一种645协议融合终端模块化采集系统、方法、设备及介质与流程

本发明涉及电力自动化与嵌入式系统，具体涉及一种645协议融合终端模块化采集系统、方法、设备及介质。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、随着配电物联网建设的深入推进，以智能融合终端为代表的边缘计算设备被大规模部署于配电台区。融合终端作为“云-管-边-端”架构中的边缘节点，承担着台区侧多源异构数据的汇聚、处理与转发任务。其中，利用dl/t 645协议（包括1997版和2007版）对各类电能计量与感知设备进行数据采集，是其最基础、最核心的功能之一。

3、然而，在实际工程应用中，待接入的645协议设备呈现出高度的“多态性”特征，具体包括：协议版本多态（新老版本帧格式及数据标识长度差异）、厂商扩展多态（私有高级数据项及自定义流程）、功能组合多态（不同场景下采集频次与数据项集合差异）以及通信特性多态（波特率、校验及地址编码差异）。

4、针对上述复杂的多态接入需求，当前业界的普遍做法仍停留在“硬编码”开发模式下。即由软件开发人员针对每一种特定型号的设备手工编写专用采集程序，该程序经交叉编译后，通过固件整体升级的方式固化在终端固件中。此模式存在以下突出缺陷：

5、1、开发周期长，响应速度慢，新设备接入以周/月计量；

6、2、系统扩展性差，模块耦合度高，形成僵化的“烟囱式”架构，导致终端固件体积持续膨胀；

7、3、运维成本高昂，微调参数或修复bug需进行高风险的全网固件升级，易导致终端“变砖”或长时间通信中断；

8、4、知识复用率低，协议通用处理逻辑被反复实现，浪费内存资源且影响整体稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前多态645协议设备接入时采用硬编码开发模式导致的开发周期长、系统扩展性差、运维成本高昂以及固件升级存在“变砖”风险等问题，提供了一种645协议融合终端模块化采集系统、方法、设备及介质，其基于配置分离、协议解耦与动态加载实例化的中间件架构实现了在不修改融合终端主体固件的前提下，专用于特定多态设备的采集应用的按需生成、分钟级部署与热插拔运行。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种645协议融合终端模块化采集系统，所述采集系统作为中间件运行于融合终端的嵌入式操作系统之上，包括：

4、配置文件库，用于持久化存储一组预定义的配置文件模板，每一个所述配置文件模板采用统一描述语言编写，并声明式地记载一类具有特定行为特征的多态645协议设备进行数据采集所需的全部采集逻辑和参数配置；

5、645协议解析引擎，作为独立模块运行，其内部原子化地封装实现645协议交互所需的基础功能单元，所述基础功能单元提供不包含具体设备业务逻辑的协议操作原语，并对外提供标准调用接口；

6、动态加载模块，分别与所述配置文件库和所述645协议解析引擎建立通信连接；所述动态加载模块用于在接收到针对特定设备类型的采集应用生成指令时，通过加载与所述特定设备类型匹配的目标配置文件，基于所述参数配置调用所述标准调用接口，将声明式的采集逻辑动态实例化为专用于所述特定设备类型的采集应用，并完成所述采集应用的部署与启动；

7、所述动态加载模块进一步包括：

8、配置解析单元，用于读取并验证所述目标配置文件的语法与语义，提取通信参数和数据项列表，并将其格式化为系统内部数据结构；

9、任务生成单元，用于遍历所述配置解析单元输出的所述数据项列表中的每一个数据项，将包含生成请求帧、发送并等待应答、截取数据域、解码及上报的标准化采集流程，映射为一组对所述645协议解析引擎中所述标准调用接口的有序调用序列，并将所述有序调用序列连同上下文参数封装为可被系统调度器调度的采集任务；

10、部署执行单元，用于接收所述任务生成单元输出的所述采集任务，将其组装成逻辑上独立的所述采集应用，为所述采集应用创建独立的进程或线程上下文，分配系统资源并启动运行。

11、进一步地，所述配置文件模板记载的多态645协议设备的特定行为特征包括：

12、协议版本多态特征，用于区分不同版本的帧格式、控制码定义及数据标识编码规则；

13、厂商扩展多态特征，用于定义标准协议外的高级电能质量数据项、设备运行状态监测点及自定义安全认证流程；

14、功能组合多态特征，用于指定应用场景下所需采集的数据项集合与采集频次；

15、通信特性多态特征，用于配置串口波特率、校验方式、通信地址编码格式及中继转发支持状态。

16、进一步地，所述任务生成单元实例化采集应用的技术路径包括解释执行模式和代码生成与动态加载模式：

17、在所述解释执行模式下，所述动态加载模块内置解释器，直接加载所述目标配置文件并驱动所述645协议解析引擎工作；

18、在所述代码生成与动态加载模式下，所述任务生成单元利用预置的代码模板引擎生成源代码，经编译后进行动态加载。

19、进一步地，所述系统还包括运行管理模块；

20、所述运行管理模块用于持续监控所述采集应用的健康状态、资源占用与运行日志，并提供热插拔管理能力；

21、当所述配置文件库中的所述目标配置文件发生在线更新时，所述运行管理模块无感地停止原采集应用，并触发所述动态加载模块基于更新后的配置文件重新生成并启动新的采集应用，实现采集逻辑的热替换。

22、本发明还提出了一种645协议融合终端模块化采集方法，应用于上述的采集系统，所述方法包括以下步骤：

23、步骤s1：系统初始化与资源预置；将存储有所述配置文件模板的所述配置文件库，以及完整封装的所述645协议解析引擎预置并注册到系统服务中；

24、步骤s2：接收生成指令并匹配模板；接收针对特定目标多态设备的采集任务生成指令，查询并匹配对应的目标配置文件；

25、步骤s3：加载并解析配置；从所述配置文件库中加载所述目标配置文件，对其进行语法验证，提取通信参数和数据项列表，将提取的所述通信参数和所述数据项列表转换为内存中的配置对象；

26、步骤s4：采集逻辑实例化与应用构建；根据所述配置对象中包含的所述数据项列表内的每一个数据项创建定时任务描述符，将所有任务描述符整体打包作为蓝图，在系统中实例化出独立运行的采集应用；

27、步骤s5：部署、运行与生命周期管理；将新生成的所述采集应用注册到系统服务管理器中，分配进程标识和资源配额后启动，并进行持续监控与热插拔管理。

28、进一步地，在所述步骤s2中：

29、所述采集任务生成指令包含待接入设备的型号或自定义的设备类型标识；

30、所述查询并匹配对应的目标配置文件的过程包括：判断所述配置文件库中是否存在与所述标识完全匹配的配置文件模板；若不存在，则提供外部配置导入接口，允许通过远程或本地方式导入新获取的配置文件模板并存入所述配置文件库中，完成动态扩展。

31、进一步地，在所述步骤s4中：

32、所述定时任务描述符具体记录内容包括：对所述每一个数据项的数据标识进行组帧的发送任务、对接收帧进行解析的接收任务，以及结果回调任务；所述发送任务和接收任务分别关联所述645协议解析引擎中的对应接口与解析函数标识。

33、进一步地，在所述步骤s5中，所述生命周期管理具体包括：

34、所述采集应用按照各自数据项的采集周期，周期性地驱动所述645协议解析引擎与物理设备通信；

35、在接收到配置模板在线更新指令时，保持框架内其他正在运行的采集应用不受影响，仅针对在线更新对应的所述采集应用执行瞬间热替换。

36、本发明还提出了一种电子设备，包括：

37、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

38、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令，使得所述至少一个处理器执行如上述的方法。

39、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储指令，当所述指令被执行时，使如上述的方法被实现。

40、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

41、1、开发效率呈指数级提升：将新设备的接入开发模式从传统的“编写、编译、固件集成、升级”漫长周期，彻底转变为“编写/选择配置文件”的分钟级操作，敏捷响应现场复杂多变的接入需求。

42、2、架构扩展性实现质的飞跃：将设备特异的采集逻辑从终端固件中完全剥离并外化，使终端主体转变为稳定的“采集容器”；接入新型多态设备仅需增加配置文件，固件核心代码零修改，真正实现了系统能力的平滑、无限扩展。

43、3、运维便利性与系统安全性根本改善：现场运维彻底规避了高风险的全固件升级。微调数据项或周期均转化为轻量级的配置文件远程下发与热加载；即便发生配置错误，也可通过回滚配置并触发应用重建来解决，故障隔离性好，大幅降低了系统失稳风险。

44、4、系统资源与知识资产高效复用：公共协议引擎被所有动态生成的采集应用共享，显著降低了嵌入式终端的内存和flash存储消耗；同时，引擎中集成的协议处理最佳实践保证了全体协议栈的稳定与健壮，实现了专家经验的固化。