CN112822171A - 一种基于物联网协议的前置采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网协议的前置采集系统及方法，系统包括：物联网规约插件管理模块、数据处理模型插件和前后台接口模块；所述物联网规约插件管理模块，用于管理从底层链路层到最上层应用层的各物联网规约插件，实现采集边设备数据，并将数据流从底层链路层向最上层应用层串行，串行过程中数据流按照各物联网规约插件定义的协议包装；所述数据处理模型插件，用于承接物联网规约插件管理模块和前后台接口模块之间连接，所述前后台接口模块，用于承接数据处理模块和后台之间连接。本发明通过开发基于物联网协议前置采集规约插件，实现物联网数据的采集。

Description

一种基于物联网协议的前置采集系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及一种基于物联网协议的前置采集系统，还涉及一种基于物联网协议的前置采集方法。

背景技术

现有技术中基于泛在物联网建设的产品要求也越来越多，例如配网物联网产品，工业物联网产品。因此实现一种基于物联网协议的前置采集技术，支撑配网，工控，综合能源等各类产品物联网采集和设备管理的需求。

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协议的前置采集系统及方法，通过前置基于物联网协议规约插件，实现物联网数据的采集。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于物联网协议的前置采集系统，包括：物联网规约插件管理模块、数据处理模型插件和前后台接口模块；

所述物联网规约插件管理模块，用于管理从底层链路层到最上层应用层的各物联网规约插件，实现采集边设备数据，并将数据流从底层链路层向最上层应用层串行，串行过程中数据流按照各物联网规约插件定义的协议包装；以及接收控制命令，并将命令从最上层应用层向底层链路层串行；

所述数据处理模型插件，用于承接物联网规约插件管理模块和前后台接口模块之间连接，负责把应用层规约插件接收到的各类数据封装成报文后传输给前后台接口模块；同时接收前后台接口模块下发的控制命令传输给应用层规约插件以最后发送给边端设备；

所述前后台接口模块，用于承接数据处理模块和后台之间连接，负责把接收到的报文数据传输给后台；同时接收后台下发的控制命令传输给数据处理模型插件。

进一步的，所述物联网规约插件包括MQTT服务代理MQTT-Broker，链路层规约插件mqtt_client和应用层规约插件dms_iot三部分；

MQTT-Broker：用于接受MQTT协议发布者发布的所有消息；

mqtt_client：负责根据MQTT协议对数据进行封装解封上传给应用层规约插件，以及接收应用层规约插件的数据封装成mqtt报文下发给MQTT-Broker；

dms_iot：基于MQTT客户端链路层基础上实现配网主站数据采集和控制命令下发。

相应的，本发明还提供了一种基于物联网协议的前置采集方法，包括以下过程：

接收到后台通过前后台接口模块下发的召唤数据命令；

将召唤数据命令从最上层应用层向底层链路层串行后，下发给边端设备；

接收边端设备响应于召唤数据命令采集的全遥测全遥信数据；

将采集数据从底层链路层向最上层应用层串行后，上传给后台。

进一步的，所述将召唤数据命令从最上层应用层向底层链路层串行，包括：

应用层规约插件dms_iot接收到召唤命令后，根据国网物联网通讯协议规范，把召唤命令按JSON格式序列化成报文后下发给链路层规约插件mqtt_client；

链路层规约插件mqtt_client接收到应用层的JSON格式报文后通过MQTT-Broker发布给边端设备。

进一步的，所述将采集数据从底层链路层向最上层应用层串行，包括：

链路层规约插件mqtt_client接收到边端返回的全遥测遥信采集数据后，把采集数据上送给应用层规约插件dms_iot；

应用层规约插件dms_iot接收到数据报文后，解析该报文得到需要的全遥测全遥信数据。

进一步的，还包括：

链路层规约插件接收到边端设备侧主动上送的变化遥测遥信数据，并上送给应用层规约插件；

应用层规约插件接收到变化遥测遥信数据后，统一发送给后台。

进一步的，还包括：

接收到边设备发布的新建端设备事件报文；

将新建端设备事件报文发送给后台；

接收后台在后台数据库中新建实际新端设备工作后返回的新建端设备响应命令；

将新建端设备响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

进一步的，还包括：

接收到边设备发布的删除端设备事件；

将删除端设备事件发送给后台；

接收后台在后台数据库中进行端设备实际删除工作后返回的删除端设备响应命令；

将删除端设备响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

进一步的，还包括：

接收到边设备发布的更新装置事件；

将更新装置事件发送给后台；

接收后台更新后台数据库中装置的状态后返回的更新装置响应命令；

将更新装置响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明搭建物联网采集平台，实现配网物联网主站，工业物联网主站和边端设备之间通过物联网通讯协议MQTT实现模型和数据的交互。主站通过边端二次设备即插即用技术，实现主站建模和接站完全自动化，免维护。

附图说明

图1是基于物联网协议前置采集技术总体架构图；

图2是基于物联网协议的数据采集流程示意图；

图3是基于物联网协议的设备即插即用流程示意图。

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。

本发明实现一种基于物联网协议的前置采集方法，以符合国网规范的配电物联网主站系统为例详细介绍，包括以下过程：

1) 物联网采集平台架构搭建

为实现基于物联网协议的前置采集技术，首先要搭建一套物联网采集平台架构，在此基础上才能开发实现各物联网协议的数据采集规约插件，实现物联网数据的采集功能。

物联网采集平台架构见附图1总体架构图，它是由物联网规约插件管理模块，数据处理模型插件，前后台接口模块组成。

a）物联网规约插件管理模块

物联网规约插件管理模块负责管理各物联网规约插件（如MQTT规约插件），按数据流向从底层链路层到最上层应用层串行包装成一生产线，采集边设备的数据，将数据流从低到高串行最后入库并且传输到后台，从而为物联网前置数据采集功能搭建数据流环境。

b）数据处理模型插件

物联网数据处理模型插件承接物联网规约插件管理模块和前后台接口模块之间连接，负责把应用层规约插件接收到的各类数据按定义的格式传输给前后台接口模块。同时接收前后台接口模块下发的控制命令，以定义的格式传输给应用层规约插件，最后发送给边端设备装置。

c）前后台接口模块

前后台接口模块主要负责定义前置和SCADA后台的前后台报文交互接口，由前置负责以动态库的形式封装接口，包括四遥数据采集，控制，对时，复位等命令的下发，装置参数查询，修改，文件服务，设备管理等功能。

2) 基于物联网协议的数据采集

基于物联网协议的数据采集主要是指在物联网采集平台架构上通过规约插件的方式实现物联网数据的采集和控制命令下发功能。下面以国网配电物联网基于MQTT协议的通讯规范为例，阐述一下基于物联网协议的数据采集实现技术。

数据采集模块主要由MQTT-Broker，mqtt_client，dms_iot三部分组成。

a）MQTT-Broker

MQTT服务代理，其主要职责是接受MQTT协议发布者发布的所有消息，并将其过滤后分发给不同的消息订阅者，并在此基础上实现边端设备连接时鉴权，消息订阅发布的安全认证等功能。

b）mqtt_client（mqtt客户端规约插件）

主站侧作为MQTT客户端的链路层规约插件，负责根据MQTT协议对数据进行封装解封，接收应用层规约插件的数据封装成mqtt报文下发给MQTT-Broker，并对接收到的MQTT-Broker的事件报文进行解析交给应用层规约插件处理。同时维护与MQTT-Brokerr的tcp连接，并监视设备的上线下线状态。

c）dms_iot(应用层规约插件)

根据国网配电物联网最新协议标准，在基于MQTT客户端链路层基础上，实现配网主站数据采集，时间同步，控制命令，参数配置等一系列应用层报文的解析，组装等功能，包括主站Topic订阅，TTU通断状态处理，JSON格式的消息组装发布，接收TTU发布的消息，并解析JSON格式的数据等工作。

基于物联网协议的数据采集流程示意图见附图2，其主要流程包括：

召唤数据流程：

1. 后台调用接口函数向前置发起召唤全遥测，遥信等数据命令；

2. 前置应用层插件接收到召唤命令后，根据国网物联网通讯协议规范，把召唤命令按JSON格式序列化成报文后下发给链路层规约插件。

3. 链路层插件mqtt_client接收到应用层的JSON格式报文后通过MQTT-Broker发布给边设备（终端设备）。

4. 边设备接收到主站发布的召唤全遥测遥信数据命令后，组织终端采集的全遥测全遥信数据，把需要的数据发布给前置链路层规约插件。

5. 链路层规约插件接收到终端返回的全遥测遥信数据内容后，把数据内容上送给应用层规约插件。

6. 应用层规约插件接收到JSON格式的数据报文后，解析该JSON报文得到需要的全遥测，全遥信等数据，统一发送给后台。

主动上送数据流程：

1. 终端设备侧当遥测，遥信发生变化后主动通过事件发布方式上送给主站链路层规约插件。

2. 链路层规约插件接收到主动上送的遥测遥信数据后，获取报文内容上送给应用层规约插件。

3. 应用层规约插件接收到遥测遥信报文后，解析该报文得到需要的变化遥测，变位遥信，等数据，统一发送给后台。

3) 基于即插即用技术的二次设备主站免维护功能

在物联网设备即插即用架构中，分主站，边设备和端设备三层，端设备是最底层的终端采集设备，所有端设备采集数据后统一汇聚到边设备，由边设备统一处理后传输给主站。设备即插即用模块主要负责终端设备的即插即用功能等。当收到边端上送的新增设备、删除设备消息，根据设备类型，将设备信息和采集信息自动生成到主站模型中，完成终端设备的即插即用，从而实现主站二次设备的免维护功能。

基于物联网协议的设备即插即用流程见附图3，其主要流程包括：

新建设备流程：

1. 当边设备检测到新建一端设备后，向主站发布新建端设备事件，并把新建端设备列表传递给主站。

2. 前置接收到新建端设备事件后，解析新建端设备事件报文，并发送新建端设备事件给后台。

3. 后台接收到新建端设备事件后，进行后台数据库中新建实际新端设备工作，并向向前置返回后台新建端设备成功命令。

4. 前置接收到后台的新建装置响应命令，组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

5. 边设备接收到主站新建端设备响应命令，解析响应命令内容，判断本次新建端设备是否成功。

删除设备流程：

1. 当边设备检测到端设备删除后，向主站发布删除端设备事件，并把删除的端设备列表传递给主站。

2. 前置接收到删除端设备事件后，解析JSON格式报文，并通过接口函数发送删除端设备事件给后台。

3. 后台接收到删除装置事件后，在后台数据库中进行端设备实际删除工作，并向向前置返回删除端设备响应命令。

4. 前置接收到后台的删除端设备响应命令，组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

5. 边设备接收到主站删除端设备响应命令，解析响应命令内容，判断本次删除设备是否成功。

更新设备流程：

1. 当边设备检测到端设备状态发生变化后，向主站发布更新装置事件，并把发生变化的装置列表传递给主站。

2. 前置接收到更新装置事件后，解析JSON格式报文，并通过接口函数发送更新装置事件给后台。

3. 后台接收到更新装置事件后，更新后台数据库中装置的状态，并向调用前后台接口函数向前置返回更新装置响应命令。

4. 前置接收到后台的更新装置响应命令，组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

5. 边设备接收到主站更新端设备响应命令，解析响应命令内容判断本次更新端设备状态是否成功。

本发明的有益效果在于，搭建物联网采集平台，实现满足国网规范的配网物联网主站和边端设备之间通过物联网通讯协议MQTT实现模型和数据的交互。主站通过边端二次设备即插即用技术，实现主站建模和接站完全自动化，免维护。

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 (9)

1.一种基于物联网协议的前置采集系统，其特征是，包括：物联网规约插件管理模块、数据处理模型插件和前后台接口模块；

所述物联网规约插件管理模块，用于管理从底层链路层到最上层应用层的各物联网规约插件，实现采集边设备数据，并将数据流从底层链路层向最上层应用层串行，串行过程中数据流按照各物联网规约插件定义的协议包装；以及接收控制命令，并将命令从最上层应用层向底层链路层串行；

所述数据处理模型插件，用于承接物联网规约插件管理模块和前后台接口模块之间连接，负责把应用层规约插件接收到的各类数据封装成报文后传输给前后台接口模块；同时接收前后台接口模块下发的控制命令传输给应用层规约插件以最后发送给边端设备；

所述前后台接口模块，用于承接数据处理模块和后台之间连接，负责把接收到的报文数据传输给后台；同时接收后台下发的控制命令传输给数据处理模型插件。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网协议的前置采集系统，其特征是，所述物联网规约插件包括MQTT服务代理MQTT-Broker，链路层规约插件mqtt_client和应用层规约插件dms_iot三部分；

MQTT-Broker：用于接受MQTT协议发布者发布的所有消息；

mqtt_client：负责根据MQTT协议对数据进行封装解封上传给应用层规约插件，以及接收应用层规约插件的数据封装成mqtt报文下发给MQTT-Broker；

dms_iot：基于MQTT客户端链路层基础上实现配网主站数据采集和控制命令下发。

3.一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，包括以下过程：

接收到后台通过前后台接口模块下发的召唤数据命令；

将召唤数据命令从最上层应用层向底层链路层串行后，下发给边端设备；

接收边端设备响应于召唤数据命令采集的全遥测全遥信数据；

将采集数据从底层链路层向最上层应用层串行后，上传给后台。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，所述将召唤数据命令从最上层应用层向底层链路层串行，包括：

应用层规约插件dms_iot接收到召唤命令后，根据国网物联网通讯协议规范，把召唤命令按JSON格式序列化成报文后下发给链路层规约插件mqtt_client；

链路层规约插件mqtt_client接收到应用层的JSON格式报文后通过MQTT-Broker发布给边端设备。

5.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，所述将采集数据从底层链路层向最上层应用层串行，包括：

链路层规约插件mqtt_client接收到边端返回的全遥测遥信采集数据后，把采集数据上送给应用层规约插件dms_iot；

应用层规约插件dms_iot接收到数据报文后，解析该报文得到需要的全遥测全遥信数据。

6.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，还包括：

链路层规约插件接收到边端设备侧主动上送的变化遥测遥信数据，并上送给应用层规约插件；

应用层规约插件接收到变化遥测遥信数据后，统一发送给后台。

7.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，还包括：

接收到边设备发布的新建端设备事件报文；

将新建端设备事件报文发送给后台；

接收后台在后台数据库中新建实际新端设备工作后返回的新建端设备响应命令；

将新建端设备响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

8.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，还包括：

接收到边设备发布的删除端设备事件；

将删除端设备事件发送给后台；

接收后台在后台数据库中进行端设备实际删除工作后返回的删除端设备响应命令；

将删除端设备响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

9.根据权利要求3所述的一种基于物联网协议的前置采集方法，其特征是，还包括：

接收到边设备发布的更新装置事件；

将更新装置事件发送给后台；

接收后台更新后台数据库中装置的状态后返回的更新装置响应命令；

将更新装置响应命令组装成JSON格式的MQTT报文，通过事件发布的方式发布给边设备。

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