CN106685815A - 一种多协议硬件采集网关系统 - Google Patents
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Abstract
多协议智能硬件采集网关,是运行在智能硬件中,连接各个子系统/设备的接口(串口/网络/蓝牙),通过不同的协议(modbus、dlt645、socket、opc、snmp、http、webservice、bacnet等),根据具体的数据报文格式,将原始数据读取解析转换成系统清晰明朗的可读数据,并输出至第三方系统接口的一套数据采集解析处理系统。
Description
技术领域
本发明属于网络设备技术领域,特别涉及一种多协议硬件采集网关系统。
背景技术
在海量大数据信息化时代,为良好的运作后端数据分析和前端可视化成果,数据采集作为信息系统的领跑者已经显得尤为重要。传统的数据采集网关都是运行在性能优良的服务器上,有一台或多台服务器运行着不同的子系统/设备采集网关。随着国家推行的节能减排政策,在很多方面,传统的数据采集网关解决方案在诸多的地方已经不具备优势。传统的方案有不少缺点,例如,价格昂贵、功耗大、空间占用率大、对机房环境要求严格、节点少责任大,以及硬件采购/维修周期长等缺点。
随着智能硬件的兴起,很好的解决了以上痛点。一个新版树莓派卡片电脑价格约¥200元,一般服务器是它的100倍。智能硬件的功耗约为10w,约为服务器的1/50,大小约为银行卡大小。任何狭小的夹缝都可以安置,硬件更换也十分方便。唯一的缺点就是程序运行性能比服务器差很多。所以,对于智能硬件的适用场景也是有限制的,它适合跑一些重复化、简单化、单一逻辑的程序。因此,对于不同的子系统,不同的网关会跑在不同的智能硬件上。这样做带来的好处是:
■以数量的堆积去解决单体性能的弱势
■以分散化的布局去瓦解中心化服务的压力
■以硬件模块化的方式去部署维护不同的采集网关
可见,智能硬件在数据采集网关的领域大有可为,它更是当下物联网时代的承载者,是真正绿色星球的领军者。
本发明涉及的术语包括:
Raspberry Pi(中文名为“树莓派”,简写为RPi,或者RasPi/RPI)是由注册于英国的慈善组织“Raspberry Pi基金会”开发,为学生计算机编程教育而设计,只有信用卡大小的微型电脑,其系统基于Linux。
RabbitMQ是流行的开源消息队列系统,用erlang语言开发。RabbitMQ是AMQP(高级消息队列协议)的标准实现。
发明内容
本发明提供一种多协议硬件采集网关系统。
一种多协议硬件采集网关系统,包括树莓派智能硬件、数据库服务器、rabbitMQ消息传输服务器、子系统服务器/设备及网络基础设施组成,其中,
树莓派智能硬件是多协议数据采集网关的载体;
数据库服务器为网关提供静态设备点位;
消息传输服务器提供实时通讯服务,包括
a)接收由硬件网关数据实时推送的消息;
b)消息缓冲,智能分发,本地持久化;
c)将消息推送至业务系统;
子系统服务器/设备为硬件采集网关提供原始数据;
网络基础设施提供本系统中各组成部分间有线或无线相互连接。
所述系统使用NodeJs开发,使得系统:
支持从数据库(mssql,mysql,mongodb等主流数据库)导入点位;
支持从web端配置采集网关参数;
支持各种公有私有协议的数据采集;
支持连接消息中间件,扩展通讯能力,由业务处理模块触发联动策略);
支持向子系统反向发送控制命令,子系统开放控制权限;
支持网关节点的高可用负载均衡。
系统运行步骤包括采集、解析和传输,其中,
采集步骤,通过子系统/设备的硬件io接口,根据系统配置的参数,对数据进行实时有效的采集,并进入到解析步骤,数据采集的方式有2类,包括主动采集和被动接收,
主动采集是,网关以轮询的方式间隔一定时间发送不同类型的请求数据命
令,来得到对应的响应数据;
被动接收是,网关连接到子系统应用服务,持续不间断地接收由子系统推
送的数据;
采集支持以下主流通讯协议框架:
●Modbus
●DLT645
●Http
●Socket
●Webservice
●Opc
●Bacnet
●Snmp
●Restfulapi
所有基于以上种类协议框架的应用,根据具体的标准或私有协议规约,网关都可以不同的采集需求去发送读取不同功能请求报文,获得相应的反馈数据。针对种类繁多的子系统/设备的类型,都能兼容到多协议采集网关的范畴中,逐步积累网关池的能力,全面覆盖弱电系统的各种数据报文规格,做到一站式全方位数据采集
解析步骤,将采集阶段得到的数据根据具体的通讯协议规约,进行有效数据的过滤,可读数据的加工,标准数据的格式化,结合IBMS系统的点位数据表将数据转化成系统通用的json数据体格式并移交至传输步骤;
例如原数据格式为
转换后的格式为:
{deviceId:’010203050901004001’,monitor:’temperature’,statusValue:21.34,time:’20
16-12-16
03:05:57’,monitorTypeId:102,deviceTypeId:1004,messageType:0,isNumber:1}
●deviceId:设备id,由原数据中的地址01而得,例子中的设备id对应以下编码。
●monitor:监控点位,一个设备下可能有很多的具体子模块,在软件中称之为监控点位,如此列中的设备是温湿度传感器,此例中的监控点位为其中的温度模块,由modbus相应的寄存器地址而得
●statusValue:设备点位的状态值,例子中为modbus反馈报文的数据位中解析而得
●time:此次消息的接收时间
●monitorTypeId:点位类型id,用于区分不同的点位群组
●deviceTypeId:设备类型id,大类id+小类id组成
●messageType:0=正常消息,1=异常消息
●isNumber:是否为数字点位
传输步骤是,将不同的网关将标准化、格式化的数据实时地推送至消息中心的相对应交换器中,消息中心会根据交换器中的海量信息根据系统配置的路由转发规则分发到不同功能的队列中,然后由业务系统根据业务规则去订阅各个队列中的消息进行业务分析处理。
多协议智能硬件采集网关,是运行在智能硬件中,连接各个子系统/设备的接口(串口/网络/蓝牙),通过不同的协议(modbus、dlt645、socket、opc、snmp、http、webservice、bacnet等),根据具体的数据报文格式,将原始数据读取解析转换成系统清晰明朗的可读数据,并输出至第三方系统接口的一套数据采集解析处理系统。
本发明网关是为第三方信息系统(IBMS、BIM、物业系统)提供基础数据支撑的数据采集业务系统,将各个子系统的数据实时的传送至第三方系统,以动静数据混合体去丰富信息系统的业务输出和管理输出,打通各个弱电系统间的实时数据交互。
硬件网关采用树莓派(raspberrypi)作为采集系统的硬件系统,经过各种国内外硬件产品的研究和测试,树莓派的硬件产品和软件系统在众开发板中稳定性和易用性是脱颖而出的,网关运行于debian内核linux系统中,实测7*24小时运行稳定性是非常好的。
在现场安装部署的话网关可以放置在子系统硬件接口端或者IBMS系统服务器端,将子系统的硬件接口连线(网络/串口)连接在树莓派端子,然后再接入IBMS中心网络(WiFi/RJ45/蓝牙),形成散装节点的星型物理架构,随时随地可以添加采集节点。
本发明硬件网关可以将各种类型的子系统设备信息根据不同的协议配置进行快速采集,准确地解析并整合成系统可读的消息格式,实时将数据推送至IBMS业务处理系统,简化了多系统监控的痛点,提高管理人员对突发事件的处理效率,为建筑内的管理单位减少不必要的巨额损失。
具体实施方式
本发明系统的硬件网关的硬件设备采用树莓派(raspberry pi),该设备具有:价格低廉、操作系统运行稳定、硬件做工精良,损坏率低以及网络上资源丰富的特点。
系统架构采用nodejs技术开发,基于如下考量:io异步、高并发,部署简单快捷,系统易于维护与扩展,脚本无需编译,直接运行,运行效率超高,支持的组件和协议资源丰富。
本系统支持几乎任何协议的终端设备接入,实现毫秒级的数据传输和多终端实时响应(响应速度取决于系统间的网络通讯质量)。
本发明系统运行分为采集阶段、解析阶段和传输阶段。以下进行详细说明。
1.采集阶段:通过子系统/设备的硬件io接口,根据系统配置的参数,对数据进行实时有效的采集,并进入到解析阶段;数据采集的方式有2类:
a)主动采集:网关以轮询的方式间隔一定时间发送不同类型的请求数据命令,来得到对应的响应数据。
b)被动接收:网关连接到子系统应用服务,持续不间断地接收由子系统推送的数据。
2.解析阶段:将采集阶段的数据根据具体的通讯协议,进行有效数据的过滤,可读数据的加工,标准数据的格式化;将数据移交至传输阶段。
3.传输阶段:不同的网关将标准化、格式化的数据实时地推送至消息中心的相对应交换器(exchange)中,消息中心会根据交换器中的海量信息根据系统配置的路由转发规则分发到不同功能的队列(queue)中,然后由业务系统根据业务规则去订阅队列中的消息进行业务处理。
Claims (3)
1.一种多协议硬件采集网关系统,包括树莓派智能硬件、数据库服务器、rabbitMQ消息传输服务器、子系统服务器/设备及网络基础设施组成,其中,
树莓派智能硬件是多协议数据采集网关的载体;
数据库服务器为网关提供静态设备点位;
消息传输服务器提供实时通讯服务,包括
a)接收由硬件网关数据实时推送的消息;
b)消息缓冲,智能分发,本地持久化;
c)将消息推送至业务系统;
子系统服务器/设备为硬件采集网关提供原始数据;
网络基础设施提供本系统中各组成部分间有线或无线相互连接。
2.如权利要求1所述的多协议硬件采集网关系统,其特征在于,所述系统使用NodeJs开发,使得系统:
支持从数据库导入点位;
支持从web端配置采集网关参数;
支持各种公有私有协议的数据采集;
支持连接消息中间件,扩展通讯能力,由业务处理模块触发联动策略;
支持向子系统反向发送控制命令,子系统开放控制权限;
支持网关节点的高可用负载均衡。
3.如权利要求2所述的多协议硬件采集网关系统,其特征在于,支持多协议分类采集和通用数据格式统一解析,分布式消息传输;其中,
多协议分类采集,支持以下主流通讯协议框架:
●Modbus
●DLT645
●Http
●Socket
●Webservice
●Opc
●Bacnet
●Snmp
●Restfulapi
所有基于以上种类协议框架的应用,根据具体的标准或私有协议规约,网关都可以不同的采集需求去发送读取不同功能请求报文,获得相应的反馈数据。针对种类繁多的子系统/设备的类型,都能兼容到多协议采集网关的范畴中,逐步积累网关池的能力,全面覆盖弱电系统的各种数据报文规格,做到一站式全方位数据采集;
通用数据格式统一解析,将采集阶段得到的数据根据具体的通讯协议规约,进行有效数据的过滤,可读数据的加工,标准数据的格式化,结合IBMS系统的点位数据表将数据转化成系统通用的json数据体格式并移交至传输步骤;
例如原数据格式为
转换后的格式为:
{deviceId:’010203050901004001’,monitor:’temperature’,statusValue:21.34,time:’20
16-12-16
03:05:57’,monitorTypeId:102,deviceTypeId:1004,messageType:0,isNumber:1}
●deviceId:设备id,由原数据中的地址01而得,例子中的设备id对应以下编码
●monitor:监控点位,一个设备下可能有很多的具体子模块,在软件中称之为监控点位,如此列中的设备是温湿度传感器,此例中的监控点位为其中的温度模块,由modbus相应的寄存器地址而得
●statusValue:设备点位的状态值,例子中为modbus反馈报文的数据位中解析而得
●time:此次消息的接收时间
●monitorTypeId:点位类型id,用于区分不同的点位群组
●deviceTypeId:设备类型id,大类id+小类id组成
●messageType:0=正常消息,1=异常消息
●isNumber:是否为数字点位
分布式消息传输是,将不同的网关将标准化、格式化的数据实时地推送至消息中心的相对应交换器中,消息中心会根据交换器中的海量信息根据系统配置的路由转发规则分发到不同功能的队列中,然后由业务系统根据业务规则去订阅各个队列中的消息进行业务分析处理。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170517 |