议栈及安全应用层。
其中,所述硬件平台子架构包括微处理器、传感器及无线通信接口。
所述硬件资源虚拟化容器子架构基于轻量级的虚拟化技术和容器技术将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器。
所述软件应用子架构包括通讯采集类APP、管理服务类APP及高级应用类APP。
所述数据交互子架构基于MQTT协议实现所述各容器间的信息交互。
所述安全应用层包括数据采集安全模块、数据存储安全模块、数据访问安全模块及数据通讯安全模块。
在一实施例中,上述五个子架构具体为:
配电智能终端硬件平台子架构:硬件平台各类上层应用的运行基础,具体包括微处理器,各类外设接口芯片,嵌入式操作系统,为满足未来电力通信系统的升级需求以及人工智能技术在电力系统中应用需求,硬件平台设计还将预留光纤接口,多种无线通信接口,如5G模块接口,NB-IoT模块接口以及AI处理器接口。
硬件资源虚拟化容器子架构:为应对电力智能终端日益严峻的信息安全的需求,在配电智能终端硬件平台上,本发明采用轻量级的虚拟化技术:容器技术对智能终端各类硬件资源进行有效管理,以支撑多操作系统和多应用的同时运行,在满足电力业务多元化需求的同时保证电力信息安全。同时,当部分容器因故障失效,或受到网络攻击时,其余容器仍可正常运行,增强了系统的鲁棒性。
软件应用子架构:与传统电力检测终端相比,智能电力终端的优势之一是功能的可扩展性,体现为通过安装各类应用APP,实现功能扩展的目的。为了满足未来智能电网对智能终端的监测和管理功能需求,本申请设计的电力智能终端应用子架构将包含下述功能:
基础支撑功能:包括通信规约、数据库;
基础采集监测功能:实现终端与数据检测设备的交互,包括配变交采、低压分路采集监测、分支监测与用户端监测、环境监测;
运行维护管理功能:包括低压拓扑动态识别、低压故障定位、无功自动调节、低压分路分段线损分析、智能配变终端状态管理;
面向用户服务功能:包括配变负荷预测、台区及用户供电可靠性计算、低压分布式电源即插即用;
数据交互子架构:按照配电智能终端现场需求,智能终端将采用边缘计算技术,实现数据就地采集、就地分析与结果上报,降低海量终端带来的网络流量压力,而设计高效合理的本地数据交互技术则是实现上述功能的基础,为实现上述目标,本发明采用容器间IP化技术与MQTT协议,实现跨容器的信息交互,并为各类应用预先定义标准信息接口,保证应用间信息访问松耦合机制。
信息安全子架构:依据安全可信平台设计规范,将配电智能终端安全体系设计为三个层级,分别为基于硬件的安全模块,安全可信软件协议栈以及安全应用;在安全应用层,进一步将安全资源细分为数据采集安全、数据存储安全、数据访问安全与数据上行通讯安全四个主要部分。
在另一实施例中,对基于本发明提出的配电智能终端应用总体设计架构进行应用设计的过程为:
首先对配电智能终端的应用场景功能需求和性能需求进行梳理分析,包括测量计算功能,如三相电压和电流、正反向无功电力、三项电流、变压器有功损耗电量等;数据统计存储功能,如配电变压器平时的运行数据,每日有功电量数据等;低压馈线数据采集及存储功能以及开关量采集功能,如油温、油压、油位、进出线开关状态等信息以及抄收电能表的数据功能。在此基础上,选择并梳理优选出所需最小数量传感器及通信接口集合,为硬件电路设计提供基本技术指标和方案。
在硬件设计基础上,进行平台软件选取设计,包括操作系统,存储模块及通信模块驱动,AI引擎等。为保证软件内核功能的可裁剪性与高实时性,选取嵌入式Linux作为操作系统内核,支撑容器技术以进行硬件资源的虚拟化,同时支持C/C++语言进行二次应用开发。随后,在基础平台软件之上,安装并运行容器技术,对硬件资源进行隔离与虚拟化,利用容器本身提供的API与命令,直接调用虚拟计算及存储资源。
完成智能终端硬件层、基础平台软件层和资源虚拟化层设计后,根据配电智能终端的应用场景进行应用开发。该过程包括二进制程序开发、程序编译、程序生成三个阶段。在二进制程序开发,需要分别编写.h和.c文件以及Makefile文件,完成编写后,使用linux操作系统中的arm-linux-gnueabi-gcc/g++工具链编译源文件。编译完成后,下载程序到容器中,确定容器已经启动,并登录容器,确保容器与FTP服务器网络互通。
在完成编译的源文件基础上,生成配电智能终端应用,该应用为标准Linuxsystemd的服务,文件后缀为.service。最后,需要生成终端应用OVA安装包,便于运维人员根据实际场景需求,对各类基于上层应用的功能进行增删。首先需使用Linux的dpkg生成.deb安装包,最后通过Create OVA脚本将.deb包打包成为最终的OVA包。
在另一实施例中,本申请提供的配电智能终端架构中的信息交互机制具体为:
1)通讯采集类APP首先定义数据节点ID,包括公用节点ID以及私有节点ID。
2)由MQTT信息总线发布订阅信息接口,当启动新应用时,新应用将向MQTT Broker订阅其需要的响应,其中MQTT Broker负责管理数据总线,并作为所有应用进行信息交互的中介。
3)当检测采集应用采集到新的运行数据后,讲调用MQTT Broker上的总线信息发布API接口,进行数据发布,数据首先发送至MQTT Broker,再转发至存储数据库。
4)高级应用类APP为获取检测采集应用采集的历史数据,应用使用get命令向MQTTBroker发布数据访问请求,当接收到该请求并判断为合法后,MQTT Broker将请求数据取出并转发至高级分析应用。根据不同应用场景需求,还可对订阅数据进行主动推送规则设定,如数据超出阈值时的主动推送以及自定义数据定时推送。
由上述可见,本申请提供的一种配电智能终端架构中,包括硬件平台子架构、硬件资源虚拟化容器子架构、软件应用子架构、数据交互子架构及信息安全子架构,其中:硬件平台子架构中在各类上层应用的运行基础上包含多种无线通信接口,如5G模块接口及处理器接口;硬件资源虚拟化容器子架构采用轻量级的虚拟化技术和容器技术对配电智能终端各类硬件资源进行有效管理,以支撑多操作系统和多应用的同时运行;软件应用子架构通过安装各类应用APP,实现功能扩展的目的,可满足对智能终端监测和管理的功能需求;数据交互子架构用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库,实现数据就地采集、就地分析与结果上报,各容器间基于MQTT协议实现跨容器的信息交互;信息安全子架构将配电智能终端安全体系设计为三个层级,分别为基于硬件的安全模块、安全可信软件协议栈以及安全应用,本申请提供的配电智能终端架构提供了统一平台,不同厂家可直接替代,且接口统一减少了调试的工作量,通过各类APP实现了功能扩展,具有更好地扩展性及维护性,满足了电力系统中多场景多业务环境对配电智能终端应用设计的需求。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明,不同实施例之间均具有相同的部分,本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后,将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (6)
1.一种配电智能终端架构,其特征在于,包括硬件平台子架构、硬件资源虚拟化容器子架构、软件应用子架构、数据交互子架构及信息安全子架构,其中:
所述硬件平台子架构,用于数据的采集和传输;
所述硬件资源虚拟化容器子架构,用于将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器;
所述软件应用子架构,用于通过安全各类应用APP扩展功能;
所述数据交互子架构,用于在所述各容器内部署操作系统、应用及数据库;
所述信息安全子架构,用于将配电智能终端的安全体系部署为基于硬件的安全模块、安全可信软件协议栈及安全应用层。
2.根据权利要求1所述的配电智能终端架构,其特征在于,所述硬件平台子架构包括微处理器、传感器及无线通信接口。
3.根据权利要求1所述的配电智能终端架构,其特征在于,所述硬件资源虚拟化容器子架构基于轻量级的虚拟化技术和容器技术将配电智能终端硬件资源虚拟为各容器。
4.根据权利要求1所述的配电智能终端架构,其特征在于,所述软件应用子架构包括通讯采集类APP、管理服务类APP及高级应用类APP。
5.根据权利要求1所述的配电智能终端架构,其特征在于,所述数据交互子架构基于MQTT协议实现所述各容器间的信息交互。
6.根据权利要求1所述的配电智能终端架构,其特征在于,所述安全应用层包括数据采集安全模块、数据存储安全模块、数据访问安全模块及数据通讯安全模块。
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Application publication date: 20200710 |