電力物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)協(xié)議適配方案

北京中電普華信息技術(shù)有限公司 王 瑩 陳渲穎 呂亞男

電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，協(xié)議適配是解決存量設(shè)備接入物管平臺(tái)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。本文提出一種協(xié)議適配方案，高效實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析、封裝和數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一接入、管理。

2019年，國(guó)網(wǎng)公司啟動(dòng)智慧物聯(lián)體系建設(shè)，國(guó)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)部會(huì)同設(shè)備部、營(yíng)銷(xiāo)部、物資部等部門(mén)，開(kāi)展智慧物聯(lián)體系總體架構(gòu)設(shè)計(jì)和試點(diǎn)探索，取得了階段性成果。

電力系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量龐大，將這些數(shù)量眾多的分散設(shè)備信息有效的收集和綜合判斷是智能電網(wǎng)必不可少的環(huán)節(jié)。各智能設(shè)備的聯(lián)系必須根據(jù)所需要交互的信息采取合適的協(xié)議，新型融合終端直接采用MQTT協(xié)議的方式接入物聯(lián)管理平臺(tái)，用采、配電存量設(shè)備使用DL/T698.45、IEC104等電力專有規(guī)約，無(wú)法直接連接到物聯(lián)平臺(tái)中。采用協(xié)議解析組件可以將各類設(shè)備打通，信息匯集到

圖1 智慧物聯(lián)體系

如圖1所示，智慧物聯(lián)體系分為應(yīng)用層、平臺(tái)層、感知層。物聯(lián)管理平臺(tái)處于平臺(tái)層，部署在云平臺(tái)上，是打通應(yīng)用層、平臺(tái)層、感知層三層之間的數(shù)據(jù)通信管道。物聯(lián)管理平臺(tái)對(duì)于南向感知層的作用是負(fù)責(zé)邊設(shè)備、端設(shè)備的接入，接收邊、端設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)，以及對(duì)南向設(shè)備下發(fā)控制命令，對(duì)邊緣物聯(lián)代理進(jìn)行設(shè)備管理等工作。同時(shí)可以將設(shè)備上報(bào)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)中臺(tái)，對(duì)北向業(yè)務(wù)主站開(kāi)放接口，供主站通過(guò)物聯(lián)管理平臺(tái)讀取設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、告警信息，并下發(fā)設(shè)備的控制命令。統(tǒng)一物聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行管理。

1 協(xié)議適配方案

1.1 總體設(shè)計(jì)

如圖2所示，針對(duì)物聯(lián)管理平臺(tái)接入非MQTT協(xié)議，研發(fā)多協(xié)議統(tǒng)一接入服務(wù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，為電力專有L/T698.45、IEC104等協(xié)議提供通道接入服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)專有協(xié)議的數(shù)據(jù)接入。

多協(xié)議統(tǒng)一接入服務(wù)：基于微服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)海量終端接入的橫向服務(wù)擴(kuò)展，將不同業(yè)務(wù)部門(mén)的多協(xié)議接入通道統(tǒng)一。

圖2 總體設(shè)計(jì)

協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊：將各種不同的協(xié)議模式進(jìn)行封裝處理，對(duì)需要新配置的協(xié)議可通過(guò)系統(tǒng)可視化的操作方式將各參數(shù)協(xié)議配置成功，以實(shí)現(xiàn)智能化的協(xié)議管理。

1.2 統(tǒng)一接入服務(wù)

為了滿足不同協(xié)議的適配接入問(wèn)題，需要構(gòu)建多協(xié)議統(tǒng)一接入服務(wù)，基于微服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多協(xié)議鏈路跟蹤、斷路器、配置管理、Nginx負(fù)載均衡等。

多協(xié)議鏈路跟蹤：為多協(xié)議統(tǒng)一接入服務(wù)內(nèi)部之間調(diào)用提供鏈路追蹤。通過(guò)鏈路跟蹤可以很清楚的了解到協(xié)議服務(wù)請(qǐng)求經(jīng)過(guò)了哪些服務(wù)，每個(gè)服務(wù)處理花費(fèi)了多長(zhǎng)時(shí)間。

斷路器：多協(xié)議統(tǒng)一接入系統(tǒng)采用單服務(wù)集群化部署，由于網(wǎng)絡(luò)原因或者自身的原因，服務(wù)并不能保證100%可用，如果單個(gè)服務(wù)出現(xiàn)問(wèn)題，調(diào)用這個(gè)服務(wù)就會(huì)出現(xiàn)線程阻塞，此時(shí)若有大量的請(qǐng)求涌入，Servlet容器的線程資源會(huì)被消耗完畢，導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。服務(wù)與服務(wù)之間的依賴性，故障會(huì)傳播，會(huì)對(duì)整個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的嚴(yán)重后果，導(dǎo)致“雪崩”效應(yīng)，需要引入斷路器模式，避免“雪崩”問(wèn)題。

配置管理：為了方便維護(hù)多協(xié)議統(tǒng)一接入系統(tǒng)內(nèi)外部配置文件，引入配置管理技術(shù)，將外部配置文件集中放置在一個(gè)git倉(cāng)庫(kù)里，再新建一個(gè)配合服務(wù)器，用來(lái)管理所有的配置文件，維護(hù)的時(shí)候需要更改配置時(shí)，只需要在本地更改后，推送到遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)，所有的服務(wù)實(shí)例都可以通過(guò)配置服務(wù)器來(lái)獲取配置文件，這時(shí)每個(gè)服務(wù)實(shí)例就相當(dāng)于配置服務(wù)的客戶端。

Nginx負(fù)載均衡：為了保證多協(xié)議統(tǒng)一接入服務(wù)訪問(wèn)的安全性和可靠性，引入Nginx用來(lái)做反向代理、負(fù)載均衡，當(dāng)有請(qǐng)求的時(shí)候，根據(jù)配置的調(diào)度策略（加權(quán)輪詢、IP哈希、最少連接數(shù)、一致性哈希）給請(qǐng)求者返回相應(yīng)的服務(wù)器IP。

1.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)不同終端的協(xié)議適配和數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)解密、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等功能。

數(shù)據(jù)解密：調(diào)用加密機(jī)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。

協(xié)議轉(zhuǎn)換：將698.45、1376.1、376.1、101、104等傳統(tǒng)電力協(xié)議常用的電力協(xié)議納入?yún)f(xié)議庫(kù)，并依據(jù)協(xié)議規(guī)則進(jìn)行解析，分析報(bào)文內(nèi)容，按照MQTT協(xié)議的方式重新封裝業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。其他協(xié)議通過(guò)可視化的參數(shù)配置，參數(shù)封裝，進(jìn)行自動(dòng)化解析。

數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)解析、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)等，對(duì)采集上來(lái)數(shù)據(jù)解析為用主站可識(shí)讀的數(shù)據(jù)，并通過(guò)API接口的方式供主站系統(tǒng)調(diào)用。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種協(xié)議適配方案，通過(guò)統(tǒng)一接入服務(wù)、協(xié)議適配模塊實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析、封裝和數(shù)據(jù)的處理，解決存量設(shè)備接入?yún)f(xié)議匹配問(wèn)題。電力場(chǎng)景復(fù)雜多樣，存量設(shè)備接入?yún)f(xié)議適配問(wèn)題，還需進(jìn)一步探討。