一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，具体为一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法。

背景技术

现有的实验室的分布式电源端、网络、负荷、储能等各个环节的信息交互与决策严重依赖控制中心，各环节和设备之间不支持信息就地交换，使得沙盘控制及监测设备、智能网关、智能电量采集终端、环境监测终端、环境信息采集终端及智能门禁终端等设备无法实现信息的高效共享和就地处理，整体可靠性取决于控制中心；各类传感器传输协议标准化程度不高，通讯协议多，设备调试工作量大，周期长，严重阻碍了有效的本地数据有效交互；各厂家品牌的智能终端设备种类及通讯协议多，可扩展性差，在实验室需增加实验用智能终端的接入数量和种类时，需要进行大量的配置和联调工作，使得实验的调试、实验及运维成本高。

此外，传统的智能设备的通信协议非面向对象，扩展性差，不能交换设备模型；面向消费级的物联网通信协议，在安全性和实时性上又稍显不足，无法支撑分布式控制的高效应用。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：如何设置标准化的智能设备通讯协议以提高智能设备的拓展性、降低运维成本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法，包括：

基于通讯协议组帧结构定义面向对象的标准化实验室通讯协议；

采集源网荷储仿真沙盘的实验室内智能终端的设备信息和通讯协议，并判断所述信息的完整性；

智能网关基于智能终端通讯协议的格式解析所述通讯协议，并整合所述智能终端设备信息和通讯协议上传至子站服务器；

主站与子站进行数据交互和数据帧解析，在系统服务端进行数据操作并于应用系统展示。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述定义面向对象的标准化实验室通讯协议，包括：通过按照帧头FH、帧长度FL、接入节点AN、设备类型ET、厂家M、型号MN、数据类型DT、数据内容DC、校验码CRC、帧尾FT的组帧结构来定义一种面向对象的标准化实验室通信协议，表示为：

通讯协议帧＝FH+FL+AN+ET+M+MN+DT+DC+CRC+FT。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述校验码CRC通过对要传输的数据进行多项式计算，将得到的结果附在数据帧后面进行传输，在收方收到数据帧后利用CRC码对数据进行检查，对数据进行校验。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述校验码CRC，还包括：校验码CRC由信息码n位和校验码k位构成；k位校验位拼接在n位数据位后面，n+k为循环冗余校验码的字长；n位信息位可以表示成为一个报文多项式M(x)，最高幂次是x

校验码CRC的计算方式表示为：

当码字长度为N，信息字段为K位，校验字段为R位(N＝K+R)，则对于CRC码集中的任一码字，存在且仅存在一个R次多项式G(x)，使得：

V(x)＝A(x)G(x)＝xRM(x)+r(x)

其中，M(x)为K次原始的信息多项式，r(x)为R-1次校验多项式(即CRC校验和)；

G(x)为生成多项式：

G(x)＝G(0)+G(1)x(1)+G(2)x(2)+…+G(R-1)x(R-1)+G(R)x(R)

发送方通过指定的G(x)产生CRC码字，接收方则通过该G(x)来验证收到的CRC码字。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述采集源网荷储仿真沙盘的实验室内智能终端的设备信息和通讯协议，包括：智能网关与智能终端通过无线或有线的方式与部署于实验室内的智能终端连接，初始化智能网关，使智能网关能够主动采集或接收智能终端的数据帧/包并对所采集的数据进行解析。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述对采集的数据进行解析，包括：智能网关判断接收到的数据帧或包的信息是否完整，若接收到的数据帧或数据包所包含的信息符合预制传输协议的解码规则，提取的信息及数据内容完整则判定信息完整，否则判定接收到的数据帧或包的信息不完整，重新采集数据。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述对采集的数据进行解析，还包括：当智能网关接收到的数据帧/包的信息完整时，智能网关基于智能终端的通讯协议格式对采集到的通讯协议进行解析，并按照面向对象的标准化实验室通讯协议的组帧格式进行组帧，生成完整数据帧后上报上层逻辑节点即子站服务器。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述主站与子站进行数据交互，包括：主站服务器采用主动抓包及下发配置或指令的方式与子站服务器进行通信，主动抓取子站服务器的数据帧以完成主站服务器与子站服务器之间的数据交互。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述数据帧解析，包括：主站服务器主动抓取子站服务器的数据帧后，基于面向对象的标准化实验室通讯协议的组帧格式进行数据帧解析，将抓取的数据帧解析为帧头、帧长度、接入节点、设备类型、厂家、型号、数据类型、数据内容、校验码、帧尾；并通过帧长度和校验码对通讯协议帧或通讯协议包的完整性进行判断。

作为本发明所述的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的一种优选方案，其中：所述对通讯协议帧或通讯协议包的完整性进行判断，包括：若主站抓取的通讯协议帧或通讯协议包不完整，则重新抓包，直至抓取完整的通讯协议帧或通讯协议包；若主站抓取的通讯协议帧或通讯协议包完整，则继续对通讯协议帧或通讯协议包进行解析，提取所需的信息及数据内容。

本发明的有益效果：本发明通过定义面向对象的标准化实验室通讯协议的组帧格式解决了现有电网实验室对控制中心严重依赖的问题，并提高了设备传输协议标准化程度，增强了设备的可扩展性，有效降低了实验是设备的调试、实验及运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法的整体流程图；

图2为本发明一个实施例提供的一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议的组帧方式及结构图；

图3为本发明一个实施例提供的智能网关采集智能设备信息各节点示例图；

图4为本发明一个实施例提供的智能网关解析及组帧流程图；

图5为本发明一个实施例提供的主站服务器抓包解析及展示示例图；

图6为本发明一个实施例提供的主站服务器抓包解析及展示流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～6，为本发明的一个实施例，提供了一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法，包括：

S1：基于通讯协议组帧结构定义面向对象的标准化实验室通讯协议；

具体的，通过按照帧头、帧长度、接入节点、设备类型、厂家、型号、数据类型、数据内容、校验码、帧尾的组帧结构来定义一种面向对象的标准化实验室通信协议。

应说明的是，参考图2，帧头(FrameHeader，FH)作为整个通讯协议帧的起始字节；帧尾(FrameTail，FT)作为整个通讯协议帧的终止字节；帧长度(FrameLength，FL)为：帧头、帧长度、接入节点、设备类型、厂家、型号、数据类型、数据内容、校验码、帧尾的字节长度之和；接入节点(AccessNode，AN)表示为智能网关、数据网关、服务器等节点；设备类型(EquipmentType，ET)、型号(ModelNumber，MN)表示接入设备的设备类型及型号，每台设备在系统数据库内均有相对应的设备类型及型号，根据设备类型编号可在数据库内查询；厂家(Manufactor，M)表示设备厂家编号，每个厂家在在系统数据库内均有相对应的数字，可根据该数据查询厂家名称并展示；数据类型(DataType，DT)、数据内容(DataContent，DC)为智能终端的采集或监测的数据；校验码(CRC)为整个帧的校验。

更进一步的，设置帧数据格式，可采用二进制数据、八进制数据、十六进制数据等其他可用于准确描述帧数据的数据格式。

更进一步的，利用校验帧(CRC)对传输协议帧的信息的正确性进行验证。

其中，校验码(CRC)为整个帧的校验，其原理为：

通过对要传输的数据进行多项式计算，将得到的结果附在数据帧后面进行传输，在收方收到数据帧后利用CRC码对数据进行检查，实现对数据的检错功能；校验码CRC由信息码n位和校验码k位构成；k位校验位拼接在n位数据位后面，n+k为循环冗余校验码的字长；n位信息位可以表示成为一个报文多项式M(x)，最高幂次是x

计算方式表示为：

若设码字长度为N，信息字段为K位，校验字段为R位(N＝K+R)，则对于CRC码集中的任一码字，存在且仅存在一个R次多项式G(x)，使得：

V(x)＝A(x)G(x)＝xRM(x)+r(x)

其中，M(x)为K次原始的信息多项式，r(x)为R-1次校验多项式(即CRC校验和)；

G(x)为生成多项式：

G(x)＝G(0)+G(1)x(1)+G(2)x(2)+…+G(R-1)x(R-1)+G(R)x(R)

发送方通过指定的G(x)产生CRC码字，接收方则通过该G(x)来验证收到的CRC码字。

S2：采集源网荷储仿真沙盘的实验室内智能终端的设备信息和通讯协议，并判断所采集信息的完整性。

应说明的是，实验室智能终端如图3所示，包括但不限于：实验室环境传感器、电气量智能终端、门禁及气体终端、实验室沙盘；其中实验室环境传感器包括但不限于噪声传感器、温湿度传感器、水浸传感器、水位传感器；电气量智能终端包括但不限于CT、电气量、感知环、电流、震动传感器；门禁及气体传终端包括但不限于门禁、气体传感器、烟雾传感器。

还应说明的是，实验室内智能终端的设备信息包括智能终端的型号、类型、通讯协议等信息，这些设备信息通过上位机进行配置；其中通讯协议包括智能终端使用的所有通讯协议，包括：Modbus、RS232/RS485、C-Bus、Wifi、Bluetooth/BLE、NB-loT等智能终端通讯协议。

具体的，智能网关与智能终端通过无线或有线的方式与部署于实验室内的智能终端连接，初始化设置智能网关，使智能网关能够主动采集或接收智能终端的数据帧/包并对所采集的数据进行解析。

应说明的是，初始化智能网关包括：初始化上位机、通讯协议机制、协议帧组合机制。

更进一步的，智能网关判断接收到的数据帧/包的信息是否完整，若完整，智能网关对数据帧/包进行解析。

应说明的是，智能网关判断接收到的数据帧/包的信息是否完整包括：接收到的数据帧/包包含的信息是否符合预制传输协议的解码规则，提取所需的信息及数据内容是否完整。

S3：智能网关基于智能终端通讯协议的格式解析通讯协议，并整合智能终端设备信息和通讯协议上传至子站服务器。

具体的，当智能网关接收到的数据帧/包的信息完整时，智能网关基于智能终端的通讯协议格式对采集到的通讯协议进行解析，并按照面向对象的标准化实验室通讯协议帧的要求进行组帧，生成完整数据帧后上报上层逻辑节点即子站服务器。

应说明的是，面向对象的标准化实验室通讯协议帧的组帧格式为：

帧头+帧长度+接入节点+设备类型+厂家+型号+数据类型+数据内容+校验码+帧尾

即：通讯协议帧＝FH+FL+AN+ET+M+MN+DT+DC+CRC+FT。

S4：主站与子站进行数据交互和数据帧解析，在系统服务端进行数据操作并于应用系统展示。

更进一步的，主站服务器采用主动抓包及下发配置或指令的方式与子站服务器进行通信，以完成主站与子站之间的数据交互。

应说明的是，主站服务器与子站服务器并非固定的逻辑节点，可以依据实际实验需求划分相应的逻辑节点。

更进一步的，主站服务器主动抓取子站服务器的数据帧后，基于面向对象的标准化实验室通讯协议的组帧格式进行数据帧解析，获取帧头、帧长度、接入节点、设备类型、厂家、型号、数据类型、数据内容、校验码、帧尾信息。

更进一步的，通过帧长度和校验码对通讯协议帧或通讯协议包的完整性进行判断；若主站抓取的通讯协议帧或通讯协议包不完整，则重新抓包，直至抓取完整的通讯协议帧或通讯协议包；若主站抓取的通讯协议帧或通讯协议包完整，则继续对通讯协议帧或通讯协议包进行解析，提取所需的信息及数据内容。

更进一步的，服务器上的应用展示系统从主站服务器抓取解析后的数据信息和数据内容进行处理并展示。

实施例2

参照图1～6，为本发明的一个实施例，提供了一种电网源网荷储仿真沙盘实验的通讯协议设计方法，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。

本实施例中，采用传统的多实验室通讯协议下的电网实验室和本发明所提出的面向对象的标准化实验室通讯协议分别进行电网源网荷储仿真沙盘实验，就两种方法下的信息交互方式、信息共享情况、智能终端接入调试工作量和智能设备控制情况做出对比分析，对比结果如表1所示。

表1电网源网荷储仿真沙盘实验测试结果对比表

由上表可知，本发明通过定义面向对象的标准化实验室通讯协议的组帧格式解决了现有电网实验室对控制中心严重依赖的问题，通过标准化实验室通讯协议实现了实验室内智能终端设备的高效信息交互以及信息共享，提高电网信息运转效率，本发明有效提高了设备传输协议标准化程度，增强了设备的可扩展性，有效降低了实验是设备的调试、实验及运维成本。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。