一种电力系统多协议融合物联网方法及网关结构技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统多协议融合物联网方法及网关结构，属于网关技术设备领域。现有电力系统数据具有协议复杂、实时可靠性要求高、安全加密困难等特点。目前还没有统一的物联网网关架构方案能解决运营技术层和信息技术层数据融合问题。本发明专利技术的一种电力系统多协议融合物联网方法，构建多协议转换模型，对多协议数据进行解析、读取、转换；利用协议解析单元对底层设备的数据进行协议解析和读取，对不同协议下的数据进行解析；并利用具有断点续航能力的异步处理机制，进行数据转换，进而实现多协议融合下的统一标准数据上传，有效确保了协议转换过程中的实时性和传输过程中的安全性，进而提高电力系统物联网数据系统鲁棒性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统多协议融合物联网方法及网关结构


[0001]本专利技术涉及一种电力系统多协议融合物联网方法及网关结构，属于网关技术设备领域。

技术介绍

[0002]国家电网提出建立“泛在电力物联网”，为了实现这个目标就必须要融合互联网、云计算、物联网、大数据等先进制造技术和信息技术，实现电力系统与社会资源的优质高效对接。
[0003]利用现有的无线连接方式，实现电气设备与云平台之间的数据交互，构建融合运营技术层和信息技术层的“云
‑
端”架构将成为电力互联网的发展方向，这就需要一个连接前端电气设备和后端云平台的桥梁，物联网网关就是这个重要的角色。
[0004]然而，电力系统数据具有协议复杂、实时可靠性要求高、安全加密困难等特点。目前还没有统一的物联网网关架构方案能解决运营技术层和信息技术层数据融合问题。
[0005]当前基于机器学习和深度学习的智能故障诊断方法得到了大量研究。然而，这些方法大多存在以下缺陷：1)它们假设不同故障模式下的数据样本是平衡或相等的，但这种假设并不总是适用于真实的化学过程，数据不平衡会导致分类器无法学习到完整的类别知识，降低分类器的分类精度，因为数据不平衡会导致分类器对少数故障的关注较少；2)在实际的工业过程中随着生产进行，可能会出现一种或几种新的故障类型，随着新故障类别的到来，这些模型都需要一个完整的再训练过程。
[0006]不同前端电气设备的数据格式和通信协议不仅复杂而且难以统一。因此建立一个统一的物联网网关架构是一件必要且非常复杂的工作。然而现在的很多解决方法大多存在以下的缺陷：1)很多方法仅限于解决传统物联网环境下的数据分析和传输问题，难以解决基于电力系统和电力系统以太网环境下的数据采集和协议转换问题；2)很多方法没有考虑如何处理复杂的协议和共享设备，以及如何通过网关统一设备数据，没有考虑协议转换；3)很多方法没有考虑多协议数据分析和传输的实时性问题；4)在电力物联网安全方面，电力物联网由产生、处理和交换大量信息的设备组成。这些设备生成或存储对安全和隐私敏感至关重要的数据，而很多方法很少考虑电力物联网网关的安全问题。
[0007]因此，针对电力系统多协议融合物联网网关存在的问题，提出一种新的、有效的电力系统多协议融合物联网网关结构是十分必要的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能对电力系统多协议数据进行采集，能对不同协议下的数据进行解析，并保证协议转换过程中的实时性和传输过程中的安全性，进而实现多协议融合下的统一协议数据上传，以提高电力系统物联网数据系统鲁棒性的电力系统多协议融合物联网方法及网关结构。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0010]一种电力系统多协议融合物联网方法，构建多协议转换模型，对多协议数据进行解析、读取、转换；
[0011]其包括以下步骤：
[0012]第一步，通过数据接口访问不同的底层设备，对底层设备的数据进行协议解析和读取，获取多协议电力数据；
[0013]数据的协议解析可利用现有的协议解析单元来实现；
[0014]第二步，利用具有断点续航能力的异步处理机制，对第一步中多协议电力数据进行协议转换，形成统一标准数据，并确保协议转换的实时可靠性；
[0015]第三步，利用三层加密方法将第二步中统一标准数据进行加密，以保证数据从电力物联网网关到云平台的安全传输。
[0016]本专利技术经过不断探索以及试验，对底层设备的数据进行协议解析和读取，得到不同协议下的数据；并利用具有断点续航能力的异步处理机制，快速处理并发任务，保证协议转换的实时可靠性；同时在确保实时稳定性的基础上，设置一种三层加密方法，使得数据能够高效、安全、实时传输，有效提高了电力系统物联网数据系统鲁棒性以及可靠性。
[0017]进一步，本专利技术相比现有技术，在电力系统物联网多协议融合中具有显著的鲁棒性和可靠性，并且方案简单、实用，切实可行，易于编程实现。
[0018]作为优选技术措施：
[0019]所述第二步中，将输入的各种协议数据进行融合，输出多协议融合后的统一标准数据；
[0020]其具体包括以下步骤：
[0021]S21，利用内存数据库的高效性读写数据，将内存数据库作为任务队列，即协议转换任务的中间件；并将电力物联网网关要处理的多协议电力数据缓存到异步任务队列中；
[0022]S22，通过异步任务调度机制，将S21异步任务队列中的多协议电力数据，转换成任务分配给多个线程进行并行处理，完成多协议电力数据转换成统一标准数据的协议转换任务；
[0023]S23，当S22中协议转换任务完成后，将处理后的统一标准数据存储在缓冲单元中，以便于统一标准数据被加密以及被发送到云平台。
[0024]本专利技术将缓冲单元内的多协议数据转换成具有物联网标准的消息队列数据格式，并统一成标准数据格式；然后利用WiFi、5G、以太网等通信技术将数据传输到云平台，方案简单、实用，切实可行。
[0025]作为优选技术措施：
[0026]所述第三步中，三层加密方法具体包括以下内容：
[0027]通过SM4算法实现数据传输的安全性，将输入的统一标准数据，加密成标准数据，进行输出；
[0028]其具体包括以下步骤：
[0029]S31，在传输层，使用非对称加密握手机制来交换对称加密密钥以进行电力物联网网关到云平台的身份验证；
[0030]S32，当S31的传输层链接建立后，云平台通过用户名和密码对所有电力物联网网关进行身份验证，并且使用一个通用的唯一标识码来实现对电力物联网网关设备的身份验
证；
[0031]S33，当S32的身份验证通过后，利用对称算法生成对称密钥，该对称密钥用非对称公钥对对称密钥进行加密；
[0032]S34，在应用层，利用SM4算法对统一标准数据进行加密，生成标准数据；
[0033]S35，在网络层，将S33中的对称密钥和S34中的标准数据发送到云平台；
[0034]S36，云平台收到S35传输的数据信息后，通过加密非对称私钥来获取对称密钥，使用对称密钥对标准数据进行解密。
[0035]作为优选技术措施：
[0036]加解密的具体内容如下：
[0037]步骤1，将明文和密文平均分成64位的包，然后将包分成2个32位部分；
[0038]步骤2，轮密钥为反变换满足
[0039]步骤3，明文为w0，w1，则加密过程为w
i+2
＝f(w
i
，w
i+1
，g
i
)，i＝0，1，31；
[0040]步骤4，密文为e0，e1，则(e0，e1)＝p(w
32
，w
33
)＝(w
33
，w
32
)；
[0041]步骤5，加解密的过程中，轮密钥的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统多协议融合物联网方法，其特征在于，构建多协议转换模型，对多协议数据进行解析、读取、转换；其包括以下步骤：第一步，通过数据接口访问不同的底层设备，对底层设备的数据进行协议解析和读取，获取多协议电力数据；第二步，利用具有断点续航能力的异步处理机制，对第一步中多协议电力数据进行协议转换，形成统一标准数据，并确保协议转换的实时可靠性；第三步，利用三层加密方法将第二步中统一标准数据进行加密，以保证数据从电力物联网网关到云平台的安全传输。2.如权利要求1所述的一种电力系统多协议融合物联网方法，其特征在于，所述第二步中，将输入的各种协议数据进行融合，输出多协议融合后的统一标准数据；其具体包括以下步骤：S21，利用内存数据库的高效性读写数据，将内存数据库作为任务队列；并将电力物联网网关要处理的多协议电力数据缓存到异步任务队列中；S22，通过异步任务调度机制，将S21异步任务队列中的多协议电力数据，转换成任务分配给多个线程进行并行处理，完成多协议电力数据转换成统一标准数据的协议转换任务；S23，当S22中协议转换任务完成后，将处理后的统一标准数据存储在缓冲单元中，以便于统一标准数据被加密以及被发送到云平台。3.如权利要求1所述的一种电力系统多协议融合物联网方法，其特征在于，所述第三步中，三层加密方法具体包括以下内容：通过SM4算法实现数据传输的安全性，将输入的统一标准数据，加密成标准数据，进行输出；其具体包括以下步骤：S31，在传输层，使用非对称加密握手机制来交换对称加密密钥以进行电力物联网网关到云平台的身份验证；S32，当S31的传输层链接建立后，云平台通过用户名和密码对所有电力物联网网关进行身份验证，并且使用一个通用的唯一标识码来实现对电力物联网网关设备的身份验证；S33，当S32的身份验证通过后，利用对称算法生成对称密钥，该对称密钥用非对称公钥对对称密钥进行加密；S34，在应用层，利用SM4算法对统一标准数据进行加密，生成标准数据；S35，在网络层，将S33中的对称密钥和S34中的标准数据发送到云平台；S36，云平台收到S35传输的数据信息后，通过加密非对称私钥来获取对称密钥，使用对称密钥对标准数据进行解密。4.如权利要求3所述的一种电力系统多协议融合物联网方法，其特征在于，加解密的具体内容如下：步骤1，将明文和密文平均分成64位的包，然后将包分成2个32位部分；步骤2，轮密钥为反变换满足(r0，r1)＝(r1，r0)，步骤3，明文为w
i
，w
i+1
，则加密变换为w
i+2
＝f(w
i
，w
i+1
，g
i
)，i＝0，1，...，31；步骤4，密文为e0，e1，则(e0，e1)＝p(w
32
，w
33
)＝(w
33
，w
32
)；
步骤5，加解密的过程中，轮密钥的使用顺序相反；为32比特的向量集；r0，r1为32比特的向量；i为循环左移位数；w
i+2
为加密变换；w
32
，w
33
为30，31次迭代的加密变换；f为轮函数；p为反序变换。5.如权利要求1所述的一种电力系统多协议融合物联网方法，其特征在于，电力物联网网关与云平台数据交互的具体方法如下：步骤31，电力物联网网关MQTT以遗嘱方式向云平台每秒发送一次心跳信息，云平台收到后会发送回执信息给电力物联网网关；当电力物联网网关收到回执信息后，表示云平台、网络状态良好，设置云平台状态为1，设置正常...

【专利技术属性】
技术研发人员：王异凡，龚金龙，杨青，宋琦华，王一帆，周迅，孙明，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：