基于物联网技术的智能电力抄表服务平台 安科瑞 顾语欢
摘要：随着科学技术的发展，我国的物联网技术有了很大进展。为了提升电力抄表服务的稳定性，保障电力抄表数据的可靠性，本文提出并实现了基于物联网的智能电力抄表服务平台，结合云计算、大数据等技术，提供电力集抄、能耗管理、电气安全、预付费、智能运维等多种数据服务，实现监控、告警、运维的信息化、自动化和智能化。
关键词：能源物联网；APP电表；数据服务
一、引言
随着智能电网技术和物联网技术的发展，使用2G/4G/NB-IOT网络进行电网抄表数据传输业务发展迅速。由于电网抄表终端分布区域广，经常出现因终端断电、终端异常、网络弱覆盖等问题，导致远程电力抄表设备无法正常传输数据，影响抄表数据及时回传[1-3]。为了提升电力抄表服务的稳定性，保障电力抄表数据的可靠性，本文设计并实现一种基于物联网的智能电力抄表服务平台，运用大数据和云计算技术，建立上下行数据标准，提供电力集抄、能耗管理、电气安全、预付费、智能运维、智能照明等多种数据服务，实现监控、告警、运维的信息化、自动化和智能化。
二、关键技术
2.1物联网技术
物联网（internet of things，IoT）技术作为嵌入式技术、网络技术和软件技术的交叉领域，被定义为利用红外线传感器、射频识别、GPS等通信技术按照一定协现智能交互的网络［3］。
一般认为物联网结构可分为感知层、网络层与应用层3个层次：感知层主要包括计量传感设备；网络层包括网络的协议栈及其软硬件实现；应用层包括集中式或分布式的云计算平台以及用户应用软件等，是“物”与用户直接进行交互的部分。
物联网通信协议分为接入协议和传输协议。接入协议主要指底层感知层设备间进行通信的协议。传输协议基于互联网的TCP/IP协议，面向应用层进行数据交换，常见的物联网传输协议为MQTT协议。MQTT采用“推送”机制，减轻服务器短时并发接收数据请求的负担，提供3种服务质量，能在资源受限的网络中实现设备同远方系统进行异步合理的通信，本文采用的协议就是这个。
2.2 MQTT协议
MQTT（消息队列远程传输协议）由IBM在1999年发布，该协议构建于TCP/IP协议上,一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的"轻量级"通讯协议,。MQTT的较大优点是能够以较少的代码和有限的带宽为远程连接设备提供实时可靠的消息服务作为低开销、低带宽占用的即时通信协议使其在物联网、小型设备、移动应用程序等广泛的应用。MQTT是基于客户端-服务器的消息传递/订阅传输协议。QTT协议实现轻巧、简单、开放、容易，这些特点使其适用范围非常广泛。
MQTT协议提供一对多的消息发布,可以降低应用程序的耦合性,用户只需要编写较少量的应用代码就能完成一对多的消息发布与订阅,该协议是基于<客户端-服务器>模型,在协议中主要有三种身份：发布者（Publisher）、服务器（Broker）以及订阅者（Subscriber）。其中，MQTT消息的发行者和订阅者是客户端服务器作为中继的存在，只是将发布者发出的消息转发给订阅该主题的所有订阅者，发布者可以发布该权限内的所有主题，消息发布者同时是订阅者，实现生产者和消费者的解耦所发出的消息可以同时被多个订阅者预订。
三、系统整体方案设计
能源物联网以能源供应、能源管理、设备管理、能耗分析的能源流向为主线，将能源生产加工、分配传输、消耗、节能各个环节串联起来，结合人与物的互联，构成以安科瑞产品为媒介的能源物联网生态圈，其中物联网硬件和能源参与者分别以数据流形式和业务流的形式与平台交互。
3.1组网结构
Acrel-EIoT能源物联网云平台采用分层分布式结构，主要由感知层（终端采集设备）、网络层（通讯管理终端）和平台层（能源物联网云平台）三个部分组成。
● 感知层：连接于网络中的各类传感器，包括多功能仪表、预付费电表、多回路仪表、物联网电表、物联网水表、电瓶车充电桩、汽车充电桩、路灯控制器等。
● 网络层：智能网关，采集感知层的数据，进行规约转换及存储之后将数据上传至能源物联网云平台。
● 平台层：包含应用服务器和数据服务器，可在PC端或移动端实现应用。
3.2平台架构
Acrel-EIoT能源物联网云平台的系统网络结构采用分层分布式的结构，系统包括：感知层、数据层、应用层、表现层和运营层。系统架构图如图所示。
传感器层包括了我司的各类产品，是整个系统的较底层，也是构建该能源物联网云平台必要的基本组成元素，主要有多功能仪表、预付费电表、多回路仪表、物联网电表、物联网水表、电瓶车充电桩、汽车充电桩、路灯控制器等设备。
中间的数据处理平台主要完成数据处理、数据存储和数据交互的工作，为了保证整个综合平台的数据处理能力，我们将实时数据、历史数据和业务数据分别存储在不同的库中，并提供多种接口实现与第三方系统的数据交互。
上层的应用层是指Acrel-EIoT能源物联网云平台，主要实现各种功能应用，平台按照能源的流向分为能源供应、能源管理、设备管理和能耗分析4大板块，其中能源供应包括电力集抄、智能运维子模块，能源管理包括安全用电、电能质量子模块，设备管理包括智能照明、预付费、充电桩子模块，能耗分析包括能源管理、增值服务子模块。平台通过web和app的方式为用户提供人机交互的界面，运营层的各类用户可以通过这两种方式实现平台的访问与操作。
