一种基于云边协同的电力智能终端管理系统及方法与流程

1.本发明涉及边缘计算领域，尤其涉及一种基于云边协同的电力智能终端管理系统及方法。


背景技术：

2.随着电力行业用电信息采集终端智能化和分布式能源、分布式充电桩等的不断接入，需要采集和传输的数据量和数据种类都不断增加，用电信息采集主站不堪重负，且响应速度变慢，各个终端之间相互隔离形成信息孤岛。
3.基于边缘计算能力的台区智能终端是配电台区以及用电侧的边缘物联节点，其具备海量数据存储及强大的边缘计算能力，可以分担主站功能，实现对用户和包括电表在内用采终端的管控，实现信息实时的互联互通，推动营配贯通。
4.台区智能终端允许多种通信协议接入，支撑多版本智能电能表、各级开关、分布式电源、有序充电桩、水气热表等台区及客户侧设备泛在接入和边缘管理。台区智能终端解决了接入配电网中设备种类与数量繁多、标准不统一和末端通信困难的切实问题，同时支持配电与用采业务，实现不同设备间数据交互共享。
5.台区智能终端作为低压配电物联网的核心，采用硬件平台化、功能软件化、结构模块化、软硬件解耦、通信协议自适配的设计理念。因此，既能满足传统的用电信息采集、数据处理、档案自动同步、远程安全升级等业务需求，同时具备根据场景灵活配置、即插即用、实时感知等新增功能，可以满足公共事业数据采集、分布式能源接入与监控、充电桩数据采集、台区状态管理、企业能效监测、智能家居应用等业务需求。
6.台区智能终端通常安装于配电台区的配电变压器供电侧，实现各类边缘物联网设备代理。管理服务器通常部署在云端，实现台区智能终端的在线管理和远程运维。
7.但是，面对数以万计的大量台区智能终端，存在智能终端状态感知难、线路运维效率低、用户需求侧管理混乱等问题，目前缺少一套行之有效、管理便捷高效的统一管控系统，用来对台区智能终端的操作系统、固件版本等进行统一升级，用来对安装的配电软件、营销软件进行统一生命周期管理，用来实现高效的用电信息采集，用来监控各类终端物联网设备异常告警等功能。


技术实现要素：

8.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于云边协同的电力智能终端管理系统及方法。
9.根据本发明的一个方面，提供了一种基于云边协同的电力智能终端管理系统，所述管理系统包括：控制器和多个边缘代理；
10.所述控制器分别与多个所述边缘代理连接，用于统一管理多个边缘代理；部署在云端，所述控制器包括：操作系统、所述虚拟化云平台、所述物联管理平台、所述app应用中心和所述功能组件。
11.可选的，所述虚拟化云平台为虚拟化基础设施底座，用于屏蔽底层硬件的差异，并为上层应用提供计算、存储和网络资源。
12.可选的，所述操作系统为linux操作系统。
13.可选的，所述管理系统还包括：通信协议处理单元，用于通过各类轻量化的物联网通信协议，接入各类电力物联网终端设备。
14.可选的，所述app应用中心用于实现对安装在智能终端上的应用软件app实例进行统一生命周期管理。
15.可选的，所述管理系统还包括：通过公共通信网络或者专用通信网络，采用轻量化的通信协议接入云端控制器，用于接收控制器控制指令下发和上传经过本地分析处理后的业务数据。
16.可选的，所述控制器还包括：物联管理平台，分别与用电采集主站和配电自动化主站连接。
17.可选的，所述边缘代理具体包括：应用层app、虚拟化云平台、通信协议处理单元和操作系统。
18.一种基于云边协同的电力智能终端管理方法，所述管理方法应用于权利要求1-6中的管理系统，所述管理方法包括：
19.所述控制器根据管理员下发的指令，统一控制所述边缘代理的行为；
20.所述控制器接收边缘代理周期性上报的用电数据，并转发给用电采集主站，实现用电信息采集的自动化处理；
21.所述控制器接收所述边缘代理周期性上报的运行环境监控数据，并通过app应用中心作出自动化决策，确定下一步采取的操作；
22.当app应用中心无法作出自动化决策时，通知物联管理平台的告警管理，进行自动化告警处理；
23.部署于边缘端的边缘代理，通过各类轻量化的物联网通信协议，接入各类电力物联网终端设备。
24.本发明提供的一种基于云边协同的电力智能终端管理系统及方法，所述管理系统包括：控制器和多个边缘代理；所述控制器分别与多个所述边缘代理连接，用于统一管理多个边缘代理；部署在云端，所述控制器包括：操作系统、所述虚拟化云平台、所述物联管理平台、所述app应用中心和所述功能组件。管理方法，通过边缘代理实现收集来自各类电力物联网终端设备的用电数据、设备状态数据、环境监控数据等。通过虚拟化云平台，实现将边缘代理作为容器集群中的一个工作节点，接入容器集群并接收管理节点的控制指令。部署于工作节点中的应用软件app，在应用层层面实现分发来自云端的控制指令至各类电力物联网终端设备，并实现收集来自各类电力物联网终端设备的各种数据，通过云边协同的管理系统及方法，能够高效便捷地管理大量的台区智能终端，提升管理效率。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
26.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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
27.图1为本发明提供的一种基于云边协同的电力智能终端管理系统架构图；
28.图2为控制器部分功能组件的内部结构图；
29.图3为本发明提供的具体实施例1的系统架构图；
30.图4为本发明提供的具体实施例2的系统架构图。
具体实施方式
31.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
32.本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
33.下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
34.如图1所示，图3为本发明提供的第一种实施例，如图所示，本实施例采用k3s容器集群管理技术。k3s为一款高可用、轻量化的kubernetes容器集群管理解决方案，k3s被打包成单个小于60mb的二进制文件，从而减少了安装、运行及自动更新生产kubernetes集群所需的依赖性和操作步骤。k3s集群管理方案专为无人值守、资源受限、偏远地区或物联网设备内部的生产工作负载而设计，因此，其应用场景非常适合用于管理数以万计的边缘端电力行业台区智能终端。
35.如图2所示，部署于云端的控制器包括k3s server功能组件，其作为虚拟化云平台的具体实现方式，主要包括api server、scheduler、controllermanager及tunnel proxy等功能模块。其中api server提供了各类资源对象的增删改查等http rest接口，是整个容器集群的数据总线和数据中心。scheduler是整个容器集群的调度器，它通过api server提供的接口监听pods，获取待调度pod，然后根据一系列的预选策略和优选策略给各个工作节点打分排序，最后将pod调度到得分最高的工作节点上。controllermanager的职责是保证集群中各种资源的状态和用户定义的状态一致,如果出现偏差,则修正资源的状态。tunnel proxy通过隧道协议，实现k3s server与k3sagent之间通信链接的建立与通信通道的维持。
36.部署于边缘端的边缘代理包括k3sagent功能组件，其作为虚拟化云平台的具体实现方式，包括kubelet、kube proxy、flannel及tunnel proxy等功能模块。kubelet是工作节点上的主要服务，定期从云端api server接收新的或修改的pod规范，并确保pod及其容器在期望规范下运行，同时kubelet作为工作节点的监控组件，向api server汇报主机的运行状况。kube proxy是实现k3s service通信与负载均衡机制的重要组件，kube proxy维护节点上的网络规则，使发往service的流量(通过clusterip和端口)负载均衡到正确的后端pod。flannel作为默认的cni提供容器网络模型，实现集群内跨节点的容器网络互访。
tunnel proxy通过隧道协议，实现k3s server与k3s agent之间通信链接的建立与通信通道的维持。应用层的pod以容器形态运行电力行业应用软件app。
37.k3s集群部署完成后，k3s server通过rest接口管理各个k3s agent，通过api server接收物联管理平台和app应用中心的控制指令，通过scheduler调度业务pod至目标工作节点并运行，通过controllermanager保证各个资源对象的运行状态。
38.整个k3s集群运行起来后，物联管理平台和app应用中心就可通过k3s集群中的pod ip、cluster ip或工作节点ip进行相互通信。
39.图4为本发明提供的第二种实施例，如图所示，本实施例采用kubeedge容器集群管理技术。kubeedge是一个开源系统，用于将本机容器化应用编排功能延伸到边缘端的主机；它基于kubernetes构建，并为网络与应用程序部署以及云边元数据同步提供基础架构支持。kubeedge可以很好地支持边缘计算，通过在边缘端运行业务逻辑，可以在本地生成、处理和保存大量数据，减少云边网络带宽消耗，提高响应速度，降低成本并保护客户的隐私数据。kubeedge简化开发，开发人员编写基于常规http或mqtt的应用程序，并对其进行容器化，然后在edge或cloud中的任何位置运行它们。kubeedge支持kubernetes原生接口与功能，借助kubeedge，用户可以在edge节点上编排应用，管理设备并监控应用和设备状态，就像云端的传统kubernetes集群一样。kubeedge支持大量的应用，可以轻松地将现有的复杂机器学习、图像识别、事件处理或其它高级应用程序部署至边缘端。
40.如图4所示，部署于云端的控制器包括cloudpart功能组件，其作为虚拟化云平台的具体实现方式，主要包括controllers及cloud hub等功能模块。其中controllers包括edge controller与device controller，edge controller负责管理各个边缘节点及pod原数据，用以将云端数据分发到指定的边缘节点；device controller负责管理边缘端的各类物联网设备。cloud hub为云端的通信接口模块，它作为web socket连接的服务器，负责监听云端的消息数据变更、做缓存及发送至边缘端。
41.部署于边缘端的边缘代理包括edge part功能组件，作为虚拟化云平台的具体实现方式，包括edged、meta manager、device twin、service bus、eventbus及edge hub等功能模块。edged负责容器化应用的生命周期管理，包括pod管理、volume管理、configmap管理、secret管理及容器运行时等kubernetes原生功能。meta manager是edged与edge hub之间的消息处理器，它还负责将元数据存储至一个本地的轻量化数据库中，以便数据可以本地获取，减少对云端的依赖。device twin是负责处理元数据的设备的软件镜像，它还协助处理设备状态并同步数据至云端。service bus用于对接外部输入，当外部输入接口类型为http restapi时，service bus负责进行协议数据转换。event bus是mqtt物联网通信协议的一个客户端代理，它将物联网设备上报的数据做协议转换，以便适应edge part内各模块的通信要求。edge hub为边缘端的通信接口模块，它作为web socket连接的客户端，负责与云端服务建立通信链接并进行数据传输。应用层的pod以容器形态运行电力行业应用软件app。
42.kubeedge集群部署完成后，云端cloudpart的edge controller通过rest接口管理各个edge part，通过kubernetes api server接收物联管理平台和app应用中心的控制指令，通过kubernetes scheduler调度业务pod至目标工作节点并运行，通过kubernetes controller manager保证各个资源对象的运行状态。
43.整个kubeedge集群运行起来后，物联管理平台和app应用中心就可通过集群中的pod ip、cluster ip或工作节点ip进行相互通信。
44.有益效果：通过所述云边协同的管理系统，能够高效便捷地管理大量的台区智能终端，大幅提升管理效率。
45.云端控制器发起的控制指令下发至全部或部分边缘代理，这种批量操作的方式能够大幅度地提升工作效率，减少边缘端台区智能终端的维护工作量。
46.通过用电采集主站、配电自动化主站与所述管理系统云、边、端的协同操作，能够实现用电信息采集、配变电等操作、应用软件app实例生命周期管理、设备监控告警等功能的自动化运行，减少人工干预，进一步提升工作效率及降低人为错误概率。
47.以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。