基于MQTT协议族的AMI通信支撑平台设计.pdf针对目前AMI复合通信网络对多种通信传输协议接入兼

文件名称: 基于MQTT协议族的AMI通信支撑平台设计.pdf

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详细说明：针对目前AMI复合通信网络对多种通信传输协议接入兼容性不佳，通信准确性和实时性难以兼顾的问题，设计了一种基于消息队列遥测传输(MQTT)协议族的AMI通信支撑平台，以实现在含电力线载波、RS485、GPRS和TCP/IP 的复合通信网中的数据灵活采集。该系统中，计量自动化终端上行通过MQTT与计量主站前置机进行通讯；下行通过MQTT-P 与智能电表进行通讯，并通过组播方式提高拆链的效率。分别在MQTT支持的三种通信质量服务级别下对信息传输的效率和服务器CPU处理能力进行测试，结果验证了该系统设计的可行性。计算机时代2018年第4期传感器域C集屮器域前置机城](后台域失误,没有完全拆除链路就转去采集下一个表计,造成有些链路仍连通的问题。这种现象在一台集中器表计控制几百个电表的情况下尤其突出。表计主站一对多的广播模式即组播,应用层程序可以利用表计服务器组播来进行同步拆链或校时等操作。若存在上次拆 MOTT. P ←MoTr+通测Weh软件平台MQ 其他系统锥失误的表计,它仍处在传输状态中,此时若发起通表计信,通信两端的状态不同步,通信的一方为了确认对表计 MQTT 数据」方的状态会陷入超时等待过程。此时若引入组播拆客户端 WebSphere MQ 暗(表计广链的过程,定时用组播方式进行全体表计拆链,可为图3本文AM系统逻辑框架网终终端多提供一次拆链机会,可减少该问题的发生。 23组网技术支撑 3系统测试及分析为满足现场对通信准确性的不同需要,MQTT-P 测试平台逻辑架构参考图2,包括10只智能电表协议支持QOS0,QOS1,QOS2三种消息发布服务质量和1个集中器,通信方式:表计到集中器为电力线载等级( Quality of Service,简称QOS)": 波,集中器到前置机为GPRS,前置机到主站服务器为 QOS0:接收单元“最多一次”接收发送单元发来的TCPP。通信帧,会发生消息丢失或重复。从服务等级上看,3.1不同服务质量下的CPU资源使用状况测试服务质量是不太可靠,但其传输效率较高。本测试通过多路服务器和 soap模拟软件模拟 QoS1:接收单元“至少一次”接收发送单元发来1-10万个集中器客户端接入十站服务器,测试结果见的通信帧。从服务质量上来讲,基木能保证消息到图4,可见,并发连接数由1万放大10倍后,各QOS下达,其通信质量可靠,但是其传输效率居中。但是接cPU资源消耗增加不超过30%,从曲线变化趋势看, 收单元有可能会多次收到发送单元发来的报文,从而CPU资源随连接数的放大几乎成线性的增长,并没有带来应用层处理的混乱。对服务器造成大的性能压力,这是由于基于C的 QOS2:接收单元“有且仅有一次”接收发送单元MQTT的 Class库占用空间小,只有30Kb,对服务器处发来的通信帧,要求设备上具有持久存储器,用来保理資源需求铰低。持协议状态和临时存储通信帧,直至确定接收单元接95% 收到此消息才清除相关缓存。从服务质量上来讲,通信质量是可靠,接收方不会收到多次发送方发来的报文, 应用层处理起来也比较方便,缺点是传输效率不高。可见,MQTP协议为应用层提供了完备的服务言80% 质量等级,应用层程序可以综合考虑通信等待时间与75% 可靠性,视应用的需要进行灵活选择。例如:对于关0% --Q0s2 90S1 键业务数据,电能指标等,可以采用QOS2的服务等 SO 65% 级,以保证传输可靠性。而对一些不太关键的数据应 2 4 6 10 用可使用QOSO的服务等级,以降低整个PLC系统的并发连接数/万个通信消耗。图4不同QOS下的CPU资源使用状况在MQTT-P协议的设计和实现中,引入组播机制Q0纸别的由高到低的顺序为QOs2>OOs1> 以解决拆链失误带来的问题。图2所示集中器和所属QOS0.由图4可见.CPU资源占用率是QoS0>QOS2> 長计的所在低电力通信网区在物理介质上可视作QOS1,此处不能认为服务质量级别越高可靠性越高, 一个广播系统。有一对一和一对多两种广播模式。从而CPU资源使用率越高。这是由于在测试环境下对一模式中,由于集中器是逐个依次与表计建链,CPU的使用率不是孤立的,需要和消息处理能力结合采集数据完成后再拆除链路,此时,有可能存在操作来分析。当QoSO时,虽然在消息流交五上比QOS1 Computer Era No 4 2018 QOS2简单,但消息的处理能力最强,处理的消息数最4结论多,所以在三种质量服务下,QOS0的CPU消耗最高虽然QOSI下的消息处理能力比QOS2强,但差距不 MQT'协议族是为低速、低质量通信网络和处理人。而且由23节,QOS1下接收单元有可能会多次收能力及内存资源有限的服务器设计的标准轻量级消到发送单元发来的报文,QOS对这些重复数据不做息传输协议。它的比特级消息头和可变长度城设计进一步处理而直接传给上层应用,QOS2则需要处理能有效降低网络流量。它还并提供丰富的消息发布这些重复的消息因此交互流程比QOS1复杂,所以会服务质量等级和高效率的组播机制适用于自动电能出现QOS2下的CPU使用率比QOS1高。数据采集系统的需要。 32不同服务质量下的消息吞吐能力测试本文提出一种基于MQTT协议族的电能数据采集通信支撑平台设计,通过MQ实现计量自动化终本测试模拟了一台集中器控制10-105只电表。模拟方法是在一个采集周期(T=5min)内,集中器对每端与后台主站的通信和数据采集,通过MQTT-P实现不同服务质量下数据采集终端与集中器的通信。测只电表各进行1000次正向有功总电量数据采集,则相试结果表明,本系统在含多种通信信道的复合网络中当于多个电表往前置机发布数据包,每个数据包大小运行稳定,信息处理能力强,服务器资源占用较少,展为21个字节。示出良好的应用前景 3000 参考文献( References): 72500 [1]王立城.基于AM测量叁赧的起力线通信组两技术!]电测与仪表,2017.54(21):42-48 1500 2]纪杉提髙用电信息采集成功率的研究D].沈阳农业大学硕 1000 -……“…·…:--……… 士学位论文,2016 [3]林浒,张家铭,扬海波.基于MQTT协议的即时消息业务设计終500 QOSI ·--Q052 与实规门,计算机系锍应用,2017.26(3):219-224 4]滕阳阳,胡栋.基于Net的HIIP协议栈的扩展设计与实视J 4 6 8 10 无疾通信技术,2017.26(3):38-42 电表数/万只图5不同QOS下系统的消息吞吐能力 5]令,一种基于JS的实时推送技术!.电子设廿工程, 201523(23):60-62 由图5可见,随着电表数的增加,服务器每个T发16任亨,马跃杨海波等.于MQT协议的消息推送服务器J 布的消息数减少,对消息的处理能力下降,但在1并计算机系统夜用,2014.23(3):77-82 发连接且在最严苛的质量服务QOS2下仍能达到将近7岳帅用电信息采集系统的工作原望及应用团J科技创新与每秒1000条消息的处理能力,证明了该通信系统在大应用20164617):182-182 规模客户端并发接入的情况下,仍能傑持较好的消息⑧何干志,刻蔷萍墓于QS综合评价的服务遂拌方法团计算处理能力机技术与发展,201727(8:164-170阳目 (上搂第28页参考文献( References) 法研究征提取与庶量学习算法研究圓]北袤娜电大学博士 1]杨永平,曾艺,刻世兴基于WIFI的高校课堂考勤系统设计实学位论文,2015. 现[J]信息技术与信息化,2017.1:102-106 4]张俊,何昕,李个谷.基于面部几何特征点提取的人脸识别方 2]王卫红,陈良.基于无线路由器的手机签到系统的设计与法团红外与激光工程,1999.28(4):40-43 实现浙江工业大学学报,201644(3:242-246 5 Matthew Turk and Alex Pentland. Eigenfaces forRecogn [3]易军.人脸识别中的特人脸识别中的特怔提取与度量学习算 tion.http://www.cs.ucsb.edu/-mturk/papers/jcn.pdfCe

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