CN117544704A - 基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法 - Google Patents

基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法 Download PDF

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CN117544704A CN202311445870.5A CN202311445870A CN117544704A CN 117544704 A CN117544704 A CN 117544704A CN 202311445870 A CN202311445870 A CN 202311445870A CN 117544704 A CN117544704 A CN 117544704A
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Abstract

本发明提供一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,智能电表通过LwM2M协议登录服务器;智能电表通过UDP端口接收服务器发送的帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查后转发给LwM2M层,或者DLMS/COSEM层,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。本发明的通信方法使得不同服务器平台间登录方式都采用LwM2M的方式登录,通过LwM2M中的CoAP协议传输DLMS/COSEM数据帧,提高平台间的兼容性,优化设备管理性能。

Description

基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法
技术领域
本发明涉及智能电表领域,更具体地,涉及基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法。
背景技术
DLMS/COSEM(Device Language Message Specification/CompanionSpecification for Energy Metering)是一种用于能源计量领域的通信协议,被广泛应用于智能电表和相关能源管理系统中。
但是,在DLMS/COSEM协议中并没有定义针对服务器的登录过程。通常服务器通过DLMS/COSEM协议与智能电表进行通信前,需要预先将已知的智能电表地址添加到服务器端,随后服务器端才可通过地址信息去连接对应的智能电表。或者智能电表和服务器之间通过自定义的方式定义智能电表登录服务器的流程。
这两种方式都存在着新增智能电表繁琐,服务器平台间兼容性问题。
发明内容
本发明的目的是针对智能电表登录服务器过程繁琐、服务器平台间兼容性差的问题,提出一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法。
本发明的技术方案是:
本发明提供一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法:
智能电表通过LwM2M协议登录服务器,使服务器与智能电表建立连接;
服务器通过UDP协议向智能电表UDP端口发送LwM2M协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧;
智能电表通过UDP端口接收帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查,判断数据帧是否为HDLC格式,如果是则将数据转发给DLMS/COSEM层,否则,将数据转发给LwM2M层;
DLMS/COSEM层或者LwM2M层接收数据,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。
进一步地,智能电表上电后,初始化并配置通信模块执行驻网;
待通信模块驻网成功后,配置服务器信息;所配置的服务器为引导服务器或者正式服务器,能够执行LwM2M标准定义的登录流程;
执行登录服务器流程,如果登录服务器失败,等待一个下次注册时间再执行登录服务器流程。
进一步地,智能电表与服务器建立连接后;
智能电表通过LwM2M协议的对象和资源的数据模块来描述自身的设备信息,包括功能和属性;
服务器端通过LwM2M协议读取智能电表设备定义的对象和资源,获取智能电表的运行状态,包括电压、电流和功率信息。
进一步地,智能电表与服务器建立连接后;
服务器端通过连接通道采用DLMS/COSEM协议采集智能电表的设备信息和运行状态。
进一步地,DTLS层执行以下步骤:
DTLS层接收数据时,对数据有效性进行验证;验证通过后,判断是否为加密数据,如果是则解密为明文后传输至CoAP层,否则,直接传输至CoAP层;
DTLS层接收回复数据时,对回复来文加密的数据进行加密处理后通过UDP协议传输给对端服务器。
进一步地,CoAP层执行以下步骤:
CoAP层接收数据时,对数据进行重组与完整性验证,验证通过后将数据传输至协议适配层;
CoAP层接收到回复数据时,对数据进行封包组帧处理,将封包组帧处理后的数据传送到DTLS层。
进一步地,如果回复数据超过预设长度,则执行分包处理后传送到DTLS层。
进一步地,DLMS/COSEM层和LwM2M层均通过LwM2M的COAP协议进行数据传输;CoAP传输协议采用UDP协议进行数据传输。
进一步地,智能电表更换服务器平台时,通过LwM2M协议将需要更换的服务器信息、引导服务器信息写入当前的引导服务器内,关闭旧服务器的网站;
智能电表从引导服务器下载所述写入的需要更换的服务器信息以及引导服务器信息,用于更换服务器和引导服务器,并进行登录。
一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法的智能电表,包括:
登录模块,通过LwM2M协议登录服务器,使服务器与智能电表建立连接;
通信模块,通过UDP端口接收服务器发送的LwM2M协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查,判断数据帧是否为HDLC格式,如果是则将数据转发给DLMS/COSEM层,否则,将数据转发给LwM2M层;
DLMS/COSEM层或者LwM2M层接收数据,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。
本发明的有益效果:
本发明通过DLMS/COSEM协议和LwM2M协议的应用结合,解决DLMS/COSEM协议中没有定义针对服务器的登录流程,使不同服务器平台间登录方式都采用LwM2M的方式登录,并且智能电表登录服务器后除可使用正常的LwM2M服务外,还可通过LwM2M中的CoAP协议传输DLMS/COSEM数据帧,提高平台间的兼容性,优化设备管理性能。
本发明中,LwM2M采用CoAP作为数据传输协议,用于满足物联网设备资源受限的要求。CoAP传输协议采用UDP协议进行数据传输,相较于TCP协议存在低延迟、通信开销低,没有拥塞控制,灵活性高等特点。
本发明中,通过COAP协议进行数据传输时,服务器抄读标准LwM2M定义的对象资源和通过DLMS/COSEM协议进行抄表业务时,都可通过LwM2M协议提供的DTLS的加密和认证功能对通信数据提供机密性和完整性保障。
本发明通过LwM2M的bootstrap功能,可提高智能电表更换服务器平台的灵活度和方便性。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施方式中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了智能电表的DLMS/COSEM协议结合LwM2M协议的架构框图。
图2示出了智能电表与服务器的登录流程图。
图3示出了服务器与智能电表采用LwM2M协议和DLMS/COSEM协议的数据交互示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
图2、3出了根据本发明的一个实施例的智能电表与服务器的登录、数据交互示意图;如图2、3所示,该基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,包括:
智能电表上电后,初始化并配置通信模块执行驻网;待通信模块驻网成功后,配置服务器信息;所配置的服务器为引导服务器或者正式服务器,能够执行LwM2M标准定义的登录流程;执行登录服务器流程,如果登录服务器失败,等待一个下次注册时间再执行登录服务器流程;
智能电表通过LwM2M协议登录服务器后,使服务器与智能电表建立连接;智能电表通过LwM2M协议的对象和资源的数据模块来描述自身的设备信息,包括功能和属性;服务器端通过LwM2M协议读取智能电表设备定义的对象和资源,获取智能电表的运行状态,包括电压、电流和功率信息;服务器端通过连接通道采用DLMS/COSEM协议采集智能电表的设备信息和运行状态。
服务器通过UDP协议下发电表支持的LwM2M Object协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧。数据帧通过服务器端UDP协议传输给智能电表UDP端口。
智能电表通信模块通过UDP端口接收到数据后去除UDP封包数据后,将udppayload数据上传给DTLS层。
DTLS层在接收到UDP上报上来的数据后,对数据有效性进行验证,如果此时的数据为加密数据,则DTLS层对数据进行解密处理,将数据解密为明文数据,如果此时的数据为明文,则DTLS层不对数据做任何处理,数据经过DTLS层处理后传送到CoAP层。
CoAP层对接收到的数据进行重组与完整性验证后,将coap层payload域的数据传输给协议适配层(Protocol Adaptation layer)。
协议适配层需要对coap层上传的payload域的数据进行检查。判断DLMS/COSEM协议的数据帧是否是HDLC格式,如果是HDLC格式的数据帧,则将数据转发给DLMS/COSEM层,如果不是HDLC格式的数据帧则将数据转发给Lwm2m。
DLMS/COSEM或者LwM2M在将数据处理后,产生的回复数据同样传送给协议适配层后到CoAP层。
CoAP层接收到回复数据后,对数据进行封包组帧处理,如果回复的数据过长,还需要执行分包处理,进行封包组帧处理后的数据传送到DTLS层。
DTLS层对数据进行加密处理后通过UDP协议传输给对端服务器。
在本实施例中,通过DLMS/COSEM协议和LwM2M协议的应用结合,解决DLMS/COSEM协议中没有定义针对服务器的登录流程,使不同服务器平台间登录方式都采用LwM2M的方式登录,并且智能电表登录服务器后除可使用正常的LwM2M服务外,还可通过LwM2M中的CoAP协议传输DLMS/COSEM数据帧,提高平台间的兼容性,优化设备管理性能。
当智能电表更换服务器平台时,通过LwM2M协议将需要更换的服务器信息、引导服务器信息写入当前的引导服务器内,关闭旧服务器的网站;
智能电表从引导服务器下载所述写入的需要更换的服务器信息以及引导服务器信息,用于更换服务器和引导服务器,并进行登录;
在本实施例中,通过LwM2M的bootstrap功能,提高智能电表更换服务器平台的灵活度和方便性。
实施例2:
一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法的智能电表,包括:
登录模块,通过LwM2M协议登录服务器,使服务器与智能电表建立连接;
通信模块,通过UDP端口接收服务器发送的LwM2M协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查,判断数据帧是否为HDLC格式,如果是则将数据转发给DLMS/COSEM层,否则,将数据转发给LwM2M层;
DLMS/COSEM层或者LwM2M层接收数据,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。
如图1所示,为智能电表的通信模块构架,采用LwM2M与DLMS/COSEM的协议架构,包括:
DLMS/COSEM层:支持标准的DLMS/COSEM协议。
LwM2M层:支持标准的LwM2M协议框架。
对象块Object:基于LwM2M协议框架,Object定义了智能电表的功能和属性,例如:智能电表的电压,电流,功率,升级功能,当前运行状态等。
协议适配层Protocol Adaptation Layer:该层处于LwM2M和DLMS/COSEM与CoAP传输层之间。该层在接收到CoAP层的数据上报后,需要区分当前数据是LwM2M数据还是DLMS/COSEM数据,区分数据类型后,将数据分发上报给LwM2M协议层或DLMS/COSEM协议层。
面向物联网设备的轻量级通信协议层CoAP Protocol Layer:对DLMS/COSEM协议和LwM2M协议下发的数据帧进行分包与组包处理。
数据加密层DTLS Protocol Layer:DTLS是建立在UDP之上的TLS协议,专门为无连接通信设计,为CoAP层提供了加密和身份验证的功能。当LwM2M设备与服务器进行通信时,DTLS会对CoAP层的数据进行加密操作,以确保数据的机密性。同时,它还提供了身份验证机制,确保通信的双方是可信的,防止数据被篡改或伪造。
面向无连接的网络标准传输层UDP Protocol Layer:用于与服务器端进行通信。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于该方法包括:
智能电表通过LwM2M协议登录服务器,使服务器与智能电表建立连接;
服务器通过UDP协议向智能电表UDP端口发送LwM2M协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧;
智能电表通过UDP端口接收帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查,判断数据帧是否为HDLC格式,如果是则将数据转发给DLMS/COSEM层,否则,将数据转发给LwM2M层;
DLMS/COSEM层或者LwM2M层接收数据,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。
2.根据权利要求1所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于:
智能电表上电后,初始化并配置通信模块执行驻网;
待通信模块驻网成功后,配置服务器信息;所配置的服务器为引导服务器或者正式服务器,能够执行LwM2M标准定义的登录流程;
执行登录服务器流程,如果登录服务器失败,等待一个下次注册时间再执行登录服务器流程。
3.根据权利要求1所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于:智能电表与服务器建立连接后;
智能电表通过LwM2M协议的对象和资源的数据模块来描述自身的设备信息,包括功能和属性;
服务器端通过LwM2M协议读取智能电表设备定义的对象和资源,获取智能电表的运行状态,包括电压、电流和功率信息。
4.根据权利要求3所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于:智能电表与服务器建立连接后;
服务器端通过连接通道采用DLMS/COSEM协议采集智能电表的设备信息和运行状态。
5.根据权利要求1所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于DTLS层执行以下步骤:
DTLS层接收数据时,对数据有效性进行验证;验证通过后,判断是否为加密数据,如果是则解密为明文后传输至CoAP层,否则,直接传输至CoAP层;
DTLS层接收回复数据时,对回复来文加密的数据进行加密处理后通过UDP协议传输给对端服务器。
6.根据权利要求5所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于CoAP层执行以下步骤:
CoAP层接收数据时,对数据进行重组与完整性验证,验证通过后将数据传输至协议适配层;
CoAP层接收到回复数据时,对数据进行封包组帧处理,将封包组帧处理后的数据传送到DTLS层。
7.根据权利要求6所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于如果回复数据超过预设长度,则执行分包处理后传送到DTLS层。
8.根据权利要求1所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于DLMS/COSEM层和LwM2M层均通过LwM2M的COAP协议进行数据传输;CoAP传输协议采用UDP协议进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法,其特征在于;
智能电表更换服务器平台时,通过LwM2M协议将需要更换的服务器信息、引导服务器信息写入当前的引导服务器内,关闭旧服务器的网站;
智能电表从引导服务器下载所述写入的需要更换的服务器信息以及引导服务器信息,用于更换服务器和引导服务器,并进行登录。
10.一种权利要求1-9之一所述的基于DLMS/COSEM和LwM2M协议的智能电表通信方法的智能电表,其特征在于该智能电表包括:
登录模块,通过LwM2M协议登录服务器,使服务器与智能电表建立连接;
通信模块,通过UDP端口接收服务器发送的LwM2M协议数据帧或者DLMS/COSEM协议数据帧,去除UDP封包将数据依次上传至DTLS层、CoAP层以及协议适配层;协议适配层对数据格式进行检查,判断数据帧是否为HDLC格式,如果是则将数据转发给DLMS/COSEM层,否则,将数据转发给LwM2M层;
DLMS/COSEM层或者LwM2M层接收数据,处理后产生的回复数据同样依次传送至协议适配层、CoAP层以及DTLS层,DTLS层通过UDP协议传输给对端服务器。
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