CN107071737A - 一种基于fpga的物联网地理围栏规则引擎加速方法 - Google Patents

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于治楼
张爱成
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Abstract

本发明公开一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法,涉及信息物联网技术领域；通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA中，采集数据上传到物联网云端平台，并发送数据给FPGA；利用FPGA对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。

Description

一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法
技术领域
本发明公开一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法,涉及FPGA应用技术领域。
背景技术
近年来，物联网技术发展迅速，已经从单纯技术上升到一种经济形态的新经济形态。单独的企业是无法完全独立完成一个完整的解决方案的，随着产业的成熟，支持不同设备接口、不同设备互联协议、可集成多种服务的共性技术物联网平台应运而生。物联网平台部署在云端，通过部署各类传感器，物联网云端平台可以从终端信息源中捕获海量数据，通过规则引擎去实时处理并及时做出响应。
其中地理围栏(Geo-fencing) 是 LBS( 基于位置服务，Location BasedService) 的一种应用，是典型的实时处理规则引擎，利用虚拟的栅栏围出虚拟地理边界，当物联网设备进入或离开某个地理围栏区域时，可以实时做出动作，触发相应的告警或通知。本发明公开了一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法，为了高效实时的执行地理围栏规则引擎，并能实时处理海量位置信息并迅速做出动作，通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA寄存器中，并将采集的数据上传到平台由FPGA规则引擎器进行数据过滤和规则匹配，并触发事件做规则指定的后续动作；本发明相对于通过CPU来处理规则匹配，利用FPGA硬件加速，极大的提高了海量数据处理的实时性和吞吐量，并且有效的降低了平台功耗。特别是针对车联网等含有海量实时位置信息的应用，能够高效的执行地理围栏规则引擎，及时做出响应满足应用的要求。
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是一种主要针对应用或功能要求可进行变成的半导体器件。现已广泛应用于异构加速领域，已经展现出相比通用处理器CPU更好的性能。其功耗低、成本小的特点更是其在很多领域得到了广泛的应用。
发明内容
本发明提供一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法，具有通用性强、实施简便等特点，具有广阔的应用前景。
本发明提出的具体方案是：
一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法：
通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA中，采集数据上传到物联网云端平台，并发送数据给FPGA；
利用FPGA对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
所述的方法具体步骤为：
步骤1：物联网云端平台设定相应的地理围栏规则，并将规则写入到FPGA中；
步骤2：终端采集设备向物联网云端平台实时上传数据；
步骤3：物联网云端平台通过FPGA接收数据；
步骤4：FPGA识别接收数据的位置标识信息，进行数据过滤，不包含位置信息的数据将直接交给后续程序处理；
步骤5：FPGA规则引擎器对位置信息进行地理围栏规则匹配，对满足规则的位置信息向物联网云端平台发出通知；
步骤6：物联网云端平台收到通知信息，进行下一步动作。
物联网云端平台与终端采集设备通过即时通讯协议进行通信，物联网云端平台将数据保存为相应的格式。
物联网云端平台与终端采集设备通过MQTT协议进行通信，物联网云端平台将数据保存为JSON格式。
所述物联网云端平台利用开发人员设定相应的地理围栏规则，并将规则可变数据写入到FPGA中。
一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速系统：
包括物联网云端平台、FPGA模块、终端采集设备，
物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA模块中，终端采集设备采集数据上传到物联网云端平台，发送数据给FPGA模块，FPGA模块对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
所述物联网云端平台将地理围栏规则写入到FPGA模块寄存器中。
利用所述FPGA模块的规则引擎器进行数据的过滤及匹配规则。
本发明的有益之处是：
本发明提供了一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法，通过FPGA实现地理围栏规则匹配及数据过滤，相对于通过CPU来处理规则匹配，利用FPGA硬件加速，极大的提高了海量数据处理的实时性和吞吐量，并且有效的降低了平台功耗。特别是针对车联网等含有海量实时位置信息的应用，能够高效的执行地理围栏规则引擎，及时做出响应满足应用的要求。
附图说明
图1本发明系统的拓扑示意图；
图2本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法：
通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA中，采集数据上传到物联网云端平台，并发送数据给FPGA；
利用FPGA对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
同时提供一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速系统，包括物联网云端平台、FPGA模块、终端采集设备，
物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA模块中，终端采集设备采集数据上传到物联网云端平台，发送数据给FPGA模块，FPGA模块对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
利用本发明方法及系统，结合附图对本发明做进一步说明。
参考附图1，本发明系统中物联网云端平台提供智能终端设备的连接管理、数据收发、规则设定、事件触发等功能，智能终端设备负责数据采集，并将数据上传到物联网云端平台；FPGA模块的规则引擎器实现数据的解析、过滤并匹配规则；
通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA寄存器中，智能终端设备采集的数据上传到平台由FPGA模块的规则引擎器进行数据过滤和规则匹配并触发事件做规则指定的后续动作。其中，
为了描述清楚，智能终端设备与物联网云端平台之间采用MQTT协议进行通信，并且通过MQTT协议通信的数据采用JSON格式，部分示例格式如下：
{
"id": "37000010001",
"geofencecheck": "true",
"longitude": "117.133427",
"latitude": "36.668087",
}
其中id是设备标识，geofencecheck表示经纬度信息是否有效，longitude表示精度数据，latitude表示纬度数据。本领域技术人员将理解的是，除了使用MQTT协议、JSON数据表示方法之外，根据本发明方法同样能够应用于其他协议和数据表示方法之上。
对智能终端设备的实时位置数据执行规则引擎加速的过程进行说明。为了描述方便，以使用车联网应用的地理围栏为例，车联网场景下的地理围栏规则执行情况：
参考图2，实时位置数据执行规则引擎加速的过程包括以下步骤：
步骤1：通过所述的物联网云端平台的规则设定功能，开发人员设定相应的规则，并将规则可变数据写入到所述的FPGA规则引擎器中；例如设定一个圆形的地理围栏，包含中心点的经度、纬度和圆形地理围栏的半径。
步骤2：所述的智能终端设备向所述的物联网云端平台实时上传数据，通过MQTT协议，车辆将实时GPS位置数据上传到云端平台，数据为JSON格式，包含车辆标识、经度、纬度等信息。
步骤3：所述的物联网云端平台通过所述的FPGA规则引擎器接收数据；
步骤4：所述的FPGA规则引擎器识别接收数据的位置标识geofencecheck，进行数据过滤，不包含有效位置信息的数据将直接交给后续程序处理；
步骤5：所述的FPGA规则引擎器对位置信息进行地理围栏规则匹配，例如通过计算车辆经纬度和圆形地理围栏的关系，满足规则向所述的物联网云端平台发出通知，当然包括告警；
步骤6：所述的物联网云端平台收到通知信息，进行下一步动作。
与通过CPU来处理规则匹配相比，本发明利用FPGA硬件加速，极大的提高了海量数据处理的实时性和吞吐量，并且有效的降低了平台功耗。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速方法，其特征是
通过物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA中，采集数据上传到物联网云端平台，并发送数据给FPGA；
利用FPGA对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是具体步骤为：
步骤1：物联网云端平台设定相应的地理围栏规则，并将规则写入到FPGA中；
步骤2：终端采集设备向物联网云端平台实时上传数据；
步骤3：物联网云端平台通过FPGA接收数据；
步骤4：FPGA识别接收数据的位置标识信息，进行数据过滤，不包含位置信息的数据将直接交给后续程序处理；
步骤5：FPGA规则引擎器对位置信息进行地理围栏规则匹配，对满足规则的位置信息向物联网云端平台发出通知；
步骤6：物联网云端平台收到通知信息，进行下一步动作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是物联网云端平台与终端采集设备通过即时通讯协议进行通信，物联网云端平台将数据保存为相应的格式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是物联网云端平台与终端采集设备通过MQTT协议进行通信，物联网云端平台将数据保存为JSON格式。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征是所述物联网云端平台利用开发人员设定相应的地理围栏规则，并将规则可变数据写入到FPGA中。
6.一种基于FPGA的物联网地理围栏规则引擎加速系统，其特征是所述
包括物联网云端平台、FPGA模块、终端采集设备，
物联网云端平台规则引擎制定地理围栏规则并写入到FPGA模块中，终端采集设备采集数据上传到物联网云端平台，发送数据给FPGA模块，FPGA模块对接收数据的进行数据过滤，对不包含位置信息的数据直接交给后续程序处理；对包含位置信息的数据，进行地理围栏规则匹配，对满足规则的信息向物联网云端平台进行通知。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征是所述物联网云端平台将地理围栏规则写入到FPGA模块寄存器中。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征是利用所述FPGA模块的规则引擎器进行数据的过滤及匹配规则。
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