CN112217805B - 一种配电物联网多模协议适配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电物联网多模协议适配方法，属于电力配电网应用领域，具体包括构建多模协议适配模型和多模协议适配模型转换，实现配电物联网终端设备的多模数据接入。在电力配电网应用领域，具有多种类型、多种通信模式的电力终端设备，本发明提出信息识别模型、信息映射模型和信息转换模型，可以实现多种类型、多模通信方式终端设备的协议适配转换，提高配电物联网终端通信能力。

Description

一种配电物联网多模协议适配方法

技术领域

本发明涉及电气工程科学领域和电力配电网应用领域，具体涉及一种配电物联网多模协议适配方法。

背景技术

随着电力大数据应用的深入开展，大数据计算性能也愈发显著。随着数据量、数据维度的增长，想要全方位获取研究目标所有信息，只在非多样维度获取数据特征，它的精度存在一定缺损，必须在非单一维度充分挖掘数据特征。而差异研究领域中实施数据通信时必须先实施通信双方数据格式转换。目前，数据格式转换分成两类模式：第一种模式为围绕详细的通信主体数据格式转换；第二种模式为把通信主体数据格式保存为XML文件，通过递归映射的模式实施数据分析。前者的转换速度较快，而工作量超标，后者仅可以使用在数据量不多的环境中，反之将存在数据活动范围较小，分析速度较低等弊端。而多源异构数据转换后想要实现异构网络高效运行，必须采取合理的异构网络融合方法实现，异构网络数据融合主要是为了降低冗余数据量，实现高效率网络通信。

目前电力领域中，一台电力终端设备通常仅仅和相同通信协议的设备进行数据通信，非相同通信协议或者通信方式之间的设备很难实现数据共享。在应用时，通常将带有单个通信接口的设备替换使用，这种“一对一”的通信类型造成成本、占地面积和空间资源的浪费。举例而言，在通信中，具有TCP/IP协议的电力终端(或者上位机)通过Internet发送的协议难以使其子级电力终端识别，这就需要通信协议转换，才能被带有不同通信协议端口的设备接收和识别。

在现有技术中，用户使用通信协议转换器来解决上述技术问题。该技术通过移植协议栈进行网络传输，这种技术不够灵活、误码率较高、传输速率较慢。这就需要一种新型的方法能够实现不同通信协议之间的映射和交互，以及实现不同通信接口、不同通信协议和不同通信设备之间的信息交互。

发明内容

发明目的：有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种配电物联网多模协议适配方法，包括信息识别、信息映射、构建多模协议适配模型和多模协议适配模型转换，实现配电多模数据接入，提高配电物联网数据处理能力。本发明能够实现“一对多”的设备通信，具体而言，实现TCP/IP通信协议、RS485通信协议、Modbus通信协议、HTTP、XMPP、WIA-PA、PLC、串行通信等通信协议的应用。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种配电物联网多模协议适配方法，包括以下步骤：

步骤一：对电力设备发送端发送的数据进行通信协议识别；在识别出不同形式的通信协议后，进行通信协议映射；

步骤二：通过具有多种通信协议的数据端口，进行多信息转换；将转换后的多种通信协议均变成一个树形语义模型；

步骤三：将协议适配器实施分化式进化，构建多模协议适配模型，所述适配模型为基于有限状态机的协议适配器；

步骤四：使用构建的多模协议适配模型对协议数据进行编解码，将多模协议中异构网络数据统一转换为相同格式，实现多模协议适配转换。

进一步的，所述步骤一中，基于神经网络模型对通信协议进行识别；通过多种不同通信协议类型的协议帧数据训练出轻量级深度神经网络模型，得到多个训练模型，将多个训练模型部署至配用电终端的多协议智能感知系统中作为信息识别模型。

进一步的，所述步骤三中，所述多模协议适配模型包括输入接口协议和输出接口协议，根据异构网络通信数据流向设成输入树与输出树，将输入树与输出树通过有向图模式表达；

所述协议适配器选用Moore状态机，即下一状态仅由当前状态决定，多模协议适配模型为随机类的Moore状态机，其非随机状态对设定的输入不存在或者至少存在一个转移；多模协议适配模型的输入树与输出树的节点和协议适配器的状态相对应；输出树根据输出结构构建，不代表状态与状态转移行为。

进一步的，所述多模协议适配模型各个节点均对应协议适配器的一种状态，将其分成根节点、虚节点、实节点以及分支节点；

所述根节点为初始节点，作为多模协议适配模型入口；所述实节点表示状态的转移；所述虚节点是一个实节点内的状态的转移，在自身所在协议里代表一类状态转移的关联性，即进入下一状态的过程里，按照上一个状态值实施操作；所述分支节点响应协议里的数据分支，是实节点之间的状态转移，表示一类状态转移的关联性。

进一步的，所述多模协议适配转换的方法包括：

1)多模协议数据编解码：这部分完成对客户端发来的数据的编解码，按照多模协议适配模型文件定义，提取出多模协议数据的消息内容；

2)多模协议数据与C语言数据结构的转换：首先将多模协议数据消息换成C++的类，多模协议数据消息中的成员与C++类中的成员对应；然后通过参数遍历的方式，将C++的类赋值给C语言的数据结构；

3)将C语言数据结构编码成TLV格式；TLV数据结构包括：标签、长度、Value值三个字段，标签字段表示标签类型、编码格式和标签号；长度字段表示数据内容的长度；Value值字段表示实际数据。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

在电力配电网应用领域，具有多种类型、多种通信模式的电力终端设备，本发明提出信息识别模型、信息映射模型和信息转换模型，可以实现多种类型、多模通信方式终端设备的协议适配转换，实现了不同通信协议的转换和交互，提高配电物联网终端通信能力。用户在使用时，不必再采用一对一的设备进行数据通信，可以采用一对多的通信方式，大大节省了占地面积，减少了人工维护成本。本发明相较于传统的通过协议栈方式进行协议适配转换，提高了转换的灵活性和传输速率，并降低了误码率。

附图说明

图1是通信协议映射模型；

图2是通信协议交互模型；

图3是多模协议适配模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定内部程序、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明所述的一种配电物联网多模协议适配方法，具体包括：

步骤一：对电力设备发送端发送的数据进行通信协议识别；在识别出不同形式的通信协议后，进行通信协议映射。

本实施例中，基于神经网络模型对通信协议进行识别；在电力系统中，通过多种不同通信协议类型的协议帧数据训练出轻量级深度神经网络模型，得到多个训练模型，将多个训练模型部署至配用电终端的多协议智能感知系统中作为信息识别模型。进行通信映射时，在多通信协议接口输出端口接入信息映射模型，以建立起信息对应关系，进而实现多通信信息的映射，其映射模型如图1所示。

步骤二：通过具有多种通信协议的数据端口，进行多信息转换，实现多通信交互；将转换后的多种通信协议均变成一个树形语义模型。交互模型架构示意图如图2所示。

步骤三：将协议适配器实施分化式进化，构建多模协议适配模型，如图3所示，所述适配模型为基于有限状态机的协议适配器。

所述多模协议适配模型包括输入接口协议和输出接口协议，根据异构网络通信数据流向设成输入树与输出树，将输入树与输出树通过有向图模式表达；

所述协议适配器选用Moore状态机，即下一状态仅由当前状态决定，多模协议适配模型为随机类的Moore状态机，其非随机状态对设定的输入不存在或者至少存在一个转移；多模协议适配模型的输入树与输出树的节点和协议适配器的状态相对应；输入树逻辑关联性和输出树输出结果存在直接关联关系；输出树根据输出结构构建，不代表状态与状态转移行为。

所述多模协议适配模型各个节点均对应协议适配器的一种状态，将其分成根节点、虚节点、实节点以及分支节点；所述根节点为初始节点，作为多模协议适配模型入口；所述实节点表示状态的转移；所述虚节点是一个实节点内的状态的转移，在自身所在协议里代表一类状态转移的关联性，即进入下一状态的过程里，按照上一个状态值实施操作；所述分支节点响应协议里的数据分支，是实节点之间的状态转移，表示一类状态转移的关联性。

步骤四：使用构建的多模协议适配模型对协议数据进行编解码，将多模协议中异构网络数据统一转换为相同格式，实现多模协议适配转换。

所述多模协议适配转换的方法包括：

1)多模协议数据编解码：这部分完成对客户端发来的数据的编解码，按照多模协议适配模型文件定义，提取出多模协议数据的消息内容；

2)多模协议数据与C语言数据结构的转换：首先将多模协议数据消息换成C++的类，多模协议数据消息中的成员与C++类中的成员对应；然后通过参数遍历的方式，将C++的类赋值给C语言的数据结构；

3)将C语言数据结构编码成TLV格式；TLV数据结构包括：标签(Tag)、长度(Length)、Value值三个字段，标签字段表示标签类型、编码格式和标签号；长度字段表示数据内容的长度；Value值字段表示实际数据。参照下表进行TLV格式编码转换。

TLV格式的数据结构定义说明

以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种配电物联网多模协议适配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：对电力设备发送端发送的数据进行通信协议识别；在识别出不同形式的通信协议后，进行通信协议映射；

步骤二：通过具有多种通信协议的数据端口，进行多信息转换；将转换后的多种通信协议均变成一个树形语义模型；

步骤三：将协议适配器实施分化式进化，构建多模协议适配模型，所述适配模型为基于有限状态机的协议适配器；

所述多模协议适配模型包括输入接口协议和输出接口协议，根据异构网络通信数据流向设成输入树与输出树，将输入树与输出树通过有向图模式表达；

所述协议适配器选用Moore状态机，即下一状态仅由当前状态决定，多模协议适配模型为随机类的Moore状态机，其非随机状态对设定的输入不存在或者至少存在一个转移；

多模协议适配模型的输入树与输出树的节点和协议适配器的状态相对应；输出树根据输出结构构建，不代表状态与状态转移行为；

步骤四：使用构建的多模协议适配模型对协议数据进行编解码，将多模协议中异构网络数据统一转换为相同格式，实现多模协议适配转换。

2.根据权利要求1所述的配电物联网多模协议适配方法，其特征在于：所述步骤一中，基于神经网络模型对通信协议进行识别；通过多种不同通信协议类型的协议帧数据训练出轻量级深度神经网络模型，得到多个训练模型，将多个训练模型部署至配用电终端的多协议智能感知系统中作为信息识别模型。

3.根据权利要求1所述的配电物联网多模协议适配方法，其特征在于：所述多模协议适配模型各个节点均对应协议适配器的一种状态，将其分成根节点、虚节点、实节点以及分支节点；所述根节点为初始节点，作为多模协议适配模型入口；所述实节点表示状态的转移；所述虚节点是一个实节点内的状态的转移；所述分支节点响应协议里的数据分支，是实节点之间的状态转移。

4.根据权利要求1所述的配电物联网多模协议适配方法，其特征在于：所述多模协议适配转换的方法包括：

1)多模协议数据编解码：这部分完成对客户端发来的数据的编解码，按照多模协议适配模型文件定义，提取出多模协议数据的消息内容；

2)多模协议数据与C语言数据结构的转换：首先将多模协议数据消息换成C++的类，多模协议数据消息中的成员与C++类中的成员对应；然后通过参数遍历的方式，将C++的类赋值给C语言的数据结构；

3)将C语言数据结构编码成TLV格式；TLV数据结构包括：标签、长度、Value值三个字段，标签字段表示标签类型、编码格式和标签号；长度字段表示数据内容的长度；Value值字段表示实际数据。

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