CN115225674A - 一种基于5g边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统 - Google Patents

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CN115225674A CN202210835153.2A CN202210835153A CN115225674A CN 115225674 A CN115225674 A CN 115225674A CN 202210835153 A CN202210835153 A CN 202210835153A CN 115225674 A CN115225674 A CN 115225674A
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赵敏
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韩超
党小燕
张丽霞
张琪
李海涛
王慧芳
毕胜
温志芳
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Abstract

本发明公开了一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,包括,至少一个配网数据接入终端,用于采集配电网的监测/监控/业务数据。配网数据接入终端包括视频终端和WiFi/以太网电表接入终端;上述视频终端用于采集电网监控、巡检、交互的可视化数据;WiFi/以太网电表接入终端用于采集用电、配电用户业务数据。5G边缘数据中心服务器与配网接入终端通过有线/无线接口相连汇聚多业务数据;实现汇聚数据的智能判决、视频压缩、多线程管理及协议封装。5G基站实现5G通信场景中的跨核心公网通信。本发明使每台终端都可起到中心逻辑单元的作用,就地执行跳闸,同时将处理信息传给运维中心,实现故障的精准隔离。

Description

一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统
技术领域
本申请涉及电网通讯领域,具体而言,涉及一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统。
背景技术
电力通信作为支撑智能电网信息化的重要基础设施,保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性。5G多场景适配可同时满足海量连接、大带宽、低时延等多样化电力业务需求,更有针对性地解决智能电网不同业务的通信需求,为智能电网不同业务提供差异化的网络服务能力。由于5G无线电磁波频率高、波长短、绕射能力差、衰减大,导致5G基站所需的站点数目是4G基站的3至4倍,与此同时,电网发展至今已经形成了较为完善的输电网络,杆塔资源丰富,遍布各地的电力杆塔为电网与5G网络“共享铁塔”提供良好的契机,为电网与移动通信的融合提供了现实场景。
如何利用5G网络同时承载多种电网业务的需求及解决电力小颗粒带宽的高效接入技术,实现网络跟随电网业务的需求而发生变化,实现网随云动或者网随业务需求而动的一种新型的接入网络架构,是电网在5G应用的一个关键问题。适配电力业务的通信终端、通信模块目前处于起步阶段,如何通过边缘计算,分布式下沉到智能化配电终端,实现电网智能终端之间的对等通信和关联协同,也是促进5G智能电网规模应用迫切需要解决的问题。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,电力通信网络是支撑智能电网发展的重要基础,保证了各级电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。构建大容量、安全可靠、泛在多业务灵活可信接入的配电通信网,是电力通信网络建设的重要组成部分之一。智能分布式配网保护技术能够实现故障区间的准确定位与隔离,故障智能化分布式协同处理,进一步缩短故障停电时间和范围。目前,35kV以上的骨干通信网已具备完善的全光骨干网络和可靠高效数据网络。而在配电通信网侧,根据智能分布式配网的需求,则需要建设大带宽、高可靠性、终端接入灵活、移动巡航部署、终端实时互动的“泛在化,全覆盖"配电通信接入网。5G网络架构所提供的超低时延、高隔离、高可靠性,能够实现智能分布式配电自动化精准控制的未来目标,从而使每台终端都可起到中心逻辑单元的作用,就地执行跳闸,同时将处理信息传给运维中心,实现故障的精准隔离。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统可以包括:
至少一个配网数据接入终端,用于采集配电网的监测/监控/业务数据。配网数据接入终端包括视频终端和WiFi/以太网电表接入终端;上述视频终端用于采集电网监控、巡检、交互的可视化数据;WiFi/以太网电表接入终端用于采集用电、配电用户业务数据。
5G边缘数据中心服务器与配网接入终端通过有线/无线接口相连汇聚多业务数据;实现汇聚数据的智能判决、视频压缩、多线程管理及协议封装;同时支持5G边缘数据中心服务器处理数据的5G入网。
5G基站,用于连接5G边缘数据中心服务器实现综合业务数据的5G网络侧接入,实现5G通信场景中的跨核心公网通信。
进一步地,视频终端包含:固定视频监控、巡检机器人视频监控、交互视频终端等视频业务采集端,支持配网的可视化决策等高级智能化管理。视频终端包含原码视频数据,通过HDMI/USB/CSI/以太网有线接口、WiFi无线接口接入5G边缘数据中心服务器。
进一步地,WiFi/以太网电表接入终端包含:用电仪表、电流、电压仪表,支持配网的电力能源监控、电力运维监控、安全用电监控功能。WiFi/以太网电表接入终端感知电网状态数据,通过WiFi网络和以太网接口接入5G边缘数据中心服务器。
进一步地,5G边缘数据中心服务器包括:边缘处理器,用于对多种数据业务进行多协议汇聚接收,格式转换,接入网数据封装和协议转换,以及控制功能;5G模组,通过USB3.0接口与边缘处理器相连,用于收发5G信号与基站通信;WIFi模组,与边缘处理器相连,用于收发WiFi信号,支持WiFi终端的业务数据采集;以太网网卡与网口,与边缘处理器相连,用于接收以太网终端的业务数据采集。
进一步地,5G边缘数据中心服务器还包括:支持浮点运算的AI处理器、Ubuntu操作系统、固态硬盘、4G天线、WiFi天线、USB3.0端口、CPU/GPU、加速器、IO接口、HDMI口、扩展口。
进一步地,云服务器包括:基于第三代
Figure BDA0003747593490000031
Figure BDA0003747593490000032
可扩展处理器2.6GHzIntelXeonPlatinum6271CPU;至强可拓展平台,支持基于GPU和FPGA的异构计算型数据处理;同时配套高性能网络,内网带宽1.5-22Gbps,支持40-700万pps网络收发包;安全组防火墙,支持虚拟防火墙,可以定义IP+端口的入站和出站访问策略,实现对云服务器双向流量访问控制,增强业务安全性。可并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路60帧的1080p码流的H.264/H.265视频编码。同时并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路60帧的1080p码流的H.264/H.265视频解码。
进一步地,至少3个5G边缘数据中心服务器,在5G网络架构中实现综合业务的优化接入与对等通信;在单个配网监测点部署至少一个5G边缘数据中心服务器,实现本地综合业务数据的汇聚、智能判决、流量优化、多线程管理,并封装成5G信号接入监测点5G基站;3个监测点的至少3个5G边缘数据中心服务器建立全网状拓扑的点对点数据传输通道,跨5G公网将综合业务数据以多线程隔离数据通道进行双向通信;单监测点的5G边缘数据中心服务器接收其他监测点的综合业务数据,执行关联节点综合业务数据判决和边缘计算节点数据中心功能,并根据关联结果进行预警、溯源与本地决策。
基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统包括以下步骤:
步骤S1,配网数据接入终端实现视频采集、信息感知获得综合业务数据,并将采集综合业务数据通过适配接口接入监测点部署的5G边缘数据中心服务器。
步骤S2,各监测点部署的5G边缘数据中心服务器实现配网综合业务数据的汇聚、智能判决、流量优化、多线程管理,并封装成5G信号接入监测点5G基站并上传给其他5G边缘数据中心服务器。
步骤S3,建立多个5G边缘数据中心服务器点对点双向连接、实现多线程数据通道、双向对等通信。
步骤S4,单点5G边缘数据中心服务器接收其他节点5G边缘数据中心服务器综合业务数据,执行视频转码,并实现协同关联判决的边缘计算节点数据中心功能。
与现有技术相比较,本申请通过在配网部署多点5G边缘数据中心服务器实现综合业务的自适应感知、采集与控制,执行配网多线程综合业务智能优化、识别和5G入网;通过建立多点5G边缘数据中心服务器全网状拓扑连接,实现多监测点5G边缘数据中心服务器的对等、双向通信;5G边缘数据中心服务器在执行本地数据识别、本地预警的基础上,汇聚其他监测点的5G边缘数据中心服务器多线程综合业务数据,关联分析与预警,实现边缘计算节点数据中心的建设及数据内、外部的关联与传输。完成配电自动化终端边缘计算接入技术架构和双向通信功能,实现配电自动化终端技术平台边缘计算技术的升级。通过构建配电自动化异构通信网络综合接入模型,满足配网不同应用场景需求,实现网络结构的灵活部署和智能应用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1是根据本申请实施例的5G边缘数据中心服务器结构的示意图。
图2是根据本申请实施例的基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统的示意图。
图3是根据本申请实施例的基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统的流程图。
图4是根据本申请实施例的5G边缘数据中心服务器功能的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本申请实施例的一方面,如图1和图2所示,一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统可以包括:
至少一个配网数据接入终端(图1中仅示意性示出了1个视频终端、1个电表接入终端),用于采集配电网的监测/监控/业务数据。
视频终端用于采集电网监控、巡检、交互的可视化数据;电网传感器终端用于采集毒气、烟感、温湿度等环境数据,电流、电压等电网状态数据;WiFi/以太网电表接入终端用于采集用电、配电等用户业务数据。
5G边缘数据中心服务器与配网接入终端通过有线/无线接口相连汇聚多业务数据;实现汇聚数据的智能判决、视频压缩、多线程管理及协议封装;同时支持5G边缘数据中心服务器处理数据的5G入网。
5G基站,用于连接5G边缘数据中心服务器实现综合业务数据的5G网络侧接入,实现5G通信场景中的跨核心公网通信。
在其中一些实施例中,视频终端包含:固定视频监控、巡检机器人视频监控、交互视频终端等视频业务采集端,支持配网的可视化决策等高级智能化管理。
可选地,视频终端包含原码视频数据,可通过HDMI/USB/CSI/以太网有线接口、WiFi等无线接口接入5G边缘数据中心服务器。
在其中一些实施例中,电表接入终端包含:用电仪表、电流、电压仪表等,支持配网的电力能源监控、电力运维监控、安全用电监控等功能。
可选地,电表接入终端感知电网状态数据,可通过WiFi网络和以太网接口接入5G边缘数据中心服务器。
在其中一些实施例中,5G边缘数据中心服务器可以包括:NVIDIAJetsonAGXXavier边缘处理器,用于对多种数据业务进行多协议汇聚接收,格式转换,接入网数据封装和协议转换,以及控制功能;5G模组,通过USB3.0接口与边缘处理器相连,用于收发5G信号与基站通信;WIFi模组,与边缘处理器相连,用于收发WiFi信号,支持WiFi终端的业务数据采集;以太网网卡与网口,与边缘处理器相连,用于接收以太网终端的业务数据采集。
可选地,5G边缘数据中心服务器还可以包括:支持浮点运算的AI处理器、Ubuntu操作系统、固态硬盘、4G天线、WiFi天线、USB3.0端口、CPU/GPU、加速器、IO接口、HDMI口、扩展口等。支持电源供电和电池供电。
在其中一些实施例中,云服务器可以包括:基于第三代
Figure BDA0003747593490000061
Figure BDA0003747593490000062
可扩展处理器2.6GHzIntelXeonPlatinum6271CPU;至强可拓展平台,支持基于GPU和FPGA的异构计算型数据处理;同时配套高性能网络,内网带宽1.5-22Gbps,支持40-700万pps网络收发包;安全组防火墙,支持虚拟防火墙,可以定义IP+端口的入站和出站访问策略,实现对云服务器双向流量访问控制,增强业务安全性。可并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路60帧的1080p码流的H.264/H.265视频编码。同时并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路60帧的1080p码流的H.264/H.265视频解码。
在其中一些实施例中,至少3个5G边缘数据中心服务器,在5G网络架构中实现综合业务的优化接入与对等通信;在单个配网监测点部署至少一个5G边缘数据中心服务器,实现本地综合业务数据的汇聚、智能判决、流量优化、多线程管理,并封装成5G信号接入监测点5G基站;3个监测点的至少3个5G边缘数据中心服务器建立全网状拓扑的点对点数据传输通道,跨5G公网将综合业务数据以多线程隔离数据通道进行双向通信;单监测点的5G边缘数据中心服务器接收其他监测点的综合业务数据,执行关联节点综合业务数据判决和边缘计算节点数据中心功能,并根据关联结果进行预警、溯源与本地决策。
如图3所示,基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统可以包括以下步骤:
步骤S1,配网数据接入终端实现视频采集、信息感知获得综合业务数据,并将采集综合业务数据通过适配接口接入监测点部署的5G边缘数据中心服务器。
步骤S2,各监测点部署的5G边缘数据中心服务器实现配网综合业务数据的汇聚、智能判决、流量优化、多线程管理,并封装成5G信号接入监测点5G基站并上传给其他5G边缘数据中心服务器。
步骤S3,建立多个5G边缘数据中心服务器点对点双向连接、实现多线程数据通道、双向对等通信。
步骤S4,单点5G边缘数据中心服务器接收其他节点5G边缘数据中心服务器综合业务数据,执行视频转码,并实现协同关联判决的边缘计算节点数据中心功能。
在其中一些实施例中,配网数据接入终端采集多类型综合业务数据可以包括如下步骤,提供:
(1)固定视频监控、巡检机器人视频监控、交互视频终端等视频业务采集利用超高清/高清摄像头模组,采集配网监控、监视视频数据,包括单不限于YUV4:2:2原码格式视频流,可通过HDMI/USB/CSI接口接入5G边缘数据中心服务器。
(2)电表接入终端利用电流、电压仪表、多功能网络电力仪表采集电网状态数据,包括单不限于电流、电压、频率、电能、功率、功率因素等用于电力能源监控、电力运维监控、安全用电监控等电网状态参数,可通过WiFi网络、以太网接口、串口、USB口接入5G边缘数据中心服务器。
在其中一些实施例中,配网数据接入终端采集的多类型综合业务数据通过5G边缘数据中心服务器实现控制汇聚功能、智能判决、流量优化、多线程管理和5G协议封装与5G网络接入功能,可以包括:
具体地,5G边缘数据中心服务器实现配网综合业务数据的汇聚与控制。
(1)5G边缘数据中心服务器通过HDMI/USB/CSI/串口直接接收,或通过WiFi模块、以太网卡解码多类型配网状态数据。
(2)5G边缘数据中心服务器控制系统采集视频原码数据,控制视频数据的码率和分辨率,可选地分辨率从1280p到3840p,帧率从30帧到60帧。
(3)5G边缘数据中心服务器控制系统控制电表接入终端感知配网状态数据的频次,可选地采样频率从每秒10次到60次。
具体地,将汇聚电网状态数据进行数字化和智能判决:
(1)NVIDIAJetsonAGXXavier边缘处理器使用ADC芯片完成配网状态数据的模拟信号数字化、数字信号采样。
(2)存储数字化配网状态数据,每秒标识并记录系统时间。
(3)设定多维数据判决阈值,对接收和存储的配网状态数据进行异常数据提取。
(4)将多维异常数据进行联合判定,电流、电压数据的过载预警,用电数据的峰值预警,及停电预警。
具体地,将汇聚原码视频数据进行流量优化:
(1)5G边缘数据中心服务器对YUV原码数据进行存储、转码并推送给视频播放器。
(2)并行地,5G边缘数据中心服务器的NVIDIAJetsonAGXXavier边缘处理器对YUV原码数据进行H.264/H.265视频压缩,控制帧率和分辨率,可选地,可并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路30帧的1080p码流的视频编码和视频推流。
(3)将压缩视频码流进行flv格式封装,转码成流媒体格式。
具体地,将压缩和流媒体转码的视频流、异常数据和预警结果数据进行多线程管理,可以包括:
(1)5G边缘数据中心服务器分配公有IP与其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接,维持至少2路数据通道,用以传输异常数据和预警结果数据。
(2)将压缩和流媒体转码的视频流封装为RTMP格式,其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接,维持至少1路视频数据推流通道,按照多线程推流综合业务视频压缩数据。
具体地,将视频流RTMP数据与异常数据和预警结果数据经由5G模组,进行5G协议封装,完成5G网络接入功能:
(1)将视频流RTMP格式数据封装成5G协议数据完成5G入网,通过RTMP流媒体通道传输给其他单点5G边缘数据中心服务器。
(2)将异常数据和预警结果数据封装成MQTT格式,直接进行5G协议转码并完成5G入网,传输给其他单点5G边缘数据中心服务器。
在其中一些实施例中,建立多个5G边缘数据中心服务器点对点双向连接、实现多线程数据通道、双向对等通信等功能,可以包括:
具体地,单个5G边缘数据中心服务器建立所有连接的5G边缘数据中心服务器白名单数据库:
(1)单个5G边缘数据中心服务器收集公网内其他建立连接的5G边缘数据中心服务器的IP地址、MAC地址、地理信息,认证并建立白名单数据库。
(2)单个5G边缘数据中心服务器实时监测所有建立连接的其他5G边缘数据中心服务器动态IP地址,不断更新ARP缓存;当ARP缓存IP变化时,更新白名单数据库。
具体地,单个5G边缘数据中心服务器接收其他单个5G边缘数据中心服务器拉流请求:
(1)单个5G边缘数据中心服务器接收到其他5G边缘数据中心服务器建立连接请求、拉流请求和身份验证请求,拉流申请本监测点预警数据与预警结果,拉流申请本监测点实时RTMP视频流数据。
(2)单个5G边缘数据中心服务器验证拉流申请的其他5G边缘数据中心服务器终端用户身份,通过验证并建立连接。
具体地,单点5G边缘数据中心服务器与其他5G边缘数据中心服务器建立连接并上传多线程综合业务数据,实现下行多线程数据通道:
(1)单个5G边缘数据中心服务器利用其他单点5G边缘数据中心服务器分配的公网IP,建立连接和白名单认证。
(2)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程数据下行通道,包括至少1路传输视频流的RTMP推流通道,至少2路传输异常数据和预警结果数据的MQTT数据推送通道。
(3)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程下行数据通道依据5G边缘数据中心服务器IP与分配端口号标识独立线程,实现IP与MAC地址标记5G边缘数据中心服务器,端口号标识独立线程的数据通道。
具体地,5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接并拉流多线程综合业务数据,实现上行行多线程数据通道:
(1)单个5G边缘数据中心服务器利用其他单点5G边缘数据中心服务器分配的公网IP,建立双向连接。
(2)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程数据上行通道,包括至少1路传输视频流的RTMP拉流通道,至少2路传输异常数据和预警结果数据的MQTT数据接收通道,可选地,可并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路30帧的1080p码流的视频拉流。
(3)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程上行数据通道依据5G边缘数据中心服务器IP与分配端口号标识独立线程,实现IP与MAC地址标记5G边缘数据中心服务器,端口号标识独立线程的数据通道,可选地,根据单点5G边缘数据中心服务器视频流的解码和视频处理能力,单点5G边缘数据中心服务器可以与4-32个单点5G边缘数据中心服务器建立下行多线程数据通道。
具体地,本发明以3个5G边缘数据中心服务器为例,建立全网状拓扑结构,实现5G边缘数据中心服务器之间双向通信。
(1)单个5G边缘数据中心服务器同时与其他2个5G边缘数据中心服务器建立多线程推流数据通道,向其他2个5G边缘数据中心服务器以业务隔离的形式推送本监测点的RTMP推流数据与异常数据和预警结果数据。
(2)单个5G边缘数据中心服务器同时与其他2个5G边缘数据中心服务器建立多线程拉流数据通道,获得其他2个5G边缘数据中心服务器以业务隔离的形式推送的RTMP推流数据与异常数据和预警结果数据。
在其中一些实施例中,单点5G边缘数据中心服务器接收其他节点5G边缘数据中心服务器综合业务数据,执行视频转码,并实现协同关联判决的边缘计算节点数据中心功能,可以包括:
具体地,本发明以3个5G边缘数据中心服务器为例,单点5G边缘数据中心服务器与其他2个5G边缘数据中心服务器建立连接并拉流多线程综合业务数据:
(1)单个5G边缘数据中心服务器与其他2个5G边缘数据中心服务器建立多线程数据下行通道,包括至少2路传输视频流的RTMP推流数据,至少4路传输异常数据和预警结果数据的MQTT数据。
(2)单个5G边缘数据中心服务器接收其他2个5G边缘数据中心服务器多线程数据,以IP和MAC地址标记监测点,以端口号标记RTMP推流、异常数据和预警结果数据,并实时存储到本地5G边缘数据中心服务器缓存。
具体地,单点5G边缘数据中心服务器将本节点视频数据与接收其他2个5G边缘数据中心服务器的视频数据进行视频转码:
(1)单个5G边缘数据中心服务器将拉流的2路RTMP流媒体数据,解封装成压缩视频流。
(2)单个5G边缘数据中心服务器的NVIDIAJetsonAGXXavier边缘处理器执行对压缩视频流的H.264/H.265视频解压缩,解码成YUV视频格式,并控制帧率和分辨率,可选地,可并行支持4路60帧的4K码流、8路30帧的4K码流、16路60帧的1080p码流及32路30帧的1080p码流的视频解码。
(3)将本地5G边缘数据中心服务器与汇聚解码的至少3路原码视频流,根据播放器格式需求进行转码并推送给视频播放器,可选的,可以将YUV格式转码为AVI、wma、rmvb、rm、flash、mp4、mid、3GP等数据格式。
具体地,单点5G边缘数据中心服务器汇聚其他2个监测点5G边缘数据中心服务器的异常数据和预警结果数据进行关联协同、溯源和预警,边缘计算节点数据中心功能:
(1)单点5G边缘数据中心服务器汇聚本地与其他2个监测点5G边缘数据中心服务器的异常数据和预警结果数据,可选地,包含用电异常、用电高峰、停电故障等数据。
(2)通过白名单数据库执行预警和地理关联,定位预警区域和异常数据特征。
(3)将异常预警数据和异常监测点地理关联模型,发送给本地管理员,进行整体性故障排查和多点预警,执行本地拉闸和配电状态调整,提升本地响应速度和用电故障多点感知。
上述方法中,基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统的主要原理:以3个5G边缘数据中心服务器为例,在3个配网监测点每个配网监测点部署1个5G边缘数据中心服务器完成本体综合业务数据的采集和感知,首先执行本地业务的智能识别、流量优化与5G网络接入。在网络层建立3个5G边缘数据中心服务器全网状双向数据通道,实现5G边缘数据中心服务器之间的终端对等双向通信。本地5G边缘数据中心服务器接收其他2个配网监测点的5G边缘数据中心服务器综合业务异常数据与预警结果,结合本地综合业务数据预警结果进行联合、协同判定,结合白名单数据库执行多点监测、精确溯源、本地决策,配网大范围多监测点的协同管理,本地中心数据处理和快速反应,升级本地终端的智能化水平和边缘处理能力。
如图4所示,一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统基于5G边缘数据中心服务器设计的6个功能模块:
(1)综合业务数据汇聚与控制模块,汇聚监测点本地综合业务数据,并控制综合业务数据的分别率、帧率、采样频率、监测频率。
(2)智能识别功能模块,针对配网状态数据业务,设定多维数值分析模型和异常数据提取模型,进行多维数据的融合、核信息提取与关联判决。
(3)流量优化功能模块,完成原码视频流的视频压缩与流媒体协议封装。
(4)多线程管理模块,与其他5G边缘数据中心服务器建立多线程数据通道,实现IP与MAC地址标记5G边缘数据中心服务器,端口号标识独立线程的数据通道。
(5)5G接入网模块,实现多线程流媒体业务与数据业务的网络隔离传输,并封装成5G协议,适配5G模组,实现综合业务数据的5G接入网功能,支持5G边缘数据中心服务器之间的双向对等通信。
(6)边缘计算节点数据中心模块,接收其他5G边缘数据中心服务器综合业务数据,结合本地综合业务数据执行多点联合判别、精确溯源、协同预警与本地决策,实现边缘计算节点数据中心功能。
本申请实施例还提供了一种边缘计算机设备,结合本申请实施例一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统可以由计算机设备来实现。
计算机设备以NVIDIAJetsonAGXXavier边缘GPU搭建边缘计算综合业务服务器。集成1块CPU、1块GPU、1块显存、1个固态存储、1个视频编码器、1个视频解码器、6个摄像头接口、1个视频加速器、1个以太网卡、1个以太网口、1个蓝牙接口、1个4G模块和无线网卡天线、1个WiFi模块、40个PIN引脚、4个USB3.2接口、3个HDMI口、电源接口。
具体地,CPU采用12核ArmCortex-A78AEv8.2处理器,支持64-bitCPU,3MBL2+6MBL3;边缘计算GPU搭载2048个NVIDIA*CUDA核心和64个Tensor Cores的NVIDIAAmpere架构,支持275TOPSAI算力。采用PVAv2.0视觉加速器,视频编解码器支持2路4K和1路8K视频H.264/H.264编解码。
其中显存32GB256位LPDDRS,读取速度204.8GB/s;存储器为64GBeMMC5.1。
新的SCE包含双ArmCortex-R5处理器,可用于集成故障检测机制、锁步子系统并支持内置系统测试。Cortex-R5处于永远在线的域中,可用于安全和纠错功能。还包括硬件验证安全启动、硬件加速加密、加密存储支持、内存和其他保护客户软件的安全功能。
NVIDIAJetsonAGXXavier处理器可承受高达50G、11ms、Halfsine的运行和非运行时的140G、2ms、Halfsine。DRAM和GPUECC有纠错码。
另外,结合上述实施例中的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令;该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种基于5G云端适配的配网综合业务接入系统。
可选地,本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例,本实施例在此不再赘述。
可选地,在本实施例中,上述存储介质可以包括但不限于:U盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在存储介质中,包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的客户端,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
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,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,包括:
至少一个配网数据接入终端,用于采集配电网的监测/监控/业务数据;配网数据接入终端包括视频终端和WiFi/以太网电表接入终端;上述视频终端用于采集电网监控、巡检、交互的可视化数据;WiFi/以太网电表接入终端用于采集用电、配电用户业务数据;
5G边缘数据中心服务器与配网接入终端通过有线/无线接口相连汇聚多业务数据;实现汇聚数据的智能判决、视频压缩、多线程管理及协议封装;同时支持5G边缘数据中心服务器处理数据的5G入网;
5G基站,用于连接5G边缘数据中心服务器实现综合业务数据的5G网络侧接入,实现5G通信场景中的跨核心公网通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,视频终端包含:固定视频监控、巡检机器人视频监控、交互视频终端等视频业务采集端,支持配网的可视化决策等高级智能化管理;视频终端包含原码视频数据,通过HDMI/USB/CSI/以太网有线接口、WiFi无线接口接入5G边缘数据中心服务器。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,WiFi/以太网电表接入终端包含:用电仪表、电流、电压仪表,支持配网的电力能源监控、电力运维监控、安全用电监控功能;WiFi/以太网电表接入终端感知电网状态数据,通过WiFi网络和以太网接口接入5G边缘数据中心服务器。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,5G边缘数据中心服务器包括:边缘处理器,用于对多种数据业务进行多协议汇聚接收,格式转换,接入网数据封装和协议转换,以及控制功能;5G模组,通过USB3.0接口与边缘处理器相连,用于收发5G信号与基站通信;WIFi模组,与边缘处理器相连,用于收发WiFi信号,支持WiFi终端的业务数据采集;以太网网卡与网口,与边缘处理器相连,用于接收以太网终端的业务数据采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,5G边缘数据中心服务器还包括:支持浮点运算的AI处理器、Ubuntu操作系统、固态硬盘、4G天线、WiFi天线、USB3.0端口、CPU/GPU、加速器、IO接口、HDMI口、扩展口。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,至少3个5G边缘数据中心服务器,在5G网络架构中实现综合业务的优化接入与对等通信;在单个配网监测点部署至少一个5G边缘数据中心服务器,并封装成5G信号接入监测点5G基站;3个监测点的至少3个5G边缘数据中心服务器建立全网状拓扑的点对点数据传输通道,跨5G公网将综合业务数据以多线程隔离数据通道进行双向通信;单监测点的5G边缘数据中心服务器接收其他监测点的综合业务数据,执行关联节点综合业务数据判决和边缘计算节点数据中心功能,并根据关联结果进行预警、溯源与本地决策。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,该系统包括以下步骤:
步骤S1,配网数据接入终端实现视频采集、信息感知获得综合业务数据,并将采集综合业务数据通过适配接口接入监测点部署的5G边缘数据中心服务器;
步骤S2,各监测点部署的5G边缘数据中心服务器实现配网综合业务数据的汇聚、智能判决、流量优化、多线程管理,并封装成5G信号接入监测点5G基站并上传给其他5G边缘数据中心服务器;
步骤S3,建立多个5G边缘数据中心服务器点对点双向连接、实现多线程数据通道、双向对等通信;
步骤S4,单点5G边缘数据中心服务器接收其他节点5G边缘数据中心服务器综合业务数据,执行视频转码,并实现协同关联判决的边缘计算节点数据中心功能。
8.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,配网数据接入终端采集多类型综合业务数据包括如下步骤,提供:
(1)固定视频监控、巡检机器人视频监控、交互视频终端等视频业务采集利用超高清/高清摄像头模组,采集配网监控、监视视频数据,包括YUV4:2:2原码格式视频流,通过HDMI/USB/CSI接口接入5G边缘数据中心服务器;
(2)电表接入终端利用电流、电压仪表、多功能网络电力仪表采集电网状态数据,包括电流、电压、频率、电能、功率、功率因素用于电力能源监控、电力运维监控、安全用电监控电网状态参数,通过WiFi网络、以太网接口、串口、USB口接入5G边缘数据中心服务器。
9.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,配网数据接入终端采集的多类型综合业务数据通过5G边缘数据中心服务器实现控制汇聚功能、智能判决、流量优化、多线程管理和5G协议封装与5G网络接入功能,包括:
5G边缘数据中心服务器实现配网综合业务数据的汇聚与控制;
(1)5G边缘数据中心服务器通过HDMI/USB/CSI/串口直接接收,或通过WiFi模块、以太网卡解码多类型配网状态数据;
(2)5G边缘数据中心服务器控制系统采集视频原码数据,控制视频数据的码率和分辨率;
(3)5G边缘数据中心服务器控制系统控制电表接入终端感知配网状态数据的频次;
将汇聚电网状态数据进行数字化和智能判决:
(1)NVIDIA Jetson AGX Xavier边缘处理器使用ADC芯片完成配网状态数据的模拟信号数字化、数字信号采样;
(2)存储数字化配网状态数据,每秒标识并记录系统时间;
(3)设定多维数据判决阈值,对接收和存储的配网状态数据进行异常数据提取;
(4)将多维异常数据进行联合判定,电流、电压数据的过载预警,用电数据的峰值预警,及停电预警;
将汇聚原码视频数据进行流量优化:
(1)5G边缘数据中心服务器对YUV原码数据进行存储、转码并推送给视频播放器;
(2)并行地,5G边缘数据中心服务器的NVIDIA Jetson AGX Xavier边缘处理器对YUV原码数据进行H.264/H.265视频压缩,控制帧率和分辨率;
(3)将压缩视频码流进行flv格式封装,转码成流媒体格式;
将压缩和流媒体转码的视频流、异常数据和预警结果数据进行多线程管理,包括:
(1)5G边缘数据中心服务器分配公有IP与其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接,维持至少2路数据通道,用以传输异常数据和预警结果数据;
(2)将压缩和流媒体转码的视频流封装为RTMP格式,其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接,维持至少1路视频数据推流通道,按照多线程推流综合业务视频压缩数据;
将视频流RTMP数据与异常数据和预警结果数据经由5G模组,进行5G协议封装,完成5G网络接入功能:
(1)将视频流RTMP格式数据封装成5G协议数据完成5G入网,通过RTMP流媒体通道传输给其他单点5G边缘数据中心服务器;
(2)将异常数据和预警结果数据封装成MQTT格式,直接进行5G协议转码并完成5G入网,传输给其他单点5G边缘数据中心服务器。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘数据中心的配网综合业务终端对等通信系统,其特征在于,建立多个5G边缘数据中心服务器点对点双向连接、实现多线程数据通道、双向对等通信等功能,包括:
单个5G边缘数据中心服务器建立所有连接的5G边缘数据中心服务器白名单数据库:
(1)单个5G边缘数据中心服务器收集公网内其他建立连接的5G边缘数据中心服务器的IP地址、MAC地址、地理信息,认证并建立白名单数据库;
(2)单个5G边缘数据中心服务器实时监测所有建立连接的其他5G边缘数据中心服务器动态IP地址,不断更新ARP缓存;当ARP缓存IP变化时,更新白名单数据库;
单个5G边缘数据中心服务器接收其他单个5G边缘数据中心服务器拉流请求:
(1)单个5G边缘数据中心服务器接收到其他5G边缘数据中心服务器建立连接请求、拉流请求和身份验证请求,拉流申请本监测点预警数据与预警结果,拉流申请本监测点实时RTMP视频流数据;
(2)单个5G边缘数据中心服务器验证拉流申请的其他5G边缘数据中心服务器终端用户身份,通过验证并建立连接;
单点5G边缘数据中心服务器与其他5G边缘数据中心服务器建立连接并上传多线程综合业务数据,实现下行多线程数据通道:
(1)单个5G边缘数据中心服务器利用其他单点5G边缘数据中心服务器分配的公网IP,建立连接和白名单认证;
(2)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程数据下行通道,包括至少1路传输视频流的RTMP推流通道,至少2路传输异常数据和预警结果数据的MQTT数据推送通道;
(3)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程下行数据通道依据5G边缘数据中心服务器IP与分配端口号标识独立线程,实现IP与MAC地址标记5G边缘数据中心服务器,端口号标识独立线程的数据通道;
5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立连接并拉流多线程综合业务数据,实现上行行多线程数据通道:
(1)单个5G边缘数据中心服务器利用其他单点5G边缘数据中心服务器分配的公网IP,建立双向连接;
(2)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程数据上行通道,包括至少1路传输视频流的RTMP拉流通道,至少2路传输异常数据和预警结果数据的MQTT数据接收通道;
(3)单个5G边缘数据中心服务器与其他单点5G边缘数据中心服务器建立多线程上行数据通道依据5G边缘数据中心服务器IP与分配端口号标识独立线程,实现IP与MAC地址标记5G边缘数据中心服务器,端口号标识独立线程的数据通道,根据单点5G边缘数据中心服务器视频流的解码和视频处理能力,单点5G边缘数据中心服务器与4-32个单点5G边缘数据中心服务器建立下行多线程数据通道;
3个5G边缘数据中心服务器建立全网状拓扑结构,实现5G边缘数据中心服务器之间双向通信;
(1)单个5G边缘数据中心服务器同时与其他2个5G边缘数据中心服务器建立多线程推流数据通道,向其他2个5G边缘数据中心服务器以业务隔离的形式推送本监测点的RTMP推流数据与异常数据和预警结果数据;
(2)单个5G边缘数据中心服务器同时与其他2个5G边缘数据中心服务器建立多线程拉流数据通道,获得其他2个5G边缘数据中心服务器以业务隔离的形式推送的RTMP推流数据与异常数据和预警结果数据。
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