一种智能计量箱运行状态远程监控方法及系统与流程

本申请属于监控领域，尤其涉及一种智能计量箱运行状态远程监控方法及系统。

背景技术：

1、智能计量箱部署环境复杂、数量庞大，承载着电能计量、数据采集、负荷控制及状态监测等关键任务。现有的监控方式多采用轮询机制，即监控中心通过单播方式逐一向每个计量箱查询状态信息。此种方式在大规模部署场景下，会产生巨大的网络信令开销和服务器轮询压力，导致监控延迟高、实时性差，难以快速发现并响应如过温、过压、箱门异常开启等紧急告警事件，存在严重的可扩展性问题。

2、coap是专为资源受限的物联网设备设计的轻量级应用层协议，支持组播通信，使得监控中心能够通过一次请求触达区域内的所有设备，提高了通信效率。标准的coap资源发现仅能获取设备所提供的资源列表，无法获取资源的状态值。监控中心若要了解具体状态，仍需在发现后对感兴趣的设备发起额外的单播请求，无法在设备端根据运行参数及其变化趋势进行前置的条件过滤，未从根本上解决状态获取效率低下的问题。当组播请求发送后，区域内所有接收到请求的设备可能会在短时间内集中响应，导致网络拥塞、数据包大量丢失，甚至使监控中心服务器因瞬时负载过高而瘫痪。而且无法对组播请求源的认证，任何网络内的节点均可伪造组播请求，不仅会恶意触发响应风暴，造成拒绝服务攻击，还可能用于非法探测网络设备信息，给电力系统的安全带来了隐患；然而，若要求算力受限的计量箱对所有接收到的组播请求均直接进行高强度的数字签名验证，又会极大消耗设备资源甚至导致设备宕机。同时，随机退避延时策略虽能在一定程度上缓解响应风暴，但无法区分事件的紧急程度，可能导致关键的告警信息因随机延时而无法优先处理，错失最佳处置时机；此外，计量箱内部存在复杂的交流电磁环境，传统的随机发送时机极易与交流电波形的干扰峰值重叠而引发丢包，且固定不变的响应报文结构在设备面临资源受限时往往因载荷过大而导致报文分片或传输失败。

技术实现思路

1、为了解决现有技术状态获取效率低下、缺乏对组播请求源的认证且无法区分事件紧急程度的问题。

2、在第一个方面，本发明提出一种智能计量箱运行状态远程监控方法，包括以下步骤：

3、监控中心构建并发送携带资源状态谓词及认证令牌的coap组播请求报文；

4、智能计量箱接收所述组播请求报文，执行轻量级安全预检；预检通过后，提取所述资源状态谓词，基于表示自身告警级别与数据重要性的运行风险指数确定响应优先级，结合随机数在所述优先级对应的延时窗口内计算具体响应时隙，并将所述具体响应时隙与计量箱侧交流电波形的特征对齐以确定目标执行时机，其中，高运行风险指数对应高响应优先级和更短的延时窗口；

5、在所述目标执行时机即将到达前，利用自身各监测点的实时运行参数及其变化趋势对所述谓词进行布尔运算确定是否响应；若确定响应，则基于预置的监控中心公钥验证所述认证令牌中数字签名的合法性；签名验证通过后，生成coap响应报文，所述响应报文载荷根据当前设备资源的受限状态采用自适应降级的数据结构，其中在未降级的标准格式下每个键为所述谓词中引用的资源路径，每个值为用于对所述谓词进行布尔运算时所获取的状态值；将所述coap响应报文在所述目标执行时机触发通过单播方式发送至监控中心。

6、在又一方面，本发明还提出一种智能计量箱运行状态远程监控系统，包括以下模块：

7、组播模块，用于监控中心构建并发送携带资源状态谓词及认证令牌的coap组播请求报文；

8、验证模块，用于智能计量箱接收所述组播请求报文，执行轻量级安全预检；预检通过后，提取所述资源状态谓词，基于表示自身告警级别与数据重要性的运行风险指数确定响应优先级，结合随机数在所述优先级对应的延时窗口内计算具体响应时隙，并将所述具体响应时隙与计量箱侧交流电波形的特征对齐以确定目标执行时机，其中，高运行风险指数对应高响应优先级和更短的延时窗口；

9、发送模块，用于在所述目标执行时机即将到达前，利用自身各监测点的实时运行参数及其变化趋势对所述谓词进行布尔运算确定是否响应；若确定响应，则基于预置的监控中心公钥验证所述认证令牌中数字签名的合法性；签名验证通过后，生成coap响应报文，所述响应报文载荷根据当前设备资源的受限状态采用自适应降级的数据结构，其中在未降级的标准格式下每个键为所述谓词中引用的资源路径，每个值为用于对所述谓词进行布尔运算时所获取的状态值；将所述coap响应报文在所述目标执行时机触发通过单播方式发送至监控中心。

10、本发明通过在coap组播请求中输入携带资源状态谓词及认证令牌，并由智能计量箱执行先轻量级安全预检、后在判定需响应时才基于公钥验证数字签名合法性的分步式安全机制，不仅构建了一套安全的双向认证机制，提升了监控通信的安全性与可靠性，防止了非法访问及重放攻击，更有效避免了高强度验签操作对受限设备算力的无效消耗。利用自身各监测点的实时运行参数及其变化趋势对资源状态谓词进行布尔运算，实现了在设备端基于自身实时状态的自主判断响应，从源头过滤了不必要的应答报文，减轻了监控中心的处理负担和网络通信负载。通过设立基于运行风险指数的响应优先级和延时窗口机制，确保了高风险或状态异常的设备能够优先上报信息，结合随机延时规避了多设备并发应答可能引发的网络响应风暴；同时，将具体响应时隙与计量箱侧交流电波形的特征对齐，避开了内部电磁干扰，提升了传输的成功率。此外，在生成响应报文时根据当前设备资源的受限状态采用自适应降级的数据结构，缩减了原本标准格式下的报文载荷体积，避免了受限网络环境下的报文丢失，在保证关键告警信息高可靠、高实时上报的同时，也确保了整个监控系统的稳定运行。

1.一种智能计量箱运行状态远程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控中心构建并发送携带资源状态谓词及认证令牌的coap组播请求报文，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述智能计量箱接收所述组播请求报文，执行轻量级安全预检，具体为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于表示自身告警级别与数据重要性的运行风险指数确定响应优先级，结合随机数在所述优先级对应的延时窗口内计算具体响应时隙，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述具体响应时隙与计量箱侧交流电波形的特征对齐以确定目标执行时机，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用自身各监测点的实时运行参数及其变化趋势对所述谓词进行布尔运算确定是否响应，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应报文载荷根据当前设备资源的受限状态采用自适应降级的数据结构，其中在未降级的标准格式下每个键为所述谓词中引用的资源路径，每个值为用于对所述谓词进行布尔运算时所获取的状态值，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述实时监测智能计量箱当前的剩余内存、电池电量及网络可用带宽，评估得到设备资源受限等级，包括：

9.一种智能计量箱运行状态远程监控系统，其特征在于，包括以下模块：

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述监控中心构建并发送携带资源状态谓词及认证令牌的coap组播请求报文，包括：