國家電網(wǎng)公司在2019年3月7日發(fā)布了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱，對于電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)行了工作部署。根據(jù)文件內(nèi)容，通過三年攻堅(jiān)，到2021年初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；通過三年提升，到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。本文以大綱中提供的信息來分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)形式。、

 

（來源：愛能界 ID:en_nergy 作者：朱祺）

 

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)形式同其他形式的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一樣，分為4層，分別為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層，因?yàn)槠脚_層為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心，所以通常來說，以平臺層為界限，往上至應(yīng)用層的方向稱為北向，往下至感知層的方向?yàn)槟舷?，而平臺層又會被稱為中臺。

 

 

 

感知層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)4層的最底層，也是北向上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。其主要的功能為負(fù)責(zé)信息采集和信號處理。通過感知識別技術(shù)，讓物與物通過網(wǎng)絡(luò)連接，這是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最獨(dú)特的部分。

 

 

感知層目前面臨的最大的困難是現(xiàn)場設(shè)備終端種類眾多，造成終端的操作系統(tǒng)不統(tǒng)一，而終端提供的數(shù)據(jù)和信息在到達(dá)平臺層之前需要經(jīng)過網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行區(qū)域信息的整合和邊緣計(jì)算處理。沒有一個(gè)統(tǒng)一的終端設(shè)備操作系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的清洗、加密、編碼、解碼和權(quán)限控制等必須的處理手段都會造成影響。

 

從國家電網(wǎng)的大綱中可以明確看到，對于感知層的幾個(gè)要求首先是“實(shí)現(xiàn)終端標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一接入”這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化主要指的就是操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)和一般的操作系統(tǒng)不同的地方在于需要滿足輕量級、低功耗，快速啟動等特性，支持多傳感協(xié)同，同時(shí)支持多架構(gòu)處理器，有統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)平臺，支持長短距連接，實(shí)現(xiàn)全連接覆蓋。

 

其次為“通信、計(jì)算等資源共享”，物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)的種類包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，又以半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)為主，如JASON格式、XML格式等，由于需要保證傳輸安全和區(qū)分不同設(shè)備的原因，這些呈現(xiàn)為文件形式的數(shù)據(jù)在北向傳輸至平臺層后，平臺層需要有一個(gè)解碼過程來讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容，而平臺層南向?qū)⒖刂菩畔⑾掳l(fā)到終端時(shí)，需要將數(shù)據(jù)文件編碼成機(jī)器語言。因此編碼和解碼的規(guī)范將會成為通信、計(jì)算等資源能否共享的關(guān)鍵。

 

最后大綱的要求為“在源端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融通和邊緣智能。”，由于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)量極其龐大，數(shù)據(jù)即呈現(xiàn)強(qiáng)時(shí)序的特性也有時(shí)空的屬性，因此如果計(jì)算都在平臺層進(jìn)行處理，會對服務(wù)器集群產(chǎn)生極大的壓力，利用邊緣計(jì)算在網(wǎng)關(guān)處理一些區(qū)域化的計(jì)算任務(wù)是減輕平臺層服務(wù)器集群計(jì)算壓力的很好手段，在感知層就完成了部分?jǐn)?shù)據(jù)和信息的整合處理。

 

 

網(wǎng)絡(luò)層的作用為通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，對來自感知層的信息進(jìn)行接入和傳輸。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)層接駁感知層和平臺層，具有強(qiáng)大的紐帶作用。

 

大綱內(nèi)并未提及網(wǎng)絡(luò)層的具體要求，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層不管是哪種通訊協(xié)議，都有很明確的規(guī)范，在傳輸方式上，有線無線共有十幾種，有線的包括最常用的RS485、PLC（電力載波通信）等，無線的包括ZIGBEE、LORA、NB-IOT和LTE等，在泛在物聯(lián)網(wǎng)中都有可能用到，具體用何種形式的傳輸方式需要根據(jù)設(shè)備與平臺或者網(wǎng)關(guān)的距離、功能、對功耗的要求等來進(jìn)行選擇。但是從大綱附件的課題中可以發(fā)現(xiàn)，PLC（電力載波通信）是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中研究的重點(diǎn)，其工作方式是以高頻將信息和數(shù)據(jù)通過電流進(jìn)行傳輸。在物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議上，MQTT協(xié)議和COAP協(xié)議已經(jīng)成為了公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議，有明確的規(guī)范可以遵循。

 

 

 

從平臺層的要求來看，國家電網(wǎng)對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)平臺的未來規(guī)劃會和目前大型的互聯(lián)網(wǎng)公司一樣采用大中臺。在服務(wù)器集群或者數(shù)據(jù)中心的環(huán)境下，平臺層的作用為將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)海量的信息資源通過計(jì)算力整合成一個(gè)可互聯(lián)互通的大型網(wǎng)絡(luò)，解決數(shù)據(jù)存儲、檢索、使用、挖掘和安全隱私保護(hù)等問題。平臺層位于感知層和網(wǎng)絡(luò)層之上，處于應(yīng)用層之下，是物聯(lián)網(wǎng)的核心。通常把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用冠以“智慧”的名稱，其中的智慧就來自于這一層。

 

 

 

 

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的用戶接口，位于架構(gòu)的最頂端，通過分析處理后的數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務(wù)。應(yīng)用層接收平臺層傳來的信息，并對信息進(jìn)行處理和決策，再通過平臺層和網(wǎng)絡(luò)層南向發(fā)送信息以控制感知層的設(shè)備終端。應(yīng)用層可以是以網(wǎng)站的形式存在，也包括APP、公眾號、小程序等方式，只要涉及到人機(jī)互動的都可以歸入應(yīng)用層的范圍。

 

根據(jù)大綱對于應(yīng)用層的對象劃分，分為面向內(nèi)部對象的業(yè)務(wù)和外部對象的業(yè)務(wù)，特別對于外部對象的業(yè)務(wù)，又細(xì)分為很多產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)不同的功能，其實(shí)對于應(yīng)用層的要求已經(jīng)非常明確，就是“依托企業(yè)中臺，共享平臺服務(wù)能力，支撐各類應(yīng)用快速構(gòu)建”。只有做到一個(gè)大中臺，才能達(dá)到所有業(yè)務(wù)所需要的下游數(shù)據(jù)信息來自同一個(gè)平臺，才能支撐快速構(gòu)建應(yīng)用的需要。

 

根據(jù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱，分析下4層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和要求可以發(fā)現(xiàn)，平臺層建設(shè)為統(tǒng)一的大中臺的速度直接關(guān)系著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)成果。因?yàn)楦兄獙影ú僮飨到y(tǒng)、硬件和網(wǎng)關(guān)的選擇和統(tǒng)一可以和平臺層的建設(shè)同時(shí)進(jìn)行，并且由于感知層的終端會通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行初步整合所以感知層的建設(shè)是并行式的，而平臺層的建設(shè)即使采用分區(qū)域的并行建設(shè)方式也無法像感知層分得那么細(xì)，而最上層應(yīng)用層的業(yè)務(wù)產(chǎn)品和功能能否做到大綱提出的要求也完全取決于平臺對于數(shù)據(jù)的整合能力，所以對于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過程需要特別關(guān)注平臺層的建設(shè)進(jìn)度。