Q∕GDW 12115-2021 電力物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構

1、ICS 29. 240. 01Q/GDW國家電網(wǎng)有限公司企業(yè)標準Q/GDW 121152021電力物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構Reference architecture for electric internet of things2021 -06-25 實施國家電網(wǎng)有限公司 發(fā)布Q/GDW 121152021目 次tti Wii1 翻l2 規(guī)范性引用文件13術i吾轍5C14鵬i吾25 電力物聯(lián)網(wǎng)總體架構26 電力物聯(lián)網(wǎng)主要構成36. 1物聯(lián)管理平臺36.2遠程通信網(wǎng)絡36.3邊緣物聯(lián)代理36. 4 本地通信網(wǎng)絡46. 5采集終端46. 6 安全防護4附錄A （資料性附錄） 五類典型應用模式5貓1io

2、IQ/GDW 121152021為規(guī)范電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構與功能組成，為電力物聯(lián)網(wǎng)應用場景的建設提供參考架構，制定本標準。 本標準由國家電網(wǎng)有限公司互聯(lián)網(wǎng)部提出并解釋。本標準由國家電網(wǎng)有限公司科技部歸口。本標準起草單位：國網(wǎng)冀北電力有限公司、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研宄院有限公司、南瑞集團有限公司、 國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司、國網(wǎng)山東省電力公司、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司、國網(wǎng)浙江省電力有 限公司、國網(wǎng)天津市電力公司、國網(wǎng)四川省電力公司、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司、國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力 有限公司、國網(wǎng)陜西省電力公司、國網(wǎng)電子商務有限公司、許繼集團有限公司、平高集團有限公司、中 國電力科學研究院有限公司、國網(wǎng)經(jīng)濟

3、技術研宄院有限公司、國網(wǎng)河北省電力有限公司、國網(wǎng)重慶市電 力有限公司。本標準主要起草人：尚芳劍、李信、彭柏、來驥、王藝霏、馬躍、婁競、王東升、曾楠、范金鋒、 方正偉、吳佳、李堅、楊峰、李平舟、郭經(jīng)紅、梁云、黃輝、孫曉艷、鄭濤、楊力平、陳紅波、王勇、 焦洋、潘可佳、劉成、邱蘭馨、徐海洋、秦士兵、楊超、田小蕾、尹喜陽、李霜冰、蔣承伶、王晨、丁 杰、劉嘉華、周忠冉、陳剛、李春龍、曾鵬飛、田文鋒、黃莉、王瑤、黃鳳、鄧輝、楊智豪、卜憲德、 劉世棟、李尼格、高志東、秦日臻、王煥娟、李溫靜、孫帥、李杏、曲賀鵬、吳建海、魏勇、毋炳鑫、 楊會峰、孫辰軍、辛銳、高麗芳。本標準首次發(fā)布。本標準在執(zhí)行過程中的意見或建

4、議反饋至國家電網(wǎng)有限公司科技部。#Q/GDW 121152021電力物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構1范圍本標準規(guī)定了電力物聯(lián)網(wǎng)總體架構，各部分組成及相關功能。本標準適用于電力物聯(lián)網(wǎng)應用場景的設計，為電力物聯(lián)網(wǎng)建設提供參考。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 22239信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護基本要求GB/T 22240信息安全技術信息系統(tǒng)安全等級保護定級指南GB/T 337452017物聯(lián)網(wǎng)術語GB/T 36572電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護導則Q/GDW 1

5、20982021 電力物聯(lián)網(wǎng)術語Q/GDW 12106. 22021物聯(lián)管理平臺技術和功能規(guī)范第2部分：功能要求 Q/GDW 121082021電力物聯(lián)網(wǎng)全場景安全技術要求Q/GDW 121132021邊緣物聯(lián)代理技術要求3術語和定義GB/T 337452017和Q/GDW 120982021界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3. 1物聯(lián)管理平臺 connect i on management pIatform連接感知層設備與企業(yè)中臺或相關業(yè)務系統(tǒng)，提供資源配置、數(shù)據(jù)匯聚、基礎管理功能的信息系統(tǒng)， 支持連接管理、網(wǎng)絡管理、設備管理、用戶管理等功能。3. 2邊緣計算 edge comput

6、i ng靠近數(shù)據(jù)源端并采用網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供本地化服務， 其應用程序在邊緣側發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡服務響應，滿足實時業(yè)務、應用智能、安全與隱私保護等方 面的基本需求。3. 3本地通信網(wǎng)絡 local commun icat ion network用于邊緣物聯(lián)代理、業(yè)務終端以及采集控制終端等本地智能設備間信息交換的通信網(wǎng)絡，本地通信 網(wǎng)絡處于用戶現(xiàn)場，主要包括以太網(wǎng)、RS485、電力線載波、Modbus等有線通信方式，以及無線專網(wǎng)、 微功率無線、WiFi等無線通信方式。4縮略語下列縮略語適用于本文件。APP：應用程序(Application)HTTP：超文本傳

7、輸協(xié)議(Hypertext Transfer Protocol)HTTPS：安全超文本傳輸協(xié)議(Hypertext Transfer Protocol Secure) LoRa：基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸技術(Long Range)MQTT：消息隊列遙測傳輸(Message Queuing Telemetry Transport) WiFi：無線局域網(wǎng)(Wireless Fidelity)Zigbee：也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)上協(xié)議5電力物聯(lián)網(wǎng)總體架構電力物聯(lián)網(wǎng)總體架構可以劃分為“云管邊端”四個邏輯層次，見圖1。邊和端位于感知層，管對應 網(wǎng)絡層，云囊括了平臺層和應用層。管邊端

8、圖1電力物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構平臺層網(wǎng)絡層感知層6電力物聯(lián)網(wǎng)主要構成 6.1物聯(lián)管理平臺6.1.1物聯(lián)管理平臺定位物聯(lián)管理平臺對下通過網(wǎng)絡層統(tǒng)籌各領域物聯(lián)和感知需求，實現(xiàn)統(tǒng)一物聯(lián)管理和終端標準化接入； 對上為企業(yè)中臺、業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)支持及基礎組件服務，促進跨專業(yè)數(shù)據(jù)融通、支持應用靈活構建。 用電信息采集等存量感知系統(tǒng)，可結合業(yè)務發(fā)展和系統(tǒng)版本升級逐步向物聯(lián)管理平臺演進。6.1.2物聯(lián)管理平臺主要功能物聯(lián)管理平臺應提供Q/GDW 12106. 2-2021規(guī)定的包括但不限于設備管理、連接管理、網(wǎng)絡管理、 應用管理、平臺管理、消息處理。a）物聯(lián)管理平臺應具備終端設備的連接并發(fā)管理能力，包括設備接入、

9、設備影子管理、設備運行 狀態(tài)監(jiān)控以及對設備的統(tǒng)一遠程運維能力；b）物聯(lián)管理平臺應具備對部署在邊緣物聯(lián)代理上的物聯(lián)APP進行下發(fā)、部署、啟停、卸載等全壽 命周期的管理能力；c）物聯(lián)管理平臺應實現(xiàn)各終端設備模型的統(tǒng)一定義；d）物聯(lián)管理平臺應具備對采集數(shù)據(jù)進行匯集及標準化處理的能力；e）物聯(lián)管理平臺應具備為企業(yè)中臺或業(yè)務應用提供標準化接口服務的能力。6.1.3物聯(lián)管理平臺數(shù)據(jù)流轉關系物聯(lián)管理平臺涉及的數(shù)據(jù)主要包括臺賬類、采集類、設備管理類、業(yè)務交互類以及視頻類五類數(shù)據(jù)， 五類數(shù)據(jù)在業(yè)務應用、業(yè)務中臺、物聯(lián)管理平臺以及終端設備間的流轉關系如下：a）終端設備臺賬應由業(yè)務應用/業(yè)務中臺創(chuàng)建，下發(fā)至物聯(lián)管理

10、平臺，由物聯(lián)管理平臺進行擴充 維護后下發(fā)至邊緣物聯(lián)代理；即插即用類設備，可由終端產(chǎn)生后上報業(yè)務應用；b）采集數(shù)據(jù)由終端設備產(chǎn)生，可經(jīng)過邊緣物聯(lián)代理和物聯(lián)管理平臺兩階段處理后上報業(yè)務應用/ 企業(yè)中臺；c）設備管理數(shù)據(jù)可在物聯(lián)管理平臺和邊緣物聯(lián)代理之間交互；d）業(yè)務交互數(shù)據(jù)可由業(yè)務應用/業(yè)務中臺和邊緣物聯(lián)代理通過物聯(lián)管理平臺進行交互，邊緣物聯(lián) 代理通過與終端設備的交互完成相應業(yè)務操作。6. 2遠程通信網(wǎng)絡遠程通信網(wǎng)絡可采用電力光纖、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)通信方式，宜支持但不限于MQTT、HTTP/ HTTPS物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，將感知層數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到物聯(lián)管理平臺，或?qū)⑸蠈討玫目刂泼?、配置信?

11、下發(fā)至感知層。遠程通信網(wǎng)絡應提供網(wǎng)絡連接能力，用于支撐電力物聯(lián)網(wǎng)信息的雙向傳遞和控制；宜結 合業(yè)務場景，提供網(wǎng)絡控制功能、業(yè)務控制功能等；應優(yōu)先采用有線網(wǎng)絡及無線專網(wǎng)，其余可采用無線 公網(wǎng)。6.3邊緣物聯(lián)代理6. 3. 1邊緣物聯(lián)代理部署邊緣物聯(lián)代理應部署在邊緣側，應與物聯(lián)管理平臺雙向互聯(lián)，實現(xiàn)跨專業(yè)數(shù)據(jù)就地集成共享、區(qū)域 自治和云邊協(xié)同業(yè)務處理。一個區(qū)域宜只部署一個邊緣物聯(lián)代理，不同專業(yè)的邊緣側應用應以APP的方 式在同一個邊緣物聯(lián)代理上實現(xiàn)。邊緣物聯(lián)代理應實現(xiàn)對一定區(qū)域內(nèi)各類終端設備進行統(tǒng)一接入、數(shù)據(jù) 解析和實時計算。6. 3.2邊緣物聯(lián)代理功能形態(tài)邊緣物聯(lián)代理應具備Q/GDW 12113

12、2021規(guī)定的協(xié)議解析、數(shù)據(jù)存儲及處理、設備信息建模、邊緣 計算、設備管理、區(qū)域自治、安全防護等功能模塊，應具備本地通信、遠程通信等功能模塊。邊緣物聯(lián) 代理可分為邊端分離、邊端融合和邊緣節(jié)點三種功能形態(tài)。a）邊端分離型邊緣物聯(lián)代理（I型）是硬件平臺化、軟件容器化的通用裝置，不配置采集感知功 能；b）邊端融合型邊緣物聯(lián)代理（II型）以模塊或芯片方式集成至采集終端，采集終端升級為具有邊 緣計算功能的智能終端；c）邊緣節(jié)點型邊緣物聯(lián)代理（III型）以軟件型態(tài)部署在通用服務器架構，形成邊緣計算節(jié)點。6. 3.3邊緣計算框架邊緣計算框架是運行在邊緣物聯(lián)代理上的基礎平臺軟件，實現(xiàn)物聯(lián)管理平臺對各類終端的統(tǒng)

13、一管 理、APP全壽命周期管理。邊緣計算框架應實現(xiàn)軟硬件功能解耦、軟件功能可移植和重構，支撐物聯(lián)APP 一次開發(fā)、處處使用；邊緣計算框架與物聯(lián)管理平臺間采用包括但不限于MQTT、HTTP/HTTPS、DL/T 698.45、Q/GDW 1376. 1等協(xié)議進行通信；邊緣計算框架應具備數(shù)據(jù)共享庫、模型管理、消息總線、終端 設備管理等基礎組件，支持邊設備、邊緣框架、容器/應用APP的狀態(tài)監(jiān)控、遠程運維等功能，并具備認 證、數(shù)據(jù)加密、可信計算以及安全基線等功能。6.4本地通信網(wǎng)絡本地通信網(wǎng)絡包括匯聚節(jié)點間、采集終端與匯聚節(jié)點、采集終端與邊緣物聯(lián)代理、匯聚節(jié)點與邊緣 物聯(lián)代理之間的通信，可采用以太網(wǎng)、

14、RS485、電力線載波、Modbus等有線通信方式，以及WiFi、Zigbee、 LoRa等無線通信方式。6.5采集終端采集終端應包括電源側、電網(wǎng)側、用戶側、供應鏈等終端設備，通常部署在采集監(jiān)控對象本體內(nèi)部 或附近，對設備或?qū)ο蟮臓顟B(tài)量、電氣量和環(huán)境量等進行采集量測，應具有簡單的數(shù)據(jù)處理、控制和通 信功能，宜不配置邊緣計算功能。采集終端包括但不限于輸電專業(yè)的金具溫度、導線弧垂傳感器、變電 專業(yè)的油色譜、局放傳感器、智能電表、分路監(jiān)測單元、低壓斷路器漏保、用戶側智能插座。6. 6安全防護安全防護應按照GB/T 36572, GB/T 22239, GB/T 22240中相應級別等級保護相關規(guī)定，

15、遵循“安全 分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”原則，滿足Q/GDW 121082021規(guī)定的感知層、網(wǎng)絡層、平臺 層、應用層的安全防護技術要求，并實現(xiàn)系統(tǒng)設備安全防護、邊界安全防護和數(shù)據(jù)安全防護。附錄A（資料性附錄）五類典型應用模式A. 1輸電應用場景輸電應用場景智慧物聯(lián)應用模式，如圖A. 1所示，感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層要求如下。應用層平臺層環(huán)境類I狀態(tài)類輔助類圖A.1輸電智慧物聯(lián)體系總體架構a）感知層：輸電專業(yè)終端設備采集數(shù)據(jù)主要包括視頻圖像、環(huán)境量、狀態(tài)量和輔助設備狀態(tài)等， 可通過匯聚節(jié)點匯聚到現(xiàn)場統(tǒng)一的邊緣物聯(lián)代理，進行數(shù)據(jù)處理和邊緣計算，并將數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā) 送至物聯(lián)管理平臺。物聯(lián)

16、管理平臺不具備視頻圖像接入的情況下，將視頻流數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一視頻 平臺，如需進行本地處理，則可將視頻圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至邊緣物聯(lián)代理，由邊緣計算APP進行智 能分析，也可將視頻圖像采集終端與邊緣物聯(lián)代理進行硬件集成。宜實現(xiàn)低功耗運行。b）網(wǎng)絡層：可通過無線專網(wǎng)或APN方式傳輸，經(jīng)物聯(lián)安全接入網(wǎng)關、信息網(wǎng)絡安全隔離裝置接入 物聯(lián)管理平臺。c）平臺層：由物聯(lián)管理平臺和統(tǒng)一視頻平臺組成，可為應用層提供基礎數(shù)據(jù)。d）應用層：應由專業(yè)部門根據(jù)需求開發(fā)完善輸電線路物聯(lián)監(jiān)控、指揮決策系統(tǒng)、設備管理與故障 診斷等各類業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)輸電線路管理和運維的智能化。A.2變電應用場景變電應用場景智慧物聯(lián)應用模式，如圖A.

17、2所示，感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層要求如下。應用層平臺層物聯(lián)管理平臺圖A.2變電智慧物聯(lián)體系總體架構環(huán)境類a）感知層：可在一個變電站/換流站配置1套視頻圖像邊緣代理和1套數(shù)據(jù)采集類邊緣物聯(lián)代理裝 置，終端設備可采集視頻圖像、紅外圖像、環(huán)境量、狀態(tài)量和輔助設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)。其中機器 人巡檢數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)應接入視頻圖像邊緣代理，在本地進行分析應用，將視頻流數(shù)據(jù)和 處理結果發(fā)送至統(tǒng)一視頻平臺。其它感知數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集類邊緣物聯(lián)代理進行匯聚和邊緣計 算，數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送至物聯(lián)管理平臺。b）網(wǎng)絡層：可通過光纖接入物聯(lián)管理平臺，也可經(jīng)物聯(lián)安全接入網(wǎng)關接入物聯(lián)管理平臺。c）平臺層：可由物聯(lián)管理平臺和統(tǒng)一視

18、頻平臺組成，為應用層提供基礎數(shù)據(jù)。d）應用層：應由專業(yè)部門根據(jù)需求開發(fā)完善運維檢修管理、設備狀態(tài)主動預警、移動應用等各類 業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)變電設備管理和運維的智能化。A.3配電臺區(qū)應用場景13配電臺區(qū)應用場景智慧物聯(lián)應用模式，如圖A. 3所示，感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層要求如下。企業(yè)中臺網(wǎng)絡層中壓側物聯(lián)管理平臺配變側圖A.3配電臺區(qū)智慧物聯(lián)體系總體架構a）感知層：在一個臺區(qū)可部署一個邊緣物聯(lián)代理，統(tǒng)籌環(huán)境感知、設備狀態(tài)監(jiān)測和可視化終端接 入。終端設備可采集電氣量、環(huán)境量、狀態(tài)量、視頻圖像等數(shù)據(jù)。物聯(lián)管理平臺不具備視頻圖 像接入的情況下，將視頻流數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一視頻平臺，如需進行本地處理，可將

19、視頻圖像數(shù)據(jù)發(fā) 送至邊緣物聯(lián)代理，由邊緣計算APP進行智能分析。目標架構下，邊緣物聯(lián)代理上傳的所有數(shù) 據(jù)可經(jīng)由物聯(lián)管理平臺統(tǒng)一匯聚處理分發(fā)，過渡階段，在將數(shù)據(jù)接入物聯(lián)管理平臺的同時，邊 緣物聯(lián)代理也可將配電專業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)直接上報配電云主站。b）網(wǎng)絡層：可通過無線網(wǎng)（公網(wǎng)APN和電力專網(wǎng)）、有線電力光纖網(wǎng)傳輸，經(jīng)物聯(lián)安全接入網(wǎng)關、 信息網(wǎng)絡安全隔離裝置接入物聯(lián)管理平臺。c）平臺層：由物聯(lián)管理平臺、電網(wǎng)資源業(yè)務中臺、統(tǒng)一視頻平臺組成，實現(xiàn)設備接入、管理、控 制，負責物聯(lián)感知終端的實時感知、實時控制、匯聚分發(fā)，為應用層提供基礎數(shù)據(jù)。d）應用層：應由專業(yè)部門根據(jù)需求開發(fā)完善配電站房動環(huán)監(jiān)控、配電云主站、

20、供電服務指揮等各 類業(yè)務應用系統(tǒng)，構建配電臺區(qū)管理和運維的智能化體系。A. 4客戶側應用場景客戶側應用場景智慧物聯(lián)應用模式，如圖A. 4所示，感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層要求如下。應用層平臺層物聯(lián)管理平臺社區(qū)多能圖A. 4客尸側智慧物聯(lián)體系總體架構a）感知層：邊緣物聯(lián)代理可實現(xiàn)各場景的全息感知和優(yōu)化控制。終端設備可采集環(huán)境量、狀態(tài)量 和輔助設備狀態(tài)等感知數(shù)據(jù)，并通過邊緣物聯(lián)代理進行感知數(shù)據(jù)的匯聚和邊緣計算，將數(shù)據(jù)統(tǒng) 一發(fā)送至物聯(lián)管理平臺。b）網(wǎng)絡層：可通過物聯(lián)安全接入網(wǎng)關、信息網(wǎng)絡安全隔離裝置接入物聯(lián)管理平臺。c）平臺層：由物聯(lián)管理平臺、企業(yè)中臺組成，實現(xiàn)設備接入、管理、控制，負責物聯(lián)感知終

21、端的 實時感知、實時控制、匯聚分發(fā)。物聯(lián)管理平臺為應用層提供基礎數(shù)據(jù)。d）應用層：應由智慧能源服務平臺、居民智慧家庭和電動汽車及分布式能源服務應用組成，實現(xiàn) 客戶側場景管理和運維的智能化。A.5供應鏈應用場景供應鏈應用場景智慧物聯(lián)應用模式，如圖A. 5所示，感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層要求如下。應用層平臺層原材料檢驗生產(chǎn)數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)圖A. 5供應鏈智慧物聯(lián)體系總體架構a）感知層：基于電工裝備制造企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)試驗設備信息數(shù)據(jù)采集中心（系統(tǒng)）、采集終端，可 采集生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)。工廠側部署電工裝備邊緣物聯(lián)代理，接入數(shù)據(jù)采集中心的生產(chǎn) 試驗數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)。視頻流數(shù)據(jù)可不接入物聯(lián)管理平臺，經(jīng)邊

22、緣物聯(lián)代理發(fā)送至后端應用， 如需進行本地處理可由邊緣物聯(lián)代理部署的智能APP進行智能分析。其它感知數(shù)據(jù)可通過邊緣 物聯(lián)代理進行匯聚和邊緣計算，統(tǒng)一發(fā)送至物聯(lián)管理平臺，為平臺層和應用層提供數(shù)據(jù)支撐。b）網(wǎng)絡層:供應商側到平臺側的通信方式可采用互聯(lián)網(wǎng)通信方式經(jīng)物聯(lián)安全接入網(wǎng)關接入物聯(lián)管 理平臺。c）平臺層：由物聯(lián)管理平臺、企業(yè)中臺組成，實現(xiàn)對電工裝備邊緣物聯(lián)代理的遠程管理，為應用 層提供可定制化的數(shù)據(jù)分析服務。d）應用層：應由物資管理部門根據(jù)供應鏈場景業(yè)務需求開發(fā)各類業(yè)務應用，實現(xiàn)供應鏈管理智能 化，推進制造企業(yè)智能化應用。電力物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構1綱龍122編制主要原則123與其他標準文件的關系124主要工作過程125 標準結構和內(nèi)容126 紋刪131編制背景本標準依據(jù)國家電網(wǎng)有限公司關于下達2019年第二批技術標準制修訂計劃的通知（國家電網(wǎng)科 2019） 191號）的要求編寫。本標準編制背景是為貫徹落實公司2019年“兩會”工作部署，圍繞“三型兩網(wǎng)”世