基于MQTT协议的能源物联网云边协同方法及存储介质与流程

本发明属于能源互联网，尤其涉及一种基于mqtt协议的能源物联网云边协同方法。

背景技术：

1、传统物联网边缘端向云端通过网络传输实时数据，一般采用断面快照的方式，周期通常是分钟级或小时级。而能源物联网的数据采样时间粒度是秒级或亚秒级，如果都采用断面快照方式，会产生很大的网络流量，会对网络资源、云端算力资源及存储资源提出非常高的要求。

2、传统物联网的边缘端设备存储资源有限，通常只能缓存分钟级或小时级的历史数据，因此历史数据几乎都存储在云端，并且要求先建设云端、再部署边缘端设备，才能实现历史数据存储的完整性。边缘端设备也会有访问历史数据的需求，在这种模式下，只能向云端请求数据，产生较大的网络流量。

3、传统物联网的边缘端设备计算资源有限，较复杂的计算程序全部都在云端运行，现有云边数据协同技术通常未考虑计算结果数据协同的需求。能源物联网中大部分数据密集型计算所需的输入数据来源于边缘端的采集数据，一些数据的采样密度达到微秒级，如果采用云端集中计算的方法，数据从边缘端传输到云端需占用大量的网络资源。

4、综上所述，传统物联网云边数据协同技术不能直接用于能源物联网。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明针对能源物联网业务场景，对云端和边缘端的采集程序进行改造，能够有效减少网络流量和云端计算资源的消耗。

2、本发明采用以下技术方案实现。

3、一种基于mqtt协议的能源物联网云边协同方法，包括云边配置数据协同、云边实时数据协同、云边历史数据协同和云边计算数据协同；云边配置数据协同，包括配置数据下发和云端召读边缘端设备的配置数据；云边实时数据协同，采用“断面快照+变化数据”相结合的方式，由边缘端设备向云端传输实时数据；其中，每隔第一预定时间传输一次断面快照，将所述第一预定时间定义为“全数据周期”；在一个所述全数据周期内，每隔第二预定时间传输一次变化数据，将所述第二预定时间定义为“变化数据周期”；云边历史数据协同，采用云端与边缘端设备双向同步历史数据的机制，由边缘端设备向云端传输历史数据；云边计算数据协同，利用边缘端设备的高配置算力资源，完成数据采集和转发功能，并承担边缘计算功能。

4、进一步地，

5、云边实时数据协同，具体包括：

6、边缘端设备主动向云端发送实时数据；

7、云端召读边缘端设备的实时数据；

8、云端设置边缘端设备的实时数据。

9、进一步地，

10、边缘端设备主动向云端发送实时数据，包括：

11、b11，边缘端设备将实时数据发送给云端之前，云端和边缘端设备分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

12、b12，在边缘端设备和云端启动之后，边缘端设备先将全部配置数据发送给云端；

13、b13，边缘端设备每隔所述第一预定时间将全部实时数据发送给云端；

14、b14，边缘端设备每隔所述第二预定时间将所述第二预定时间内的变化实时数据发送给云端；

15、b15，重复步骤b13和b14。

16、进一步地，

17、云端召读边缘端设备的实时数据，包括：

18、b21，云端召读边缘端的实时数据之前，云端和边缘端分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

19、b22，云端将召读实时动态属性信息的请求返回给边缘端设备，该请求包括请求消息编号、一个或多个实时数据测点的名称；

20、b23，正常情况下，边缘端设备将实时数据的结果返回给云端，该结果包括所述一个或多个实时数据测点的名称、所述一个或多个实时数据的值、所述一个或多个实时数据的时标，还包括b22中的请求消息编号；

21、b24，异常情况下，边缘端设备将错误码和b22中的请求消息编号返回给云端；

22、b25，云端对步骤b23和步骤b24中的请求消息编号进行比对，然后做相应的交互处理。

23、进一步地，

24、云端设置边缘端设备的实时数据，包括：

25、b31，云端设置边缘端的实时数据之前，云端和边缘端设备分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

26、b32，云端将设置实时数据的请求发送给边缘端设备，该请求包括请求消息编号、一个或多个实时数据测点的名称；

27、b33，正常情况下，边缘端设备将设置实时数据的结果返回给云端，该结果包括所述一个或多个实时数据测点的名称、所述一个或多个实时数据的值、所述一个或多个实时数据的时标，还包括b32中的请求消息编号；

28、b34，异常情况下，边缘端设备将错误码和b32中的请求消息编号返回给云端；

29、b35，云端对步骤b33和步骤b34中的请求消息编号进行比对，然后做相应的交互处理。

30、进一步地，

31、云边历史数据协同，具体包括：

32、边缘端设备主动向云端发送历史数据；

33、云端召读边缘端设备的历史数据；

34、边缘端召读云端的历史数据；

35、边缘端设备向云端发送计算程序结果摘要信息；

36、云端召读边缘端设备的计算程序结果信息。

37、进一步地，

38、边缘端设备主动向云端发送历史数据，包括：

39、c11，边缘端将历史数据发送给云端之前，云端和边缘端设备分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

40、c12，在两端系统启动之后，正常情况下边缘端设备不会主动向云端发送历史动态属性信息，只主动发送实时动态属性信息；

41、c13，当边缘端设备和云端之间的网络连接中断后，边缘端设备将实时数据缓存在本地磁盘上；

42、c14，当边缘端设备和云端之间的网络连接恢复后，根据默认或云端下发的历史数据发送频率，依次从本地磁盘上读取步骤c13缓存的数据消息并发送至云端，消息发送成功后则从本地磁盘上删除；

43、c15，在步骤c14中如果边缘端设备和云端网络连接再次中断，则跳转到步骤c13；

44、c16，云端根据网络资源和计算资源情况，动态计算调整边缘端设备的历史数据发送频率，并将该频率值通过“云端设置边缘端设备的实时数据”方式下发给各边缘端设备。

45、进一步地，

46、云端召读边缘端设备的历史数据，包括：

47、c21，云端召读边缘端设备的历史数据之前，云端和边缘端设备分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

48、c22，云端将召读历史数据的请求返回给边缘端设备，该请求包括时间段、请求消息编号、一个或多个历史数据测点的名称；

49、c23，边缘端设备分段读取历史数据的结果，每个数据单元包括所述一个或多个历史数据的名称、所述一个或多个历史数据的值和所述一个或多个历史数据的时标；

50、c24，边缘端设备根据数据压缩率、带宽资源动态，从lz4、lzo、snappy、zlib中选择最优的压缩算法，对每段结果数据进行压缩；

51、c25，边缘端设备将压缩后的数据，以及压缩算法名称和步骤c22的请求消息编号发送给云端；

52、c26，如果在步骤c23、c24、c25中发生异常，边缘端设备将错误码和步骤c22的请求消息编号发送给云端；

53、c27，云端收到正确数据后，对步骤c22和步骤c25中的请求消息编号进行比对，如果能够匹配，则根据数据中的压缩算法对数据进行解压，然后将数据写入历史数据库。

54、进一步地，

55、边缘端召读云端的历史数据，包括：

56、c31，边缘端设备召读云端的历史数据之前，云端和边缘端设备分别订阅相对应的主题，用于能够准确接收相应的数据；

57、c32，边缘端将召读历史数据的请求返回给云端，该请求包括时间段、请求消息编号、一个或多个历史数据的名称；

58、c33，云端分段读取历史数据的结果，每个数据单元包括历史数据测点名称、值和时标；

59、c34，云端根据数据压缩率、带宽资源动态，从lz4、lzo、snappy、zlib中选择最优的压缩算法，对每段结果数据进行压缩；

60、c35，云端将压缩后的数据，以及压缩算法名称和步骤b32的请求消息编号发送给边缘端设备；

61、c36，如果在步骤c33、c34、c35中发生异常，云端将错误码和步骤c32的请求消息编号发送给边缘端设备；

62、c37，边缘端设备收到正确数据后，对步骤c32和步骤c35中的请求消息编号进行比对，如果能够匹配，则根据数据中的压缩算法对数据进行解压，然后将数据写入历史数据库。

63、进一步地，

64、云边计算数据协同，具体包括：

65、边缘端设备向云端发送计算程序结果摘要信息；

66、云端召读边缘端设备的计算程序结果信息。

67、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序；当该一个或者多个程序被执行时，可以实现权利要求1-9任一项所述的用电安全评估方法

68、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

69、1、本发明针对能源物联网业务场景，提出边缘端向云端传输实时数据，采用“断面快照+变化数据”相结合的方式，每隔一定时间(例如60分钟)传输一次断面快照，将其定义为“全数据周期”。在一个全数据周期内，每隔一定时间(例如5秒)传输一次变化数据，将其定义为“变化数据周期”。这是因为在实际业务场景中，不同量测量的值的变化频率不同，没有必要重复发送不变化的数据。

70、2、本发明针对能源物联网业务场景，提出云端与边缘端双向同步历史数据的机制，可以按照预设的规则定期自动同步，也可以按照业务需求实现不定期同步。可实现存量边缘端系统历史数据向新建云平台同步，也可实现边缘端系统从云平台拉取历史数据。本发明还针对不同类型的历史数据设计对应的数据压缩方式，实现算力资源和网络资源的高效平衡。

71、3、本发明针对能源物联网业务场景，提出边缘端向云端上报计算结果数据的方法，能够有效减少网络流量和云端计算资源的消耗。

72、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。