摘要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有了很大進展。為了提升電力抄表服務(wù)的穩(wěn)定性，保障電力抄表數(shù)據(jù)的可靠性，本文提出并實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電力抄表服務(wù)平臺，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，提供電力集抄、能耗管理、電氣安全、預(yù)付費、智能運維等多種數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)控、告警、運維的信息化、自動化和智能化。

關(guān)鍵詞：能源物聯(lián)網(wǎng)；APP電表；數(shù)據(jù)服務(wù)

一、引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使用2G/4G/NB-IOT網(wǎng)絡(luò)進行電網(wǎng)抄表數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展迅速。由于電網(wǎng)抄表終端分布區(qū)域廣，經(jīng)常出現(xiàn)因終端斷電、終端異常、網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋等問題，導致遠程電力抄表設(shè)備無法正常傳輸數(shù)據(jù)，影響抄表數(shù)據(jù)及時回傳[1-3]。為了提升電力抄表服務(wù)的穩(wěn)定性，保障電力抄表數(shù)據(jù)的可靠性，本文設(shè)計并實現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電力抄表服務(wù)平臺，運用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，建立上下行數(shù)據(jù)標準，提供電力集抄、能耗管理、電氣安全、預(yù)付費、智能運維、智能照明等多種數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)控、告警、運維的信息化、自動化和智能化。

二、關(guān)鍵技術(shù)

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）技術(shù)作為嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)的交叉領(lǐng)域，被定義為利用紅外線傳感器、射頻識別、GPS等通信技術(shù)按照一定協(xié)現(xiàn)智能交互的網(wǎng)絡(luò)［3］。

一般認為物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層3個層次：感知層主要包括計量傳感設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧及其軟硬件實現(xiàn)；應(yīng)用層包括集中式或分布式的云計算平臺以及用戶應(yīng)用軟件等，是“物”與用戶直接進行交互的部分。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議分為接入?yún)f(xié)議和傳輸協(xié)議。接入?yún)f(xié)議主要指底層感知層設(shè)備間進行通信的協(xié)議。傳輸協(xié)議基于互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議，面向應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)交換，常見的物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議為MQTT協(xié)議。MQTT采用“推送”機制，減輕服務(wù)器短時并發(fā)接收數(shù)據(jù)請求的負擔，提供3種服務(wù)質(zhì)量，能在資源受限的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)設(shè)備同遠方系統(tǒng)進行異步合理的通信，本文采用的協(xié)議就是這個。

2.2 MQTT協(xié)議

MQTT（消息隊列遠程傳輸協(xié)議）由IBM在1999年發(fā)布，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上,一種基于發(fā)布/訂閱(publish/subscribe)模式的"輕量級"通訊協(xié)議,。MQTT的較大優(yōu)點是能夠以較少的代碼和有限的帶寬為遠程連接設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)作為低開銷、低帶寬占用的即時通信協(xié)議使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(yīng)用程序等廣泛的應(yīng)用。MQTT是基于客戶端-服務(wù)器的消息傳遞/訂閱傳輸協(xié)議。QTT協(xié)議實現(xiàn)輕巧、簡單、開放、容易，這些特點使其適用范圍非常廣泛。

MQTT協(xié)議提供一對多的消息發(fā)布,可以降低應(yīng)用程序的耦合性,用戶只需要編寫較少量的應(yīng)用代碼就能完成一對多的消息發(fā)布與訂閱,該協(xié)議是基于<客戶端-服務(wù)器>模型,在協(xié)議中主要有三種身份：發(fā)布者（Publisher）、服務(wù)器（Broker）以及訂閱者（Subscriber）。其中，MQTT消息的發(fā)行者和訂閱者是客戶端服務(wù)器作為中繼的存在，只是將發(fā)布者發(fā)出的消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱該主題的所有訂閱者，發(fā)布者可以發(fā)布該權(quán)限內(nèi)的所有主題，消息發(fā)布者同時是訂閱者，實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者的解耦所發(fā)出的消息可以同時被多個訂閱者預(yù)訂。

三、系統(tǒng)整體方案設(shè)計

能源物聯(lián)網(wǎng)以能源供應(yīng)、能源管理、設(shè)備管理、能耗分析的能源流向為主線，將能源生產(chǎn)加工、分配傳輸、消耗、節(jié)能各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，結(jié)合人與物的互聯(lián)，構(gòu)成以安科瑞產(chǎn)品為媒介的能源物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，其中物聯(lián)網(wǎng)硬件和能源參與者分別以數(shù)據(jù)流形式和業(yè)務(wù)流的形式與平臺交互。

3.1組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層（終端采集設(shè)備）、網(wǎng)絡(luò)層（通訊管理終端）和平臺層（能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺）三個部分組成。

● 感知層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能儀表、預(yù)付費電表、多回路儀表、物聯(lián)網(wǎng)電表、物聯(lián)網(wǎng)水表、電瓶車充電樁、汽車充電樁、路燈控制器等。

● 網(wǎng)絡(luò)層：智能網(wǎng)關(guān)，采集感知層的數(shù)據(jù)，進行規(guī)約轉(zhuǎn)換及存儲之后將數(shù)據(jù)上傳至能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

● 平臺層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，可在PC端或移動端實現(xiàn)應(yīng)用。

3.2平臺架構(gòu)

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分層分布式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括：感知層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層和運營層。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖所示。

傳感器層包括了我司的各類產(chǎn)品，是整個系統(tǒng)的較底層，也是構(gòu)建該能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺必要的基本組成元素，主要有多功能儀表、預(yù)付費電表、多回路儀表、物聯(lián)網(wǎng)電表、物聯(lián)網(wǎng)水表、電瓶車充電樁、汽車充電樁、路燈控制器等設(shè)備。

中間的數(shù)據(jù)處理平臺主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交互的工作，為了保證整個綜合平臺的數(shù)據(jù)處理能力，我們將實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分別存儲在不同的庫中，并提供多種接口實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

上層的應(yīng)用層是指Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺，主要實現(xiàn)各種功能應(yīng)用，平臺按照能源的流向分為能源供應(yīng)、能源管理、設(shè)備管理和能耗分析4大板塊，其中能源供應(yīng)包括電力集抄、智能運維子模塊，能源管理包括安全用電、電能質(zhì)量子模塊，設(shè)備管理包括智能照明、預(yù)付費、充電樁子模塊，能耗分析包括能源管理、增值服務(wù)子模塊。平臺通過web和app的方式為用戶提供人機交互的界面，運營層的各類用戶可以通過這兩種方式實現(xiàn)平臺的訪問與操作。