CN110098953A - 基于规则引擎的物联网网关分层控制构架 - Google Patents

Abstract

基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，完善并优化增强基于边缘计算技术并具有较强硬件基础的物联网智能网关的自主控制管理能力以及对于用户的动态需求的能应对能力。本发明基于规则引擎编写网关控制系统，不需要通过书写冗长的逻辑代码来实现相应的规则控制功能，只需修改规则文件，即编写简单方便易改的规则文件即可达到指定规则控制的实现，而非修改代码实现功能，能够提升网关对于新接入的设备的适应能力，避免了以不断更新系统代码的来提升兼容性的繁琐操作。

Description

基于规则引擎的物联网网关分层控制构架

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体为一种基于规则引擎的物联网网关分层控制构架。

背景技术

现有很多物联网相关的基于边缘计算的网关控制设备，即在靠近数据源的一测，就近为物联网服务提供包括网络、计算、存储以及应用支持的平台。它们大多都有着如下几个特征：1.支持远程更新维护2.拥有丰富的接口3.拥有较好的硬件配置 。它们分别为网关提供了传统物联网的万物可入网的优点、增强了网关应对不同场景的适用性以及为网关提供了较强计算能力的硬件基础。

这些基于边缘计算的网关对于管控设备存在着缺陷，在具有良好的硬件条件下，没有强劲的软件算法提供支持，则不能显著的突出边缘计算相较于传统物联网对于设备控制的速度优势，同时没有使用系统性的框架控制方法也不利于有效的利用硬件资源，即其缺陷在于：1.控制规则决策算法简单，如果接入大量传感器则会极大降低处理速度2.控制策略死板，更改控制策略极其冗余，不利于物联网管控的灵活性3.接入管控的设备有限，软件无法承载过多的传感器接入的决策作业4.物联网控制效率低下，一些不必要的控制请求占用了大量的网络资源以及硬件资源。

发明内容

本发明的目的是提供基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，以完善并优化增强基于边缘计算技术并具有较强硬件基础的物联网智能网关的自主控制管理能力以及对于用户的动态需求的能应对能力。

基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，设置顶层控制层、中层控制层、底层控制层和受控设备层的四层结构，包括终端设备及客户端、服务器、物联网智能网关、若干传感器以及若干受控设备；

所述终端设备及客户端作为顶层控制层，所述服务器作为中层控制层，所述物联网智能网关作为底层控制层，所述若干传感器以及若干受控设备统一作为受控设备层位于四层结构的底层；

所述顶层控制层对中层控制层有绝对控制权，所述中层控制层对底层控制层和受控设备有绝对控制权，所述底层控制层通过自身的规则引擎对受控设备层有绝对控制权；

所述底层控制层异常反馈于中层控制层，所述中层控制层异常反馈于顶层控制层。

进一步地，所述终端设备为一具有能通过互联网与服务器进行通信的设备，所述客户端为在终端设备上安装的应用程序，该应用程序可以通过互联网连接至物联网服务器，客户端作为一个控制这个物联网系统的入口，直接将用户的需求进行输入，并可往服务器发送命令、可接受服务器返回的数据，以命令的形式来控制服务器完成一系列的操作行为。

进一步地，所述服务器为一具有计算功能以及存储数据功能的计算机，沟通客户端和物联网智能网关，其会执行客户端发送的命令，并将其中需要交付智能网关处理的任务传送给智能网关；同时服务器也同时将智能网关检测到的异常情况上交给客户端，以便用户及时处理异常情况；同时服务器还作为整个系统的主要数据存储单元，智能网关上监测的所有数据均需上传至服务器进行保存，服务器还可对数据进行一定的处理分析，给用户一个阶段性的情况反馈。

进一步地，所述物联网智能网关为一台可通过互联网与服务器进行通信、通过一定的途径连接至若干传感器并能控制受控设备的运行状态的设备，具有以规则引擎为基础的控制系统；其具有监测、存储、决策以及控制四个任务，智能网关需要对接入的传感器进行监测，并保留有限时间段的数据作为小型数据存储单元，其还需要对监测的情况通过规则引擎进行决策处理，决定是采取相应的控制操作还是向上层请求异常情况处理。

进一步地，所述若干传感器为可以给智能网关提供信息输入的设备，作为智能网关监测数据的信息输入；所述若干受控设备为可通过网关进行控制的设备，其为可达到用户需求目的所需控制的设备。

进一步地，所述顶层控制层对中层控制层的绝对控制权，分为两种控制，一种为直接控制，即通过位于中间控制层的服务器沟通位于底层控制层的网关，另一种为间接控制，即通过客户端对于控制规则的需求进行设定，并将该需求发送至位于中间控制层的服务器，通过服务器由该需求生成的规则文件来间接控制受控设备的运行。

进一步地，所述中层控制层对底层控制层的绝对控制权，为两种控制，一种为直接控制，即通过位于底层控制层的网关直接修改受控设备的对象变量，同时直接控制受控设备改变至用户需求的状态，另一种为间接控制，即通过将由用户设定的需求生成的规则文件发送至位于底层控制层的网关，网关自行通过规则引擎来控制受控设备的运行。

进一步地，所述底层控制层的以规则引擎为基础的控制系统，分为两个控制模块，一种为被动控制模块，该模块通过由服务器传送的规则文件作为控制基础，可直接通过底层控制层直接主动以传感器返回的数据信息通过规则引擎的规则匹配进行相应的控制决断，另一种为主动控制模块，该模块在接受到位于中间控制层的服务器的控制命令后不经过规则引擎的匹配而直接控制更低层的受控设备并修改对象变量。

进一步地，所述的被动控制模块，是一种为以规则引擎作为核心的被动控制模块，该模块只能通过规则引擎来改变受控设备的运行状态；

所述的主动控制模块，是一种可以绕过规则引擎并直接控制受控设备的模块，其不受限于规则引擎；

所述的规则文件，为规则引擎运行所需的控制规则依照；

所述对象变量，为软件层面针对受控设备创建的一个描述信息，用以保存受控设备的信息。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：

（1）本发明基于规则引擎编写网关控制系统，不需要通过书写冗长的逻辑代码来实现相应的规则控制功能，只需修改规则文件，即编写简单方便易改的规则文件即可达到指定规则控制的实现，而非修改代码实现功能，能够提升网关对于新接入的设备的适应能力，避免了以不断更新系统代码的来提升兼容性的繁琐操作。

（2）本发明基于规则引擎的算法优化，可以实现更快的针对决策树找出满足的决策，提升了网关的计算能力，致使网关对于可接入设备的数量有了可观的提升，即提升了网关可服务的受控设备数量，并且使得网关具备了能够支持更加复杂并可针对用户需求变化的策略控制机制，极大的提升了网关的利用效率以及功能的全面性。

（3）本发明具有分布式计算的特点，通过底层控制层的传感器读取的数据利用规则引擎进行处理，如果情况能够匹配规则文件内的情况，则不上交至上层处理；如果在规则文件中未定义该种情况，则视为异常情况，通过网关上交至服务器，再由服务器上交至客户端，由用户视情况而进行处理，该处理方式极大的提升了系统对于不同情况的应对能力，也减少了不必要的开销，下层能处理的事情则不需要上层控制层的介入而自主完成控制。

（4）本发明采用分层控制的构架，并使用基于规则引擎的物联网网关控制系统，极大的提升了边缘计算的优势，也保留了云计算的优势，使得整个物联往控制架构更加优化，增强了网关的处理能力，降低了对于云端服务器以及网络的依赖性，减少了云端的处理压力，使得整个系统更加完善，提升了执行效率以及处理能力，避免了多余不必要的资源浪费。

附图说明

图1为本发明框架实现系统所需的硬件设备组成示意图。

图2为本发明发明框架实现的软件系统示意图。

图3为本发明架构组成以及控制机制示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，参照图1，置顶层控制层、中层控制层、底层控制层和受控设备层的四层结构，包括终端设备及客户端、服务器、物联网智能网关、若干传感器以及若干受控设备。

所述终端设备及客户端作为顶层控制层，所述服务器作为中层控制层，所述物联网智能网关作为底层控制层，所述若干传感器以及若干受控设备统一作为受控设备层位于四层结构的底层。

所述顶层控制层对中层控制层有绝对控制权，所述中层控制层对底层控制层和受控设备有绝对控制权，所述底层控制层通过自身的规则引擎对受控设备层有绝对控制权。

所述底层控制层异常反馈于中层控制层，所述中层控制层异常反馈于顶层控制层。

所述终端设备为一具有能通过互联网与服务器进行通信的设备，所述客户端为在终端设备上安装的应用程序，该应用程序可以通过互联网连接至物联网服务器，客户端作为一个控制这个物联网系统的入口，直接将用户的需求进行输入，并可往服务器发送命令、可接受服务器返回的数据，以命令的形式来控制服务器完成一系列的操作行为。

所述服务器为一具有计算功能以及存储数据功能的计算机，沟通客户端和物联网智能网关，其会执行客户端发送的命令，并将其中需要交付智能网关处理的任务传送给智能网关；同时服务器也同时将智能网关检测到的异常情况上交给客户端，以便用户及时处理异常情况；同时服务器还作为整个系统的主要数据存储单元，智能网关上监测的所有数据均需上传至服务器进行保存，服务器还可对数据进行一定的处理分析，给用户一个阶段性的情况反馈。

所述物联网智能网关为一台可通过互联网与服务器进行通信、通过一定的途径连接至若干传感器并能控制受控设备的运行状态的设备，具有以规则引擎为基础的控制系统；其具有监测、存储、决策以及控制四个任务，智能网关需要对接入的传感器进行监测，并保留有限时间段的数据作为小型数据存储单元，其还需要对监测的情况通过规则引擎进行决策处理，决定是采取相应的控制操作还是向上层请求异常情况处理。

所述若干传感器为可以给智能网关提供信息输入的设备，作为智能网关监测数据的信息输入；所述若干受控设备为可通过网关进行控制的设备，其为可达到用户需求目的所需控制的设备。

所述顶层控制层对中层控制层的绝对控制权，分为两种控制，一种为直接控制，即通过位于中间控制层的服务器沟通位于底层控制层的网关，另一种为间接控制，即通过客户端对于控制规则的需求进行设定，并将该需求发送至位于中间控制层的服务器，通过服务器由该需求生成的规则文件来间接控制受控设备的运行。

所述中层控制层对底层控制层的绝对控制权，为两种控制，一种为直接控制，即通过位于底层控制层的网关直接修改受控设备的对象变量，同时直接控制受控设备改变至用户需求的状态，另一种为间接控制，即通过将由用户设定的需求生成的规则文件发送至位于底层控制层的网关，网关自行通过规则引擎来控制受控设备的运行。

所述底层控制层的以规则引擎为基础的控制系统，分为两个控制模块，一种为被动控制模块，该模块通过由服务器传送的规则文件作为控制基础，可直接通过底层控制层直接主动以传感器返回的数据信息通过规则引擎的规则匹配进行相应的控制决断，另一种为主动控制模块，该模块在接受到位于中间控制层的服务器的控制命令后不经过规则引擎的匹配而直接控制更低层的受控设备并修改对象变量。

所述的被动控制模块，是一种为以规则引擎作为核心的被动控制模块，该模块只能通过规则引擎来改变受控设备的运行状态。

所述的主动控制模块，是一种可以绕过规则引擎并直接控制受控设备的模块，其不受限于规则引擎。

所述的规则文件，为规则引擎运行所需的控制规则依照。

所述对象变量，为软件层面针对受控设备创建的一个描述信息，用以保存受控设备的信息。

如图2所示，本发明框架实现的软件系统组成包括客户端、服务端、网关系统。

客户端可实现访问服务端数据信息、更新网关系统的规则文件、直接控制受控设备、对于异常情况进行报警处理以及监听发送请求。

访问服务端数据信息，可以通过socket与服务端进行连接，接受由服务端发送来的历史数据信息以及由服务器分析的各阶段的情况指数等数据信息，由客户端进行处理并显示反馈给用户直观的数据信息展示。

更新网关系统的规则文件为首先利用选项卡等方式来为用户提供规则的限定的功能，再将用户设定的规则相应的描述信息传送给服务端，进而由服务器对客户端生成的规则文件的描述文件生成相应的规则文件，而非在客户端直接生成规则文件。

直接控制受控设备为直接向服务端发送控制命令，由服务端直接转发该信息给智能网关，以达到直接控制的效果。

异常情况的报警处理为客户端监听接收到由底层向上发送来的异常情况警报信息，该信息中包含了异常情况对应的异常数据，该信息是网关监测到不在规则文件限定内的情况发生了，需要由用户来决定如何操作。

服务端可实现监听请求、发送请求、存储数据、分析数据、生成规则文件。

监听请求为服务器需要时刻监听是否有请求发送进来，由于服务器接入的对象较多，故需要时刻监听并分析发送来的请求的发送方是谁以及发送请求的类型等信息。

发送请求为服务器需要针对不同的任务需求进行不同的请求发送，同时请求的内容也需要通过不同的任务来进行不同的书写，内容可包括指令、数据信息以及文件等。

存储数据分为监测数据、通信数据以及用户数据三种数据，监测数据为每隔一段时间服务器会定期接收由智能网关监测的一段时间内的所有数据信息，并将之保存至数据库当中；通信数据为服务器会将有关网关、客户端的ip信息进行保存，以便通行时使用；用户数据为用户的登陆身份验证所需的信息，用来在登陆认证时使用。

分析数据为服务器自主通过数据库中的数据进行阶段性的数据分析，用一些能够反映阶段数据信息的指标来直观的反应该阶段的数据特性，方便统计以及直观的了解数据信息。

生成规则文件为通过客户端发送的规则文件描述信息来生成对应的规则文件，以便规则引擎能够使用该规则文件来完成用户所需的任务分配。

物联网智能网关可实现控制系统任务分配、监测并存储传感器数据、定时上传数据信息、控制受控设备的运行状态以及监听发送请求。

控制系统分为两个控制模块，一种为被动控制模块，另一种为主动控制模块。

被动控制模块是一种为以规则引擎作为核心的被动控制模块，该模块只能通过规则引擎来改变受控设备的运行状态，该模块通过由服务器传送的规则文件作为控制基础，可直接通过底层控制层直接自主以传感器返回的数据信息通过规则引擎的规则匹配进行相应的控制决断，如果数据信息能够匹配规则文件内的情况，则不上交至上层处理；如果在规则文件中未定义该种情况，则视为异常情况，通过网关上交至服务器，再由服务器上交至客户端，由用户视情况而进行处理。

主动控制模块是一种可以绕过规则引擎并直接控制受控设备的模块，其不受限于规则引擎，该模块在接受到位于中间控制层的服务器的控制命令后不经过规则引擎的匹配而直接控制更低层的受控设备并修改对象变量。

监测并存储传感器数据为网关具有能够读取传感器设备信息的功能，通过无线或有线的方式连接设备并读取信息，因为考虑到网关的硬件设备资源毕竟有限，故监测数据信息仅会保存两个周期内的数据，多余的数据则会直接被删除。

定时上传数据信息为网关定时向服务端上传数据信息，定时上传避免了对于网络过于依赖的同时也可选定对网络需求较小的时段进行上传，避免占用网络资源，上传间隔为一个周期，可以使得网关内多保存一个周期的数据，避免了因为意外情况引起的数据丢失的情况，提升的数据的安全性。

控制受控设备的运行状态为网关可以通过外界的继电器等器件直接控制简易的设备或者通过信息沟通其他的复杂设备来达到控制外接设备的目的，同时在系统内部为各个设备建立一个对象变量用以描述各个设备的信息，以达到软件层面能够直接提取需要的信息。

如图1所示，本发明架构组成包括顶层控制层、中间控制层、底层控制层以及传感器和受控设备。

该框架可以从两个方向来理解它，第一个方向为控制者的方向，第二个方向为受控者的方向。

从控制者的方向来理解，用户想要控制受控设备，只有两种方法，其一为通过直接控制，利用顶层控制层对下层具有的绝对控制权，可以绕过规则引擎并直接控制受控设备通过主动控制模块直接对受控设备进行控制，其不受限于规则引擎，这种控制方法一般适用于处理异于常态的情况或者没有给底层控制层中的被动控制模块分配任务的情况；其二为通过间接控制，利用底层控制层中的被动控制模块中的规则引擎通过规则文件来控制受控设备，这种控制方式只能通过规则引擎来控制受控设备，一般适用于一些正常或者可预测异常情况设定相应的处理方式的情况。

从受控者的方向来理解，受控者收到控制的情况分为底层控制、顶层控制以及异常控制。

底层控制为利用底层控制层中的被动控制模块中的规则引擎通过规则文件来控制受控设备，为一种底层自主控制方式，不经由上层控制层，直接由底层控制层进行控制。

顶层控制为利用顶层控制层对下层具有的绝对控制权，可以绕过规则引擎并直接控制受控设备通过主动控制模块直接对受控设备进行控制，为一种经由顶层、中层以及底层的控制方式，而该控制可以直接由用户发起，也可以由于异常情况的产生后再由用户发起。

异常控制为利用底层控制层中的被动控制模块中的规则引擎通过规则文件来匹配对应情况时，没有匹配项的情况而使用的一种控制方式，即底层的控制策略不足以应对的异常情况产生时的一种控制方式，故需要将异常情况上报至上层，经由中层控制层上传至顶层控制层，再由用户视异常情况来进行顶层控制对异常进行处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，设置顶层控制层、中层控制层、底层控制层和受控设备层的四层结构，包括终端设备及客户端、服务器、物联网智能网关、若干传感器以及若干受控设备，其特征在于：

所述终端设备及客户端作为顶层控制层，所述服务器作为中层控制层，所述物联网智能网关作为底层控制层，所述若干传感器以及若干受控设备统一作为受控设备层位于四层结构的底层；

所述顶层控制层对中层控制层有绝对控制权，所述中层控制层对底层控制层和受控设备有绝对控制权，所述底层控制层通过自身的规则引擎对受控设备层有绝对控制权；

所述底层控制层异常反馈于中层控制层，所述中层控制层异常反馈于顶层控制层。

2.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述终端设备为一具有能通过互联网与服务器进行通信的设备，所述客户端为在终端设备上安装的应用程序，该应用程序可以通过互联网连接至物联网服务器，客户端作为一个控制这个物联网系统的入口，直接将用户的需求进行输入，并可往服务器发送命令、可接受服务器返回的数据，以命令的形式来控制服务器完成一系列的操作行为。

3.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述服务器为一具有计算功能以及存储数据功能的计算机，沟通客户端和物联网智能网关，其会执行客户端发送的命令，并将其中需要交付智能网关处理的任务传送给智能网关；同时服务器也同时将智能网关检测到的异常情况上交给客户端，以便用户及时处理异常情况；同时服务器还作为整个系统的主要数据存储单元，智能网关上监测的所有数据均需上传至服务器进行保存，服务器还可对数据进行一定的处理分析，给用户一个阶段性的情况反馈。

4.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述物联网智能网关为一台可通过互联网与服务器进行通信、通过一定的途径连接至若干传感器并能控制受控设备的运行状态的设备，具有以规则引擎为基础的控制系统；其具有监测、存储、决策以及控制四个任务，智能网关需要对接入的传感器进行监测，并保留有限时间段的数据作为小型数据存储单元，其还需要对监测的情况通过规则引擎进行决策处理，决定是采取相应的控制操作还是向上层请求异常情况处理。

5.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述若干传感器为可以给智能网关提供信息输入的设备，作为智能网关监测数据的信息输入；所述若干受控设备为可通过网关进行控制的设备，其为可达到用户需求目的所需控制的设备。

6.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述顶层控制层对中层控制层的绝对控制权，分为两种控制，一种为直接控制，即通过位于中间控制层的服务器沟通位于底层控制层的网关，另一种为间接控制，即通过客户端对于控制规则的需求进行设定，并将该需求发送至位于中间控制层的服务器，通过服务器由该需求生成的规则文件来间接控制受控设备的运行。

7.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述中层控制层对底层控制层的绝对控制权，为两种控制，一种为直接控制，即通过位于底层控制层的网关直接修改受控设备的对象变量，同时直接控制受控设备改变至用户需求的状态，另一种为间接控制，即通过将由用户设定的需求生成的规则文件发送至位于底层控制层的网关，网关自行通过规则引擎来控制受控设备的运行。

8.根据权利要求1所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述底层控制层的以规则引擎为基础的控制系统，分为两个控制模块，一种为被动控制模块，该模块通过由服务器传送的规则文件作为控制基础，可直接通过底层控制层直接主动以传感器返回的数据信息通过规则引擎的规则匹配进行相应的控制决断，另一种为主动控制模块，该模块在接受到位于中间控制层的服务器的控制命令后不经过规则引擎的匹配而直接控制更低层的受控设备并修改对象变量。

9.根据权利要求8所述的基于规则引擎的物联网网关分层控制构架，其特征在于：所述的被动控制模块，是一种为以规则引擎作为核心的被动控制模块，该模块只能通过规则引擎来改变受控设备的运行状态；

所述的主动控制模块，是一种可以绕过规则引擎并直接控制受控设备的模块，其不受限于规则引擎；

所述的规则文件，为规则引擎运行所需的控制规则依照；

所述对象变量，为软件层面针对受控设备创建的一个描述信息，用以保存受控设备的信息。