专利名称：一种实现电能量采集系统互为热备的方法
技术领域：
本发明涉及电力和通信技术领域，尤其涉及一种对用电信息数据采集完整性、实 时性、安全性要求较高的方法。
背景技术：
随着电力系统的改造，电力数据的采集将逐渐摒弃传统的人工抄表模式而采用远 程终端控制抄表方式，并将抄表数据通过GPRS、CDMA.230M等方式传送到主站系统进行分 析和应用。为了在主站侧进行数据分析应用以及实时监测用电情况，就必须确保主站侧电 力数据的完整性。由于各终端厂商之间采用电力传输规约的差异以及对同一规约理解上的 差异导致了采集终端数据的复杂性和不稳定性，再加上网络安全等复杂环境，越发增加了 数据采集的难度，因此如何保证主站侧采集数据的完整性就显得非常关键。在电力系统中，电力从电厂出来后，通过输电网络进入普通家庭和企业用户。随着 电力体制改革和电力企业向服务型企业的转型，电力企业越来越关心对用电客户的供电质 量。为了实现对用电用户的用电管理，需要有一套电能量信息采集系统，包括前置机、采集 模块、中间件服务器和采集终端、电能表。其中前置机和具有通讯模块的采集终端之间的通 讯，一般采用中国移动提供的GPRS (General Packet Radio krvice，通用无线分组业务) 或是中国连通提供的WCDMA (宽带码分多址)；采集终端和其他集中控制器或多功能电表之 间的通讯可以采用RS485串行通讯等通讯方式；集中控制器目前大多通过低压载波线路采 集各种电能表数据。由于用电用户的数量十分庞大，在同一时间，有大量的采集终端需要与主站采集 系统通讯，再加上网络的不稳定性，要想实时、完整、可靠的采集到所有用户的用电数据是 很困难的。因此，需要有一种方法来提高采集系统的容灾能力，电能量采集系统的主备结构 就成为了首先解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现电能量采集系统互为热备的方法，旨在提高电能 量信息采集系统的故障恢复能力，保证信息采集的完整性、实时性和安全性。为达到上述目的，一种实现电能量采集系统互为热备的方法，包括以下步骤(1)启动主前置机、备用前置机、主定时采集模块和备用定时采集模块；(2)负控终端尝试登录前置机，优先登录主前置机，若登录失败则登录备用前置 机，若登录备用前置机失败则转而登录主前置机，反复尝试直到成功登录前置机为止；(3)主定时采集模块定时向主前置机查询终端在线情况，备用定时采集模块定时 向备用前置机查询终端在线情况；(4)主定时采集模块和备用定时采集模块在监测到终端上线且开始采集任务之前 进行任务采集时间的同步；即当主定时采集模块发现某终端由不在线变为在线时，向备用 定时采集模块请求该终端的所有任务的执行时间并更新主定时采集模块的对应终端任务执行时间；当备用定时采集模块发现某终端由不在线变为在线时，向主定时采集模块请求 该终端的所有任务的执行时间并更新备用定时采集模块的对应终端任务执行时间；(5)主定时采集模块定时采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模块定时采 集备用前置机上在线的终端；主定时采集模块和备用定时采集模块相互同步最近执行任务 的时间并保存。作为改进，所述负控终端支持国网协议《电力负荷管理系统数据传输规约》，且给 负控终端设置IP地址和端口，该负控终端采用GPRS网络作为上行传输通道。作为改进，所述负控终端发送用电数据方式包括；管理中心召唤式和主动上送式。 管理中心召唤式是指当负控终端接收到主定时采集模块和或备用定时采集模块发来的采 集命令后，获取相应数据以应答主定时采集模块或备用定时采集模块。主动上送式是指当 满足负控终端主动向主定时采集模块或备用定时采集模块发送用电数据的预定条件时，主 动获取用电数据上送到主定时采集模块或备用定时采集模块。作为改进，管理中心召唤式的具体步骤为1)主定时采集模块和或备用定时采集模块按预定条件向与需要监控的负控终端 发出采集命令；2)负控终端接收到所述采集命令后，执行获取用电数据；3)主前置机或备用前置机接收到负控终端的相应报文后，转发到对应的主定时采 集模块或备用定时采集模块；4)主定时采集模块或备用定时采集模块解析用电数据，如果解析失败则进行任务 补采；5)主定时采集模块或备用定时采集模块对获取到的用电数据进行处理和分析。作为具体化，所述主前置机和备用前置机负责终端通道的管理以及数据的转发， 其采用NIO技术，实现非阻塞模式的socket通讯；同时开启多个线程，并对多个线程任务进 行优化调度，对大量负控终端的通讯数据进行并行处理。作为具体化，所述主定时采集模块和备用定时采集模块负责任务的调度，采集命 令的发送，终端响应报文的解析，任务执行时间的调整；其采集策略如下①数据的采集流程控制以数据时标为指针，采集该指针所指向的时间点数据项；②所有能解析出正确数据的响应报文，均视为正常；主定时采集模块和备用定时 采集模块接收到此种应答后，时间指针向后移动到下一个需要采集的时间点，继续采集后 续的数据点；③所有不能解析出正确数据的响应报文，均视为不正常；主定时采集模块和备用 定时采集模块接收到此种应答后不能移动采集时间指针，要等待下一次任务执行时间的到 来并开始执行，直到满足②为止，否则如此循环预定次数后向后移动时间指针到下一个采 集时间点。作为具体化，主定时采集模块仅采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模块 仅采集备用前置机上在线的终端，两者之间不进行交叉采集。作为具体化，主定时采集模块同主前置机之间的采集交互流程包括I、主定时采集模块按照预定周期通过主前置机向负控终端发送采集命令；II、负控终端组织好相应用电数据应答给主前置机，主前置机再转发给对应的主定时采集模块；III、主定时采集模块解析终端应答的用电数据，成功则移动采集时间指针，并等 待下一采集周期重新开始新的采集，如果解析失败则不移动采集时间指针，失败次数加1， 并等待下一采集周期继续从该失败点开始采集；同一时间点如果失败超过预设重试次数， 则移动采集时间指针至下一采集时间点。作为本发明的具体化，备用定时采集模块同备用前置机之间的采集交互流程包 括i、备用定时采集模块按照预定周期通过备用前置机向负控终端发送采集命令；ii、负控终端组织好相应用电数据应答给备用前置机，备用前置机再转发给对应 的备用定时采集模块；iii、备用定时采集模块解析终端应答的用电数据，成功则移动采集时间指针，并 等待下一采集周期重新开始新的采集，如果解析失败则不移动采集时间指针，失败次数加 1，并等待下一采集周期继续从该失败点开始采集；同一时间点如果失败超过预设重试次 数，则移动采集时间指针至下一采集时间点。作为改进，主定时采集模块和备用定时采集模块之间具有通讯协议，用于相互 查询最近执行任务时间，其查询终端任务最近执行时间的数据区包括任务个数-终端 idl-任务编号1-执行时间1......终端idN-任务编号N(-执行时间N。负控终端能够预设主备两组主站IP地址和端口的特性，是本发明的前提条件，所 述特性是指终端依次、循环尝试向设置的主服务器地址、备用服务器地址发起连接登录请 求，直到登录成功为止。传统的电能量信息采集系统也包括前置机、定时采集模块，其采集 流程原理同本发明基本一致。有了本发明所述特性之后，在两套传统的采集系统之间仅仅 增加任务执行时间的同步方案即可实现电能量采集系统的主备份功能。为了实现主备两套采集系统之间的任务执行时间同步方案，特制定了一种用于 主站程序模块之间的信息同步协议作为本发明的内容之一。所述主站信息同步协议包 括如下字段起始字符(E8H)lbytes、源主站地址Ibyte、目标主站地址lbytes、起始字 符(E8H) lbytes、控制域(C) lbytes、长度(L) 2bytes、帧序列域(FIR, FIN, Pseq) lbytes、 数据区(DATA)、结束字符(16H) lbytes。各字段的含义如同传统的通讯协议一样，本发明 中仅介绍用于查询任务执行时间的功能，其请求/响应数据区包括如下内容任务个数 (Ibyte)-终端icK4byteS)-任务编号Qbytes)-执行时间(6bytes)，各字段的编码方式均 为BIN编码。为了保证每帧的长度在各种应用层协议支持的范围之内，同时保证每帧传输 信息的完整，特别约定每次请求最多不超过50个任务。在本发明中，利用负控终端能够自动寻找在线主站的特性，做到了其中一套系统 因为各种原因未能正常运行，另一套系统也能够丝毫不受影响的正常运行，进而提高了采 集系统的容灾能力，保证信息采集的完整性、实时性和安全性。
图1是本发明实施例提供的互为热备的电能量采集系统实现流程示意图；图2是本发明实施例提供的主备电能量采集系统结构示意具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。如图1所示，一种实现电能量采集系统互为热备的方法，包括以下步骤(1)预设主站IP地址和端口，利用负控终端上行通讯协议给所有负控终端设置主 备两组主站IP地址和端口 ；该负控终端采用GPRS网络作为上行传输通道。(2)启动主前置机、备用前置机、主定时采集模块和备用定时采集模块；所述主前 置机和备用前置机负责终端通道的管理以及数据的转发，其采用NIO技术，实现非阻塞模 式的socket通讯；同时开启多个线程，并对多个线程任务进行优化调度，对大量负控终端 的通讯数据进行并行处理。(3)负控终端首先尝试连接登录主前置机，在若干次尝试连接失败后，转而连接登 录备用前置机；若仍然失败，则继续连接主前置机，如此交替进行连接尝试，直到成功为止。(4)主定时采集模块和备用定时采集模块每次采集任务之前分别向主前置机和备 用前置机查询统计终端在线情况。(5)当主定时采集模块通过询问主前置机发现某终端由不在线变为在线时，则向 备用定时采集模块请求该终端的所有任务的最近执行时间并更新主定时采集模块内存中 记录的对应终端的各任务执行时间；当备用定时采集模块通过询问备用前置机发现某终端 由不在线变为在线时，则向主定时采集模块请求该终端的所有任务的最近执行时间并更新 备用定时采集模块内存中记录的对应终端的各任务执行时间。(6)主/备定时采集模块分别从最新的任务执行时间开始采集对应前置机上在线 的终端，不在线的终端不进行采集。主定时采集模块同主前置机之间的采集交互流程包括主定时采集模块按照预定周期通过主前置机向负控终端发送采集命令；负控终端组织好相应用电数据应答给主前置机，主前置机再转发给对应的主定时 采集模块；主定时采集模块解析终端应答的用电数据，成功则移动采集时间指针，并等待下 一采集周期重新开始新的采集，如果解析失败则不移动采集时间指针，失败次数加1，并等 待下一采集周期继续从该失败点开始采集；同一时间点如果失败超过预设重试次数，则移 动采集时间指针至下一采集时间点。主前置机/主定时采集模块之间的采集原理同备用前置机/备用定时采集模块之 间的采集原理完全一致，仅采集的终端对象不一致而已。在采集数据时，主定时采集模块仅采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模 块仅采集备用前置机上在线的终端，两者之间不进行交叉采集。主定时采集模块和备用定时采集模块负责任务的调度，采集命令的发送，终端响 应报文的解析，任务执行时间的调整；其采集策略如下①数据的采集流程控制以数据时标为指针，采集该指针所指向的时间点数据项；②所有能解析出正确数据的响应报文，均视为正常；主定时采集模块和备用定时 采集模块接收到此种应答后，时间指针向后移动到下一个需要采集的时间点，继续采集后续的数据点；③所有不能解析出正确数据的响应报文，均视为不正常；主定时采集模块和备用 定时采集模块接收到此种应答后不能移动采集时间指针，要等待下一次任务执行时间的到 来并开始执行，直到满足②为止，否则如此循环预定次数后向后移动时间指针到下一个采 集时间点。(7)主备定时采集模块定时相互同步任务最近执行时间并保存，在主备采集程序 退出之前自动进行同步，方便下次重新启动时继续按照上次的任务执行时间继续采集，避 免数据的重复采集。当采集系统运行过程中终端的在线状态发生变化时，按照上述步骤(4)、(5)进行 执行。上述步骤(5)中主/备定时采集模块更新自身终端任务执行时间的策略是将获 取的另外一台定时采集模块的终端任务执行时间同自身的同一终端同一任务的执行时间 相比较，取两者中离定时采集模块所在机器系统时间较近的那个时间作为该终端任务的执 行时间。负控终端发送用电数据方式包括；管理中心召唤式和主动上送式，管理中心召唤 式是指当负控终端接收到主定时采集模块和或备用定时采集模块发来的采集命令后，获取 相应数据以应答主定时采集模块或备用定时采集模块；具体的步骤为1)主定时采集模块和或备用定时采集模块按预定条件向与需要监控的负控终端 发出采集命令；2)负控终端接收到所述采集命令后，执行获取用电数据；3)主前置机或备用前置机接收到负控终端的相应报文后，转发到对应的主定时采 集模块或备用定时采集模块；4)主定时采集模块或备用定时采集模块解析用电数据，如果解析失败则进行任务 补采；5)主定时采集模块或备用定时采集模块对获取到的用电数据进行处理和分析。主动上送式是指当满足负控终端主动向主定时采集模块或备用定时采集模块发 送用电数据的预定条件时，主动获取用电数据上送到主定时采集模块或备用定时采集模 块。主定时采集模块和备用定时采集模块之间具有通讯协议，用于相互查询最近执行 任务时间，其查询终端任务最近执行时间的数据区包括任务个数-终端idl-任务编号 1-执行时间1......终端idN-任务编号N(-执行时间N。图2示出了本发明实施例提供的主备电能量采集系统结构示意图，详述如下采集对象，包括各种采集终端、电能表、集中器等多种电能计量设备；通信信道，包括移动营运商提供的各种无限通道，如GPRS、CDMA，以及电话网络、串 口通道、230M无线频道；前置机，负责通过各种通讯介质和终端进行通讯的前置设备，并能在与主站其它 部分脱离联系后，维持系统运行的设备。在电能量采集系统中主要负责接受终端的连接， 维护终端与主站其他程序模块之间的数据交互转发。前置机通过监测终端通道的连接、在 N个心跳周期内是否收到终端的数据等方法来判断终端是否在线。在主备电能量采集系统中，前置机有主前置机和备用前置机之分，在主前置机上登录的终端仅由主采集模块进行 采集，在备用前置机上登录的终端仅由备用定时采集模块进行采集。主备前置机之间通过 定时交换终端在线状态来排除同一终端在某段时间内可能在主备两台前置机上同时在线 的情况。采集模块，采用多线程保证数据采集任务的灵活调度，最主要的环节是采集任务 时间的调整。某个任务成功的执行完毕，则该任务的执行时间会向后调整，下一轮任务就会 从新的时间点开始采集，如果任务执行失败，则尝试重复执行M次后也向后移动任务执行 时间。在主备电能量采集系统中，定时采集模块也有主/备之分，两者的采集流程、原理完 全一致，仅采集的对象属于不同的前置机。主备采集模块在每次开始执行任务之前对状态 发生变化的终端的任务执行时间进行同步，以保证数据的连续、不重复的采集。本发明中的定时采集模块原理同传统的定时采集模块实现类似，仅需在主备两套 采集系统之间增加一个任务执行时间等信息的同步功能即可。执行任务时间同步的时机是 在每轮数据采集任务开始执行之前，且每次只针对由不在线状态变为在线状态的终端的所 有任务进行同步，尽量减少主备采集模块之间交互的信息，提高采集效率，以便两套系统能 无缝衔接采集，保证数据采集的实时完整性，同时也做到了只要有一套采集系统正常运行， 整个系统的应用都不会受到影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)启动主前置机、备用前置机、主定时采集模块和备用定时采集模块；(2)负控终端尝试登录前置机，优先登录主前置机，若登录失败则登录备用前置机，若 登录备用前置机失败则转而登录主前置机，反复尝试直到成功登录前置机为止；(3)主定时采集模块定时向主前置机查询终端在线情况，备用定时采集模块定时向备 用前置机查询终端在线情况；(4)主定时采集模块和备用定时采集模块在监测到终端上线且开始采集任务之前进行 任务采集时间的同步；即当主定时采集模块发现某终端由不在线变为在线时，向备用定时 采集模块请求该终端的所有任务的执行时间并更新主定时采集模块的对应终端任务执行 时间；当备用定时采集模块发现某终端由不在线变为在线时，向主定时采集模块请求该终 端的所有任务的执行时间并更新备用定时采集模块的对应终端任务执行时间；(5)主定时采集模块定时采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模块定时采集备 用前置机上在线的终端；主定时采集模块和备用定时采集模块相互同步最近执行任务的时间并保存。
2.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，所述负控 终端支持国网协议《电力负荷管理系统数据传输规约》，且给负控终端设置IP地址和端口， 该负控终端采用GPRS网络作为上行传输通道。
3.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，负控终端 发送用电数据方式包括；管理中心召唤式，当负控终端接收到主定时采集模块和或备用定时采集模块发来的采 集命令后，获取相应数据以应答主定时采集模块或备用定时采集模块；主动上送式，当满足负控终端主动向主定时采集模块或备用定时采集模块发送用电数 据的预定条件时，主动获取用电数据上送到主定时采集模块或备用定时采集模块。
4.如权利要求3所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于管理中心 召唤式的具体步骤为1)主定时采集模块和或备用定时采集模块按预定条件向与需要监控的负控终端发出 采集命令；2)负控终端接收到所述采集命令后，执行获取用电数据；3)主前置机或备用前置机接收到负控终端的相应报文后，转发到对应的主定时采集模 块或备用定时采集模块；4)主定时采集模块或备用定时采集模块解析用电数据，如果解析失败则进行任务补采；5)主定时采集模块或备用定时采集模块对获取到的用电数据进行处理和分析。
5.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，所述主前 置机和备用前置机负责终端通道的管理以及数据的转发，其采用NIO技术，实现非阻塞模 式的socket通讯；同时开启多个线程，并对多个线程任务进行优化调度，对大量负控终端 的通讯数据进行并行处理。
6.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，所述主定 时采集模块和备用定时采集模块负责任务的调度，采集命令的发送，终端响应报文的解析，任务执行时间的调整；其采集策略如下①数据的采集流程控制以数据时标为指针，采集该指针所指向的时间点数据项；②所有能解析出正确数据的响应报文，均视为正常；主定时采集模块和备用定时采集 模块接收到此种应答后，时间指针向后移动到下一个需要采集的时间点，继续采集后续的 数据点；③所有不能解析出正确数据的响应报文，均视为不正常；主定时采集模块和备用定时 采集模块接收到此种应答后不能移动采集时间指针，要等待下一次任务执行时间的到来并 开始执行，直到满足②为止，否则如此循环预定次数后向后移动时间指针到下一个采集时 间点。
7.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于主定时采 集模块仅采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模块仅采集备用前置机上在线的终 端，两者之间不进行交叉采集。
8.如权利要求7所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，主定时采 集模块同主前置机之间的采集交互流程包括主定时采集模块按照预定周期通过主前置机向负控终端发送采集命令；负控终端组织好相应用电数据应答给主前置机，主前置机再转发给对应的主定时采集 模块；主定时采集模块解析终端应答的用电数据，成功则移动采集时间指针，并等待下一采 集周期重新开始新的采集，如果解析失败则不移动采集时间指针，失败次数加1，并等待下 一采集周期继续从该失败点开始采集；同一时间点如果失败超过预设重试次数，则移动采 集时间指针至下一采集时间点。
9.如权利要求7所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于，备用定时 采集模块同备用前置机之间的采集交互流程包括备用定时采集模块按照预定周期通过备用前置机向负控终端发送采集命令；负控终端组织好相应用电数据应答给备用前置机，备用前置机再转发给对应的备用定 时采集模块；备用定时采集模块解析终端应答的用电数据，成功则移动采集时间指针，并等待下一 采集周期重新开始新的采集，如果解析失败则不移动采集时间指针，失败次数加1，并等待 下一采集周期继续从该失败点开始采集；同一时间点如果失败超过预设重试次数，则移动 采集时间指针至下一采集时间点。
10.如权利要求1所述的实现电能量采集系统互为热备的方法，其特征在于主定时 采集模块和备用定时采集模块之间具有通讯协议，用于相互查询最近执行任务时间，其 查询终端任务最近执行时间的数据区包括任务个数-终端idi-任务编号1-执行时间 1......终端idN-任务编号N(-执行时间N。
全文摘要
本发明公开了一种实现电能量采集系统互为热备的方法，包括以下步骤(1)启动主、备用前置机和主、备用定时采集模块；(2)负控终端尝试登录前置机；(3)主/备用定时采集模块定时向主/备用前置机查询终端在线情况；(4)主定时采集模块和备用定时采集模块在监测到终端上线且开始采集任务之前进行任务采集时间的同步；(5)主定时采集模块定时采集主前置机上在线的终端，备用定时采集模块定时采集备用前置机上在线的终端；主定时采集模块和备用定时采集模块相互同步最近执行任务的时间并保存。本发明的方案提高了电能量信息采集系统的故障恢复能力，保证信息采集的完整性、实时性和安全性。
文档编号H02J13/00GK102064605SQ20101056530
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者沈祥 申请人:深圳市科陆电子科技股份有限公司