CN110262340A - 一种基于边缘计算的物联接入与监测方法 - Google Patents

一种基于边缘计算的物联接入与监测方法 Download PDF

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张国舜
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Abstract

本发明涉及物联网应用领域。目的在于提供一种基于边缘计算的物联接入与监测方法。本发明所采用的技术方案是：包括以下步骤：S1：在前端设备与云计算服务器之间建立基于嵌入式系统的边缘层架构，所述边缘层架构包括：通信模块、电源模块、计算模块和主控模块；S2：所述主控模块按照轮询策略依次调用通信模块、电源模块和计算模块。本发明可以很好的解决物联网应用中云计算或远端计算带来的实时性差这一问题。

Description

一种基于边缘计算的物联接入与监测方法
技术领域
本发明涉及物联网应用领域，具体涉及基于边缘计算的物联接入与监测方法。
背景技术
在物联网应用中，物联接入要将大量前端智能物体或非智能物体通过有线网络(如以太网络、控制总线)、无线网络(如4G/5G、WIFI)接入到计算机网络系统中，传统物联网应用往往需要云计算技术，通过联网汇聚在一远端的一个平台上，数据传输、计算、存储严重依赖互联的网络，网络延时或网络故障会造成应用停顿，甚至无法完成。当涉及视频图像、图形文字、语音处理等庞大的信息量都要在这些平台上处理时，不仅会出现网络传输长延时，也会造成云端计算资源的严重争用，计算结果可能无法及时反馈，从而失去应用价值。
同时，随着物联网应用发展，也产生另一种需求：对大量前端设备或物体的监控、管理，这些需求融合了物联网应用技术与自动化控制技术，但传统自动控制方式显然存在不足与问题：传统的自动控制是基于信号或数据的设备控制系统，设备或物体接入传感器，通过一定的转换到达以太网，再到达终端显示，在原有范围基础上是有了一定的拓展。数据监控初始从本地监测开始，通过有线网络将设备控制器(如：PLC)或者HMI连接起来，进行本地的人机交互和信息交换，采集的数据比如温湿度、大门闭合状态等数据直接显示在HMI上面。为突破本地监测局限性，以太网等有线宽带技术被运用在数据采集、传输上，数据的传输在范围上有了一定的延伸，但是如果采用远端平台统一管理也会遇到前面所述的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的物联接入与监测方法，通过在前端设备接入处部署边缘层，使数据在边缘层进行聚合、优化和筛选，通过边缘层进行本地预分析和决策，使前端设备作出直接反应，与此同时将结果和高价值数据再上传至云端，缓解云端计算资源竞争的问题，使得反馈时差几乎为零。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于边缘计算的物联接入与监测方法，包括以下步骤：
S1：在前端设备与云计算服务器之间建立基于嵌入式系统的边缘层架构，所述边缘层架构包括：通信模块、电源模块、计算模块和主控模块；
所述主控模块分别与通信模块、电源模块和计算模块连接，并能够对通信模块、电源模块和计算模块进行调用，是本方法的使用入口；
所述通信模块用于接入处理各种数据传输网络，通信模块上设置有TCP/IP以太网通讯接口、RS485总线通讯接口、I/O数字开关量输入输出接口、TCP/IP与RS485协议转换单元；
所述电源模块用于对各类型电源电路进行侦测监视和通断管理，所述电源模块上设置有与AC220V电路上的继电器连接的AC220V继电器控制接口、与AC24V电路上的继电器连接的AC24V继电器控制接口、与DC12V电路上的继电器连接的DC12V继电器控制接口；
所述计算模块用于对前端设备上传的本地信息进行预处理；
S2：所述主控模块按照轮询策略依次调用通信模块、电源模块和计算模块。
优选的，所述主控模块具备自动升级功能，能够对其自身和其他模块进行升级。
优选的，所述通信模块和电源模块上均设置有预留接口，预留接口用于接入通信扩展模块和电源扩展模块。
优选的，所述计算模块包括数据库单元和信息预处理单元，所述数据库单元包括特征库子单元、算法模型库子单元、词典库子单元和预留库子单元；所述信息预处理单元包括语音处理子单元、图像文字处理子单元、视频图像处理子单元和其他数据处理子单元。
本发明的有益效果集中体现在：可以很好的解决物联网应用中云计算或远端计算带来的实时性差这一问题，本方法中的边缘层计算可以理解为是超出数据的范畴的信息控制，能对前端设备采集或接收的数据、信息进行实时地计算，特别是在一定程度上可以将AI应用从计算中心(云中心)前移至物联网的边缘，提高了实时性和有效性。同时该方法可以将设备或物体进行通信和供电的连接，做到实时监测，反馈控制，实现运维、管理的功能。
同时，本发明对供电、通信进行集中管理，摒弃了多系统多线路的传统的通信传输、电源供电的布线模式，通过一路光纤上行、一路电源上行即可实现对各类前端设备或物体进行实时联网监测及电源的动态控制，大大减少了布线工作量和系统实施、维护成本。
附图说明
图1为本发明边缘层架构图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于边缘计算的物联接入与监测方法，包括以下步骤：
第一步，先在前端设备与云计算服务器之间建立基于嵌入式系统的边缘层架构，边缘层架构具有采集、传输、存储、计算的能力。也就是说本发明与传统的单系统单线路接入网络的方式相比，本发明在前端设备接入网络前，先接入本地设置的统一监测、管理的边缘层架构，数据信息在边缘层先进行聚合、优化和筛选，由于边缘层具备本地预分析能力，可以直接将分析结果反馈至本地的前端设备，进行实时响应控制，因此，反馈时差几乎为零，为AI应用在一定程度上打下了基础。与此同时，边缘层对信息进行预处理后，前端设备的大量状态数据被过滤、优化，减轻了海量数据上传的网络压力，再上传至云端进行云计算，提高了数据传输的有效性、减小了数据总量，改善了云端计算的计算资源竞争问题，使云端计算更加的准确、快速。另外，还可以通过在边缘层对前端设备进行统一管理，实现前端设备的实时状态监控、故障预测、工作状态控制等，从而无需再到现场进行操作。
所述边缘层架构包括：通信模块、电源模块、计算模块和主控模块；所述通信模块、电源模块、计算模块和主控模块统一嵌入式集成在同一张主板上。所述主控模块分别与通信模块、电源模块和计算模块连接，四大模块上分别设置一个控制处理单元，主控模块的控制处理单元连接其他模块的控制处理单元，主控模块能够对通信模块、电源模块和计算模块进行调用，是本方法的使用入口。主控模块内安装控制软件程序，用于对通信模块、电源模块、计算模块进行统一调度管理。为了满足实时变更的使用需求，更好的做法是，所述主控模块具备自动升级功能，能够对其自身和其他模块内置的软件程序进行升级。
所述通信模块用于接入处理各种数据传输网络，主要包括以太网线路、RS485总线、开关量输入输出线路，本发明通信模块上设置有TCP/IP以太网通讯接口、RS485总线通讯接口、I/O数字开关量输入输出接口、TCP/IP与RS485协议转换单元；所述TCP/IP与RS485协议转换单元通过9位技术、分帧技术、主从机机制等实现RS485与以太网之间的转换传输，例如：通过软件程序采集采用RS485接口的温湿度传感器的数据，采用开关量处理软件程序处理I/O红外传感器的开关量输入以及报警器的输出，采用软件程序对前端设备的在线/离线状态进行监测等等。
所述电源模块提供为前端设备供给电源的各种电源电路，并用于对各类型的电源电路进行侦测监视和通断管理，电源电路包括AC220V电路、AC24V电路、DC12V电路，电源模块通过内嵌的电压监测、电流监测等配合内置软件对电源电路的工况进行监测。同时，所述电源模块上设置有与AC220V电路上的继电器连接的AC220V继电器控制接口、与AC24V电路上的继电器连接的AC24V继电器控制接口、与DC12V电路上的继电器连接的DC12V继电器控制接口，这些接口与主控模块通讯连接，实现主控模块内置软件与电源模块内置软件的双向通讯，接收主控模块下达的开关量控制信号。通过主控模块对这些继电器进行开闭控制，进而实现对电源电路的通断，无需进行现场操作即可对前端设备的启闭进行控制。通常AC220V电路和AC24V电路每一路作为一个管理对象；而DC12V电路多个一组，每一组作为一个管理对象，其可以采用4路一组、8路一组、16路一组等等分组方式。
所述计算模块用于对前端设备上传的本地信息进行预处理。所述计算模块包括数据库单元和信息预处理单元，所述数据库单元包括特征库子单元、算法模型库子单元、词典库子单元和预留库子单元。所述信息预处理单元包括语音处理子单元、图像文字处理子单元、视频图像处理子单元和其他数据处理子单元。本发明计算模块对信息的处理包括1、视频图像处理功能，如：人脸检测、人脸获取、人脸比对、行为分析等，2、图形文字信息处理功能，如：文字数字识别、图文转换等，3、语音处理功能，如：语音识别、普通话转文字等。当然，本发明计算模块还可增设其他数据处理子单元，将一些算法模型在系统外提前训练好，然后纳入预留库子单元内。
在边缘层架构建立完成后，本发明所述主控模块只需要按照轮询策略依次调用通信模块、电源模块和计算模块即可。
除此之外，为了扩展本发明的电源模块和通信模块，所述通信模块和电源模块上均设置有预留接口，预留接口用于接入通信扩展模块和电源扩展模块。

Claims (4)

1.一种基于边缘计算的物联接入与监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在前端设备与云计算服务器之间建立基于嵌入式系统的边缘层架构，所述边缘层架构包括：通信模块、电源模块、计算模块和主控模块；
所述主控模块分别与通信模块、电源模块和计算模块连接，并能够对通信模块、电源模块和计算模块进行调用，是本方法的使用入口；
所述通信模块用于接入处理各种数据传输网络，通信模块上设置有TCP/IP以太网通讯接口、RS485总线通讯接口、I/O数字开关量输入输出接口、TCP/IP与RS485协议转换单元；
所述电源模块用于对各类型的电源电路进行侦测监视和通断管理，所述电源模块上设置有与AC220V电路上的继电器连接的AC220V继电器控制接口、与AC24V电路上的继电器连接的AC24V继电器控制接口、与DC12V电路上的继电器连接的DC12V继电器控制接口；
所述计算模块用于对前端设备上传的本地信息进行预处理；
S2：所述主控模块按照轮询策略依次调用通信模块、电源模块和计算模块。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的物联接入与监测方法，其特征在于：所述主控模块具备自动升级功能，能够对其自身和其他模块进行升级。
3.根据权利要求2所述的基于边缘计算的物联接入与监测方法，其特征在于：所述通信模块和电源模块上均设置有预留接口，预留接口用于接入通信扩展模块和电源扩展模块。
4.根据权利要求3所述的基于边缘计算的物联接入与监测方法，其特征在于：所述计算模块包括数据库单元和信息预处理单元，所述数据库单元包括特征库子单元、算法模型库子单元、词典库子单元和预留库子单元；所述信息预处理单元包括语音处理子单元、图像文字处理子单元、视频图像处理子单元和其他数据处理子单元。
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