CN112487133A - 一种用于电网的设备发现和识别方法及系统 - Google Patents

一种用于电网的设备发现和识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种用于电网的设备发现和识别方法及系统，所述方法包括：基于语义表达的本体模型为数据源建模，其中所述数据源包括设备或/和数据库，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；根据所述注册信息，判断所述新设备在已有的本体知识库中是否有对应的数据源本体模型；基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册。本发明相对于现有技术，能够实现高效的异构终端设备自动发现、自动化配置或/和动态变更。

Description

一种用于电网的设备发现和识别方法及系统
技术领域
本公开涉及电力领域，尤其涉及一种用于电网的设备发现和识别方法及系统。
背景技术
随着电力物联网业务和应用的发展，使得接入的业务终端数量和规模飞速增长，各种新型设备通信协议也不断涌现，需要解决终端接入过程中的不同设备和发现协议的适配性以及动态更新问题。传统的设备和协议架构难以适应电力物联网通过边缘物联代理实现异构终端发现和管理的需求，且依靠手工配置发现设备的方式效率过低。
设备和服务的发现与识别，即设备和服务的寻址、注册和注销，是电力物联网设备互操作的关键。异构环境下，不同类型终端的设备发现、通信协议、数据表示方式均不相同，因此需要一套可扩展的机制来支持异构设备的互操作。
发明内容
本公开的目的之一是通过提供一种用于电网的设备发现和识别方法及系统，来实现高效的异构终端设备自动发现、自动化配置或/和动态变更。
为实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于电网的设备发现和识别方法，包括：基于语义表达的本体模型为数据源建模，其中所述数据源包括设备或/和数据库，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；根据所述注册信息，判断所述新设备在已有的本体知识库中是否有对应的数据源本体模型；基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册。
可选地，所述数据源的属性信息包括设备本身属性或/和协议属性，所述操作信息包括设备能够支持的配置信息或/和操作信息。
可选地，所述数据源具体包括实时数据源或/和历史数据源，所述实时数据源包括传感器或/和执行器，所述历史数据源包括存储信息的数据库，所述建立的数据源本体模型包括基于资源描述框架的数据源本体模型。
可选地，所述基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册的步骤包括：如果所述新设备有对应的数据源本体模型，则基于该对应的数据源本体模型创建该新设备对应的记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册；如果所述新设备没有对应的数据源本体模型，则基于预设的数据源本体模型为该新设备创建记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册。
可选地，所述设备发现和识别方法还包括：对于已经注册在所述电网且已进行初始化操作的新设备，基于该新设备的数据源本体模型对应的相应信息，创建该新设备的数据源实例，所述数据源实例包括数据源的协议、位置或/和端口；确定与该新设备相匹配的协议或/和配置信息；基于该匹配的协议或/和配置信息，向该新设备发起采集数据的请求；基于接收到该新设备的应答，将采集的数据发送至目标需求端。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于电网的设备发现和识别系统，包括数据源、数据聚合装置和本体管理装置，所述数据源包括设备或/和数据库，所述数据聚合装置用于提供通信协议和设备服务发现协议的适配、数据源的注册或/和数据源实例的创建，所述本体管理装置用于对本体信息进行操作，其中所述数据源的本体信息基于语义表达的本体模型进行建模而得到，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；所述数据聚合装置执行数据源注册操作的过程具体包括：发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；根据所述注册信息，判断所述新设备在本体管理装置中是否有对应的数据源本体模型；基于判断结果，经由本体管理装置完成该新设备在所述电网的注册。
本公开的实施例提供的技术方案可以实现以下有益效果：基于本申请提供的用于电网的设备发现和识别方法及系统，能够实现设备的自动化配置和动态变更，确保自动化、轻量级、可伸缩且向下兼容地设备发现和识别。基于本申请提供的本体论方法的异构设备发现自动配置和识别框架，采用本体建模数据源，使用OWL文件存储包含数据源语义描述的RDF三元组，采用SPARQL技术支持对数据源信息的查询和更新，利用数据源信息实现注册、查询、更新和配置异构设备，并与之通信实现数据采集，将异构设备的自动化配置问题转变为本体建模问题，通过更新或添加本体建模数据源，实现设备和协议的动态变更以及自动化配置。
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，并不能限制本公开。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了根据本申请一个优选实施例提供的功能实体装置的示意图；
图2为本申请一个实施例提供的用于电网的设备发现和识别方法的流程示意图；
图3是根据本申请的一个实施例提供的新设备入网的过程的示意图；
图4是根据本申请的一个实施例提供的新设备初始化和数据采集的过程的示意图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包括一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
在描述本实施例之前，为便于对本实施例进行更好地理解，先对本实施例即将涉及到的本体模型和涉及到的功能实体装置或模块进行描述。
本体可以指一种“形式化的，对于共享概念体系的明确而又详细的说明”。本体可以理解为特殊类型的术语集，具有结构化的特点，故而适合应用于计算机系统；也可以理解为对特定领域整套概念及其相互关系的形式化表达。本体用于建模特定领域，即定义该领域，并针对该领域的属性进行推理。
相较于一般面向对象建模方法，本体建模要素还包括规则和公理等。其中规则描述了依据特定形式的断言得出的逻辑推论。公理是所有采取特定逻辑形式的断言(包括规则在内)所共同构成的总体，不仅包括那些被断言为先验知识的声明，还包括依据公理型声明所推导得出的理论。
资源描述框架(Resource Description Framework，RDF)是一种用于描述Web资源的标记语言。RDF使用XML语法和RDF Schema(RDFS)来将元数据描述成为数据模型。元数据即“描述数据的数据”或者“描述信息的信息”。RDF描述的数据也常被称为“主语-谓语-对象”三元组。
SPARQL(SPARQL Protocol and RDF Query Language)，是为RDF开发的一种查询语言和数据获取协议，可用于任何能用RDF表示的信息资源。
对于本体模型，以通用设备为例，其对应的本体模型可以包括属性信息和操作信息，其中属性信息包括但不限于名称、标识(ID)、端点(endpoint)、位置、协议、数据类型、用户名、口令(password)、生产商(manufacturer)等中的一项或多项，操作信息包括但不限于启动、停止、重启、修改用户名、修改口令、恢复出厂设置等中的一项或多项。也即，属性信息描述了访问通用设备和服务的必要信息，并且包括对访问通用设备和采集数据的通信协议的相关信息；而操作信息描述了通用设备支持的配置和控制操作，例如对于“恢复出厂设置”的操作描述了设备配置信息的重置方法，通过“重启”操作实现配置信息的即时生效。
对于本实施例涉及的功能实体装置或模块而言，主要包括数据源、数据聚合装置和本体管理装置，请参考图1，图1示出了根据本申请一个优选实施例提供的功能实体装置的示意图。
根据图1，所述数据源可以包括用于提供实时数据的传感器和执行器等实时数据源，以及包括用于存储历史数据的数据库等历史数据源；这些数据源的建模都可以基于RDF的数据源本体模型，由通用设备本体模型派生而得到。
所述数据聚合装置用于提供通信协议和设备服务发现协议的适配、数据源的注册或/和数据源实例的创建等，所述数据聚合装置可以布置在边缘云服务器。
进一步地，所述数据聚合装置可以包括协议管理模块、设备管理模块和任务调度模块以及通信配置模块。
其中，所述通信配置模块可以提供诸如HTTP协议、CoAP协议、MQTT协议、MySQL协议等的管理，这里的管理包括协议支持和配置支持，其中协议支持包括实现与不同数据源的通信而实现数据采集，例如基于协议管理模块使得所有选用CoAP通信协议的设备都能够经由CoAP协议与其他实体进行通信。所述配置支持包括设置协议变量，包括对位置和端口等信息进行设置。
其中，协议管理模块可以用于初始化和配置各类通信协议，而初始化协议的信息可以经由下文详述的本体管理装置中本体服务器从本体知识库中查询得到。
所述设备管理模块通过与协议管理模块或/和任务调度模块等的配合，完成数据源的注册和数据源实例的创建。当新设备注册入网时，新设备往往使用自身支持的设备发现协议广播注册消息，而设备管理模块基于设备发现协议适配功能，获取该新设备的注册信息，经由本体服务器向本体知识库中插入该新设备的数据源本体记录，包括数据源的位置、通信协议的类型、端口等记录，从而完成新设备的自动注册。一旦该新设备注册完成，该新设备的数据及服务便可以通过网关被网内的其他相关设备访问。
所述任务调度模块在上述其他模块的支撑下，能够屏蔽各数据源选用的通信协议和数据表示方式的差异，以推送或按要求采集的方式完成数据的采集和传送。
所述本体管理装置用于对本体信息进行操作，其中所述数据源的本体信息基于语义表达的本体模型进行建模而得到。所述本体管理装置可以包括本体编辑器、本体服务器和本体知识库。其中，本体编辑器可以作为手动配置本地本体模型的接口，所有的本体模型，包括数据源本体和通信模块本体，包含其对应的配置信息，都可以通过本体编辑器注册到本体知识库，也可通过本体编辑器修改。所述本体服务器用于作为增加、删除、修改或/和查询本体记录的接口。另外，所述本体服务器还支持HTTP REST方法，因此可以利用Web界面通过RESTful WS执行SPARQL更新查询，以修改每个模块配置。所述本体知识库存储所有本体模型的语义数据，这些基于RDF(Resource Description Framework，资源描述框架)的本体模型中的信息可通过SPARQL(SPARQL Protocol and RDF Query Language)查询语言来查询或修改，从而实现对动态配置的支持。本体编辑器、本体服务器和本体知识库都可以部署于边缘代理。
在描述了本申请的功能实体装置后，下文对本实施例的设备发现和识别方法进行详述。
请参考图2，图2为本申请一个实施例提供的用于电网的设备发现和识别方法的流程示意图。
根据图2所示，所述设备发现和识别方法可以包括：
步骤S101，基于语义表达的本体模型为数据源建模，其中所述数据源包括设备或/和数据库，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；
步骤S102，发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；
步骤S103，根据所述注册信息，判断所述新设备在已有的本体知识库中是否有对应的数据源本体模型；
步骤S104，基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册。
下文，对上述步骤S101～步骤S104进行详述。
对于上述步骤S101而言，所述数据源的属性信息可以包括设备本身属性或/和协议属性，所述操作信息包括设备能够支持的配置信息或/和操作信息。
所述数据源具体可以包括实时数据源或/和历史数据源，所述实时数据源包括传感器或/和执行器，所述历史数据源包括存储信息的数据库，所述建立的数据源本体模型包括基于资源描述框架的数据源本体模型。
对于上述步骤S104基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册而言，可以具体包括：
-如果所述新设备有对应的数据源本体模型，则基于该对应的数据源本体模型创建该新设备对应的记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册；
-如果所述新设备没有对应的数据源本体模型，则基于预设的数据源本体模型为该新设备创建记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册。
根据本申请的一个实施例，请参考图2，本申请提供的用于电网的设备发现和识别方法还可以包括以下步骤：
步骤S105，对于已经注册在所述电网且已进行初始化操作的新设备，基于该新设备的数据源本体模型对应的相应信息，创建该新设备的数据源实例，所述数据源实例包括数据源的协议、位置或/和端口；
步骤S106，确定与该新设备相匹配的协议或/和配置信息；
步骤S107，基于该匹配的协议或/和配置信息，向该新设备发起采集数据的请求；
步骤S108，基于接收到该新设备的应答，将采集的数据发送至目标需求端。
下文将结合图3和图4，对上述步骤S101至步骤S108进行详述。
首先请参考图3，图3是根据本申请的一个实施例提供的新设备入网的过程的示意图，该过程涉及到的实体和功能模块包括本体编辑器、本体服务器、协议管理模块、设备管理模块和任务调度模块、通信配置模块和数据源。
对于新设备入网而言，一方面新设备需要向待注册的电网中的其他设备公布自身能提供的服务信息，另一方面新设备也需要获取待注册的电网内部可以提供的服务信息，如此，新设备需要在待注册的电网中注册其本体模型信息，并且需要获取该电网中其他本体的相关信息，具体的交互操作过程如下：
步骤一，新设备(或称新数据源)按照自身所支持的设备发现协议，例如SSDP协议，DNS-SD协议，SDP协议等等，发起广播，请求注册自己的通信协议、端口、位置等信息。
步骤二，设备管理模块收到广播信息后，向本体服务器发出查询本体知识库中是否已有该新数据源的本体模型的请求，如果本体服务器返回的查询结果是本体知识库中已有该新数据源的本体模型，则设备管理模块据此为新数据源创建记录。如果本体服务器返回的查询结果是本体知识库中没有该新数据源的本体模型，则由设备管理模块基于通用数据源本体模型为该新数据源创建记录。具体地，由设备管理模块经由本体服务器向本体知识库中插入该新数据源的记录。
步骤三，当新数据源的记录插入成功后，该新数据源完成注册操作。新数据源的服务可以被网内的其他实体使用，新数据源也可以使用自身支持的设备发现协议请求网内其他设备的服务信息，设备管理模块将从本体知识库中得到的信息按照特定数据发现协议封装，并应答给该新数据源。
步骤四，设备管理模块在完成新设备的注册后，将新设备注册的这一变更通知到任务调度模块，以使任务调度模块产生与新设备对应的新实例，并按照预定的策略采集数据、重新封装数据以及将数据发往上层实体等。
接下来请参考图4，图4是根据本申请的一个实施例提供的新设备初始化和数据采集的过程的示意图，该过程涉及到的实体和功能模块包括本体编辑器、本体服务器、协议管理模块、设备管理模块和任务调度模块、通信配置模块和数据源。
对于新设备初始化和数据采集而言，在异构设备环境下与网内其他设备的数据交互过程具体包括：
步骤一，如果新设备需要变更本体信息，可以通过本体编辑器进行编辑修改。如果新设备在运行过程中相关信息发生变化，也可以通过本体服务器自动进行本地信息的动态更新。
步骤二，协议管理模块经由本体服务器查新不同协议的配置信息，并通知各通信配置模块根据参数执行初始化操作。其中，通信配置模块能够支持主流物联网通信协议，包括但不限于CoAP，HTTP，MQTT等，以实现诸如平台和异构设备的通信。
步骤三，设备管理模块经由本体服务器获取不同数据源的信息，并通知任务调度模块为各数据源创建实例，进而按照预设策略从不同的数据源采集数据。
步骤四，任务调度模块根据数据源信息，包括协议、位置、端口等，选择与数据源信息匹配的通信配置模块，经通信配置模块向相应的其他数据源发起采集数据的请求，也即，所述请求经由特定的通信配置模块转发至目标数据源。待目标数据源应答后，由网内的网关等通信装置将采集的数据交付至相应的设备请求方，例如包括平台、云端等，以使这些采集的数据在平台、云端等进行分析和利用。
本申请实施例提供的方法能够带来以下技术效果：由于网络中电子设备及其以上的资源处于分散、孤立、难管理状态，基于本实施例提供的基于本体模型的设备发现方法，不仅能提升异构设备间的互操作性和大规模网络环境下部署的可伸缩性，而且有助于异构数据的集成、抽象和推断以及资源的发现。基于本体建模方法的解决方案，能够适配包含WS-Discovery和SSDP在内的不同设备发现协议，协议/配置模块支持包含CoAP和MQTT在内的通信协议及对这些协议的动态配置，并经由本体模型统一数据表示，从而向上层屏蔽了设备差异，实现了对异构设备的操作。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
根据本申请的一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种用于电网的设备发现和识别系统，所述系统可以包括数据源、数据聚合装置和本体管理装置，所述数据源包括设备或/和数据库，所述数据聚合装置用于提供通信协议和设备服务发现协议的适配、数据源的注册或/和数据源实例的创建，所述本体管理装置用于对本体信息进行操作，其中所述数据源的本体信息基于语义表达的本体模型进行建模而得到，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；所述数据聚合装置执行数据源注册操作的过程具体包括：
-发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；
-根据所述注册信息，判断所述新设备在本体管理装置中是否有对应的数据源本体模型；
-基于判断结果，经由本体管理装置完成该新设备在所述电网的注册。
可选地，所述数据源具体包括实时数据源或/和历史数据源，所述实时数据源包括传感器或/和执行器，所述历史数据源包括存储信息的数据库，所述建立的数据源本体模型包括基于资源描述框架的数据源本体模型。
可选地，所述数据聚合装置或/和本体管理装置设置在电网内的边缘代理服务器中。
可选地，所述本体管理装置包括本体知识库和本体服务器，所述本体知识库中存储所有数据源本体模型的语义数据，所述本体服务器用于执行数据源的本体记录的查询、修改、删除或/和增加操作，在数据聚合装置获取待接入电网的新设备发送的注册信息的情况下，由本体服务器向本体知识库插入该新设备的数据源本体记录，以完成该新设备在所述电网的注册，所述数据源本体记录包括数据源的位置、通信协议或/和端口。
可选地，所述本体管理装置还包括本体编辑器，所述本体编辑器用于接收用户对数据源的配置信息进行输入、注册或编辑操作。
对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于电网的设备发现和识别方法，其特征在于，包括：
基于语义表达的本体模型为数据源建模，其中所述数据源包括设备或/和数据库，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；
发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；
根据所述注册信息，判断所述新设备在已有的本体知识库中是否有对应的数据源本体模型；
基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册。
2.根据权利要求1所述的设备发现和识别方法，其特征在于，所述数据源的属性信息包括设备本身属性或/和协议属性，所述操作信息包括设备能够支持的配置信息或/和操作信息。
3.根据权利要求1所述的设备发现和识别方法，其特征在于，所述数据源具体包括实时数据源或/和历史数据源，所述实时数据源包括传感器或/和执行器，所述历史数据源包括存储信息的数据库，所述建立的数据源本体模型包括基于资源描述框架的数据源本体模型。
4.根据权利要求1所述的设备发现和识别方法，其特征在于，所述基于判断结果，完成该新设备在所述电网的注册的步骤包括：
如果所述新设备有对应的数据源本体模型，则基于该对应的数据源本体模型创建该新设备对应的记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册；
如果所述新设备没有对应的数据源本体模型，则基于预设的数据源本体模型为该新设备创建记录，并将该记录插入到已有的知识库，完成注册。
5.根据权利要求1所述的设备发现和识别方法，其特征在于，还包括：
对于已经注册在所述电网且已进行初始化操作的新设备，基于该新设备的数据源本体模型对应的相应信息，创建该新设备的数据源实例，所述数据源实例包括数据源的协议、位置或/和端口；
确定与该新设备相匹配的协议或/和配置信息；
基于该匹配的协议或/和配置信息，向该新设备发起采集数据的请求；
基于接收到该新设备的应答，将采集的数据发送至目标需求端。
6.一种用于电网的设备发现和识别系统，其特征在于，包括数据源、数据聚合装置和本体管理装置，所述数据源包括设备或/和数据库，所述数据聚合装置用于提供通信协议和设备服务发现协议的适配、数据源的注册或/和数据源实例的创建，所述本体管理装置用于对本体信息进行操作，其中所述数据源的本体信息基于语义表达的本体模型进行建模而得到，所述建立的数据源本体模型中包括数据源的属性信息和对应的操作信息；所述数据聚合装置执行数据源注册操作的过程具体包括：
发现并接收待接入电网的新设备发送的注册信息；
根据所述注册信息，判断所述新设备在本体管理装置中是否有对应的数据源本体模型；
基于判断结果，经由本体管理装置完成该新设备在所述电网的注册。
7.根据权利要求6所述的设备发现和识别系统，其特征在于，所述数据源具体包括实时数据源或/和历史数据源，所述实时数据源包括传感器或/和执行器，所述历史数据源包括存储信息的数据库，所述建立的数据源本体模型包括基于资源描述框架的数据源本体模型。
8.根据权利要求6所述的设备发现和识别系统，其特征在于，所述数据聚合装置或/和本体管理装置设置在电网内的边缘代理服务器中。
9.根据权利要求6所述的设备发现和识别系统，其特征在于，所述本体管理装置包括本体知识库和本体服务器，所述本体知识库中存储所有数据源本体模型的语义数据，所述本体服务器用于执行数据源的本体记录的查询、修改、删除或/和增加操作，在数据聚合装置获取待接入电网的新设备发送的注册信息的情况下，由本体服务器向本体知识库插入该新设备的数据源本体记录，以完成该新设备在所述电网的注册，所述数据源本体记录包括数据源的位置、通信协议或/和端口。
10.根据权利要求9所述的设备发现和识别系统，其特征在于，所述本体管理装置还包括本体编辑器，所述本体编辑器用于接收用户对数据源的配置信息进行输入、注册或编辑操作。
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