CN114285538B - 一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量及故障检测技术领域，公开了一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法，先定义一种云边协同协议，其为基于TCP协议的应用层协议，包括：云边协同协议的数据报文结构和云边协同通信时序规范；定义云端和边端核心服务接口，其为核心算法程序定义上层用户可调用的通用接口，包括：服务接口和服务的注册；在云端和边端核心服务基础上，利用服务重构方法对其进一步软件重构，形成新的应用层服务，实现云边服务的扩展定义。与现有技术相比，本发明解决现有电网广域测量方法不具有可扩展性，无法满足上层应用的个性订制需求，能够快速构建上层应用。

Description

一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法

技术领域

本发明涉及电网测量及故障检测技术领域，具体涉及一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法。

背景技术

在电网系统中，广域测量整合了电网运行感知装置、数据网关、云计算中心等单元，实现了实时的电网数据采集及运行状态检测，为电网故障检测及预警、电网安全平稳运行提供了可靠的技术手段，提高了电网检测及管理效率。随着我国智能电网及能源互联网建设的不断推进，电网越来越智能，同时也更加复杂，给在线精确测量电网运行状态提出新的要求。

现有的电网广域测量方法中，首先通过安装电网运行感知装置实时采集数据，然后经过数据网关把这些数据传输到后台数据中心或云计算机中心，最后利用云计算中心强大的计算能力，对电网运行状态进行智能分析、评估，为决策提供依据。

然而现有的电网广域测量方案存在以下问题。

首先，采集电网信息的终端设备分布在广域不同地理位置并具备边缘计算能力，需要实时地与云服务中心交换数据，共同协调、协同计算，配合完成电网测量任务，然而现在的边缘终端与云服务中心缺少协同计算能力，计算和数据存储云集中于云服务中心，导致云服务中心面临处理和存储双重压力，系统实时性差。

其次，为满足客户的多样性需求，电力应用管理系统越来越多样，要求广域测量系统具有高度弹性可扩展性、服务可定制的特点，然而现在的边缘设备层缺少灵活性，难以适应新型的应用服务。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法，解决现有电网广域测量方法不具有可扩展性的问题，满足上层应用的个性订制需求。

技术方案：本发明提供了一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法，包括如下步骤：

步骤1：首先定义一种云边协同协议，其为基于TCP协议的应用层协议，包括：云边协同协议的数据报文结构和云边协同通信时序规范；

步骤2：定义云端和边端核心服务接口，其为核心算法程序定义上层用户可调用的通用接口，包括：服务接口和服务的注册；

步骤3：在步骤2云端和边端核心服务基础上，对其进一步服务重构，形成新的应用层服务，实现云边服务的扩展定义。

进一步地，所述云边协同协议的数据报文结构如下：包括7个字段域；

Source Link，Destination Link分别表示主动发起方和接受方的链路地址，各占16位；

Direction表示通信方向，0x11111111表示云到边，否则为边到云的通信；

Services Interface ID发起同步的服务号，共24位；

Packet Length字段域表示报文的总长度；

Identification位身份认证信息，占64位；

Timestamp表示时间戳，为精确到毫秒的时间信息，共占64位；

Parameters/Data字段域为服务间传递的参数值，其长度可变，采用{key:value}格式存储。

进一步地，所述云边协同通信时序规范包括云端发布同步事务时序和边端接收同步事务时序；

所述云端发布同步事务时序包括如下步骤：

步骤1.1：等待用户的指令；

步骤1.2：接收用户指令，向边端发送同步任务指令，等待接收Ack报文；

步骤1.3：Ack报文接收完成，等待接收边端同步状态报文；

步骤1.4：边端同步状态报文接收完成，发送Ack报文；

步骤1.5：重复接收数据报文或者接收Finish报文返回Ack报文；

步骤1.6；接收到Finish报文，同步任务结束；

所述边端接收同步事务时序包括如下步骤：

步骤2.1：等待云端的指令；

步骤2.2：收到云端同步指令，回复Ack确认报文；

步骤2.3：激活同步任务程序，开始执行同步任务；

步骤2.4：边端向云端发送任务执行结果；

步骤2.5：若接收结束报文Finish，返回确认Ack报文；

步骤2.6：接收到Finish报文，同步任务结束。

进一步地，所述服务接口主要描述服务名称、服务标识符、服务类型、传递参数、操作类型及返回结果，利用ASN.1定义如下：

服务名称DEFINITIONS

::＝BEGIN

服务标识符OBJECT IDENTIFIER::＝{iso standard 8571},

传递参数::＝SEQUENCE{"key","type","value"},

服务类型::＝BIT STRING(size 0..7),

返回结果::＝SEQUENCE{"key","type","value"}

END。

进一步地，所述服务的注册提供一种三级目录索引结构，为服务提供索引服务，所述三级目录索引结构依次为：服务类型、操作类型及服务标识符。

进一步地，所述步骤3中服务重构方法描述了包括的服务集合和服务调用的次序，如下：

服务重构DEFINITIONS

::＝BEGIN

接口名称OBJECT IDENTIFIER::＝{iso standard 8571},

服务集合::＝SEQUENCE{服务标识符},

服务标识符OBJECT IDENTIFIER::＝{iso standard 8571},

END。

有益效果：

1、本发明提供一种面向电网广域测量的弹性可扩展方法，解决现有电网广域测量方法不具有可扩展性，无法满足上层应用的个性订制需求。云端和边端核心服务接口为核心算法程序定义上层用户可调用的通用接口，利用该接口上层应用不需要关心核心服务的具体实现，即可利用核心算法提供的服务。

2、本发明提出了一种用于云边协同通信协议，为云边协同提供了一种通信规范，有利于提升系统的兼容性。

3、本发明提出了一种服务接口的定义描述方法和服务重构扩展方法，进一步为服务的重构扩展提供基础，为快速构建上层应用提供了便利条件。

附图说明

图1为本发明具体实例的结构原理框图；

图2为本发明方法中云边协同协议的同步报文结构；

图3为本发明方法中云边协同协议的云端和边端时序交互过程。

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。

本发明公开了一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法，其包括一种云边协同协议的定义方法、云端和边端核心服务的定义方法、软件定义弹性可扩展方法。

参见附图1至图3所示，本发明公开了一种面向电网广域测量的弹性可扩展方法包括以下步骤：云边协同协议的定义、云端和边端核心服务的封装、弹性可扩展定义，下面结合电网测量和故障检测，描述本发明的具体实施方案。

在系统中主要包括以下模块：设备端、边端及云端(参见附图3)。设备端的主要功能实现数据采集、数据传输模块及通信协议。边端实现数据传输及通信协议接口定义。云端实现核心服务的定义、服务接口定义、服务的可扩展方法实现、数据处理、故障检测和可视化。云端和边端协同完成电网测量和故障检测。

S1：云边协同协议的定义方法

作为云边之间通信的规范，云边协同协议是一种基于TCP协议的应用层协议，包括两部分内容：云边协同协议的数据报文结构的定义和云边协同通信时序规范。

1)云边协同协议的同步报文结构(参见附图2)包括7个字段域，分别定义如下：

(1)Source Link表示服务主动发起方应用层程序地址，即链路地址，占16位，为一整型数字，如10001；

(2)Destination Link表示服务被动接受方应用层程序地址，即链路地址，占16位，为一整型数字，如60019；

(3)Direction表示通信方向，0x11111111表示云到边，否则为边到云的通信；

(4)Services Interface ID表示发起同步的服务号，共24位；

(5)Packet Length表示字段域表示报文的总长度；

(6)Identification表示位身份认证信息，占64位；

(7)Timestamp表示时间戳，为精确到毫秒的时间信息，共占64位；

(8)Parameters/Data表示字段域为服务间传递的参数值，其长度可变，采用{key:value}格式存储。

2)云边协同协议的云边协同通信时序规范

以故障检测为例，说明云边协同通信时序规范，包括云端发布同步事务时序和边端接收同步事务两部分。云端和边端事务时序步骤如下(参见附图3)：

步骤1云端收到应用层故障检测指令；

步骤2核心层接收用户指令，向边端发送同步任务指令，等待接收Ack报文；边端收到云端同步指令，回复Ack确认报文；

步骤3云端收到Ack报文，等待接收边端同步状态报文；边端激活同步任务程序，开始同步采集数据，展开粗粒度的预判、同时上传数据到云端等同步任务；

步骤4边端在执行同步任务的同时返回执行结果；云端综合边端的数据执行综合故障检测；

步骤5云端发送任务结束报文；

步骤6边端接收到Finish报文，同步任务结束。

S2：云端和边端核心服务的定义方法

云端和边端核心服务的定义方法为核心算法程序定义上层用户可调用的通用接口，利用该接口上层应用不需要关心核心服务的具体实现，即可利用核心算法提供的服务。包括两部分：服务接口的定义描述和服务的注册方法。

1)服务接口的定义描述，主要描述服务名称、服务标识符、服务类型、传递参数、操作类型及返回结果，如数据采集服务定义下如：

服务名称DEFINITIONS

::＝BEGIN

服务标识符::＝6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF,

传递参数::＝SEQUENCE{"电压","stream","float"},

服务类型::＝01,

返回结果::＝SEQUENCE{true,false,error}

END

2)服务的注册方法，提供一种三级目录结构，为服务提供索引服务。三级目录索引结构依次为：服务类型、操作类型及服务标识符。

S3：软件定义弹性可扩展方法

软件定义弹性可扩展方法是在云端和边端核心服务基础上，对其进一步软件重构，形成新的应用层服务，实现云边服务的扩展定义。

1)服务重构方法描述了包括的服务集合和服务调用的次序。

服务重构DEFINITIONS

::＝BEGIN

接口名称OBJECT IDENTIFIER::＝6B29FC40-CA47-1067-B31D-00DD010662DA,

服务集合::＝SEQUENCE{特征提取，数据清洗，诊断算法……},

服务标识符OBJECT IDENTIFIER::＝{iso standard 8571},

END

2)利用服务接口的定义方法对新的应用层服务进行描述。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种面向电网广域测量的云边协同弹性可扩展方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先定义一种云边协同协议，其为基于TCP协议的应用层协议，包括：云边协同协议的数据报文结构和云边协同通信时序规范；

1）云边协同协议的同步报文结构包括7个字段域，分别定义如下：

Source Link，Destination Link分别表示主动发起方和接受方的链路地址，各占16位；

Direction表示通信方向，0x11111111表示云到边，否则为边到云的通信；

Services Interface ID发起同步的服务号，共24位；

Packet Length字段域表示报文的总长度；

Identification位身份认证信息，占64位；

Timestamp表示时间戳，为精确到毫秒的时间信息，共占64位；

Parameters / Data 字段域为服务间传递的参数值，其长度可变，采用{key: value}格式存储；

2）云边协同协议的云边协同通信时序规范，包括云端发布同步事务时序和边端接收同步事务两部分；

所述云端发布同步事务时序包括如下步骤：

步骤1.1：等待用户的指令；

步骤1.2：接收用户指令，向边端发送同步任务指令，等待接收Ack报文；

步骤1.3：Ack报文接收完成，等待接收边端同步状态报文；

步骤1.4：边端同步状态报文接收完成，发送Ack报文；

步骤1.5：重复接收数据报文或者接收Finish报文返回Ack报文；

步骤1.6；接收到Finish报文，同步任务结束；

所述边端接收同步事务时序包括如下步骤：

步骤2.1：等待云端的指令；

步骤2.2：收到云端同步指令，回复Ack确认报文；

步骤2.3：激活同步任务程序，开始执行同步任务；

步骤2.4：边端向云端发送任务执行结果；

步骤2.5：若接收结束报文Finish，返回确认Ack报文；

步骤2.6：接收到Finish报文，同步任务结束；

步骤2：定义云端和边端核心服务接口，其为核心算法程序定义上层用户可调用的通用接口，包括：服务接口和服务的注册；

所述服务接口主要描述服务名称、服务标识符、服务类型、传递参数、操作类型及返回结果；

所述服务的注册提供一种三级目录索引结构，为服务提供索引服务，所述三级目录索引结构依次为：服务类型、操作类型及服务标识符；

步骤3：在步骤2云端和边端核心服务基础上，利用服务重构方法对其进一步软件重构，形成新的应用层服务，实现云边服务的扩展定义；

服务重构方法包括服务集合和服务调用的次序；

利用服务接口的定义方法对新的应用层服务进行描述。