CN115190139A - 一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法。本发明利用综合能源数据采集子站端将数据交互请求发送至负载均衡的数据采集平台的绑定虚拟IP的消息总线服务器上；总线服务器根据子站支持的通信协议类型与子站进行通信；通信完成后总线服务器将子站上送的运行数据以订阅或者推送的方式传输至对应的数据处理服务器；数据处理服务根据数据报文类型对传输数据进行存储、计算等处理。本发明实现了综合能源数据在专用网络层进行数据采集。

Description

一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及支持电力104规约、KAFKA总线式数据采集系统及其部属方法，属于电力调度自动化技术领域。
背景技术
“双碳”时代，综合能源服务作为国家大力发展的战略新兴产业，亟需建立完整的技术和产品体系，构建包含电、气、水、冷/热等多种能源形式的智慧能源系统。而当前能源管控过程中面临着能源类型众多，网络环境复杂、终端设备数量庞大、数据上送并发请求频繁，将各类能源进行有效管控，这就需要综合能源服务平台与各类子站、终端进行数据交互，主要需要提供安全、高可用、容灾能力强的数据采集服务。
为配合综合能源服务发展的要求，进行多种能源场景监控，完成能耗数据统计和分析，并最终基于数据分析提出优化解决方案推动节能减排发展，这些需求的实现需要基础数据的获取，需要解决大数据量采集过程中各类并发问题，需要开发一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，实现了电、气、水、冷/热等多种能源终端大数据量高并发的采集。在“双碳”背景下，对综合能源公司提供多活数据服务，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一方面，本发明提供一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统，包括：
采集子站部署于数据源端，向数据采集中心推送能源终端运行数据；数据采集中心由连接控制服务器、LVS虚拟IP分配服务器、负载均衡的消息总线、数据处理服务器组成，用以是采集子站的访问控制和高可用的数据接收采集；
所述采集子站，用于以104规约通信客户端或作为消息总线消息主题的生产者的方式推送数据；
所述连接控制服务器，用于根据数据采集中心配置的子站网络信息对数据中心的连接进行控制，将不在网络白名单内的连接请求进行断链响应；
所述LVS虚拟IP分配服务器，用于分配消息总线对采集子站暴露的虚拟IP 地址，使得多台消息总线服务器在异常时自动切换IP，保证数据传输的高可用；
所述消息总线用于根据采集子站数据传输规约类型与子站建立通信，支持 104规约的TCP/IP链接建立和KAFKA序列化消息的接收；
所述数据处理服务器，用于获取消息总线数据；所述数据处理服务器还用于根据数据的规约类型进行数据处理。
第二方面，本发明提供一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集方法，包括：
(1)采集子站依据自身设备基础，选择支持的通信方式与数据采集中心进行数据交互，通信方式支持电力104规约和KAFKA总线式消息传输。
(2)采集子站配置的数据采集中心的连接控制服务器的IP和规约类型，连接控制服务对采集子站进行筛选控制。
(3)通过筛选的子站将满足规约要求的数据报文转发至对应规约类型的消息总线，如104规约和KAFKA报文格式。
(4)数据处理服务将处理满足通信规约和报文格式的数据进行存储、分析和展示等处理。
进一步的，步骤(2)中连接控制服务器的IP由负载均衡(LVS)虚拟IP 分配服务器提供，通过KEEPALIVED高可用配置，所有服务器共享一个虚拟IP，即在KEEPALIVED中添加配置“VIRTUAL_IPADDRESS IP地址”，实现在主机宕机后，其他备机根据优先级升级为主机，享有该虚拟IP并持续对外提供各台服务器上均部署的连接控制服务。
控制服务遍历白名单中所有的已配置的子站IP，将不在IP名单内的其他请求进行过滤并断开连接；将子站IP在白名单内，配置的协议类型与请求端口不一致的连接请求断开连接；将符合白名单要求，协议类型与请求端口一致的连接请求数据进行分类别处理。
进一步的，步骤(3)中消息总线的设计，接受连接控制的访问控制，支持两种方式：104规约方式，服务端接收采集子站的在2404端口的建链请求，确定通信后进行数据的传输，在服务端数据校验异常时，采集子站进行数据的重发，完成发送后停止建链；基于KAFKA集群的序列化PROTO数据传输，KAFKA消息总线集群化部署，并通过ZOOKEEPER进行管理，对消息进行分区管理，采集子站作为生产者(PRODUCER)订阅消息主题，并往订阅主题上发送数据消息，实现消息分布式存储。
104规约方式服务的负载均衡通过NGINX配置方式实现，NGINX须在1.9版本以上，支持stream参数，通过stream配置，监听虚拟主机的2404端口，获取建链请求，并将数据转发至其他负载均衡服务器。
进一步的，步骤(4)中的数据解析方式，数据处理服务可以解析符合104 规约数据内容，并作为KAFKA总线消费者(CONSUMER)订阅消息主题，分布式消费子站上送数据进行数据存储和处理。
104规约通信方式在采集子站设备老旧，支持通信方式单一时使用，所发数据内容都必须按照电力104规约进行编码；KAFAKA总线式传输，在子站支持系统改造支持总线式通信方式时使用，所发内容需包含采集设备ID信息和设备运行数据信息，形式如“id＝id1；value_1＝value_11”，其中id1为设备ID， value_11为1类运行数据。
本发明所取得有益技术效果：
本发明通过在综合能源数据源端和数据采集之间部署数据上送的客户端，实现了综能园区与数据采集平台之间的数据交互，解决了当前多数新能源公司下辖控制子站众多，交互数据量巨大，支持采集规约不一致的技术问题，并且使用负载均衡的部署架构，提高了数据采集平台的高可用性和稳定性，实现减小单节点服务运行异常时，数据无法交互的风险，为用能单位终端设备耗能数据采集提供技术支持，为综能数据分析打下坚实基础。
本发明配合综合能源快速发展的需求，实现多种能源监控采集，提高传统资源利用率，提供了开放安全的主备切换的数据采集系统。在“双碳”背景下，对具备数量较多可控CPS的园区终端提供高可用数据采集服务，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的方法中服务调用过程流程图。
图2是本发明具体实施方法和数据交互流程示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。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。
实施例一、一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统，包括：采集子站、连接控制服务器、LVS虚拟IP分配服务器、负载均衡的消息总线、数据处理服务器，所述采集子站分别连接数据源端和数据采集中心；所述数据处理服务器，用于获取消息总线数据；所述数据处理服务器还用于根据数据的规约类型进行数据处理；
所述采集子站，用于以104规约通信客户端或作为消息总线消息主题的生产者的方式推送数据；
所述连接控制服务器，用于根据数据采集中心配置的子站网络信息对数据中心的连接进行控制，将不在网络白名单内的连接请求进行断链响应；
所述LVS虚拟IP分配服务器，用于分配消息总线对采集子站暴露的虚拟IP 地址，使得多台消息总线服务器在异常时自动切换IP，保证数据传输的高可用；
所述消息总线用于根据采集子站数据传输规约类型与子站建立通信，支持 104规约的TCP/IP链接建立和KAFKA序列化消息的接收；
数据处理服务器还用于响应于数据的存储、分析和展示，具体实现方法包括：数据接收处理服务，以TOMCAT为服务容器，用SPRING-MVC开发框架，封装JDBC相关接口，对接收数据的相关计算，完成数据解析、入库等操作。
实施例二、一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集方法，在实施例一的基础上，为了提供能源数据交互的安全性，必须对采集子站进行网络访问控制。
通过连接控制服务器，将采集子站的网络信息进行配置，并最终注册到 REDIS数据库中，每个采集子站的网络信息以“KEY-VALUE”的形式记录，每条记录的内容为“子站IP:协议类型,请求端口”，其中子站IP为KEY，协议类型和请求端口为VALUE，连接控制服务依据数据库中的信息对连接请求进行筛选控制。
控制服务遍历白名单中所有的已配置的子站IP，将不在IP名单内的其他请求进行过滤并断开连接；将子站IP在白名单内，配置的协议类型与请求端口不一致的连接请求断开连接；将符合白名单要求，协议类型与请求端口一致的连接请求数据进行分类别处理。
实施例三、一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集方法，在实施例二的基础上，为了服务的高可用性，本实施例中所述数据采集中心需要对采集子站提供唯一IP，但内部设计必须负载均衡、高可用，能够支撑大数据量的采集。
虚拟IP分配服务器，通过KEEPALIVED高可用配置实现，提供的基于VRRP 协议的动态虚拟IP动态分配服务，数据采集中心局域网内，多台服务器部署 KEEPALIVED服务，将其中任一台设为主机，其他服务器为备机；同时，所有服务器共享一个虚拟IP，即在KEEPALIVED中添加配置“VIRTUAL_IPADDRESS IP 地址”，实现在主机宕机后，其他备机根据优先级升级为主机，享有该虚拟IP 并持续对外提供各台服务器上均部署的连接控制服务。
KEEPALIVED主机配置中，其他备机添加配置“STATE BACKUP”，并增加优先级设置“PRIORITY优先级数值”，优先级数据依据主机宕机后，备机升级为主机的优先级设置对应值。
实施例四、一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集方法，在实施例一的基础上，为了满足采集子站多种基础设施场景，适配了2种通信规约方式，本实施例中进一步地，所述系统包括104规约方式，服务端接收采集子站的在 2404端口的建链请求，确定通信后进行数据的传输，在服务端数据校验异常时，采集子站进行数据的重发，完成发送后停止建链；基于KAFKA集群的序列化PROTO 数据传输，KAFKA消息总线集群化部署，并通过ZOOKEEPER进行管理，对消息进行分区管理，采集子站作为生产者(PRODUCER)订阅消息主题，并往订阅主题上发送数据消息，实现消息分布式存储。
其中KAFKA集群部署时自动支持负载均衡，而104规约方式需要使用NGINX 进行负载均衡设置。
NGINX须在1.9版本以上，支持stream参数，通过stream配置，监听虚拟主机的2404端口，获取建链请求，并将数据转发至其他负载均衡服务器。
实施例五、在实施例一的基础上，本实施例中所述方法还包括：数据处理服务可以解析符合104规约数据内容，并作为KAFKA总线消费者(CONSUMER) 订阅消息主题，分布式消费子站上送数据进行数据存储和处理。
104规约通信方式在采集子站设备老旧，支持通信方式单一时使用，所发数据内容都必须按照电力104规约进行编码；KAFAKA总线式传输，在子站支持系统改造支持总线式通信方式时使用，所发内容需包含采集设备ID信息和设备运行数据信息，形式如“id＝id1；value_1＝value_11”，其中id1为设备ID， value_11为1类运行数据。
本实施例在数据采集部署代理服务器集群，指定LVS服务器主机，其它作为备用LVS服务器；在消息总线服务器集群，指定一台作为数消息总线主机，其它作为备用消息总线服务器。
本实施例中首先需要采集子站请求数据采集上送节点上送数据。
本实施采集子站通过104规约的TCP/IP长链接方式和KAFKA消息总线生产者的方式上送采集数据。
连接控制通过REDIS注册采集子站网络信息，消息格式如下：采集子站IP: 规约类型,端口，其中，规约类型为104和KAFKA，端口为规约默认或指定端口。
本发明提供的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，通过综合能源数据采集子站端将数据交互请求发送至负载均衡的数据采集平台的绑定虚拟IP的消息总线服务器上，实现了综合能源数据在专用网络层进行数据采集。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：包括：采集子站、连接控制服务器、LVS虚拟IP分配服务器、负载均衡的消息总线、数据处理服务器，所述采集子站分别连接数据源端和数据采集中心；所述数据处理服务器，用于获取消息总线数据；所述数据处理服务器还用于根据数据的规约类型进行数据处理；
所述采集子站，用于以104规约通信客户端或作为消息总线消息主题的生产者的方式推送数据；
所述连接控制服务器，用于根据数据采集中心配置的子站网络信息对数据中心的连接进行控制，将不在网络白名单内的连接请求进行断链响应；
所述LVS虚拟IP分配服务器，用于分配消息总线对采集子站暴露的虚拟IP地址，使得多台消息总线服务器在异常时自动切换IP，保证数据传输的高可用；
所述消息总线用于根据采集子站数据传输规约类型与子站建立通信，支持104规约的TCP/IP链接建立和KAFKA序列化消息的接收。
2.根据权利要求1所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：所述连接控制服务器，将采集子站的网络信息进行配置，并最终存储到REDIS数据库中，每个采集子站的网络信息以“KEY-VALUE”的形式记录，每条记录的内容为“子站IP:协议类型,请求端口”，其中子站IP为KEY，协议类型和请求端口为VALUE，连接控制服务依据数据库中的信息对连接请求进行筛选控制。
3.根据权利要求2所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：筛选控制的方式如下：
(1)控制服务遍历白名单中所有的已配置的子站IP，将不在IP名单内的其他请求进行过滤并断开连接；
(2)将子站IP在白名单内，配置的协议类型与请求端口不一致的连接请求断开连接；
(3)将符合白名单要求，协议类型与请求端口一致的连接请求数据进行分类别处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：所述负载均衡(LVS)虚拟IP分配服务器，通过KEEPALIVED高可用配置实现，提供的基于VRRP协议的动态虚拟IP动态分配服务，数据采集中心局域网内，多台服务器部署KEEPALIVED服务，将其中任一台设为主机，其他服务器为备机；同时，所有服务器共享一个虚拟IP，即在KEEPALIVED中添加配置“VIRTUAL_IPADDRESS IP地址”，实现在主机宕机后，其他备机根据优先级升级为主机，享有该虚拟IP并持续对外提供各台服务器上均部署的连接控制服务。
5.根据权利要求4所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于，KEEPALIVED主机配置中，其他备机添加配置“STATE BACKUP”，并增加优先级设置“PRIORITY优先级数值”，优先级数据依据主机宕机后，备机升级为主机的优先级设置对应值。
6.根据权利要求1所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：所述消息总线支持2种数据交互方式，包括电力104规约的TCP/IP长链接直接报文数据传输方式和基于KAFKA集群的序列化PROTO数据传输。
7.根据权利要求6所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于：104规约方式，服务端接收采集子站的在2404端口的建链请求，确定通信后进行数据的传输，在服务端数据校验异常时，采集子站进行数据的重发，完成发送后停止建链；基于KAFKA集群的序列化PROTO数据传输，KAFKA消息总线集群化部署，并通过ZOOKEEPER进行管理，对消息进行分区管理，采集子站作为生产者(PRODUCER)订阅消息主题，并往订阅主题上发送数据消息，实现消息分布式存储。
8.根据权利要求7所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于，104规约方式服务的负载均衡通过NGINX配置方式实现，NGINX须在1.9版本以上，支持stream参数，通过stream配置，监听虚拟主机的2404端口，获取建链请求，并将数据转发至其他负载均衡服务器。
9.根据权利要求7所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于，104规约通信方式在采集子站设备老旧，支持通信方式单一时使用，所发数据内容都必须按照电力104规约进行编码；KAFAKA总线式传输，在子站支持系统改造支持总线式通信方式时使用，所发内容需包含采集设备ID信息和设备运行数据信息，形式如“id＝id1；value_1＝value_11”，其中id1为设备ID，value_11为1类运行数据。
10.根据权利要求3和权利要求7所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于，连接控制服务器不拦截白名单内子站支持104规约和支持KAFAKA消息总线的端口请求，支持区分协议类型并将连接数据转发至对应总线服务器。
11.根据权利要求1和权利要求7所述的一种基于多协议的负载均衡能源大数据采集系统及方法，其特征在于，所述数据处理服务器，可以解析符合104规约数据内容，并作为KAFKA总线消费者(CONSUMER)订阅消息主题，分布式消费子站上送数据进行数据存储和处理。
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