CN109885566A - 一种数据采集与边缘计算系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种数据采集与边缘计算系统，包括工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层，所述数据采集器、数据处理模块、边缘接入单元、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层均连接工业级服务器；本发明通过工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，通过数据采集器的大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换模块与边缘处理模块，可以构建大数据平台的数据基础，实现底层数据的汇聚处理，并且可以实现数据向云端平台的集成。
Description
技术领域
本发明涉及数据应用开发领域，尤其涉及一种数据采集与边缘计算系统。
背景技术
物联网中的前端数据采集点(边缘设备)，最初都只具有数据采集、传递的功能，由于目前传感器集成度高，边缘设备获取的数据量增大，客户所在的边界侧对计算结果的需求速度也在不断提升，这就促使了边缘计算理论的诞生。
传统的边缘计算是一种在物理上靠近数据生成的位置并处理数据的方法，如物联网的各个感知节点，有些感知节点不仅负责采集、传递数据，还实现部分数据处理、结果输出的功能。因为这些产生数据的节点并不在云端，而是在事物侧，所以造成了边缘设备的处理能力、计算能力等存在一定的局限，导致无法满足进行种类更多、更复杂的计算、使结果更贴近人和事物以及更快的输出的实际需求。因此，本发明提出一种数据采集与边缘计算系统，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明通过工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，通过数据采集器的大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换模块与边缘处理模块，可以构建大数据平台的数据基础，实现底层数据的汇聚处理。
本发明提出一种数据采集与边缘计算系统，包括工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层，所述数据采集器、数据处理模块、边缘接入单元、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层均连接工业级服务器，所述工业级服务器用于接收所述边缘计算模块发送的任务，按照预设顺序处理各个所述边缘计算模块发送的任务，处理完成后将处理结果发送给所述边缘计算模块，所述物联网感知层通过物联网传输层连接边缘计算模块，所述边缘接入单元连接边缘计算模块，所述边缘计算模块包括边缘接入单元、边缘分析单元、反馈控制单元、云端接入单元、规则引擎、协议转换模块、设备管理模块、数据预处理单元和服务扩展单元，所述数据采集器连接数据处理模块，且所述数据采集器用于采集各类设备的的运行数据，并将该运行数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块连接边缘接入单元，所述边缘接入单元用于接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS以及大型工业设备、工业数据库以及各类SCADA、MES系统，实现广域分布的各类工业设备的数据接入与指令下发。
进一步改进在于：所述数据处理模块包括数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元，所述数据转换单元连接数据采集器，所述数据转换单元连接数据清洗单元，所述数据清洗单元连接数据聚合计算单元，所述数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元三者协同用于对数据采集器采集的数据进行整理。
进一步改进在于：所述数据转换单元用于将采集到的数据进行转换，完成字符转换，所述数据清洗单元用于去除采集到的数据内含有的乱码和重复部分，以及对采集到的数据进行长度控制，实现数据标准化，所述数据清洗单元用于将清洗后的数据进行聚合与计算。
进一步改进在于：所述物联网传输层包括网络接口、工业串口、扩展接口和无线通信接口，所述物联网传输层用于传输物联网感知层采集的数据，并将该数据传输至边缘接入单元，再通过边缘接入单元将数据传输至边缘计算模块看进行计算。
进一步改进在于：所述无线通信接口为WirelessHart接口或RS433通讯接口。
进一步改进在于：所述物联网感知层包括工业传感器和产线工控设备，所述工业传感器通过网络接口和工业串口连接协议转换模块，实现工业传感器与边缘计算模块之间的信息交互，所述产线工控设备通过扩展接口和无线通信接口连接设备管理模块，实现产线工控设备与边缘计算模块之间的信息交互。
进一步改进在于：所述协议转换模块提供工业常见的Modbus、OPC和CAN等工业协议的数据接入与协议转换，基于硬件设备时兼容RJ45、232、485等工业通讯接口。
进一步改进在于：所述协议转换模块还可以外提供MQTT、HTTP(s)等多种通信协议。
进一步改进在于：所述边缘计算模块还包括安全保护单元，所述安全保护单元具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现提供单一或批量边缘设备认证校验过程。
进一步改进在于：所述边缘计算模块还包括检测单元，所述检测单元用于检测整个系统的状态、性能以及健康状态，并可以对检测结果进行评估以及将评估结果上传至工业级服务器。
本发明的有益效果为：本发明通过工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，通过数据采集器的大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换模块与边缘处理模块，可以构建大数据平台的数据基础，实现底层数据的汇聚处理，并且可以实现数据向云端平台的集成，通过预处理降低对网络的压力并解决传输时延问题，通过数据处理模块可以在完成数据采集、预处理、传输的同时为车间或工厂提供轻量级的本地化应用，具有节省成本投入的优点。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1所示，本实施例提出了一种数据采集与边缘计算系统，包括工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层，所述数据采集器、数据处理模块、边缘接入单元、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层均连接工业级服务器，所述工业级服务器用于接收所述边缘计算模块发送的任务，按照预设顺序处理各个所述边缘计算模块发送的任务，处理完成后将处理结果发送给所述边缘计算模块，所述物联网感知层通过物联网传输层连接边缘计算模块，所述边缘接入单元连接边缘计算模块，所述边缘计算模块包括边缘接入单元、边缘分析单元、反馈控制单元、云端接入单元、规则引擎、协议转换模块、设备管理模块、数据预处理单元和服务扩展单元，所述数据采集器连接数据处理模块，且所述数据采集器用于采集各类设备的的运行数据，并将该运行数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块连接边缘接入单元，所述边缘接入单元用于接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS以及大型工业设备、工业数据库以及各类SCADA、MES系统，实现广域分布的各类工业设备的数据接入与指令下发。
所述数据处理模块包括数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元，所述数据转换单元连接数据采集器，所述数据转换单元连接数据清洗单元，所述数据清洗单元连接数据聚合计算单元，所述数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元三者协同用于对数据采集器采集的数据进行整理。
所述数据转换单元用于将采集到的数据进行转换，完成字符转换，所述数据清洗单元用于去除采集到的数据内含有的乱码和重复部分，以及对采集到的数据进行长度控制，实现数据标准化，所述数据清洗单元用于将清洗后的数据进行聚合与计算。
所述物联网传输层包括网络接口、工业串口、扩展接口和无线通信接口，所述物联网传输层用于传输物联网感知层采集的数据，并将该数据传输至边缘接入单元，再通过边缘接入单元将数据传输至边缘计算模块看进行计算。
所述无线通信接口为WirelessHart接口。
所述物联网感知层包括工业传感器和产线工控设备，所述工业传感器通过网络接口和工业串口连接协议转换模块，实现工业传感器与边缘计算模块之间的信息交互，所述产线工控设备通过扩展接口和无线通信接口连接设备管理模块，实现产线工控设备与边缘计算模块之间的信息交互。
所述协议转换模块提供工业常见的Modbus、OPC和CAN等工业协议的数据接入与协议转换，基于硬件设备时兼容RJ45、232、485等工业通讯接口。
所述协议转换模块还可以外提供MQTT、HTTP(s)等多种通信协议。
所述边缘计算模块还包括安全保护单元，所述安全保护单元具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现提供批量边缘设备认证校验过程。
所述边缘计算模块还包括检测单元，所述检测单元用于检测整个系统的状态、性能以及健康状态，并可以对检测结果进行评估以及将评估结果上传至工业级服务器。
本发明通过工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，通过数据采集器的大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换模块与边缘处理模块，可以构建大数据平台的数据基础，实现底层数据的汇聚处理，并且可以实现数据向云端平台的集成，通过预处理降低对网络的压力并解决传输时延问题，通过数据处理模块可以在完成数据采集、预处理、传输的同时为车间提供轻量级的本地化应用，具有节省成本投入的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：包括工业级服务器、数据采集器、数据处理模块、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层，所述数据采集器、数据处理模块、边缘接入单元、边缘计算模块、物联网传输层和物联网感知层均连接工业级服务器，所述工业级服务器用于接收所述边缘计算模块发送的任务，按照预设顺序处理各个所述边缘计算模块发送的任务，处理完成后将处理结果发送给所述边缘计算模块，所述物联网感知层通过物联网传输层连接边缘计算模块，所述边缘接入单元连接边缘计算模块，所述边缘计算模块包括边缘接入单元、边缘分析单元、反馈控制单元、云端接入单元、规则引擎、协议转换模块、设备管理模块、数据预处理单元和服务扩展单元，所述数据采集器连接数据处理模块，且所述数据采集器用于采集各类设备的的运行数据，并将该运行数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块连接边缘接入单元，所述边缘接入单元用于接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS以及大型工业设备、工业数据库以及各类SCADA、MES系统，实现广域分布的各类工业设备的数据接入与指令下发。
2.根据权利要求1所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述数据处理模块包括数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元，所述数据转换单元连接数据采集器，所述数据转换单元连接数据清洗单元，所述数据清洗单元连接数据聚合计算单元，所述数据转换单元、数据清洗单元和数据聚合计算单元三者协同用于对数据采集器采集的数据进行整理。
3.根据权利要求2所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述数据转换单元用于将采集到的数据进行转换，完成字符转换，所述数据清洗单元用于去除采集到的数据内含有的乱码和重复部分，以及对采集到的数据进行长度控制，实现数据标准化，所述数据清洗单元用于将清洗后的数据进行聚合与计算。
4.根据权利要求1所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述物联网传输层包括网络接口、工业串口、扩展接口和无线通信接口，所述物联网传输层用于传输物联网感知层采集的数据，并将该数据传输至边缘接入单元，再通过边缘接入单元将数据传输至边缘计算模块看进行计算。
5.根据权利要求4所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述无线通信接口为WirelessHart接口或RS433通讯接口。
6.根据权利要求4所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述物联网感知层包括工业传感器和产线工控设备，所述工业传感器通过网络接口和工业串口连接协议转换模块，实现工业传感器与边缘计算模块之间的信息交互，所述产线工控设备通过扩展接口和无线通信接口连接设备管理模块，实现产线工控设备与边缘计算模块之间的信息交互。
7.根据权利要求1所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述协议转换模块提供工业常见的Modbus、OPC和CAN等工业协议的数据接入与协议转换，基于硬件设备时兼容RJ45、232、485等工业通讯接口。
8.根据权利要求7所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述协议转换模块还可以外提供MQTT、HTTP(s)等多种通信协议。
9.根据权利要求1所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述边缘计算模块还包括安全保护单元，所述安全保护单元具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现提供单一或批量边缘设备认证校验过程。
10.根据权利要求1所述的一种数据采集与边缘计算系统，其特征在于：所述边缘计算模块还包括检测单元，所述检测单元用于检测整个系统的状态、性能以及健康状态，并可以对检测结果进行评估以及将评估结果上传至工业级服务器。
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