基于电力系统的物联网系统构成及其协议融合

引言

物联网(InternetofThings,IoT）在电力系统中的应用涉及多个方面,从发电环节、输电环节、变电环节、配电环节、调度环节到用电环节,均有不同形式的物联网应用。

对于电力系统而言,由于系统规模庞大,所涉及物联网设备种类与工作模式众多,所应用到的物联网协议也因此而种类繁多,因此应用于电力系统管理与监控的物联网系统将会面临对不同物联网设备进行控制并实现信息传递,以及多种不同物联网协议的融合问题。

1电力系统中物联网应用分析

1.1电力系统中物联网的基本构成

物联网的架构可分为三个基本层次,分别是感知层、网络层和应用层。在每一个基本层次中,均有适用于不同设备的物联网通信协议,用以提供对相应设备的物联网支持。应用于电力系统的物联网系统,可以据图1所示的基本结构来实现系统的设计。

如图所示,在系统的底层,将应用到多种不同的硬件设备,每个不同的硬件设备可能涉及不同的空中接口协议和数据采集方法,如UHFRFID所使用的EPCG1oba1GEN2、电表设备所使用的NB-IoT等。

底层设备通过种类繁多的数据提取方式获取数据,并将数据传送至网络层,网络层通过各种不同的接入方式与后台进行连接,实现对各种应用程序的支持。

1.2电力系统中物联网设备及其工作协议

电力系统中的业务从源头的生产到终端用户的收费,所涉及的业务流程主要包括发电、输电、变电、配电、调度、用电等环节。

各环节所涉及的主要物联网应用如表1所示。

电力系统中的物联网设备可根据其工作模式及功能划分为以下4个大类:RFID设备、各类传感器、监控摄像头和远程抄表系统。其中RFID设备以HF频段和UHF频段为主,RFID阅读器与标签之间使用特定的空中接口协议,如Iso15693或EPCGEN2,RFID阅读器完成前端的RFID标签信息采集之后,可通过有线或无线的方式将相关信息送至后台。

典型的有线方式包括UsART串口、Ethernet网络接口,典型的无线方式包括wi-Fi、蓝牙、4G等。

物联网中传感器的特点是数量众多、功耗低、分布分散,因此对于物联网传感器而言,多采用BLE或ZigBee的方式实现局部组网,然后通过组网中的节点取回各传感器的数据,再集中送回后台。

监控摄像头的特点是数据量大,对数据传输速率要求高,因此多采用有线或4G等支持大速率数据传输的方法实现数据向后台的传送。远程抄表系统是NB-IoT的典型应用,业界已有成功的应用案例。

1.3电力系统中物联网应用层各协议对比

针对不同的物联网应用场合和物联网的应用设备状况,当前广泛采用的物联网应用层协议主要包括CoAP(ConstrainedApp1icationProtoco1,受限应用协议）、MoTT(MessageoueuingTe1emetryTransport,消息队列遥测传输）、DDs(DataDistributionserviceforRea1-Timesystems,面向实时系统的数据分布服务）、AMoP(AdvancedMessageoueuingProtoco1,先进消息队列协议）、XMPP.