摘要

本文主要論述在重點(diǎn)用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)企業(yè)端系統(tǒng)建設(shè)的項(xiàng)目背景下，以集團(tuán)單位下轄多個(gè)分支機(jī)構(gòu)的能耗數(shù)據(jù)匯聚采集與集中上傳的需求為出發(fā)點(diǎn)，在不具備企業(yè)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)的條件下，以邊云協(xié)同應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分散采集、集中匯聚處理的便捷式高性價(jià)比解決方案。

場(chǎng)景描述

重點(diǎn)用能單位能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)企業(yè)端接入系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到集團(tuán)公司旗下多家制造基地合并能耗數(shù)據(jù)集中上報(bào)的需求。如某重點(diǎn)用能單位為集團(tuán)法人單位列入國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)的重點(diǎn)用能單位名錄，根據(jù)要求需要將下轄的多個(gè)制造基地能耗數(shù)據(jù)集中匯總到同一臺(tái)端設(shè)備主機(jī)上，再統(tǒng)一上報(bào)至省級(jí)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。

由于多個(gè)制造基地之間及與集團(tuán)總部之間的地理位置相距較遠(yuǎn)，且沒(méi)有實(shí)現(xiàn)基地之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通（集團(tuán)內(nèi)部局域網(wǎng)），加上公網(wǎng)固定IP資源匱乏，導(dǎo)致數(shù)據(jù)匯聚存在很大難度，制約了能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案的落實(shí)，進(jìn)而加大了項(xiàng)目建設(shè)難度及建設(shè)周期的不確定性。

常規(guī)方案

遇到此類業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)，通常首先會(huì)想到如下幾種解決方案：

1.?????借助LoRa無(wú)線短距離通信技術(shù)

2.?????借助DTU模塊的4G通信技術(shù)

3.?????借助電信運(yùn)營(yíng)商的VPN技術(shù)

看似可行性方案很多，接下來(lái)我們逐一分析上述3種方案在此種應(yīng)用場(chǎng)景下的適用性。

采用LoRa無(wú)線短距離通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可靈活組網(wǎng)，部署方便，相比4G通信而言，無(wú)流量成本壓力，在理論上最遠(yuǎn)可以覆蓋8-10KM距離。實(shí)際上這種通信距離有相當(dāng)嚴(yán)格的前提條件，即在發(fā)射端和接收端的通信鏈路上不能有明顯的遮擋物或金屬屏蔽物，最好要架空在建筑物屋頂或空曠范圍內(nèi)，不僅建設(shè)初期如此，后續(xù)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中也要求持續(xù)具備這樣良好的信號(hào)發(fā)送和接收條件，否則極易發(fā)生信號(hào)中斷的情況，且不易排查故障點(diǎn)。

采用DTU模塊的4G通信技術(shù)剛好可以彌補(bǔ)LoRa通信技術(shù)在有效傳輸距離上的不足，部署安裝同樣方便，基本上不受周圍空間建筑物的信號(hào)遮擋影響。對(duì)于信息發(fā)送端來(lái)說(shuō)是個(gè)相對(duì)理想的選擇方案；可是對(duì)于信息接收端而言，又帶來(lái)一個(gè)相對(duì)麻煩的問(wèn)題，即接收端設(shè)備通常不具備公網(wǎng)固定IP地址，導(dǎo)致DTU發(fā)送的信息無(wú)法被目標(biāo)主機(jī)接收。對(duì)此只能通過(guò)在目標(biāo)主機(jī)上增加一個(gè)動(dòng)態(tài)域名解析軟件（如花生殼）再為該主機(jī)申請(qǐng)一個(gè)動(dòng)態(tài)域名并做好企業(yè)防火墻的端口映射，如此才能將信息順利送到接收端。此方案高度依賴域名解析程序的穩(wěn)定性及企業(yè)防火墻對(duì)映射端口的開(kāi)放態(tài)度，二者缺一不可。

再來(lái)看一下采用電信運(yùn)營(yíng)商的VPN技術(shù)方案，此方案是基于電信運(yùn)營(yíng)商為集團(tuán)公司的多個(gè)分支機(jī)構(gòu)設(shè)置一個(gè)虛擬局域網(wǎng)環(huán)境，將集團(tuán)內(nèi)所有企業(yè)均納入一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)中，信息安全防護(hù)等級(jí)提高很多，且內(nèi)部信息交換及訪問(wèn)效率也會(huì)相應(yīng)有所提高，可以說(shuō)這是3種方案中的最優(yōu)方案。難點(diǎn)在于此方案需要集團(tuán)公司向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)且需要支付不菲的VPN運(yùn)營(yíng)年費(fèi)，往往很多用能單位不會(huì)同意這種費(fèi)用支出，這也是限制該方案有效利用的最大障礙。

解決方案

經(jīng)過(guò)對(duì)上述3種方案的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)完美的解決方案是既要充分利用4G通信技術(shù)帶來(lái)的廣域網(wǎng)下長(zhǎng)距離的通信能力及抗干擾能力，也要能避免因動(dòng)態(tài)域名解析和端口映射帶來(lái)的不穩(wěn)定因素和復(fù)雜的操作配置過(guò)程。基于此，我們?cè)诔浞终{(diào)研評(píng)估了用戶需求后，從通信穩(wěn)定性、配置便捷性方面著手，提出一種邊云結(jié)合的容器化設(shè)備部署通信方案。

首先，在距離集團(tuán)總部較遠(yuǎn)的多個(gè)制造基地部署能耗在線監(jiān)測(cè)端設(shè)備產(chǎn)品SEK-6460（有數(shù)據(jù)來(lái)源包含DCS系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等信息化系統(tǒng)時(shí)）或能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品SEG-550/1000（僅有數(shù)據(jù)來(lái)源為智能儀表且僅需要RS485接口獲取數(shù)據(jù)時(shí)），通過(guò)端設(shè)備或能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品自帶程序完成數(shù)據(jù)采集與協(xié)議解析工作，將能耗數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（可借助企業(yè)有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或4G模塊完成）以MQTT協(xié)議方式進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主題發(fā)布。

SEG云服務(wù)平臺(tái)通過(guò)預(yù)先搭建的MQTT Broker主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)代理操作，發(fā)布所有子設(shè)備的MQTT數(shù)據(jù)主題，部署于集團(tuán)中心的端設(shè)備SEK-6460外網(wǎng)側(cè)核心程序?qū)⑼ㄟ^(guò)訂閱數(shù)據(jù)主題的方式獲取來(lái)自各制造基地端設(shè)備或網(wǎng)關(guān)發(fā)布的能耗數(shù)據(jù)。并將訂閱到的數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)庫(kù)錄入后再通過(guò)端接入系統(tǒng)上傳軟件完成數(shù)據(jù)上傳至?。ㄊ校┘?jí)平臺(tái)。

在此方案中，分支機(jī)構(gòu)部署的端設(shè)備或采集器被視為子設(shè)備，集團(tuán)總部部署的端設(shè)備被視為容器設(shè)備，SEG云服務(wù)平臺(tái)借助公網(wǎng)固定IP及MQTT Broker服務(wù)器作為根設(shè)備，負(fù)責(zé)發(fā)布子數(shù)據(jù)主題及數(shù)據(jù)代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，提供數(shù)據(jù)鏡像鏈路，但不參與任何數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)及解析工作。

部署操作

子設(shè)備部署操作過(guò)程相對(duì)普通的端設(shè)備SEK-6460或能耗數(shù)采集器SEG-550/1000而言，僅需要增加對(duì)SEG云中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的支持即可，程序會(huì)自動(dòng)再設(shè)備重啟后發(fā)布MQTT數(shù)據(jù)主題供接收設(shè)備訂閱。

容器設(shè)備部署操作過(guò)程相對(duì)也很簡(jiǎn)單，僅需要在外網(wǎng)側(cè)的“設(shè)備容器”功能下，以“通過(guò)導(dǎo)入子設(shè)備配置添加”模式快速導(dǎo)入子設(shè)備配置參數(shù)即可。

數(shù)據(jù)匯總完成后，會(huì)統(tǒng)一進(jìn)入端設(shè)備的外網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，端接入上傳軟件可以通過(guò)企業(yè)能源消耗實(shí)際情況進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)項(xiàng)配置并最終完成整體數(shù)據(jù)上報(bào)工作。

總結(jié)

該解決方案通過(guò)容器化級(jí)聯(lián)模式有效解決了大空間范圍內(nèi)、分散數(shù)據(jù)匯聚上傳難的問(wèn)題，無(wú)論是不同的生產(chǎn)制造基地之間還是同一個(gè)廠區(qū)范圍內(nèi)，只要企業(yè)內(nèi)部有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到，且短距離無(wú)線傳輸方案（如Lora\zigbee\wifi等）無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，這種物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合MQTT協(xié)議的數(shù)據(jù)訂閱與發(fā)布機(jī)制均可以很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。