CN111885150B - 一种泛在电力物联网多协议适配系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泛在电力物联网多协议适配系统及其方法，是应用于由物联管理平台，终端传感器、监测系统所组成的物联网环境中，该适配系统包括：安全认证模块、子设备注册模块、协议适配服务模块、数据存储模块和多个协议适配客户端。本发明能适配各种通信协议和数据规约，从而能降低监测数据的共享复杂性和实施成本，并提升互联感知能力、提高运维管理水平、发挥电力数据资产的效益。

Description

一种泛在电力物联网多协议适配系统及其方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体的说是一种泛在电力物联网多协议适配系统及其方法。
背景技术
泛在电力物联网的感知层存在有大量的传感器、监测装置和监测系统，但符合物联网标准的智能传感器比较少，大部分还是存量的非标准的装置设备。这些监测装置和系统在各自的业务范围内都提供专业的监测和运维管理功能；但由于各系统通信协议和数据规约多种多样，有电力国标的也有企业私有的，在当前泛在物联、多源数据融合分析的需求下，需要通过众多专用转换装置进行数据共享，系统部署运维复杂、成本高，成为当前急需解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种泛在电力物联网多协议适配系统及其方法，以期能适配各种通信协议和数据规约，从而能降低监测数据的共享复杂性和实施成本，并提升互联感知能力、提高运维管理水平、发挥电力数据资产的效益。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种泛在电力物联网多协议适配系统的特点是应用于由物联管理平台，多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，所述适配系统包括：安全认证模块、子设备注册模块、协议适配服务模块、数据存储模块和多个协议适配客户端组成，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统；
系统初始化时，任意一个协议适配客户端发送认证信息到所述协议适配服务模块后，协议适配服务模块调用安全认证模块进行身份认证；
所述安全认证模块对相应认证信息进行认证，若认证通过，则协议适配服务模块反馈认证成功消息给对应的协议适配客户端，相应的协议适配客户端发送新增子设备信息到所述协议适配服务模块进行子设备注册，若认证失败，则协议适配服务模块拒绝接收相应的协议适配客户端发送的信息，同时对应的协议适配客户端停止运行；
所述协议适配服务模块接收到子设备注册信息，调用子设备注册模块，由所述子设备注册模块根据所述新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID发送给所述数据存储模块进行保存，同时由所述协议适配服务模块返回给协议适配客户端；协议适配客户端接收到子设备信息及其唯一ID后进行保存；
任意一个协议适配客户端将所采集到的子设备监测数据转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述协议适配服务模块；
所述协议适配服务模块将所接收的物模型格式的子设备监测数据发送给所述数据存储模块进行保存，同时将监测数据发送给物联管理平台；
所述协议适配服务模块通过统一的通信协议将所述物联管理平台发送的物模型格式的控制命令数据下发到对应的协议适配客户端；
相应协议适配客户端将接收到的控制命令数据后转换为相应物联协议的控制命令发送到自身连接的终端传感器或者监测系统；
相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述协议适配服务模块；
所述协议适配服务模块将物模型格式的执行结果发送给所述数据存储模块进行保存；并发送给所述物联管理平台。
本发明一种泛在电力物联网多协议适配方法的特点是应用于由物联管理平台，多个协议适配客户端、一个适配系统、多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统，所述适配方法是按如下步骤进行：
步骤1、所述适配系统对任意一个协议适配客户端发送的认证信息进行身份认证；若认证通过，则对应的协议适配客户端发送新增子设备信息进行子设备注册；若认证失败，则所述适配系统拒绝接收相应的协议适配客户端发送的信息；
步骤2、所述适配系统为所述新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID进行保存后反馈给相应的协议适配客户端；相应的协议适配客户端本地保存接收到的消息；
步骤3、相应的协议适配客户端将所采集到的子设备监测数据转换成物模型格式后通过统一的通信协议发送给所述适配系统；
步骤4、所述适配系统接收并保存物模型格式的子设备监测数据，并发送给物联管理平台；
步骤5、所述适配系统通过统一的通信协议将所述物联管理平台发送的物模型格式的控制命令数据下发到对应的协议适配客户端；
步骤6、相应协议适配客户端接收到的控制命令数据后转换为相应物联协议的控制命令发送到自身连接的终端传感器或者监测系统；
步骤7、相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述适配系统；
步骤8、所述适配系统将物模型格式的执行结果进行保存后发送给所述物联管理平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提通过一个系统替代原来多个专用转换装置才能实现的子设备互连互通、数据融合利用的效果，有效降低了泛在电力物联网建设的成本和复杂度。
2、本发明统一子设备的数据模型，通过符合电力标准的物模型来描述子设备，让监测数据和控制命令在上下游的多个系统中能够被识别和使用，应用系统只需要关注业务实现，不需要关注数据的识别和转换，使得数据共享更加便利。
3、本发明采用物联网最常用的通信协议(MQTT)作为统一的通信协议，使得上层系统不用实现复杂的网络编程就可以和支持常规电力物联协议的传感器终端或者监测装置进行互联；
4、本发明基于统一的物模型和通信协议定义了标准物联协议接口，各协议适配客户端按标准接口和协议适配服务模块进行交互，这种实现方式让适配系统具有良好的扩展能力，方便本系统支持新物联协议的适配。
附图说明
图1为本发明的总体架构示意图；
图2为本发明的整体流程图；
图3为本发明的安全认证及子设备注册流程图；
图4为本发明的监测数据适配流程图；
图5为本发明的控制命令适配流程图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种泛在电力物联网多协议适配系统，是应用于由物联管理平台、多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，能够适配输变电网络中监测设备的多种通信协议和数据规约，从而能提高监测数据的共享范围并降低复用难度，具体的说，适配系统包括：安全认证模块、子设备注册模块、协议适配服务模块、数据存储模块和多个协议适配客户端组成，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统；
如图2所示，该系统包括系统初始化时的安全认证流程、子设备注册流程以及日常运行过程中多次发生的监测数据适配获取流程和控制命令适配执行流程。
如图3所示，系统初始化时，任意一个协议适配客户端通过统一通信协议发送认证信息到协议适配服务模块，认证信息包括协议适配客户端的唯一编码、名称以及密钥文件内容，协议适配服务模块接收到客户端认证信息后，调用安全认证模块的功能接口进行身份认证；
安全认证模块对相应认证信息进行解密和匹配认证，若认证通过，则协议适配服务模块反馈认证成功消息给对应的协议适配客户端，相应的协议适配客户端开始子设备注册流程；若认证失败，则协议适配服务模块反馈认证失败消息给对应的协议适配客户端，然后协议适配服务模块拒绝接收相应的协议适配客户端后续发送的任何信息；对应协议适配客户端接收到认证失败信息后停止自身运行；
协议适配客户端接收到认证成功的消息后，发送新增子设备信息到协议适配服务模块进行子设备注册，子设备注册信息主要包含所属协议适配客户端、所属设备类型、设备名称、设备编码和设备描述；协议适配服务模块接收到子设备注册信息，调用子设备注册模块，由子设备注册模块根据新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID发送给数据存储模块进行保存，同时由协议适配服务模块返回给协议适配客户端；协议适配客户端接收到子设备信息及其唯一ID后进行本地保存；
在系统运行期间，任意一个协议适配客户端通过所适配的通信协议采集到子设备监测数据后启动监测数据适配流程，具体流程如图4所示；协议适配客户端根据子设备的设备类型确定子设备的物模型，物模型定义了子设备监测数据的标识、名称和数据类型信息；协议适配客户端将采集到监测数据从所适配的数据规约转换成物模型格式并附上注册时生成的子设备唯一ID后，通过统一的通信协议发送给协议适配服务模块；
协议适配服务模块接收到物模型格式的子设备监测数据后，发送给数据存储模块进行保存，同时将监测数据发送给物联管理平台；
在系统运行期间，协议适配服务模块接收到由物联管理平台发送的控制命令数据，启动控制命令适配流程，具体流程如图5所示；物联管理平台发送的命令消息为物模型格式，定义了命令的子设备信息、命令的标识和名称、参数的标识数据类型等信息；协议适配服务模块从命令消息中读取执行命令的子设备，识别出其对应的协议适配客户端，协议适配服务模块通过统一的通信协议发送命令消息到对应的协议适配客户端；
相应协议适配客户端接收到控制命令消息后，将信息转换为对应物联协议的数据格式，以相应的通信协议发送到自身连接的终端传感器或者监测系统；
相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给协议适配服务模块；
协议适配服务模块将物模型格式的执行结果发送给数据存储模块进行保存；同时将执行结果发送给物联管理平台。
本实施例中，一种泛在电力物联网多协议适配方法，如图1所示，是应用于由物联管理平台，多个协议适配客户端、一个适配系统、多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统，适配方法是按如下步骤进行：
步骤1、适配系统对任意一个协议适配客户端发送的认证信息进行身份认证，认证信息包括协议适配客户端的唯一编码、名称以及密钥文件内容；如图3所示，适配系统根据客户端唯一编码对密钥文件内容进行解密、匹配，然后反馈认证结果给协议适配客户端；对应的协议适配客户端接收以认证结果，若认证通过，则协议适配客户端发送新增子设备信息进行子设备注册；若认证失败，则协议适配客户端退出运行，同时适配系统拒绝接收相应的协议适配客户端发送的信息；
步骤2、子设备注册信息主要包含所属协议适配客户端、所属设备类型、设备名称、设备编码和设备描述；如图3所示，适配系统为新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID进行保存后反馈给相应的协议适配客户端；协议适配客户端接收到子设备信息及其唯一ID后进行本地保存；
步骤3、相应的协议适配客户端将所采集到的子设备监测数据转换成对应子设备的物模型格式后通过统一的通信协议发送给适配系统；一种设备类型对应一种物模型定义，其定义了该设备类型的每种监测量的标识、名称、数据类型和每种可执行命令的标识、名称、参数信息，子设备转换后的监测数据包括监测量标识和监测值；
步骤4、适配系统接收并保存物模型格式的子设备监测数据，并通过统一的通信协议发送给物联管理平台；
步骤5、适配系统接收物联管理平台通过统一的通信协议发送的物模型格式的控制命令数据；控制命令数据包含命令的执行子设备、命令标识及命令参数，适配系统根据控制命令数据中的子设备信息查找其所属的协议适配客户端，然后通过统一的通信协议发送到对应的协议适配客户端；
步骤6、相应协议适配客户端接收到的控制命令数据后转换为相应物联协议的控制命令数据，通过相应通信协议发送到自身连接的终端传感器或者监测系统，由终端传感器或者监测系统执行控制命令并向对应协议适配客户端发送执行结果；
步骤7、相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式，转换后的数据包括执行命令子设备、命令标识、执行结果、执行时间，然后通过统一的通信协议发送给适配系统；
步骤8、适配系统将物模型格式的执行结果进行保存后发送给物联管理平台。

Claims (2)

1.一种泛在电力物联网多协议适配系统，其特征是应用于由物联管理平台，多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，所述适配系统包括：安全认证模块、子设备注册模块、协议适配服务模块、数据存储模块和多个协议适配客户端组成，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统；
系统初始化时，任意一个协议适配客户端发送认证信息到所述协议适配服务模块后，协议适配服务模块调用安全认证模块进行身份认证；
所述安全认证模块对相应认证信息进行认证，若认证通过，则协议适配服务模块反馈认证成功消息给对应的协议适配客户端，相应的协议适配客户端发送新增子设备信息到所述协议适配服务模块进行子设备注册，若认证失败，则协议适配服务模块拒绝接收相应的协议适配客户端发送的信息，同时对应的协议适配客户端停止运行；
所述协议适配服务模块接收到子设备注册信息，调用子设备注册模块，由所述子设备注册模块根据所述新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID发送给所述数据存储模块进行保存，同时由所述协议适配服务模块返回给协议适配客户端；协议适配客户端接收到子设备信息及其唯一ID后进行保存；
任意一个协议适配客户端将所采集到的子设备监测数据转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述协议适配服务模块；
所述协议适配服务模块将所接收的物模型格式的子设备监测数据发送给所述数据存储模块进行保存，同时将监测数据发送给物联管理平台；
所述协议适配服务模块通过统一的通信协议将所述物联管理平台发送的物模型格式的控制命令数据下发到对应的协议适配客户端；
相应协议适配客户端将接收到的控制命令数据后转换为相应物联协议的控制命令发送到自身连接的终端传感器或者监测系统；
相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述协议适配服务模块；
所述协议适配服务模块将物模型格式的执行结果发送给所述数据存储模块进行保存；并发送给所述物联管理平台。
2.一种泛在电力物联网多协议适配方法，其特征是应用于由物联管理平台，多个协议适配客户端、一个适配系统、多个终端传感器和\或监测系统所组成的物联网环境中，每一个协议适配客户端均对应一种物联协议，并连接对应物联协议的终端传感器或者监测系统，所述适配方法是按如下步骤进行：
步骤1、所述适配系统对任意一个协议适配客户端发送的认证信息进行身份认证；若认证通过，则对应的协议适配客户端发送新增子设备信息进行子设备注册；若认证失败，则所述适配系统拒绝接收相应的协议适配客户端发送的信息；
步骤2、所述适配系统为所述新增子设备信息生成子设备唯一ID，并将新增子设备信息及其唯一ID进行保存后反馈给相应的协议适配客户端；相应的协议适配客户端本地保存接收到的消息；
步骤3、相应的协议适配客户端将所采集到的子设备监测数据转换成物模型格式后通过统一的通信协议发送给所述适配系统；
步骤4、所述适配系统接收并保存物模型格式的子设备监测数据，并发送给物联管理平台；
步骤5、所述适配系统通过统一的通信协议将所述物联管理平台发送的物模型格式的控制命令数据下发到对应的协议适配客户端；
步骤6、相应协议适配客户端接收到的控制命令数据后转换为相应物联协议的控制命令发送到自身连接的终端传感器或者监测系统；
步骤7、相应协议适配客户端接收到自身连接的终端传感器或者监测系统反馈的执行结果后，转换成物模型格式并通过统一的通信协议发送给所述适配系统；
步骤8、所述适配系统将物模型格式的执行结果进行保存后发送给所述物联管理平台。
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