CN112216082B - 一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，包括运维管理模块、终端运维前置和电能量终端运维管理系统；所述运维管理模块部署在电能量远方终端中；运维管理模块与终端运维前置通过网络进行通信交互，两者之间采用物联网协议通信；终端运维前置与电能量终端运维管理系统通过分布式消息总线进行通信交互；实现实时接收终端上送的运行状态、设备参数信息，并可向电能量远方终端下发参数设置、设备控制、软件升级等命令，达到对现场终端运行状态精确感知，灵活控制的目的。

Description

一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统。

背景技术

随着社会经济、智能电网和电力市场的发展以及企业信息化水平的提升，对电能量计量管理提出了更加精细化的要求，而电能量计量系统并未采用实时采集的方式进行电能量远方终端的数据采集，因此对于现场设备产生的事件的采集的时效性较差，采集主站往往难以在电能量远方终端或电表发生故障的第一时间获取故障信息，通常都是在一段时间的数据未能正常采集的情况下，才外派运维人员对现场设备进行检修。但若对故障终端故障状态不够了解，无法及时有效的消除终端故障，则会制约故障解决的响应时长以及电能量远方终端数据采集的质量。此外，当电能量远方终端需要升级时，目前是通过外派技术人员现场升级，或通过各厂家自有的升级软件进行远程升级，涉及大量终端升级时，往往耗时较长，实施进度、系统安防难以管控，并且一旦人员在升级或者设置参数过程中操作失误，还需再度安排人员前往现场，费时费力，并且影响电能量计量管理系统运行的健康稳定。

为有效提升电能量远方终端运维管理的效率及质量，降低企业采集系统运维成本，迫切需要一种电能量远方终端运维管理系统，在不影响已有的电能量计量主站数据采集的情况下，复用网络通道，实现对电能量远方终端运行状态的实时感知，能够通过设备实时反馈的状态数据、事件信息准确把握现场设备运行状态以及故障类型，协助技术人员快速进行故障排除，还要能够通过统一调度管理，实现大批量的终端远程软件升级以及各类参数设置操作，但目前尚缺少这样的电能量远方终端运维管理系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，实时获悉电能量远方终端的运行工况；并且实现大批量终端远程升级以及终端参数远程设置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，其特征是，包括运维管理模块、终端运维前置和电能量终端运维管理系统；

所述运维管理模块部署在电能量远方终端中；

运维管理模块与终端运维前置通过网络进行通信交互，两者之间采用物联网协议通信；终端运维前置与电能量终端运维管理系统通过分布式消息总线进行通信交互；

所述运维管理模块，用于上报采集到的运行状态信息，并接收重启指令、参数采集与设置指令，以及软件升级指令，根据这些指令执行相应的操作并上报操作的结果；

终端运维前置，用于终端运维模块与电能量终端运维管理系统之间的数据、指令的协议转换及转发；

所述电能量终端运维管理系统，用于接收上报的运行状态信息，并下发重启指令、参数采集与设置指令，以及软件升级指令，接收运维管理模块上标的操作结果。

进一步的，所述电能量终端运维管理系统包括终端状态管理模块，所述终端状态管理模块包括终端运行状态采集单元、终端运行状态分析单元和终端重启单元，其中：

终端运行状态采集单元，用于实时接收运维管理模块主动上送的运行状态信息；

终端运行状态分析单元，用于根据采集到的终端运行状态信息进行研判，若发现异常（故障）时发出告警提示；

终端重启单元，用于根据终端运行状态分析单元分析结果发现异常（或故障）时，向电能量远方终端下发重启命令。

进一步的，运行状态信息包括CPU负荷、可用内存、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块实时状态信息。

进一步的，终端运行状态分析单元中，根据采集到的终端运行状态信息进行研判的过程包括：

获取采集到的终端的运行状态数据，包括CPU负荷、内存占用、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块实时状态信息；

然后对各项终端运行状态信息进行指标研判：

其中CPU负荷、内存占用、存储占用这三项指标与设定的阈值进行比对，若超过阈值，则判断发生异常；

根据电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块的是否正常的标识，判断是否存在异常。

进一步的，所述电能量终端运维管理系统包括设备参数管理模块，所述设备参数管理模块包括终端参数采集与设置单元、表计参数采集与设置和换表参数设置单元，其中：

终端参数采集与设置单元，用于采集电能量远方终端的参数，以及向电能量远方终端下发终端参数设置命令，并接受电能量远方终端上传的终端参数设置操作结果；

表计参数采集与设置单元，用于采集电能量远方终端下挂接的表计的参数，以及向电能量远方终端下发表计参数设置命令，并接收电能量远方终端上传的下挂接的表计参数设置操作结果；

换表参数设置单元，用于在换表操作完成后，向电能量远方终端下发新电表的参数。

进一步的，所述电能量终端运维管理系统包括终端升级管理模块，所述电终端升级管理模块包括软件版本管理单元、软件升级控制单元和升级情况统计单元，其中：

软件版本管理单元，用于管理不同厂家提供的软件升级文件；

软件升级控制单元，用于向电能量远方终端下发软件升级命令，并接收电能量远方终端上传的软件升级命令操作结果；

升级情况统计单元，用于对比电能量远方终端当前的软件版本信息与升级文件的版本信息，统计升级成功、失败情况。

进一步的，运维管理模块与终端运维前置通过2G/3G/4G网络进行通信交互。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：终端软件层面拓展运维管理模块，利用物联网通信协议（如MQTT/COAP），与终端运维管理系统进行数据交互，实时接收终端上送的运行状态、设备参数信息，并可向电能量远方终端下发参数设置、设备控制、软件升级等命令，达到对现场终端运行状态精确感知，灵活控制的目的，通过终端运行时详细的状态信息定位终端可能存在的问题，并提供统一、安全的电能量远方终端批量升级功能，提供便捷的电能量远方终端与表计的远程统一参数设置功能。

附图说明

图1是本发明电能量终端运维管理系统整体架构图；

图2是本发明的电能量终端运维管理系统的主要功能模块划分；

图3是本发明的电能量终端运维管理系统中终端运行状态分析流程图；

图4是本发明的电能量终端运维管理系统中终端上送其运行状态、数据、事件的交互流程图；

图5是本发明的电能量终端运维管理系统中对终端进行数据采集、参数设置、终端重启等三种类型操作的交互流程图；

图6是本发明的电能量终端运维管理系统中对终端进行软件升级操作的交互流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明的一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，包括部署在电能量远方终端中的运维管理模块，终端运维前置和电能量终端运维管理系统；

运维管理模块与终端运维前置通过网络进行通信交互，两者之间采用物联网协议（例如MQTT、COAP）通信；

终端运维前置与电能量终端运维管理系统通过分布式消息总线进行通信交互；

运维管理模块，用于采集信息上报、接收指令重启、参数采集与设置；

终端运维前置，用于终端运维模块与电能量终端运维管理系统之间的数据、指令的协议转换及消息转发；

电能量终端运维管理系统，用于接收上报的运行状态信息，并下发重启指令、参数采集与设置指令，以及软件升级指令，接收运维管理模块上标的操作结果。

电能量远方终端在软件层面扩展运维管理模块，与终端运维前置通过物联网协议交互，实时上送运行工况信息与设备时间信息，接收来自于终端运维前置发送的设备控制、软件升级等命令，执行后将执行结果反馈给终端运维前置；终端运维前置与终端运维管理系统通过分布式消息总线交互，终端运维前置将设备上送的信息解析为终端运维管理系统可识别的消息格式，用于设备运行状态分析，终端运维前置还会将终端运维管理系统下发的设备控制、软件升级的命令转换为物联网协议格式发送至电能量远方终端。通过这三个主要模块的配合，实现一套独立于电能量计量系统数据采集的终端运维管理系统。

实施例2

本发明的一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，参见图1所示，下面对系统中各模块进行详细介绍：

电能量远方终端在原有的数据采集模块基础上扩展运维管理模块，该运维管理模块可通过2G/3G/4G网络采用物联网通信协议进行信息上报、接收指令重启、参数设置等操作；

通信层面，需增加终端运维前置模块，用于终端运维模块与电能量终端运维管理系统之间的数据、指令的协议转换及消息转发；

电能量终端运维管理系统则提供终端运维相关业务功能。图2所示为电能量终端运维管理系统的具体功能，提供三个主要模块，分别为终端状态管理模块、设备参数管理模块、终端升级管理模块。其中：

终端状态管理模块，参见图2所示，包括终端运行状态采集单元、终端运行状态分析单元和终端重启单元，其中：

终端运行状态采集单元，实时接收电能量远方终端的运维管理模块主动上送的实时运行状态信息，包括CPU负荷、可用内存、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块等实时状态信息，将这些信息按照时间顺序在系统中进行存储。

终端运行状态分析单元，用于根据采集到的终端运行状态信息对运行状况、故障信息进行研判，若发现异常（故障）时向业务人员发出告警提示。

研判过程如图3所示，首先接收电能量远方终端的运维管理模块主动上送的终端运行状态数据，包括CPU负荷、内存占用、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块等实时状态信息；然后对各项终端运行状态信息进行指标研判：

其中CPU负荷、内存占用、存储占用这三项指标与设定的阈值进行比对，若超过阈值，则发出相应的告警信息；

电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块是否正常由电能量远方终端的运维管理模块判断并上送是否正常的标识，发现存在异常时发出相应的告警信息。

终端重启单元，则用于向电能量远方终端下发重启命令操作。当终端运行状态分析单元发出的告警信息时，使用终端重启单元重启终端，电能量远方终端的运维管理模块接收到重启命令后重启终端。

设备参数管理模块，主要涉及电能量远方终端以及电表的各项参数的采集与设置，使运维人员无须人工在终端上设置参数，并对参数进行比对校验。

参见图2所示，设备参数管理模块包括终端参数采集与设置单元、表计参数采集与设置和换表参数设置单元，其中：

终端参数采集与设置单元，支持对电能量远方终端的软硬件版本号、终端时钟、设备型号、生产厂家等参数进行采集，当某项参数需要修改时，可以对电能量远方终端下发终端参数设置命令，达到远程修改电能量远方终端参数的目的；

参数采集流程如下：电能量远方终端运维管理系统下发终端参数采集命令，终端运维前置对终端参数采集命令进行编码并转发至电能量远方终端，电能量远方终端接收指令并执行，随后将指令中请求的参数上送给终端运维前置，终端运维前置对上行的报文进行解码后返回给电能量远方终端运维管理系统。

终端参数设置流程如下：电能量远方终端运维管理系统下发终端参数设置命令，终端运维前置对参数设置命令进行编码并转发至电能量远方终端，电能量远方终端接收指令并执行，随后将设置的结果上送给终端运维前置，终端运维前置对执行结果进行解码后返回给电能量远方终端运维管理系统。

表计参数采集与设置单元，用于针对电能量远方终端下挂接的表计的参数采集与设置，包括电表时钟、阻抗系数等。

当用户需要读取表计的某项参数时，通过该单元向电能量远方终端下发表计参数采集命令，当电能量远方终端接收表计参数采集命令后，通过表计通信协议与电表进行通信交互，从表计读取相应的参数，然后向终端运维管理平台返回采集参数的结果；当用户需要修改表计的某项参数时，通过该单元向电能量远方终端下发表计参数设置指令，电能量远方终端将表计参数设置指令通过表计通信协议进行编码后将表计参数设置指令下达给表计，达成设置表计参数的目的，然后电能量远方终端向终端运维管理平台返回表计参数设置成功与否的结果。

换表参数设置单元，用于在换表操作完成后，向电能量远方终端下发新电表的表计序号、表计通信地址、通道号等用于与表计通信使用的相关信息。

终端升级管理模块，向不同厂家不同型号的设备，提供统一的远程升级接口。参见图2所示，包括软件版本管理单元、软件升级控制单元和升级情况统计单元，其中：

软件版本管理单元，用于管理不同厂家提供的软件升级文件，达到软件版本统一管理的目的；

软件升级控制单元，用于向电能量远方终端下发软件升级文件，提供批量升级的功能；

升级情况统计单元，用于实现电能量远方终端软件升级情况对比的功能。在下发软件升级指令后，每隔10秒统计电能量远方终端主动上报的当前软件版本信息，通过对比各个电能量远方终端当前的软件版本信息与升级文件的版本信息，统计升级成功、失败情况。

图4所示为电能量远方终端向电能量终端运维管理系统中上传终端运行状态信息、终端数据、事件信息采集的流程，电能量远方终端中运维管理模块主动将相关状态、数据、事件信息按照规定的格式，采用物联网协议进行编码后发送给终端运维前置，终端运维前置进行规约解码后，通过分布式消息总线将信息传递给电能量终端运维管理系统进行存储与分析。

图5所示为电能量终端运维管理系统向电能量远方终端下发数据采集、参数设置、终端重启等命令的交互流程。电能量终端运维管理系统通过分布式消息总线，将数据采集/参数设置/终端重启等命令下发给终端运维前置，终端运维前置采用物联网协议对消息进行编码，并将消息转发至电能量远方终端，电能量远方终端接受指令并执行，随后将执行的响应按照物联网协议进行编码，发送至终端运维前置；响应消息经终端运维前置解码后，再写入分布式消息总线，由电能量终端运维管理系统接收处理并展示操作的执行结果。

图6所示为电能量终端运维管理系统远程升级电能量远方终端软件的交互流程。终端运维管理系统通过分布式消息总线，将采集终端软件版本信息的指令发给终端运维前置，终端运维前置采用物联网协议对指令进行编码并将消息转发至电能量远方终端，电能量远方终端接受指令并将终端当前软件版本号等信息按照物联网协议进行编码，发送至终端运维前置，终端运维前置对响应解码后通过分布式消息总线发送至电能量终端运维管理系统，电能量终端运维管理系统确认当前终端软件版本号是否与准备下发的软件升级包一致，如果一致则不进行后续的软件升级流程；如果软件版本号不一致，将终端软件升级文件经序列化后通过分布式消息总线进行下发，因升级文件往往体积较大，为保证消息传输的可靠性，终端运维前置会将升级文件进行分包下发，终端接收软件升级文件后进行拼包操作，并执行升级，升级完成后将升级的结果，通过物联网协议编码后发送给终端运维前置，由终端运维前置解码，并向终端运维管理系统发送升级结果消息，系统确认终端升级时候已完成。

采用本发明提出的电能量终端运维管理系统，可根据终端上送的数据、事件实时感知判断现场设备的状态，并支持通过统一的接口进行参数设置、软件升级操作，避免设备厂家的软硬件接入计量系统内网而带来安全隐患。对于终端故障排除而言，计量主站可获取终端实时运行数据判断可能的故障原因，使技术人员能更有针对性的去现场解决故障问题；对于运维管理流程而言，可以实现现场设备装接后，通过统一的接口设置电能量远方终端采集表计等参数，避免因人工输入错误而导致的重复返工问题，提高计量系统设备装接的规范性与可靠性；对于终端软件升级而言，统一了终端升级接口，且支持批量终端远程升级，升级前后的软件版本亦可准确掌握，大大提升终端软件升级的效率。

实施例3

在一个具体实施例中，电能量远方终端采用了积成、华立、威思顿、易司拓、煜邦、南瑞等六个厂家的产品，在某省电能量计量系统中采用DL/T719规约进行电能量数据采集，在支持原有的采集功能基础上，各厂家在终端扩展了终端运维管理模块，采用物联网协议MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)与终端运维前置通信，终端运维前置将MQTT消息解析后，通过分布式消息总线Kafka与终端运维管理系统进行交互，实现各个地调的终端的运行状态由省调的主站统一管控，数据采集与终端管理功能相对独立，即满足电力公司调度专业对电能量远方终端的数据采集需求，也满足了主站侧对终端的监控、控制、管理的需求，减少了技术人员前往设备现场解决问题的频度，大大降低了系统运维成本。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于物联网通信协议的电能量远方终端运维管理系统，其特征是，包括运维管理模块、终端运维前置和电能量终端运维管理系统；

所述运维管理模块部署在电能量远方终端中；

运维管理模块与终端运维前置通过网络进行通信交互，两者之间采用物联网协议通信；终端运维前置与电能量终端运维管理系统通过分布式消息总线进行通信交互；

所述运维管理模块，用于上报采集到的运行状态信息，并接收重启指令、参数采集与设置指令，以及软件升级指令，根据这些指令执行相应的操作并上报操作的结果；

终端运维前置，用于终端运维模块与电能量终端运维管理系统之间的数据、指令的协议转换及转发；

所述电能量终端运维管理系统，用于接收上报的运行状态信息，并下发重启指令、参数采集与设置指令，以及软件升级指令，接收运维管理模块上标的操作结果；

所述电能量终端运维管理系统包括终端状态管理模块，所述终端状态管理模块包括终端运行状态采集单元、终端运行状态分析单元和终端重启单元，其中：

终端运行状态采集单元，用于实时接收运维管理模块主动上送的运行状态信息；

终端运行状态分析单元，用于根据采集到的终端运行状态信息进行研判，若发现异常时发出告警提示；

终端重启单元，用于根据终端运行状态分析单元分析结果发现异常时，向电能量远方终端下发重启命令；

运行状态信息包括CPU负荷、可用内存、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块实时状态信息；

终端运行状态分析单元中，根据采集到的终端运行状态信息进行研判的过程包括：

获取采集到的终端的运行状态数据，包括CPU负荷、内存占用、存储占用、电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块实时状态信息；

然后对各项终端运行状态信息进行指标研判：

其中CPU负荷、内存占用、存储占用这三项指标与设定的阈值进行比对，若超过阈值，则判断发生异常；

根据电表采集通道状态、电源模块、数据采集模块的是否正常的标识，判断是否存在异常；

所述电能量终端运维管理系统包括设备参数管理模块，所述设备参数管理模块包括终端参数采集与设置单元、表计参数采集与设置和换表参数设置单元，其中：

终端参数采集与设置单元，用于采集电能量远方终端的参数，以及向电能量远方终端下发终端参数设置命令，并接受电能量远方终端上传的终端参数设置操作结果；

表计参数采集与设置单元，用于采集电能量远方终端下挂接的表计的参数，以及向电能量远方终端下发表计参数设置命令，并接收电能量远方终端上传的下挂接的表计参数设置操作结果；

换表参数设置单元，用于在换表操作完成后，向电能量远方终端下发新电表的参数；

所述电能量终端运维管理系统包括终端升级管理模块，所述终端升级管理模块包括软件版本管理单元、软件升级控制单元和升级情况统计单元，其中：

软件版本管理单元，用于管理不同厂家提供的软件升级文件；

软件升级控制单元，用于向电能量远方终端下发软件升级命令，并接收电能量远方终端上传的软件升级命令操作结果；

升级情况统计单元，用于对比电能量远方终端当前的软件版本信息与升级文件的版本信息，统计升级成功、失败情况；

运维管理模块与终端运维前置通过2G/3G/4G网络进行通信交互。

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