CN110365758A - 一种协议自适应的物联网网关系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物联网网关技术领域，尤其是一种协议自适应的物联网网关系统，包括硬件终端、边缘智能网关、物联网接入平台和物联网应用系统，硬件终端与边缘智能网关通信连接，边缘智能网关与物联网接入平台数据通讯，物联网接入平台和物联网应用系统之间数据通信，物联网接入平台还通信连接有智能硬件终端，本发明解决各种设备的差异性管理、自主协同管理和设备资源共享，同时集合边缘侧的数据计算处理能力，实现互联网平台建设。

Description

一种协议自适应的物联网网关系统
技术领域
本发明涉及物联网网关技术领域，具体领域为一种协议自适应的物联网网关系统。
背景技术
物联网是利用局部网络或互联网等通信技术将传感器、控制器等设备联系在一起进行数据交互，形成人与物、物与物相联，实现远程管理控制和智能化的网络系统。随着微机电系统(MEMS)、通讯技术尤其是低功耗、近距离通讯技术的发展，智能硬件已广泛应用于各行各业，对于物联网应用系统来说，需要接入各类大量异构的感知终端，例如消防系统设备、停车场设备、摄像头等。但目前的物联接入技术对于各类异构终端的接入仍然存在着不足，难以将各类终端进行有效整合；此外，物联网网关基本没有边缘计算和数据存储的功能，仅仅进行数据透传，无法满足物联网所需要的高频度数据采集、实时数据处理、低延迟反馈响应的能力。因此，如何更加快速、灵活的接入这些异构终端设备，是物联网技术及其相关产业发展面临的首要问题；
名称为“一种基于规则引擎的边缘计算网关”的发明专利公开文件(申请号：CN201811357089.1)公开了基于规则引擎的边缘计算网关，解决了传统物联网网关没有边缘计算和复杂事件处理的问题，但缺少体系化、标准的化的物联网“物模型”，无法实现异构设备协议的自适应。发明名称为“一种物联网接入平台系统和物联网接入方法”的发明专利公开文件(申请号：CN201310409204.6)公开了一种物联网接入平台系统和物联网接入方法，通过终端映射的方法实现对所有接入终端进行直接管理，该方法采用集中式的信息映射模块完成协议的转换，协议解析在平台端执行，在大系统或大数据量的应用场景下，存在单点性能瓶颈问题。名称为“一种可软件定制的物联网智能网关”的发明专利公开文件(申请号：CN201210328005.8)公开了一种可软件定制的物联网智能网关，包括设置在智能网关上的多个协议接口、配置协议接口的协议配置器和控制协议接口的协议处理器，能够实现网关动态服务定制的能力，但缺少网关边缘测计算能力，仅仅作为协议“透传”通道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种协议自适应的物联网网关系统，以解决现有技术中物联网数据采集、处理、反馈的效率低下的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种协议自适应的物联网网关系统，包括硬件终端、边缘智能网关、物联网接入平台和物联网应用系统，硬件终端与边缘智能网关通信连接，边缘智能网关与物联网接入平台数据通讯，物联网接入平台和物联网应用系统之间数据通信，物联网接入平台还通信连接有智能硬件终端。
优选的，边缘智能网关和智能硬件终端均与物联网接入平台之间定义标准通讯协议，采用物联网主流通讯方式实现统一接入管理。
优选的，边缘智能网关包括协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块，协议适配器与硬件终端通信连接，硬件终端依次通过协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块后与物联网接入平台通信。
优选的，智能硬件终端内含有智能网关模块。
优选的，所述互联网接入平台包括Ulink接口、CONNECT规则引擎、LOT数据库、服务接口，边缘智能网关和智能硬件终端均与Ulik接口通信连接，Ulink接口与CONNECT规则引擎数据互通，LOT数据库用于对通信信息和数据进行存储与读取，服务接口用于与物联网应用系统连接通信。
优选的，智能网关模块包括UPK设备驱动、LUA协议转换脚本以及UGMS网关消息服务，UPK设备驱动与LUA协议转换脚本之间通过U-BUS总线系统衔接，UPK设备驱动用于负责网关对外通讯接口，LUA协议转换脚本根据外部设备通信协议，负责应用层协议解析与转换，统一转换为UC标准协议，UGMS网关消息服务负责与物联网接入平台之间交互。
优选的，标准通讯协议为UC通讯协议。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于物联网、云计算、大数据等先进技术，结合智慧园区、智慧小镇应用场景，采用“云-边-端”融合的物联网体系架构，建立面向应用场景的物联网“物模型”标准，赋予网关边缘侧的协议解析、数据处理与存储的边缘计算能力，形成一种协议自适应的物联网边缘计算网关系统；
提供一套面向智慧园区应用场景的物联网“物模型”体系，对物理世界中的设施设备进行抽象化的数据描述，形成完备的、标准的物理设施设备在虚拟空间中的映射；
物联网网关系统是基于插件化协议适配器的软件体系Uagent，提供多协议、多接口连接支持，“即插即用”的协议适配器实现各种异构协议与平台端标准协议的相互转换；
物联网网关系统与物联网平台之间采用轻量化的通讯协议UC，数据传输采用MQTT/Kafka组合方式，提高网络吞吐和并发连接数；
物联网网关系统支持灵活的部署模式，可以部署在平台端、项目端，也可以嵌入第三方硬件或软件系统；
物联网网关系统具备边缘计算能力，采用边缘侧协议解析方式，具备数据缓存、数据规则处理能力，形成分布式物联网网关系统架构，避免云端中心数据处理的瓶颈。
附图说明
图1为本发明的系统组成图；
图2为本发明的智能网关模块系统图；
图3为本发明的UC通讯协议系统图；
图4为本发明的实施例物模型表现形式图；
图5为本发明的实施例产品属性结构图。
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。
请参阅图1至3，本发明提供一种技术方案：一种协议自适应的物联网网关系统，包括硬件终端、边缘智能网关、物联网接入平台和物联网应用系统，硬件终端与边缘智能网关通信连接，边缘智能网关与物联网接入平台数据通讯，物联网接入平台和物联网应用系统之间数据通信，物联网接入平台还通信连接有智能硬件终端，互联网应用系统为具有应用软件的用户终端，其与互联网接入平台数据通信。
硬件终端是指各种具有联网功能的IP智能硬件终端或边缘采集网关，通过Uagent或“边”实现与平台的连接，支持各种通讯协议如HTTP、MQTT、TCP等。
边缘智能网关和智能硬件终端均与物联网接入平台之间定义标准通讯协议，采用物联网主流通讯方式(MQTT/Kafka)实现统一接入管理。
MQTT通过“主题”实现将消息从发布者客户端送达至接收者客户端。“主题”是附加在应用消息上的一个标签，发布者客户端将“主题”和“消息”发送至代理服务器，代理服务器将该消息转发至每一个订阅了该“主题”的订阅者客户端。
边缘智能网关包括协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块(Uagent)，协议适配器与硬件终端通信连接，硬件终端依次通过协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块后与物联网接入平台通信。
智能硬件终端内含有智能网关模块，集成Uagent SDK实现设备接入，并可灵活支持第三方应用服务部署，如视频行为分析、数据存储与分析等，实现数据在靠近物端被快速、高效处理；支持主流设备通信协议连接非IP智能设备，包括Modbus、DLT645、BACNet、ZigBee、OPC等。
所述互联网接入平台包括Ulink接口、CONNECT规则引擎、LOT数据库、服务接口，边缘智能网关和智能硬件终端均与Ulik接口通信连接，Ulink接口与CONNECT规则引擎数据互通，LOT数据库用于对通信信息和数据进行存储与读取，服务接口用于与物联网应用系统连接通信。
智能网关模块包括UPK设备驱动、LUA协议转换脚本以及UGMS网关消息服务，UPK设备驱动与LUA协议转换脚本之间通过U-BUS总线系统衔接，UPK设备驱动用于负责网关对外通讯接口，如HTTP、TCP/IP、MQTT等，同时UPK将外部设备的功能封装为U-BUS对象和方法注册到U-BUS总线中；
LUA协议转换脚本根据外部设备通信协议，负责应用层协议解析与转换，统一转换为UC标准协议；
UGMS网关消息服务负责与物联网接入平台之间交互，设备登陆鉴权、消息分发等。
标准通讯协议为UC通讯协议，UC通讯协议MQTT TOPIC主题前导为：
如图4所示，具体实施例中，在物联网应用空间中存在许多拥有计算能力的终端，而这些设备在操作系统、数据传输协议、资源以及服务的表示形式上各不相同，导致其在物理结构上存在差异性，造成了设备资源空间的复杂性。为了消除物联网终端存在的异构，需要一种统一的形式对终端进行建模，屏蔽终端之间的差异性。物模型共分为四层：实体资源层、抽象层、表示层、应用层。实体资源层是整个资源模型的基础，最终的操作都会落实在设备实体上；抽象层是实现设备资源协同和统一管理的基础，将实体抽象为虚拟设备资源设备，实现自主协同管理；表示层利用云计算技术提供一种设备资源存储和共享的方式，使得用户能够快速访问设备资源；应用层主要用来和上层业务系统交互，将业务系统的需求转换为对设备资源的操作，协同多个设备资源完成业务应用需求。
其中，抽象层是核心，是实现物理世界与虚拟时间连接的桥梁。具有相同性质的终端设备都可抽象为具有同一属性的集合，这种集合定义为产品，那么设备可看作是产品的一个实例，比如某Mate系列手机是一类产品集合，定义了产品配置、产品功能等属性，而生产的每个Mate手机这是这个产品集合的一个设备，每台手机设备都被分配了不同的ID(如序列号、MAC等)。
如图5所示，一般的，产品应具有如下描述内容：
产品模型：产品名称、产品型号、通讯方式、产品类型、服务列表、生产厂商、产品描述、产品图片；
服务列表：数据端点、预警规则；
数据端点：端点名称、数据类型、取值范围、单位符号、读写属性、端点描述；
预警规则：预警方式、预警条件、预警阈值、预警内容、预警级别、预警说明。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：包括硬件终端、边缘智能网关、物联网接入平台和物联网应用系统，硬件终端与边缘智能网关通信连接，边缘智能网关与物联网接入平台数据通讯，物联网接入平台和物联网应用系统之间数据通信，物联网接入平台还通信连接有智能硬件终端。
2.根据权利要求1所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：边缘智能网关和智能硬件终端均与物联网接入平台之间定义标准通讯协议，采用物联网主流通讯方式实现统一接入管理。
3.根据权利要求1所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：边缘智能网关包括协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块，协议适配器与硬件终端通信连接，硬件终端依次通过协议适配器、边缘计算模块和智能网关模块后与物联网接入平台通信。
4.根据权利要求1所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：智能硬件终端内含有智能网关模块。
5.根据权利要求1所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：所述互联网接入平台包括Ulink接口、CONNECT规则引擎、LOT数据库、服务接口，边缘智能网关和智能硬件终端均与Ulik接口通信连接，Ulink接口与CONNECT规则引擎数据互通，LOT数据库用于对通信信息和数据进行存储与读取，服务接口用于与物联网应用系统连接通信。
6.根据权利要求3所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：智能网关模块包括UPK设备驱动、LUA协议转换脚本以及UGMS网关消息服务，UPK设备驱动与LUA协议转换脚本之间通过U-BUS总线系统衔接，UPK设备驱动用于负责网关对外通讯接口，LUA协议转换脚本根据外部设备通信协议，负责应用层协议解析与转换，统一转换为UC标准协议，UGMS网关消息服务负责与物联网接入平台之间交互。
7.根据权利要求2所述的一种协议自适应的物联网网关系统，其特征在于：标准通讯协议为UC通讯协议。
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