CN108540538B - 一种基于sdn的云雾结合物联网应用构建系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其整体架构自下而上依次包括：硬件设施层、雾处理层和云计算层，其中：雾处理层由多个OpenCPS多模网关组成，该OpenCPS多模网关的整体架构自下而上又依次包括：网络接入层、虚拟化层、API池层和应用实现层。本发明的有益之处在于：(1)可以实现对网络资源的动态调控，易于管理；(2)整体结构构建合理，利用云雾结合的框架来降低时延，利用SDN架构来提高利用率，可以迅速融入物联网市场，兼容多项物联网通讯协议，更好的适应物联网市场需求的变迁。

Description

一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统
技术领域
本发明涉及一种物联网应用构建系统，具体涉及一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，属于物联网技术领域。
背景技术
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型网络创新架构，通过将网络设备控制面与数据面分离开来，并利用给予标准的API对数据层进行编程，从而实现了网络流量的灵活控制。SDN将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而通过集中的控制器中的软件平台去实现可编程化控制底层硬件，实现对网络资源灵活的按需调配。在SDN中，网络设备只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件，而原来负责控制的操作系统将提炼为独立的网络操作系统，负责对不同业务特性进行适配，而且网络操作系统和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现。
在传统的物联网应用构建系统中，基于存储和处理的目的，所有的原始数据是聚合的、流向云端的，形成一个以云为中心的架构模型。在这种单一的云计算中心式架构中，来自云端服务器到设备端之间难以预测的响应时间和不可靠的云连接会严重降低服务质量。随着物联网市场的逐渐成熟，物联网将会在人类的日常生活中成为重要活动的基础设施支柱，其可靠性和实时响应将会至关重要，而物联网现状是远远不能满足要求的。所以要在物联网架构中引入边缘计算，利用原有架构中局部的计算节点，在设备端和云数据中心之间收集、存储和处理数据，而不是使用远程的云数据中心。物联网的设备从提前安装好的邻近节点往返发送数据和接收指令，这些节点主要是网关设备，实时接收和处理输入的数据，形成一个云雾结合的模型，可以让边缘处理节点处理时间敏感型业务，让云节点应对非实时的或弱实时的功能，例如软件更新、上下流的信息收集和长期的大数据分析等。
在当前云雾结合的物联网架构中引入SDN，使得网络可以自动化和集中管理，增强物联网架构的可扩展性，同时，SDN组件的虚拟化使得云雾设备和流量得以动态重新配置，带宽自动配置以及解除配置带宽，利用SDN固有的可扩展性，可以快速增加新的物联网云雾设备。对新增的网络设备进行响应协议的编程，意味着网络可以按需扩展或收缩，而且动态响应系统大大降低了物联网的风险。
在目前市场主流的物联网应用构建系统中，由于物联网市场的爆发式增长和公共互联网的混乱本质，物联网应用构建系统主要存在着以下几个问题：
1、可拓展性低；
2、处理时延长；
3、网络资源分配不均衡；
4、管理难度高。
因此，亟需一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，最大限度的实现网络资源和网络带宽的合理化均衡分配，迅速处理和反馈物联网底层硬件设备所发送的数据包，同时能够快速兼容新增加的物联网设备，提高整个系统的可拓展性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可拓展性高、处理时延短、具有负载均衡和综合网络管理功能、基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，该系统整体架构自下而上依次包括：硬件设施层、雾处理层和云计算层，其中：
硬件设施层：由多个具有感知识别功能的物联网硬件设备组成，每一个物联网硬件设备外置不同的数据发送和接收装置，按照功能不同这些物联网硬件设备分为采集器、控制器和触发器三类，采集器负责采集传感器数据并发送至网关，同时接受反馈；控制器负责执行来自网关的控制命令并反馈；触发器负责读取RFID触发卡的信息并发送给网关，同时在本地执行相应的触发命令；
雾处理层：由多个OpenCPS多模网关组成，负责将硬件设施层的所有物联网硬件设备接入网络，接收采集数据，计算低时延业务，虚拟化底层物联网硬件设备，控制各个与物联网硬件设备一一对应的虚拟网卡，向上提供物联网硬件设备虚拟化模块API和SDN虚拟化控制器的API接口，形成API接口池到云计算层；
云计算层：由多个云服务器组成，负责计算数据量大业务，存储雾处理层上传的数据，调控网关设备间的资源管理和网络限制。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层的OpenCPS多模网关的整体架构自下而上依次包括：网络接入层、虚拟化层、API池层和应用实现层，其中：
网络接入层：负责接入硬件设施层中所有的物联网硬件设备，并利用SDN技术形成一一对应的虚拟网卡，这些虚拟网卡构成SDN网络的数据面，根据OpenFlow协议实现各个虚拟网卡之间的数据通信，各个虚拟网卡接收和解析与之对应的物联网硬件设备发来的数据包，并向物联网硬件设备发送接收成功反馈，并将解析好的数据包上传至虚拟化层，同时接收来自虚拟化层的控制执行命令，将这些命令封装并下发给硬件设施层所对应的物联网硬件设备，并接收底层物联网硬件设备发来的接收成功反馈；
虚拟化层：负责控制和管理网络接入层中所形成的虚拟网卡，并利用Docker容器技术映射出与虚拟网卡一一对应的虚拟化模块，这些虚拟化模块接受并处理来自下层所上传的数据包，向上层API池提供设备虚拟化的API接口，并下发用户在应用实现层通过调用API池层中的API所生成的控制执行命令到网络接入层与物联网硬件设备对应的网络接入层，同时利用SDN技术生成SDN虚拟化控制器作为SDN网络的控制面，并利用SDN的OpenFlow协议实现对网络接入层SDN网络的数据面的控制通信；
API池层：负责接收虚拟化层向上提供的所有API接口，形成API接口池，同时将这些接口开放给应用实现层，以供用户开发调用；
应用实现层：开发者在该层调用API池层提供的接口进行物联网应用的开发和测试，对下层发来的数据包进行处理和分析，开发者在开发应用的同时，首先，按照具体需求生成控制执行命令代码，并下发至硬件设施层的对应设备执行命令，其次，向云计算层提供所有的API池接口，与云计算层进行通信，接收来自云计算层的代码指令并下达。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层中的网络接入层与硬件设施层的通信协议包括：WIFI协议、LORA协议、BLE协议、NB-IOT协议和TCP/IP协议。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层中的网络接入层与硬件设施层业务逻辑处理的顺序先后利用队列实现，利用不同优先级的队列依次轮询，优先处理优先级高的队列任务，当在处理普通队列任务的过程中监测到优先级高队列有未处理的任务时，中断当前序列，转而处理优先级高队列任务。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层中的虚拟化层包括：设备虚拟化层和SDN虚拟化控制器层，其中：
设备虚拟化层：将接入网关后的硬件设施层的物联网硬件设备一对一映射成对应的虚拟化模块，编号从1到N一一对应，利用Docker容器技术在整个系统完成自动部署，虚拟化完成后向上层API池层提供API接口，以供开发者进行开发；
SDN虚拟化控制器层：层中的SDN虚拟化控制器利用OpenFlow协议实现对网络接入层各个虚拟网卡的集中控制和流量调控，网络接入层的网卡作为SDN网络的数据面上的各个模块与SDN虚拟化控制器始终维持着经由OpenFlow协议的TCP连接，负责调控各个虚拟网卡之间的通信流量控制，根据实时需求动态调整各个虚拟网卡与上层通信的通信方式，同时记录操作行为，生成日志进行存储。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层中的API池层包括：IOT-API模块和SDN-API模块，其中：
IOT-API模块：将所有物联网硬件设备功能虚拟化后形成API池，接口向上层开放，使得开发者能够在应用实现层直接开发物联网应用，通过调用这些API接口实现采集数据和代码命令控制硬件行为，同时作为API动态缓存池使得网络接入层的硬件设备动态增加或减少不会对整个API池造成影响；
SDN-API模块：作为SDN控制器的API接口向应用实现层开放，使得开发者能够在应用实现层开发物联网应用时，通过调用接口实现SDN中的动态调整带宽控制、选择通信方式和记录操作日志，对底层物联网硬件设备实现SDN的完全控制。
前述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，前述雾处理层与云计算层的通信协议为TCP/IP以太网协议。
本发明的有益之处在于：
1、本发明的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其可以实现对网络资源的动态调控，易于管理；
2、本发明的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其整体结构构建合理，利用云雾结合的框架来降低时延，利用SDN架构来提高利用率，可以迅速融入物联网市场，兼容多项物联网通讯协议，更好的适应物联网市场需求的变迁。
附图说明
图1是SDN网络的控制面和数据面通信示意图；
图2是本发明的物联网应用快速构建平台的整体架构图；
图3是图2中的OpenCPS多模网关的内部架构图；
图4是图3中的设备虚拟化层与下层网络链路组成示意图；
图5是图3中的SDN虚拟化控制器层与下层网络链路组成示意图。
具体实施方式
随着“中国制造2025”的快速推进和落实，物联网技术得到大力发展和广泛应用，各种不同功能的物联网智能应用和终端设备数量急速增加，应用场景涉及到社会生活中的方方面面，由之带来的联接数量也在爆发式增长，越来越多的行业正在借助物联网的力量提升效率，释放出产业创新的巨大潜能。有些行业应用受制于接入带宽和成本，需要对上传数据中心的流量进行聚合和预处理，因此，在靠近物或数据源头的网络边缘就需要一个融合联接、计算、存储和应用安装等能力的开放平台，也就是边缘雾计算平台，考虑到其位置，一般在物联网网关上实现，云雾结合的物联网架构是物联网市场发展的即时风口和必然趋势。
物联网不同于传统的互联网，其联接规模将比互联网增加至少一个数量级。预计到2025年全球将产生1000亿联接，如何管理、维护和控制物联网将是一个巨大的挑战。比如，华为传统网管根本无法高效、经济地管理如此多的终端设备和物联网网关。此外，云雾结合的引入也对管理系统提出了新的要求，过去它只需管理网络部分，而现在还要管理物联网网关上的计算和存储资源，以及网关上的第三方应用，而丰富的不同行业的应用也需要有标准的开放接口实现快速的业务集成。
SDN技术的出现打破了传统网络架构的限制，并已成功应用于数据中心网络领域，在广域网领域也逐渐成为热点，其主要目标是让网络能匹配业务的快速变化，核心思路是通过控制器对网络进行统一、集中的自动化管理和全局视野的业务模型抽象，为上层提供标准的北向接口，实现应用层面的快速集成和对接，以及业务的按需部署和调整。在物联网领域引入云雾结合的框架和SDN技术，根据物联网的特点进行功能扩展，实现IT和CT的统一管理，以满足物联网在海量设备管理、边缘计算资源管理和快速应用集成方面的要求。
本发明提出的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，在云雾结合的物联网框架的基础上，在硬件设施层的硬件设备和雾处理层的OpenCPS多模网关之间的通信交互控制和管理的方式上运用SDN技术，将控制面和数据转发面分离，实现有线和无线的统一网络管理，根据具体场景动态控制网络流量，使得整个系统的可拓展性和灵活性大大增加，同时在OpenCPS多模网关的虚拟化层自动部署多个Docker容器来一对一匹配下层的物联网硬件设备，将实体的物联网硬件设备抽象映射成开发者可调用的API接口，彻底屏蔽底层物联网硬件设备不同所造成的开发差异，极大地降低物联网应用构建的难度，使得在物联网市场能够形成一套高效、易用的统一开发环境和编码方式的应用构建系统。
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图2，本发明提出的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其整体架构自下而上依次包括：硬件设施层、雾处理层和云计算层。
一、硬件设施层
硬件设施层由多个具有感知识别功能的物联网硬件设备组成，每一个物联网硬件设备外置不同的数据发送和接收装置。
按照功能不同，这些物联网硬件设备分为三类：采集器、控制器和触发器。采集器负责采集传感器数据并上传发送至网关，同时接受反馈。
控制器负责执行来自网关的控制命令并反馈。
触发器负责读取RFID触发卡的信息并发送给网关，同时在本地执行相应的触发命令。
按照不同物联网硬件设备的功耗、时延、传输方向、传输距离四个方面进行区分，每一类物联网硬件设备适配不同特性的通讯协议，主要通信协议特性如下表所示：
Figure BDA0001601945940000091
Figure BDA0001601945940000101
采集器：对时延容忍性低，对功耗容忍性高，传输距离为中到远距离传输，传输方向为硬件设备主动发送，网关被动接收，所以适配的通讯协议为LORA或NB-IOT通讯协议。
控制器：对时延容忍性高，对功耗容忍性低，传输距离为近距离传输，传输方向为网关主动发送，硬件设备被动接收，所以适配的通讯协议为WIFI，BLE通讯协议。
触发器：对时延容忍性高，对功耗容忍性高，传输距离为近距离传输，传输方向为硬件设备主动发送，网关被动接收，所以适配的通讯协议为TCP/IP通讯协议。
二、雾处理层
雾处理层由多个OpenCPS(open cyber physical system)多模网关组成。
雾处理层负责将硬件设施层的所有物联网硬件设备接入网络，接收采集数据，计算低时延业务，虚拟化底层物联网硬件设备，控制各个与物联网硬件设备一一对应的虚拟网卡，同时向上提供物联网硬件设备虚拟化模块API和SDN虚拟化控制器的API接口，形成API接口池到云计算层，用户可以利用API接口池进行本地开发。
硬件设施层的物联网硬件设备与雾处理层的OpenCPS多模网关的通讯协议有WIFI、LORA、BLE、NB-IOT、TCP/IP等多种通信方式。
参照图3，OpenCPS多模网关的整体架构自下而上依次包括：网络接入层、虚拟化层、API池层和应用实现层。
1、网络接入层
硬件设施层中所有的物联网硬件设备通电启动后，网络接入层负责接入所有的物联网硬件设备，并利用SDN技术形成一一对应的虚拟网卡，这些虚拟网卡构成SDN网络的数据面。
网络接入层根据OpenFlow(开放流)协议，实现各个虚拟网卡之间的数据通信，各个虚拟网卡接收和解析与之对应的物联网硬件设备发来的数据包，并向物联网硬件设备发送接收成功反馈，并将解析好的数据包上传至虚拟化层。
对于需要执行控制命令的物联网硬件设备，网络接入层还负责接收来自虚拟化层的控制执行命令，将这些命令封装并下发给硬件设施层所对应的物联网硬件设备，并接收底层物联网硬件设备发来的接收成功反馈。
由此可见，我们利用SDN技术，将所有已经接入网关的物联网硬件设备虚拟成一一对应的虚拟网卡，构成SDN网络的数据面，通过OpenFlow协议实现彼此间的数据通信以及与虚拟化层的控制通信。
2、虚拟化层
虚拟化层负责控制和管理网络接入层中所形成虚拟网卡，并利用Docker容器技术映射出与虚拟网卡一一对应的设备虚拟化模块，这些虚拟化模块接受并处理来自下层所上传的数据包，向上层API池提供设备虚拟化的API接口，并下发用户在应用实现层通过调用API池层中的API所生成的控制执行命令到网络接入层与物联网硬件设备对应的网络接入层，同时利用SDN技术生成SDN虚拟化控制器模块作为SDN网络的控制面，并利用SDN的OpenFlow协议实现对网络接入层SDN网络的数据面的控制通信。
SDN网络的控制面和数据面通信示意图如图1所示。
参照图3，虚拟化层又包括：设备虚拟化层和SDN虚拟化控制器层。
(1)设备虚拟化层
参照图4，设备虚拟化层负责将接入网关后的硬件设施层的物联网硬件设备一对一映射成对应的设备虚拟化模块，编号从1到N一一对应(N为物联网硬件设备的数量)，利用Docker容器技术在整个系统完成自动部署，虚拟化完成后向上层API池层提供API接口，以供开发者进行开发。
Docker是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上，从而实现虚拟化。Docker容器完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口，几乎没有性能开销，可以很容易地在机器和数据中心中运行，最重要的是让开发者不需要去关心容器的管理，使得操作更为简便，用户操作Docker的容器就像操作一个快速轻量级的虚拟机一样简单。
经过Docker硬件虚拟化之后，硬件设备与设备虚拟化模块在逻辑上形成一一对应的关系，所有的设备虚拟化模块向上层提供API接口，进而实现将物联网底层硬件设备的抽象化、模块化。在数据链路层面，通过OpenCPS多模网关的虚拟网卡与硬件设备实现数据的一对一交互，在逻辑映射层面，开发者可以直接调用这些设备虚拟化模块所提供的API接口实现物联网应用的开发。
(2)SDN虚拟化控制器层
层中的SDN虚拟化控制器利用OpenFlow协议实现对网络接入层各个虚拟网卡的集中控制和流量调控，网络接入层的网卡作为SDN网络的数据面上的各个模块与SDN虚拟化控制器始终维持着经由OpenFlow协议的TCP连接，负责调控各个虚拟网卡之间的通信流量控制，根据实时需求动态调整各个虚拟网卡与上层通信的通信方式(例如：通信优先级、通信带宽限制、通信时间等)，同时记录操作行为，生成日志进行存储。
SDN虚拟化控制器与各个虚拟网卡之间的通信遵循OpenFlow通信协议，OpenFlow的设计目标之一就是将网络设备的控制功能与转发功能进行分离，进而将控制功能全部集中在SDN控制器上完成，而虚拟网卡负责在本地做简单高速的数据转发。在OpenFlow交换机的运行过程中，其数据转发的依据就是流表，所谓流表，其实可被视作是OpenFlow对网络设备的数据转发功能的一种抽象，流表中整合了网络中各个层次的网络配置信息，从而在进行数据转发时可以使用更丰富的规则。
具体实施时，在SDN虚拟化控制器中输入流表，下发规则至各个虚拟网卡，经过虚拟网卡的数据包就根据这些流表规则转发，可以实现虚拟网卡与硬件设备之间通信协议的选择或更换，虚拟网卡与硬件设备间的传输带宽的流量控制和通信时间，以及虚拟网卡与上层通信的流量控制，同时记录操作时间，生成操作日志并存储，继而实现对整个系统的控制和管理。
3、API池层
API池层负责接收虚拟化层向上提供的所有API接口，形成API接口池，同时将这些接口开放给应用实现层，以供用户开发调用。
参照图3，API池层又包括：IOT-API模块和SDN-API模块。
(1)IOT-API模块
IOT-API模块负责将所有物联网硬件设备功能虚拟化后形成API池，接口向上层开放，使得开发者能够在应用实现层直接开发物联网应用，通过调用这些API接口实现采集数据和代码命令控制硬件行为，同时作为API动态缓存池使得网络接入层的硬件设备动态增加或减少不会对整个API池造成影响。
(2)SDN-API模块
SDN-API模块作为SDN控制器的API接口向应用实现层开放，使得开发者能够在应用实现层开发物联网应用时，通过调用接口实现SDN中的动态调整带宽控制、选择通信方式和记录操作日志，对底层物联网硬件设备实现SDN的完全控制。
4、应用实现层
开发者在该层调用API池层提供的接口进行物联网应用的开发和测试，对下层发来的数据包进行处理和分析，开发者在开发应用的同时，首先，按照具体需求生成控制执行命令代码，并下发至硬件设施层的对应设备执行命令，其次，向云计算层提供所有的API池接口，与云计算层进行通信，接收来自云计算层的代码指令并下达。
由此可见，OpenCPS多模网关作为整套系统的核心装置，不仅可以实现数据的采集和控制的执行，其内置的SDN网络架构可以根据具体需求实现通信方式的选择和带宽的控制，合理分配网络流量，优化资源利用率，一旦硬件系统通电启动，即可在网管内部自动部署完成硬件虚拟化，并开放API接口，实现开发者对底层硬件的快速控制，完美屏蔽硬件差异。
具体实施时，OpenCPS多模网关的网络接入层，既需要与底层的硬件设施层进行数据的交互，也需要与上层虚拟化层进行数据的交互，为了避免数据的冲撞，提高分布式应用异步消息传输及处理的效率，从中间件的角度来优化，引入队列缓存机制，网络接入层与硬件设施层业务逻辑处理的顺序先后利用队列实现，具体在网络接入层部署两种不同功能的多重队列，一种队列负责接收硬件设备数据并存入网关，简称接收队列，另一种队列负责向硬件设备发送控制命令，简称发送队列，根据控制命令优先级和处理时效的不同，发送队列需为多重队列，在执行发送任务时，按照数据结构中队列“先进先出”的原则来处理队列中的任务列表，利用不同优先级的队列依次轮询，需要先出列优先级高的队列中的发送任务，再处理普通队列的发送任务，优先处理优先级高的队列任务。同时，多重队列自带抢断机制，在处理普通队列的发送任务时，实时监测优先级高的队列是否为空，若不为空，自动切换队列的处理时许，待优先级高的队列任务处理完毕后，再返回处理普通队列的发送任务，也就是说，当在处理普通队列任务的过程中监测到优先级高队列有未处理的任务时，中断当前序列，转而处理优先级高队列任务。最后，处理完队列中所有任务后，自动清空缓存，提高内存利用率。
三、云计算层
云计算层由多个云服务器组成。
云计算层负责计算数据量大业务，存储雾处理层上传的数据，调控网关设备间的资源管理和网络限制，用户可以在云端进行应用的开发。
雾处理层与云计算层的通信协议为TCP/IP以太网协议。
在整个系统中，硬件设施层的所有物联网硬件设备均通过统一的硬件虚拟化方式虚拟成可调用的API接口，可以根据开发者开发代码自动执行采集数据和执行控制的操作，从底层屏蔽硬件差异，降低物联网应用开发难度。
本发明的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，主要有两种开发方式：网关端开发和云端开发。
在网关的应用实现层，开发者可以直接调用API池层提供的API接口，进行应用程序的编写，编写完成自动生成一键化脚本，在物联网平台上自动完成已开发应用的部署和搭建。
开发者也可以直接通过网页登陆到云端，基于可视化操作界面，调用网关上传的API接口，实现物联网应用的开发和测试，完成在平台上的部署。
可见，本发明的基于SDN的云雾集合物联网应用构建系统，其具有如下优势：
1、硬件设备归一化，硬件设备与业务特性解耦，底层硬件高度封装，开机即完成自动虚拟化部署，简化了物联网应用的开发流程。
2、网络的智能性全部由软件实现，通信协议的选择及带宽调控优化由软件配置而定，整个系统更加灵活，可拓展性高。
3、对业务响应相对更快，可以定制各种网络参数，并实时配置到网络中，缩短物联网应用的开发周期。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，该系统整体架构自下而上依次包括：硬件设施层、雾处理层和云计算层，其中：
硬件设施层：由多个具有感知识别功能的物联网硬件设备组成，每一个物联网硬件设备外置不同的数据发送和接收装置，按照功能不同这些物联网硬件设备分为采集器、控制器和触发器三类，采集器负责采集传感器数据并发送至网关，同时接受反馈；控制器负责执行来自网关的控制命令并反馈；触发器负责读取RFID触发卡的信息并发送给网关，同时在本地执行相应的触发命令；
雾处理层：由多个OpenCPS多模网关组成，负责将硬件设施层的所有物联网硬件设备接入网络，接收采集数据，计算低时延业务，虚拟化底层物联网硬件设备，控制各个与物联网硬件设备一一对应的虚拟网卡，向上提供物联网硬件设备虚拟化模块API和SDN虚拟化控制器的API接口，形成API接口池到云计算层，其中，所述雾处理层的OpenCPS多模网关的整体架构自下而上依次包括：网络接入层、虚拟化层、API池层和应用实现层，其中：
网络接入层：负责接入硬件设施层中所有的物联网硬件设备，并利用SDN技术形成一一对应的虚拟网卡，这些虚拟网卡构成SDN网络的数据面，根据OpenFlow协议实现各个虚拟网卡之间的数据通信，各个虚拟网卡接收和解析与之对应的物联网硬件设备发来的数据包，并向物联网硬件设备发送接收成功反馈，并将解析好的数据包上传至虚拟化层，同时接收来自虚拟化层的控制执行命令，将这些命令封装并下发给硬件设施层所对应的物联网硬件设备，并接收底层物联网硬件设备发来的接收成功反馈；
虚拟化层：负责控制和管理网络接入层中所形成的虚拟网卡，并利用Docker容器技术映射出与虚拟网卡一一对应的虚拟化模块，这些虚拟化模块接受并处理来自下层所上传的数据包，向上层API池提供设备虚拟化的API接口，并下发用户在应用实现层通过调用API池层中的API所生成的控制执行命令到网络接入层与物联网硬件设备对应的网络接入层，同时利用SDN技术生成SDN虚拟化控制器作为SDN网络的控制面，并利用SDN的OpenFlow协议实现对网络接入层SDN网络的数据面的控制通信；
API池层：负责接收虚拟化层向上提供的所有API接口，形成API接口池，同时将这些接口开放给应用实现层，以供用户开发调用；
应用实现层：开发者在该层调用API池层提供的接口进行物联网应用的开发和测试，对下层发来的数据包进行处理和分析，开发者在开发应用的同时，首先，按照具体需求生成控制执行命令代码，并下发至硬件设施层的对应设备执行命令，其次，向云计算层提供所有的API池接口，与云计算层进行通信，接收来自云计算层的代码指令并下达；
云计算层：由多个云服务器组成，负责计算数据量大业务，存储雾处理层上传的数据，调控网关设备间的资源管理和网络限制。
2.根据权利要求1所述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，所述雾处理层中的网络接入层与硬件设施层的通信协议包括：WIFI协议、LORA协议、BLE协议、NB-IOT协议和TCP/IP协议。
3.根据权利要求1所述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，所述雾处理层中的网络接入层与硬件设施层业务逻辑处理的顺序先后利用队列实现，利用不同优先级的队列依次轮询，优先处理优先级高的队列任务，当在处理普通队列任务的过程中监测到优先级高队列有未处理的任务时，中断当前序列，转而处理优先级高队列任务。
4.根据权利要求1所述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，所述雾处理层中的虚拟化层包括：设备虚拟化层和SDN虚拟化控制器层，其中：
设备虚拟化层：将接入网关后的硬件设施层的物联网硬件设备一对一映射成对应的虚拟化模块，编号从1到N一一对应，利用Docker容器技术在整个系统完成自动部署，虚拟化完成后向上层API池层提供API接口，以供开发者进行开发；
SDN虚拟化控制器层：层中的SDN虚拟化控制器利用OpenFlow协议实现对网络接入层各个虚拟网卡的集中控制和流量调控，网络接入层的网卡作为SDN网络的数据面上的各个模块与SDN虚拟化控制器始终维持着经由OpenFlow协议的TCP连接，负责调控各个虚拟网卡之间的通信流量控制，根据实时需求动态调整各个虚拟网卡与上层通信的通信方式，同时记录操作行为，生成日志进行存储。
5.根据权利要求1所述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，所述雾处理层中的API池层包括：IOT-API模块和SDN-API模块，其中：
IOT-API模块：将所有物联网硬件设备功能虚拟化后形成API池，接口向上层开放，使得开发者能够在应用实现层直接开发物联网应用，通过调用这些API接口实现采集数据和代码命令控制硬件行为，同时作为API动态缓存池使得网络接入层的硬件设备动态增加或减少不会对整个API池造成影响；
SDN-API模块：作为SDN控制器的API接口向应用实现层开放，使得开发者能够在应用实现层开发物联网应用时，通过调用接口实现SDN中的动态调整带宽控制、选择通信方式和记录操作日志，对底层物联网硬件设备实现SDN的完全控制。
6.根据权利要求1所述的基于SDN的云雾结合物联网应用构建系统，其特征在于，所述雾处理层与云计算层的通信协议为TCP/IP以太网协议。
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