基于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成及其協(xié)議融合

引言

物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用涉及多個(gè)方面,從發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、調(diào)度環(huán)節(jié)到用電環(huán)節(jié),均有不同形式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

對(duì)于電力系統(tǒng)而言,由于系統(tǒng)規(guī)模龐大,所涉及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類與工作模式眾多,所應(yīng)用到的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議也因此而種類繁多,因此應(yīng)用于電力系統(tǒng)管理與監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會(huì)面臨對(duì)不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行控制并實(shí)現(xiàn)信息傳遞,以及多種不同物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的融合問(wèn)題。

1電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分析

1.1電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)可分為三個(gè)基本層次,分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在每一個(gè)基本層次中,均有適用于不同設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議,用以提供對(duì)相應(yīng)設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)支持。應(yīng)用于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),可以據(jù)圖1所示的基本結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

如圖所示,在系統(tǒng)的底層,將應(yīng)用到多種不同的硬件設(shè)備,每個(gè)不同的硬件設(shè)備可能涉及不同的空中接口協(xié)議和數(shù)據(jù)采集方法,如UHFRFID所使用的EPCG1oba1GEN2、電表設(shè)備所使用的NB-IoT等。

底層設(shè)備通過(guò)種類繁多的數(shù)據(jù)提取方式獲取數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)各種不同的接入方式與后臺(tái)進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)各種應(yīng)用程序的支持。

1.2電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其工作協(xié)議

電力系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)從源頭的生產(chǎn)到終端用戶的收費(fèi),所涉及的業(yè)務(wù)流程主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度、用電等環(huán)節(jié)。

各環(huán)節(jié)所涉及的主要物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如表1所示。

電力系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可根據(jù)其工作模式及功能劃分為以下4個(gè)大類:RFID設(shè)備、各類傳感器、監(jiān)控?cái)z像頭和遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。其中RFID設(shè)備以HF頻段和UHF頻段為主,RFID閱讀器與標(biāo)簽之間使用特定的空中接口協(xié)議,如Iso15693或EPCGEN2,RFID閱讀器完成前端的RFID標(biāo)簽信息采集之后,可通過(guò)有線或無(wú)線的方式將相關(guān)信息送至后臺(tái)。

典型的有線方式包括UsART串口、Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口,典型的無(wú)線方式包括wi-Fi、藍(lán)牙、4G等。

物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的特點(diǎn)是數(shù)量眾多、功耗低、分布分散,因此對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)傳感器而言,多采用BLE或ZigBee的方式實(shí)現(xiàn)局部組網(wǎng),然后通過(guò)組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)取回各傳感器的數(shù)據(jù),再集中送回后臺(tái)。

監(jiān)控?cái)z像頭的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求高,因此多采用有線或4G等支持大速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向后臺(tái)的傳送。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是NB-IoT的典型應(yīng)用,業(yè)界已有成功的應(yīng)用案例。

1.3電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層各協(xié)議對(duì)比

針對(duì)不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)備狀況,當(dāng)前廣泛采用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議主要包括CoAP(ConstrainedApp1icationProtoco1,受限應(yīng)用協(xié)議）、MoTT(MessageoueuingTe1emetryTransport,消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）、DDs(DataDistributionserviceforRea1-Timesystems,面向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布服務(wù)）、AMoP(AdvancedMessageoueuingProtoco1,先進(jìn)消息隊(duì)列協(xié)議）、XMPP.