國家電網公司在2019年3月7日釋出了泛在電力物聯網建設大綱,對于電力物聯網的建設和發展進行了工作部署。根據檔案内容,通過三年攻堅,到2021年初步建成泛在電力物聯網;通過三年提升,到2024年建成泛在電力物聯網。本文以大綱中提供的資訊來分析泛在電力物聯網的架構形式。
泛在電力物聯網的架構形式同其他形式的物聯網系統一樣,分為4層,分别為:感覺層、網絡層、平台層和應用層,因為平台層為整個物聯網系統的核心,是以通常來說,以平台層為界限,往上至應用層的方向稱為北向,往下至感覺層的方向為南向,而平台層又會被稱為中台。
1、 感覺層
感覺層是物聯網系統4層的最底層,也是北向上層結構的基礎。其主要的功能為負責資訊采集和信号處理。通過感覺識别技術,讓物與物通過網絡連接配接,這是物聯網差別于其他網絡的最獨特的部分。
感覺層目前面臨的最大的困難是現場裝置終端種類衆多,造成終端的作業系統不統一,而終端提供的資料和資訊在到達平台層之前需要經過網關來進行區域資訊的整合和邊緣計算處理。沒有一個統一的終端裝置作業系統對于資料的清洗、加密、編碼、解碼和權限控制等必須的處理手段都會造成影響。
從國家電網的大綱中可以明确看到,對于感覺層的幾個要求首先是“實作終端标準化統一接入”這個标準化主要指的就是作業系統的标準化。物聯網作業系統和一般的作業系統不同的地方在于需要滿足輕量級、低功耗,快速啟動等特性,支援多傳感協同,同時支援多架構處理器,有統一的應用開發平台,支援長短距連接配接,實作全連接配接覆寫。
其次為“通信、計算等資源共享”,物聯網終端資料的種類包括結構化資料和半結構化資料,又以半結構化的資料為主,如JASON格式、XML格式等,由于需要保證傳輸安全和區分不同裝置的原因,這些呈現為檔案形式的資料在北向傳輸至平台層後,平台層需要有一個解碼過程來讀取資料内容,而平台層南向将控制資訊下發到終端時,需要将資料檔案編碼成機器語言。是以編碼和解碼的規範将會成為通信、計算等資源能否共享的關鍵。
最後大綱的要求為“在源端實作資料融通和邊緣智能。”,由于泛在電力物聯網的終端裝置數量極其龐大,資料即呈現強時序的特性也有時空的屬性,是以如果計算都在平台層進行處理,會對伺服器叢集産生極大的壓力,利用邊緣計算在網關處理一些區域化的計算任務是減輕平台層伺服器叢集計算壓力的很好手段,在感覺層就完成了部分資料和資訊的整合處理。
2、 網絡層
網絡層的作用為通過現有的網際網路、移動通信網、衛星通信網等基礎網絡設施,對來自感覺層的資訊進行接入和傳輸。在物聯網系統中網絡層接駁感覺層和平台層,具有強大的紐帶作用。
大綱内并未提及網絡層的具體要求,因為網絡層不管是哪種通訊協定,都有很明确的規範,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,在泛在物聯網中都有可能用到,具體用何種形式的傳輸方式需要根據裝置與平台或者網關的距離、功能、對功耗的要求等來進行選擇。但是從大綱附件的課題中可以發現,PLC(電力載波通信)是泛在電力物聯網中研究的重點,其工作方式是以高頻将資訊和資料通過電流進行傳輸。在物聯網傳輸協定上,MQTT協定和COAP協定已經成為了公認的物聯網通訊協定,有明确的規範可以遵循。
3、 平台層
從平台層的要求來看,國家電網對于泛在電力物聯網平台的未來規劃會和目前大型的網際網路公司一樣采用大中台。在伺服器叢集或者資料中心的環境下,平台層的作用為将網絡内海量的資訊資源通過計算力整合成一個可互聯互通的大型網絡,解決資料存儲、檢索、使用、挖掘和安全隐私保護等問題。平台層位于感覺層和網絡層之上,處于應用層之下,是物聯網的核心。通常把物聯網應用冠以“智慧”的名稱,其中的智慧就來自于這一層。
4、 應用層
應用層是物聯網系統的使用者接口,位于架構的最頂端,通過分析處理後的資料為使用者提供豐富的特定服務。應用層接收平台層傳來的資訊,并對資訊進行處理和決策,再通過平台層和網絡層南向發送資訊以控制感覺層的裝置終端。 應用層可以是以網站的形式存在,也包括APP、公衆号、小程式等方式,隻要涉及到人機互動的都可以歸入應用層的範圍。
根據大綱對于應用層的對象劃分,分為面向内部對象的業務和外部對象的業務,特别對于外部對象的業務,又細分為很多産品,不同的産品實作不同的功能,其實對于應用層的要求已經非常明确,就是“依托企業中台,共享平台服務能力,支撐各類應用快速建構”。隻有做到一個大中台,才能達到所有業務所需要的下遊資料資訊來自同一個平台,才能支撐快速建構應用的需要。
根據泛在電力物聯網建設大綱,分析下4層結構的特點和要求可以發現,平台層建設為統一的大中台的速度直接關系着泛在電力物聯網的建設成果。因為感覺層包括作業系統、硬體和網關的選擇和統一可以和平台層的建設同時進行,并且由于感覺層的終端會通過網關進行初步整合是以感覺層的建設是并行式的,而平台層的建設即使采用分區域的并行建設方式也無法像感覺層分得那麼細,而最上層應用層的業務産品和功能能否做到大綱提出的要求也完全取決于平台對于資料的整合能力,是以對于泛在電力物聯網的建設過程需要特别關注平台層的建設進度。