CN110300020A - 支持多种通信协议的软件云化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多种通信协议的软件云化系统，包括智能设备、云化层和云平台，所述云化层设置在所述智能设备的通信接口上，所述云化层提供多种云通信协议，所述云化层通过所述通信接口与所述智能设备进行数据通信，所述云化层将应用数据按照设定数据格式进行打包，转换为通用的云通信协议，实现和所述云平台进行数据通讯，所述云通信协议通过云平台接入，实现所述智能设备的通信协议在云端的通讯和云应用。实施本发明的支持多种通信协议的软件云化系统，具有以下有益效果：能解决传统的智能自动控制系统无法上云的问题、实现在云平台上对各种通信协议设备或系统的直接集成、降低成本。

Description

支持多种通信协议的软件云化系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种支持多种通信协议的软件云化系统。

背景技术

目前，智能家具、楼宇自动控制系统、物联网大部分基于传统的通信协议进行通信，如BACnet、Modbus、KNX/EIB、LonWorks、OPC等通信协议进行设备或系统间的通信，但这些协议都是基于局域网进行相互通信，在局域单体应用上已经是很成熟的技术应用。但随着互联网、物联网发展对广泛互联的需求，在智慧园区、智慧城市的技术应用中，要求智能设备能够进行广域的通讯集成，智能设备能进行分布式可扩展的广域互联。传统的这些通信协议都无法承载这种广域组网的应用要求，传统的智能化系统都缺乏上云的能力，实现广域的集成比较困难，如集团实现对多小区、多园区的集成，需对原来各个单体系统进行改造，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能解决传统的智能自动控制系统无法上云的问题、实现在云平台上对各种通信协议设备或系统的直接集成、降低成本的支持多种通信协议的软件云化系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种支持多种通信协议的软件云化系统，包括智能设备、云化层和云平台，所述云化层设置在所述智能设备的通信接口上，所述云化层提供多种云通信协议，所述云化层通过所述通信接口与所述智能设备进行数据通信，所述云化层将应用数据按照设定数据格式进行打包，转换为通用的云通信协议，实现和所述云平台进行数据通讯，所述云通信协议通过云平台接入，实现所述智能设备的通信协议在云端的通讯和云应用。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述设定数据格式为json或xml。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述云通信协议支持mqtt、restapi、webservice和websocket接口。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述云化层包括Linux+Docker操作系统、通信服务层和管理服务层，所述Linux+Docker操作系统通过对Docker的创建和管理，支撑各功能模块的微服务运行，通过在Docker部署独立的服务，所述云化层支持各种服务的分布式扩展。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述通信服务层和管理服务层的不同功能模块独立部署在不同的Docker上。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述通信服务层包括从下到上依次设置的设备通信服务层、消息服务层和数据服务层，所述设备通信服务层负责与智能设备提供的接口进行通信，由所述智能设备提供接口类型和通信协议，设备通信服务与之进行相应的适配，所述消息服务层提供一个消息的发布与订阅服务中心，所述数据服务层提供对外各种数据服务接口和数据处理及采集分析功能。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述管理服务层包括管理Restapi和前端B/S界面，所述管理Restapi负责提供后端的各种管理数据接口，提供给所述前端B/S管理界面进行调用。

在本发明所述的支持多种通信协议的软件云化系统中，所述设备通信服务层提供采用各种智能设备的通信协议进行通信的适配程序，不同通信协议的处理流程不同，和每种不同通信协议通信的适配程序分别部署在不同的Docker中作为独立的微服务。

实施本发明的支持多种通信协议的软件云化系统，具有以下有益效果：由于设有智能设备、云化层和云平台，在通信协议通信接口上面，再加一层云化通信层，通过开发云化层通信软件，在通信协议上面包上了一层云化层后，就直接把智能设备云化上网，在云上直接实现了对原通信协议的智能设备进行通讯监控，因此本发明解决传统的智能自动控制系统无法上云的问题、实现在云平台上对各种通信协议设备或系统的直接集成、降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明支持多种通信协议的软件云化系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中云化层的软件架构图；

图3为所述实施例中云化层的通信服务流程图；

图4为所述实施例中BACnet协议设备的通信架构图；

图5为所述实施例中云化层通过BACnet应用接口和BACnet协议的设备进行通信的流程图；

图6为所述实施例中Modbus协议设备的通信流程图；

图7为所述实施例中管理服务流程图；

图8为所述实施例中云化通信器的结构示意图；

图9为所述实施例中智能化云平台的架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明支持多种通信协议的软件云化系统实施例中，其支持多种通信协议的软件云化系统的结构示意图如图1所示。图1中，由上下虚框的两个部分组成，下面的虚框是智能设备的通信协议，上面的虚框是云化层的实现部分，在通信接口上面，加上了一层云化层，提供多种云通讯协议，实现多种通信协议的云通信。

该支持多种通信协议的软件云化系统包括智能设备、云化层和云平台，云化层设置在智能设备的通信接口上，云化层提供多种云通信协议，云化层通过通信接口与智能设备进行数据通信，云化层将应用数据按照设定数据格式进行打包，转换为通用的云通信协议，实现和云平台进行数据通讯，上述设定数据格式为json或xml。

云通信协议支持mqtt、restapi、webservice和websocket接口，通过云平台接入，实现智能设备的通信协议在云端的通讯和云应用。

本发明通过开发云化层通信软件，在通信协议上面包上了一层云化层后，就直接把智能设备云化上网，在云上直接实现了对原通信协议的智能设备进行通讯监控，因此本发明解决传统的智能自动控制系统无法上云的问题、实现在云平台上对各种通信协议设备或系统的直接集成、降低成本。通过本发明可以直接上云，节约建设成本。

图2为本实施例中云化层的软件架构图，图2中，该云化层包括Linux+Docker操作系统、通信服务层和管理服务层，Linux+Docker操作系统位于底层，通信服务层和管理服务层位于云化层，Linux+Docker操作系统通过对Docker的创建和管理，支撑各功能模块的微服务运行，通过在Docker部署独立的服务，云化层支持各种服务的分布式扩展，具有良好的弹性。

通信服务层和管理服务层的不同功能模块独立部署在不同的Docker上，作为微服务独立运行，称之为“微智能”。通信服务层由3层组成，从下到上依次为设备通信服务层、消息服务层和数据服务层，由这3个服务实现云化层的通信服务。设备通信服务层负责与智能设备提供的接口进行通信，由智能设备提供接口类型和通信协议，设备通信服务与之进行相应的适配。

消息服务层提供一个消息的发布与订阅服务中心，所有“微智能”通过消息的发布与订阅实现松耦合，从而使各种“微智能”很轻松的实现插拔。

数据服务层提供对外各种数据服务接口和数据处理及采集分析功能，形成各种“微智能”，“微智能”通过对消息服务中心的发布与订阅，实现数据的获取、加工和输出。

图3为本实施例中云化层的通信服务流程图，图3中，由智能设备通信服务实现和各种通信协议进行通信，通过配置管理，可实现各种通信协议如：BACnet、Modbus、OPC等协议的设备进行通信，然后在内存存储实时监控数据，控制程序对实时数据进行运算控制输出，一旦数据有变化就向消息服务发布数据变化主题及内容，并判断数据是否异常，一旦有异常满足报警条件产生报警数据，同样向消息服务发布报警主题及内容。消息服务接受到数据变化主题或报警主题后，向订阅这些主题的“微智能”用户推送消息，实时的更新这些“微智能”用户订阅的数据。

消息服务接受“微智能”用户的发布主题，若是控制点输出主题，则由智能设备通信服务订阅控制点输出主题，输出到联接的智能设备上，实现和智能设备双向通信。

websocket Server通过向消息服务发布与订阅主题，可实时的将各种监控点实时值存入内存数据库。通过前端的HTML5页面和websocket Server建立双向通信，实现和websocket Server的消息同步，HTML5页面实现对设备的实时监控。mqtt client可联接用户指定的mqtt server，通过向消息服务发布与订阅主题，用户通过mqtt协议也可实现和智能设备的双向通信。

数据服务层的内存数据库存储实时监控点数据、各种配置数据、时序缓存数据，内存数据库可通过Stream的流传输，可异步的将缓存的时序数据传输到用户指定的数据库，实现对智能设备运行过程中时序数据的异步采集。

内存数据库可通过webservice或Restapi接口，作为接口提供给其它功能系统进行调用。

智能设备通信服务是通信服务层(云话层-通信服务)的用于可为各种智能设备的通信协议进行通信的适配程序，不同的通信协议其处理流程不同，和每种不同协议通信的适配程序分别部署在不同的Docker中作为独立的微服务，下面以BACnet协议和Modbus协议为例来说明。图4为本实施例中BACnet协议设备的通信架构图。

云化层通过BACnet应用接口，支持BACnet IP或MSTP接口，云化层通过BACnet应用接口和BACnet协议的设备进行通信的流程图如图5所示。首先是由配置管理配置好监控点，然后建立这些配置好的监控点和BACnet控制器进行通信。由于市场目前的BACnet控制器种类多，通信方式有两种，有些支持监视点的订阅/发布，有些不支持，只能通过定时轮询得到这些监视点的值，在监控点的配置信息里可指定通信方式，配置好之后，BACnet设备通信服务就实现了和BACnet控制器之间的通信。

图6为本实施例中Modbus协议设备的通信流程图，图6中，首先是由地址配置管理配置好监控点，然后建立这些配置好的监控点和Modbus设备进行通信。监视点通过定时轮询得到这些监视点的值，控制点输出直接写入Modbus所在地址的点值。配置好之后，Modbus设备通信服务就实现了和Modbus设备之间的通信。

图7为本实施例中管理服务流程图，管理服务层由管理Restapi和前端B/S界面组成，管理Restapi可访问并设置各种“微智能”服务的配置，也可访问内存数据库获取数据，实现对云化层的各种信息配置或设置，并可读取各种时序数据，统一提供Restapi给前端B/S管理界面进行调用。前端管理界面可调用Restapi和访问websocket server，通过调用Restapi在界面上可实现对云化层的各种信息配置或设置、显示各种时序数据；通过对websocket server发布/订阅，可在HTML5界面上显示实时数据，实现对智能设备的实时监控。

图8为本实施例中云化通信器的结构示意图。云化通信器采用工控主板，可以采用一块工控主板或多块工控主板，成为一台服务器或服务器组，开发成盒子式的设备。云化通信器安装Linux+Docker操作系统，各种功能模块作为微服务单独安装在Docker中，并通过Docker打包为镜像，成为一个个“微智能”模块，通过对服务网关的服务注册以及数据的发布/订阅，实现“微智能”模块的自由插拔，组成一个松耦合的“微智能”架构，“微智能”模块安装时只需从Docker镜像直接创建，通过前端配置就可直接使用。

云化通信器中，智能设备通信服务作为一种接口类的“微智能”，可做分布式扩展，分别独立地接入各种通信协议的设备，通过HTML5管理界面的管理配置，接入并建立和多种通信协议设备的通信，实现对多种通信协议的云化通信。其它类别的“微智能”同样可做分布式扩展，执行相关的功能，如数据采集、数据分析、边缘计算、联动控制等等功能。

图9为本实施例中智能化云平台的架构图。云化通信器部署在用户的设备间，和设备自控设备进行协议对接，直接在设备层面实现对设备系统接入，不影响原来设备和系统的使用。上层集成软件提供私有云部署，用户在私有云上面安装配套的智能化集成系统，就可使用智能化系统实现对接入设备的监控，或可实现对旧系统的升级改造。若不涉及重要的设备控制，主要是设备监视、报警、信息查看部分，可通过设置向智能化公有云开放，公有云采用多租户的管理方式，用户通过互联网在智能化公有云登录，就可查看到这些在私有云也能查看到的信息。

本发明的云化方法和云化通信器，起到把各种原来的智能化设备云化上云的重要作用，应用领域广泛，可应用于智能家具、酒店、智能小区、智能建筑、智慧园区、智慧城市等自动化控制和运维领域，也适用于各种老化的智能化系统的改造升级，通过本发明提高了社会的智能化水平，提高智能化系统在云端的运营与管理能力，具有较大的社会和经济价值。

本发明通过云化通信器部署在用户的设备间，和设备自控设备进行协议对接，直接在设备层面实现对设备系统接入，不影响原来设备和系统的使用。上层集成软件提供私有云部署，用户在私有云上面安装配套的智能化集成系统，就可使用智能化系统实现对接入设备的监控，或可实现对旧系统的升级改造。若不涉及重要的设备控制，主要是设备监视、报警、信息查看部分，可通过设置向智能化公有云开放，公有云采用多租户的管理方式，用户通过互联网在智能化公有云登录，就可查看到这些在私有云也能查看到的信息。

在实际应用中，也可以采用其他替代方案，底层可以不采用Linux+Docker操作系统，在不采用Docker(容器)的情况下，采用Linux或windows操作系统来部署云化层的“微智能”模块，各个“微智能”服务独立部署运行；或采用SOA架构，各个“微智能”服务成为服务组件独立部署运行。

在不采用Docker(容器)情况下，系统的开销会变大。由于接入协议设备通信服务不是分布式的独立部署，由于IP地址不是独立的，或端口存在限制，接入多种协议设备会相互影响，对带宽也存在要求，在部署和运维上，需花费更多的成本。

总之，本实施例中，云化层通信软件可安装在服务器上，通过局域网和智能设备进行通信，由云化层通信软件实现云化。也可制作一种设备，采用工控主板制作成盒子式的工控机，把云化层通讯软件安装在工控机上，称为云化通信器。云化通信器和各种通信协议的设备可一同安装在现场的设备间，通过网络直联，直接在控制现场把智能化设备云化上网。本发明解决传统的智能自动控制系统无法上云的问题、实现在云平台上对各种通信协议设备或系统的直接集成、降低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，包括智能设备、云化层和云平台，所述云化层设置在所述智能设备的通信接口上，所述云化层提供多种云通信协议，所述云化层通过所述通信接口与所述智能设备进行数据通信，所述云化层将应用数据按照设定数据格式进行打包，转换为通用的云通信协议，实现和所述云平台进行数据通讯，所述云通信协议通过云平台接入，实现所述智能设备的通信协议在云端的通讯和云应用。

2.根据权利要求1所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述设定数据格式为json或xml。

3.根据权利要求1所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述云通信协议支持mqtt、restapi、webservice和websocket接口。

4.根据权利要求1所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述云化层包括Linux+Docker操作系统、通信服务层和管理服务层，所述Linux+Docker操作系统通过对Docker的创建和管理，支撑各功能模块的微服务运行，通过在Docker部署独立的服务，所述云化层支持各种服务的分布式扩展。

5.根据权利要求4所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述通信服务层和管理服务层的不同功能模块独立部署在不同的Docker上。

6.根据权利要求4所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述通信服务层包括从下到上依次设置的设备通信服务层、消息服务层和数据服务层，所述设备通信服务层负责与智能设备提供的接口进行通信，由所述智能设备提供接口类型和通信协议，设备通信服务与之进行相应的适配，所述消息服务层提供一个消息的发布与订阅服务中心，所述数据服务层提供对外各种数据服务接口和数据处理及采集分析功能。

7.根据权利要求5所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述管理服务层包括管理Restapi和前端B/S界面，所述管理Restapi负责提供后端的各种管理数据接口，提供给所述前端B/S管理界面进行调用。

8.根据权利要求6所述的支持多种通信协议的软件云化系统，其特征在于，所述设备通信服务层提供采用各种智能设备的通信协议进行通信的适配程序，不同通信协议的处理流程不同，和每种不同通信协议通信的适配程序分别部署在不同的Docker中作为独立的微服务。