CN114282343B - 一种适用于电力物联网的设备建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电力物联网的设备建模方法及系统。其中，方法包括：针对设备的固有属性和动作进行建模，生成物模型文件，完成静态建模；物联管理平台在静态建模的基础上对系统资源管理、边缘框架、容器管理、APP管理、网络管理等模块进行动态建模，形成边设备整体模型；终端设备接入边设备时，获取其基本信息并组装成规定格式的静态模型，上报至物联管理平台，完成端设备自动建模。本发明可以通过对设备属性、动作的定义形成设备静态模型，通过与边、端设备的云边交互构建了动态模型，支撑各专业各类型设备的标准化建模，具有标准化、通用性、专业性的特点。

Description

一种适用于电力物联网的设备建模方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适用于电力物联网的设备建模方法及系统，属于电力物联网领域。

背景技术

智慧物联体系主要包括物联管理平台、边缘物联代理(简称边设备)和各类型终端(本文称终端设备、端设备)标准化接入，形成“云管边端”CNET架构。通过智慧物联体系建设，实现“边端分离、边管共用”，推动公司内部各专业、外部上下游企业各类终端统一接入、边缘智能和共享共用。

依托统一物联管理平台可以实现电力全专业互联互通，降低建设运维成本，实现规模化应用和价值再造，并形成一整套标准体系，连接广泛的内外部市场，助力公司电力物联网建设。物联管理平台负责新型物联网终端的数据采集，实现边缘物联代理设备的接入、监控、远程维护等功能。将物理世界的电力设备终端进行抽象，从属性(遥测)、消息(遥信)、服务(遥控)三个维度进行模型定义。物联管理平台对各专业终端物模型进行统一定义与管理，并下发到边缘物联代理；在边缘物联代理处，传感信息模型聚合至物模型，物联管理平台对模型进行校核。

设备建模有利于规范接入物联管理平台的设备种类以及针对不同种类的设备的便捷化管理。因此如何对设备进行建模能够更高效地完成物联管理平台的对数据的采集以及上行、下行数据的转发及推送是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种适用于电力物联网的设备建模方法及系统，以适用于电力物联网中不同类型设备的建模，实现高效完成数据的采集、转发和推送。

为达到上述目的，本发明采用如下述技术方案：

一方面，一种适用于电力物联网的设备建模方法，包括：

根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对边设备的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；

基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，基于所述身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作，构建端设备静态模型；

基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模。

进一步地，所述设备属性包括静态属性和动态属性，所述静态属性包括设备用于自身身份描述的指标，所述动态属性包括设备与外界数据交互所包含的指标。

进一步地，所述设备属性的描述格式包括属性标识符、属性名称、属性是否必填和属性数据类型。

进一步地，所述设备动作包括：设备主动发送消息的动作和设备被动接收消息的动作。

进一步地，所述设备动作的描述格式包括：动作标识符、动作名称、动作方向、动作类型、输入参数和输出参数。

进一步地，所述设备主动发送消息的动作包括网络状态上报、容器/APP运行状态上报、系统资源使用状态上报、容器/CPU/内存越线和校时请求设备中的一项或多项；所述设备被动接收消息的动作包括系统升级、边缘框架升级、容器升级/卸载/启停、APP安装/升级/卸载/启停和参数配置中的一项或多项。

进一步地，所述基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，包括：

当用户操作物联管理平台中边设备静态模型中定义的设备动作时，通过云边交互下发相关service信息给边设备，边设备同步执行相同操作，实现云端发起的远程动态建模，所述service信息为设备被动接收消息的动作；

当边设备状态发生改变时，基于边设备静态模型中定义的设备动作，边设备发起event主动上报，物联管理平台接收event并同步更新所述边设备静态模型，实现边设备发起的动态建模，所述event为设备主动发送消息的动作。

进一步地，所述边设备的APP通过以下建模方法进行远程安装：

在边设备静态模型中定义APP下发的属性和动作；

根据APP下发的属性和动作描述格式，补充对应的值，并动态下发至边设备；

边设备完成APP安装，启动APP并将其运行状态上报至物联管理平台；

物联管理平台接收APP运行消息并更新边设备静态模型，完成由物联管理平台发起的动态建模。

进一步地，所述基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，包括：

物联管理平台下发端设备静态模型至边设备中的APP；

边设备中的APP基于端设备静态模型定义的属性和动作采集端设备数据；

边设备中的APP将采集到的端设备数据动态上报，完成端设备接入的整体建模。

另一方面，一种适用于电力物联网的设备建模系统，包括：

边设备静态模型建立模块，配置为根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对边设备的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；

边设备动态模型建立模块，配置为基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

端设备静态模型建立模块，配置为端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，基于所述身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作，构建端设备静态模型；

端设备动态模型建立模块，配置为基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明规范了设备接入、应用安装、命令下发、数据采集等流程的交互格式，具备标准化的特性，奠定了物联管理平台对上层应用数据共享共用的基础；静态和动态建模方法适用于不同专业、不同型号的不同设备在物联管理平台动态构建模型，具备一定的通用性；建模方案构建了电力物联网中接入的输电、变电、配电、用电等各专业维度拓扑模型，实现基于动态模型实时查看设备拓扑关系和运行状态，具备一定的专业性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种适用于电力物联网的设备建模方法流程图；

图2是设备属性建模图；

图3是设备属性建模实例图；

图4是边缘物联代理与云端边设备模型的动态映射图；

图5是边设备APP远程安装交互时序图；

图6是端设备接入交互时序图；

图7是云端建模的最终状态案例。

具体实施方式

下面结合具体实施例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。

如图1所示，一种适用于电力物联网的设备建模方法，包括：

步骤S1，根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台侧对边缘物联代理的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；

设备静态建模是指在云端物联管理平台侧对设备进行逻辑定义，形成物模型文件，包含设备标识、属性和动作定义，静态建模包含设备属性设计和设备动作设计。

设备属性包括静态属性(静态指标)和动态属性(动态指标)。静态属性包括设备用于自身身份描述的指标，即所有设备均包含设备编码、厂商编码、型号编码、出厂标识、专业等属性，动态属性包括设备与外界数据交互所包含的指标，即各设备个性化的动态属性，如电表的三相电流、三相电压、A相反向无功功率等，如图2所示。

静态属性和动态属性描述方式可以保持一致，例如，可以基于属性标识符、属性名称、属性数据类型、属性是否必填等来描述，如表1所示。

表1设备属性定义描述

属性定义好后，在云边交互的数据传输过程中，可使用对象简谱(JavaScriptObject Notation，JSON)方式对定义好的属性进行组装应用。其中，属性数据类型若为结构体，则支持多层级嵌套表示，如图3是用JSON格式表示的用电专业电表的其中一个属性“日冻结正向有功电能”。

设备动作，包括设备主动发送消息的动作和设备被动接收消息的动作。

物联管理平台为实现设备建模，需对真实设备的动作进行定义和描述，包括设备主动发送消息和被动接收消息。当电力物联设备发生故障或者异常时，会主动发送消息至云端，并被物联管理平台感知并做出相应的处理操作。反之，当物联管理平台或业务系统需要对物联设备进行参数设置等操作时，需下发指令至设备，设备需具备接收并处理消息的能力。

设备主动发送消息和被动接收消息的动作通过物联管理平台建模，形成设备影子。

在一实施例中，基于JSON描述方式，在物联管理平台侧通过面向对象的方式将设备发送和接收消息的动作进行静态建模，形成设备影子，设备动作的定义描述如表2所示。

表2设备动作定义描述

如图4所示，边缘物联代理分为系统资源管理、边缘框架、容器管理、APP管理、网络管理等模块。

因此，对于边设备来说，设备主动发送消息的动作(event)，可以包括：网络状态上报，容器/APP运行状态上报，系统资源使用状态上报，容器/CPU/内存越线，校时请求等；设备被动接收消息的动作(service)，包括：系统远程升级，边缘框架远程升级，容器远程升级、卸载、启停，APP远程安装、升级、卸载、启停，配置更新、参数配置等。

在一实施例中，针对边缘物联代理中的各功能模块和/或其中的应用程序，使用预先规定的设备属性和动作描述格式，在物联管理平台侧对边缘物联代理的各功能模块、各应用程序以及其它设备的属性和动作分别进行定义和描述，建立边设备静态模型。

步骤S2，基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边缘物联代理的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

动态建模是基于云边交互对边缘物联代理和终端设备的状态及动作在云平台上进行实时监控和操作的一种设备镜面建模方法。动态建模包含边缘物联代理建模和终端设备建模类。

在该步骤中，在边设备静态模型的基础上，通过物联管理平台对边缘物联代理的各模块进行动态建模，最终形成边设备整体模型。

如图4所示，边缘物联代理分为系统资源管理、边缘框架、容器管理、APP管理、网络管理等模块，云端对边设备操作的动作包含系统升级、边缘框架升级、容器/APP升级、参数配置等。

在一实施例中，当用户操作物联管理平台中边设备静态模型提前定义好的设备动作时，则会通过云边交互下发相关service信息给边缘物联代理，边设备同步执行相同操作，即可实现云端发起远程动态建模。

在一实施例中，当边设备状态有发生改变时，基于边设备静态模型中定义的设备动作，边设备发起event主动上报，物联管理平台接收event并同步更新边设备静态模型，与真实边设备保持一致，即实现边设备发起的动态建模。

在一具体实施例中，提供了APP远程安装的操作，APP在物联管理平台对于边端设备的数据上报及命令下发有着重要的作用，作为物联管理平台和设备间的枢纽，其远程安装过程对于设备的建模至关重要，如图5所示，边设备APP远程安装，包括以下步骤：

Sa1：在物联管理平台边设备静态模型中定义APP下发的属性和动作；

Sa2：通过APP下发的属性和动作描述格式，补充对应的值(app名称、版本、大小、占用CPU、占用内存等参数)，并动态下发至边设备；

Sa3：边缘物联代理完成APP安装，启动APP并将其运行状态上报至物联管理平台；

Sa4：物联管理平台接收APP运行消息并更新边设备模型，完成由物联管理平台发起的整体动态建模过程。

步骤S3，端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，基于所述身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作，构建端设备静态模型；

电力物联网中大部分设备智能化程度比较低，与云端的交互需通过边缘物联代理进行。

端设备接入边设备后，物联管理平台即可通过预先安装在边设备的APP自动识别端设备并为之构建相应的设备模型，完成端设备的接入过程。

具体的，当端设备通电并接入边设备时，边设备中对应的APP自动感知端设备的接入，获取其身份信息(名称、ESN、厂商、型号等)，并将其组装成静态模型规定格式，上报至物联管理平台。

物联管理平台接收边设备APP上报的端设备身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作构建端设备静态模型。

步骤S4，基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模。

在端设备静态模型基础上，边设备通过MQTT协议将端设备的动作信息上报物联管理平台，平台对端设备接入动作进行校核，完成端设备的自动建模。

在一具体实施例中，如图6所示，端设备接入边设备的建模方法，包括以下步骤：

Sb1：端设备加电，接入边设备；

Sb2：边设备中的APP自发现端设备，收集端设备身份信息，将其组装成静态模型规定格式，并上报至物联管理平台；

其中，感知端设备的APP，通过前述的APP远程安装的方法，预先安装在边缘物联代理中。

Sb3：物联管理平台接收边设备中APP上报的端设备身份信息，根据该身份信息在物联管理平台构建端设备模型，进而形成端设备、地域、专业、型号等整体拓扑模型；

Sb4：物联管理平台下发端设备模型至边设备中的APP；

Sb5：APP基于模型定义的属性和动作采集端设备数据；

Sb6：APP将采集到的业务数据动态上报，完成端设备接入的整体建模。

在一具体实施例中，如图7所示，给出了采用本发明方法在云端建立的智能融合终端模型、智能电表模型和温湿度传感器模型。

通过以上实施例，本发明一种适用于电力物联网的设备建模方法，规范了设备接入、应用安装、命令下发、数据采集等流程的交互格式，具备标准化的特性，奠定了物联管理平台对上层应用数据共享共用的基础；静态和动态建模方法适用于不同专业、不同型号的不同设备在物联管理平台动态构建模型，具备一定的通用性；建模方案构建了电力物联网中接入的输电、变电、配电、用电等各专业维度拓扑模型，实现基于动态模型实时查看设备拓扑关系和运行状态，具备一定的专业性。

在另一实施例中，一种适用于电力物联网的设备建模系统，包括：

边设备静态模型建立模块，配置为根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对边设备的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；；

边设备动态模型建立模块，配置为基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

端设备静态模型建立模块，配置为根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对待接入的端设备的属性和动作进行定义和描述，建立端设备静态模型，端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，并根据所述身份信息更新所述端设备静态模型；

端设备动态模型建立模块，配置为基于更新的端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，包括：

根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对边设备的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；

基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，基于所述身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作描述格式，构建端设备静态模型；

基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模；

设备动作包括：设备主动发送消息的动作和设备被动接收消息的动作；所述基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，包括：

当用户操作物联管理平台中边设备静态模型中定义的设备动作时，通过云边交互下发相关service信息给边设备，边设备同步执行相同操作，实现云端发起的远程动态建模，所述service信息为设备被动接收消息的动作；

当边设备状态发生改变时，基于边设备静态模型中定义的设备动作，边设备发起event主动上报，物联管理平台接收event并同步更新所述边设备静态模型，实现边设备发起的动态建模，所述event为设备主动发送消息的动作；

所述设备主动发送消息的动作包括网络状态上报、容器/APP运行状态上报、系统资源使用状态上报、容器/CPU/内存越线和校时请求设备中的一项或多项；所述设备被动接收消息的动作包括系统升级、边缘框架升级、容器升级/卸载/启停、APP安装/升级/卸载/启停和参数配置中的一项或多项。

2.根据权利要求1所述的一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，所述设备属性包括静态属性和动态属性，所述静态属性包括设备用于自身身份描述的指标，所述动态属性包括设备与外界数据交互所包含的指标。

3.根据权利要求1所述的一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，所述设备属性的描述格式包括属性标识符、属性名称、属性是否必填和属性数据类型。

4.根据权利要求1所述的一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，所述设备动作的描述格式包括：动作标识符、动作名称、动作方向、动作类型、输入参数和输出参数。

5.根据权利要求1所述的一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，所述边设备的APP通过以下建模方法进行远程安装：

在边设备静态模型中定义APP下发的属性和动作；

根据APP下发的属性和动作描述格式，补充对应的值，并动态下发至边设备；

边设备完成APP安装，启动APP并将其运行状态上报至物联管理平台；

物联管理平台接收APP运行消息并更新边设备静态模型，完成由物联管理平台发起的动态建模。

6.根据权利要求1所述的一种适用于电力物联网的设备建模方法，其特征在于，所述基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，包括：

物联管理平台下发端设备静态模型至边设备中的APP；

边设备中的APP基于端设备静态模型定义的属性和动作采集端设备数据；

边设备中的APP将采集到的端设备数据动态上报，完成端设备接入的整体建模。

7.一种适用于电力物联网的设备建模系统，其特征在于，包括：

边设备静态模型建立模块，配置为根据预先规定的设备属性和设备动作描述格式，在物联管理平台对边设备的各功能模块的属性和动作进行定义和描述，形成边设备静态模型；

边设备动态模型建立模块，配置为基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，形成边设备整体模型；

端设备静态模型建立模块，配置为端设备接入边设备时，通过预先安装在边设备的APP获取端设备的身份信息，基于所述身份信息，结合预先在物联管理平台定义的端设备属性和动作描述格式，构建端设备静态模型；

端设备动态模型建立模块，配置为基于端设备静态模型定义的属性和动作，通过所述APP与物联管理平台、端设备的交互，对端设备的动作进行动态建模，完成端设备接入的整体建模；

设备动作包括：设备主动发送消息的动作和设备被动接收消息的动作；所述基于所述边设备静态模型，通过物联管理平台与边设备的交互，对边设备的各功能模块的动作进行动态建模，包括：

当用户操作物联管理平台中边设备静态模型中定义的设备动作时，通过云边交互下发相关service信息给边设备，边设备同步执行相同操作，实现云端发起的远程动态建模，所述service信息为设备被动接收消息的动作；

当边设备状态发生改变时，基于边设备静态模型中定义的设备动作，边设备发起event主动上报，物联管理平台接收event并同步更新所述边设备静态模型，实现边设备发起的动态建模，所述event为设备主动发送消息的动作；

所述设备主动发送消息的动作包括网络状态上报、容器/APP运行状态上报、系统资源使用状态上报、容器/CPU/内存越线和校时请求设备中的一项或多项；所述设备被动接收消息的动作包括系统升级、边缘框架升级、容器升级/卸载/启停、APP安装/升级/卸载/启停和参数配置中的一项或多项。