关键词：物联网信息模型及通信协议；设计实现；
电力线通信利用低压供电线路实现数据传输和控制，具有实用方便、不需要重新布线、系统成本低等优点，广泛应用于照明控制、自动抄表和电力系统遥控遥测等方面。电力线通信的试验网络已经遍及４０多个国家和地区。由于信道环境干扰较多，要利用电力线实现可靠的通信非常不易，所以世界许多科研机构和电气公司都把研究重点放在如何利用低压电力线路实现高速、可靠的数字通信技术上。
一、物联网信息模型
1.传输配套标准采用。在通信协议设计的过程中，为了满足整个系统通信协议的一致性，必须遵循传输标准中的相关规定。现阶段，我国的电力系统通行的标准，本文的通讯协议是在该标准的基础上设计的专用通信协议。虽然只是为了电力系统数据的传输功能设计的，但在实际应用中暴露出一些问题。标准只定义电力功率有关的数据，但没有定义电网设备和输电电站的管理参数。在这种情况下，电力系统传输的信息类型将被减少，因此，不可能对电力线系统的参数、设备的信息、电力站收集的信息等各种通信信息进行统一的收集、分析和计算。在本文的电力物联网通信协议的设计中，需要扩展包括电网设备和电站信息在内的信息类型，并在系统各个连接的网络上对信息进行收集和处理。
2.通信协议的组成设计与其特点。相关规定，进行电力网络设计时，可以对网络中专用通信协议进行研发，传统的通信协议往往采用的是信号传输与反馈机制。研发之前，必须确定该协议由哪些内容组成。通常，协议是由对象绑定表和单元标识符两部分组成的。本文设计的元标识符采用的是规定的格式; 而对象绑定表可以分为标识符和值两个部分，在通信或承租监视对象数量会发生变化，继而会导致序列长度的变化。本文设计的通信协议与传统通信协议相比具有实时性和动态性，在传输的过程中通信协议是变化的，因此本通信协议更加复杂。但是在通信协议设计过程中，信息编码是十分重要的一步。本文中，采用ASN. 1 编码规则对传输信息进行编码。该规则中的编码方式是TLV 方法，也就是说，TLV 和三个字段被用来形成每个传输值的类型。相对于物理网络拓扑和硬件方面的设计过程来说，网络中通信协议应该是相对独立的。通信协议主要作用于数据链路层，该层的功能和作用是检测和校正数据，并在此基础上完成整个网络的数据传输任务。在传输过程设计中，主要考虑了以下两个方面的内容:( 1) 框架、应用层数据可分为处理数据单元;( 2) 错误控制，检测和重传损坏的帧或丢失的帧。在设计信息模型时，还要采取统一的数据表达格式。首先，需要实现关键字的统一。具体来讲，就是描述中的关键字需要有简称和命名，并且使用英文单词的方式进行这些内容的表达。其次，在表述物理设备时，需要采取统一的表述方法进行设备类型及与之对应的抽象数据类的表述。
二、通信协议的设计与实现
１．现有电力线通信协议的分析。电力线物联网主要研究生活场景、生产场景和农业场景，目标是针对上述场景中所有覆盖的地域和所有用电设备，开发网络架构和协议体系协议是网络通信最基础的部分。低压电力线通信系统中的协议一般只有三层：应用层、数据链路层和物理层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆参考这些国外的协议不难得出其中一些共同点。（１）数据丢失后的重传机制。协议必须可靠，如果出现报文丢失的情形，一定要有错误恢复机制。国外流行的协议，丢失的报文都基本上用自动重传机制恢复。接收端成功接收数据后，要向发送端发出确认报文。（２）信息编码及差错控制。由于信道的传输特性不太好及各种加性噪声的影响，信道在实际传输数字信号时，接收方收到的信号不可避免会出错。为了获得较好的信道性能，需要采用合适的硬件设备和信道编码。（３）连接管理及网络寻址。连接管理包括连接状态的建立、关闭，以及出现异常情况时的处理办法等功能。为了将信息正确的传送到目的地，要通过介质信道的共享机制来进行网络寻址。
２．数据链路层通信协议的设计。通信协议总体来说需满足：独立于物理网络拓扑结构；独立于硬件设计；独立于调制方案。数据链路层的主要任务是对数据进行检错和纠错，从而为上层提供无差错的数据传输。本层需要处理以下任务。（１）组帧，将应用层的数据划分为可以处理的数据单元。（２）差错控制，检测和重传受损的帧或是丢失的帧。（３）链路权限控制，确定哪个设备当前可以使用传输链路。数据链路层组成结构分为两种：一种是设备Ａ向设备Ｂ传送的数据。
3.通信协议的软件实现。数据链路层中，数据的传输存在需要应答信息和不需要应答信息这两种情况。本文采用需要应答信息这种情况。那么在这种情形下，则需要考虑最大重传次数和重传方式；程序也需要在不同的情形下进行不同的处理。所以，在程序设计时，函数的参数要选择帧格式里的控制字段；再定义出一个枚举变量来表示数据传输时的不同情形。函数的作用是实现电力线的数据接收。首先，差错校验。其次，由收到的信息中的字段来判断是否需要应答信息，并做相应的处理。最后，在接收完信息后要进行状态的转换，需要重新设置标志位。信息确认函数包括作用是数据报发送的确认，函数的作用除了数据报接收的确认和标志变量的设置外，还能从物理层里取得信息并抽出部分后发送到应用层供应用层利用。另外，上述两个函数只能被函数调用。本协议在参考了一些相关传输协议后，规定的时序如下。（１）每个传输点在一次传输过程中数据之间的间隔必须小于８０ｍｓ。（２）每个传输点两次连续传输数据之间的时间间隔必须大于１２５ｍｓ。（３）每个传输点一次传输数据的时间必须小于１ｓ。（４）在数据传输时要用７个不一样的值来周期性检测传输线是否空闲，检测时间定为从８５～１１５ｍｓ。（５）对数据的确认信息等待的时间定为３０ｍｓ。为了使得程序简洁而且高效，在时间中断服务函数中定义了一个用于生成各个时间长度值的时间基量。为了生成各种时间长度值，定义了一些用于控制的标志位和期望的时间长度变量。
结束语：在应用电力物联网时，还需要设计相应的信息模型和通讯协议，从而使物联网的信息管理和传输得到加强。信息模型的设计需要确定模型监测对象，并且考虑模型结构拓展问题和统一数据表达格式的使用问题。而通讯协议的设计需要遵循电能累计量传输配套标准，并且进行物联网通信协议字段组成和数据信息的编码规则的确定。因此，相关人员还要较好地掌握这些设计要点，从而更好地加强电力物联网的信息建设。
参考文献：
［１］唐军威，万宇鑫，涂国煜，等．智能电网信息系统体系结构研究［Ｊ］．计算机学报，２０１7，（０１）：１４３－１６７．
［2］陈海明，崔 莉，谢开斌．物联网体系结构与实现方法的比较研究［Ｊ］．计算机学报，２０１7，（０１）：１６８－１８８．
［3］荆孟春，王继业，程志华．电力物联网传感器信息模型研究与应用［Ｊ］．电网技术，２０１7，（０２）：５３２－５３７．
论文作者:苏建伟
论文发表刊物:《中国电业》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：数据论文; 信息论文; 通信协议论文; 电力线论文; 协议论文; 模型论文; 信道论文; 《中国电业》2019年11期论文;