CN110909026A - 分布式多源机器人数据管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式多源机器人数据管理系统及方法，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，包括数据查询模块和综合管理模块，数据查询模块采用NoSQL数据库对机器人不同类型传感器的多源数据进行分布式存储，综合管理模块完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令，数据查询模块根据第二查询命令在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块，综合管理模块采用SQLite数据库对数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。上述系统及方法面向复杂机器人的多源数据能够分布式存储与快速数据检索。

Description

分布式多源机器人数据管理系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机体系结构技术领域，更具体地，涉及一种分布式多源机器人数据管理系统及方法。

背景技术

随着人工智能的快速发展，机器人技术也得到了很大的提升，针对复杂机器人数据种类繁多，缺乏系统管理的问题。

机器人传感器类型不同，来源不同。一个机器人平台上的多源数据具有数据种类繁多，数据形式各异的特点，统一管理比较困难。

发明内容

本发明以实现对多源数据的高效存储与检索为目标，提供了一种面向复杂机器人的多源数据分布式存储与快速数据检索的分布式多源机器人数据管理系统及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种分布式多源机器人数据管理系统，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，包括数据查询模块和综合管理模块，所述数据查询模块采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行分布式存储，所述综合管理模块完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令，所述数据查询模块根据第二查询命令在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块，所述综合管理模块采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。

优选地，所述综合管理模块与数据查询模块之间采用多源数据分布式传输协议。

进一步，优选地，所述多源数据分布式传输协议为基于UDP协议进行数据传输，数据传输的通讯帧包括通用命令帧、数据查询命令帧和数据帧，分别用于不同的命令以及数据传输，其中，所述通用命令帧用于综合管理模块对数据查询模块进行统一的分布式控制，所述分布式控制包括流量控制、差错控制和探测连接；所述数据查询帧用于综合管理模块向数据查询模块发送第一查询命令，所述第一查询指令包括查询的多源数据的类型和数据时间范围；所述数据帧用于数据查询模块的数据返回，包括返回数据具体来源、数据存入数据库的时间戳以及数据帧是否为一个长数据的开头、中部或尾部的信息。

再进一步，优选地，所述通讯帧的大小设计为64字节。

优选地，所述数据查询模块包括探测子模块、命令解析子模块、数据查询子模块以及负责存储机器人的传感器数据的NoSQL数据库子模块，其中，所述探测子模块接收来自综合管理模块的心跳探测命令，并返回连接心跳；所述命令解析子模块解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数；所述数据查询子模块接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；所述NoSQL数据库子模块以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中。

进一步，优选地，所述综合管理模块包括控制子模块、通信子模块、管理子模块和消息展示子模块，其中，所述控制子模块负责控制整个综合管理模块的运行逻辑，包括数据处理流程的组织、查询命令的组装和返回数据的帧格式解析；所述通信子模块采用自定义的内部通信协议和数据查询模块进行内部通信，负责将数据查询命令发送给数据查询模块并接收数据查询模块返回的数据，同时其还负责与控制中心的外部通信，接收控制中心的第一查询指令，返回数据以及命令的执行信息；所述管理子模块结合SQL数据库，将接收的多源数据进行组织与管理；所述消息展示子模块将命令执行的信息返回给控制中心。

优选地，所述控制中心的命令包括探测命令、简单查询命令、复杂查询命令、数据库操作命令、帮助命令和退出命令中的一种或多种，所述控制中心将命令通过综合管理模块对数据查询模块进行操作。

根据本发明的另一个方面，提供一种分布式多源机器人数据管理方法，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，包括：

构建数据查询模块，采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行分布式存储；

构建综合管理模块，完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令；

根据第二查询命令所述数据查询模块在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块；

所述综合管理模块采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。

优选地，还包括：采用多源数据分布式传输协议在综合管理模块与数据查询模块之间进行数据传输。

优选地，所述构建查询数据模块的步骤包括：

构建探测子模块，接收来自综合管理模块的心跳探测命令，并返回连接心跳；

构建命令解析子模块，解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数；

构建数据查询子模块，接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；

构建NoSQL数据库子模块，以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中。

上述分布式多源机器人数据管理系统及方法中每种类型的数据通过NoSQL技术提供快速存储的功能，通过分布式的存储与SQL技术结合的方式提供可扩展性与灵活的检索，实现数据的复杂查询和传输通信，具有高可扩展性与灵活性。数据查询模块负责存储和查询来源不同的多类型传感器数据，其采用NoSQL数据库技术对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行存储，充分利用NoSQL数据库的键值对存储、逻辑简单、纯内存操作等特点，可有效保证多源存储和查询的高效性。同时其采用分布式存储的方式，保证了不同源传感器数据的存储隔离性与多源数据存储的高扩展性。综合管理模块采用SQLite技术对多源传感器数据进行进一步组织与管理，让多源数据的检索具有高灵活性与可扩展性。同时，综合管理模块完成控制中心与传感器数据查询模块的对接，可将控制中心的复杂查询命令转化为多个供机器人数据查询模块的NoSQL数据库所使用的简单查询指令。数据查询模块获取数据后，先将数据发送给综合管理模块进行统一组织与管理，然后将控制中心的复杂命令所需要的数据通过机器人与控制中心的外部远程通信返回给控制中心。这样传输的数据即为控制中心查询的结果，减少了数据传输量。

附图说明

图1是本发明所述分布式多源机器人数据管理系统的构成框图的示意图；

图2-4是本发明数据传输的通讯帧的示意图；

图5是本发明所述数据查询模块构成框图的示意图；

图6是本发明所述综合管理模块的构成框图的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是本发明所述分布式多源机器人数据管理系统的构成框图的示意图，如图1所示，所述多源数据管理系统对机器人1和控制中心2之间的数据进行管理，包括数据查询模块3和综合管理模块4，所述数据查询模块3采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据(如图中的多个数据源5)进行分布式存储，所述综合管理模块4完成控制中心2与数据查询模块3的对接，将控制中心2的第一查询命令转化为数据查询模块3的NoSQL数据库使用的第二查询命令，所述数据查询模块3根据第二查询命令在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块4，所述综合管理模块4采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心2。

优选地，所述控制中心的命令包括探测命令、简单查询命令、复杂查询命令、数据库操作命令、帮助命令和退出命令中的一种或多种，所述控制中心将命令通过综合管理模块对数据查询模块进行操作，例如，用户使用这些命令可以通过综合管理模块对机器人多源数据进行网络连接检测、数据查询、数据整理、复杂查询等操作。表1为控制中心的命令的格式表。

表1命令格式表

通信协议用于综合管理模块和机器人数据查询模块之间的通信，机器人数据的传输需要高实时性，但机器人的资源有限，其需要一套可靠、简单、高效的数据命令传输协议实现综合管理模块对机器人数据查询模块的分布式控制。由于TCP协议消耗资源较大，且目前在地面网络中广泛使用的传输控制协议TCP在应用于机器人通信网络时，网络的吞吐率受到严重的制约，而采用UDP协议的通讯方式更加节省资源且具有更高的传输效率，在本发明的一个实施例中，上述综合管理模块4与数据查询模块3之间采用多源数据分布式传输协议，例如，所述多源数据分布式传输协议为基于UDP协议进行数据传输，数据传输的通讯帧包括通用命令帧、数据查询命令帧和数据帧，分别用于不同的命令以及数据传输，其中，所述通用命令帧用于综合管理模块对数据查询模块进行统一的分布式控制，所述分布式控制包括流量控制、差错控制和探测连接；所述数据查询帧用于综合管理模块向数据查询模块发送第一查询命令，所述第一查询指令包括查询的多源数据的类型和数据时间范围；所述数据帧用于数据查询模块的数据返回，包括返回数据具体来源、数据存入数据库的时间戳以及数据帧是否为一个长数据的开头、中部或尾部的信息。

优选地，基于NoSQL数据库技术的机器人数据查询模块在进行高速查询时会将数据加载到内存中，本发明综合考虑内存对齐与UDP通信协议的传输效率，所述通讯帧的大小设计为64字节。

图2-4所示为本发明数据传输的通讯帧的示意图，表2为通用命令帧的格式，表3为查询命令帧的格式，表4为数据帧的格式。

表2

字段名	字段长度(B)	字段含义
			frameType	1	标识该帧的类型
Data	63	详细命令

表3

表4

图5是本发明所述数据查询模块构成框图的示意图，如图5所示，所述数据查询模块3包括探测子模块31、命令解析子模块32、数据查询子模块33以及负责存储机器人的传感器数据的NoSQL数据库子模块34，其中：

所述探测子模块31，接收来自综合管理模块4的心跳探测命令，并返回连接心跳，例如，有一个由一个主节点和若干工作节点组成的分布式应用，主节点(具备综合管理模块)维护一个作业列表，并将列表中的作业分配给工作节点(具备探测子模块)，主节点通过心跳探测命令轮询工作节点。若随着时间推移，主节点没有收到某个工作节点的心跳信息，主节点就会把运行在这个节点上的作业重新分配给别的节点，最后，主节点确认这个节点已经失效，并释放所有相关资源；

所述命令解析子模块32，解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数、数据库操作参数，集合操作参数，用户操作参数和集合查询参数，条件可以是某个数据属性进行查询；

所述数据查询子模块33，接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；

所述NoSQL数据库子模块34，以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中，实现数据的复杂查询和传输通信，具有高可扩展性与灵活性。

图6是本发明所述综合管理模块的构成框图的示意图，如图6所示，所述综合管理模块4包括控制子模块41、通信子模块42、管理子模块43和消息展示子模块44，其中：

所述控制子模块41，负责控制整个综合管理模块的运行逻辑，包括数据处理流程的组织、查询命令的组装和返回数据的帧格式解析；

所述通信子模块42，采用自定义的内部通信协议和数据查询模块进行内部通信，负责将数据查询命令发送给数据查询模块并接收数据查询模块返回的数据，同时其还负责与控制中心的外部通信，接收控制中心的第一查询指令，返回数据以及命令的执行信息；

所述管理子模块43，结合SQL数据库，将接收的多源数据进行组织与管理；

所述消息展示子模块44，将命令执行的信息返回给控制中心。

此外，本发明还提供一种分布式多源机器人数据管理方法，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，包括：

构建数据查询模块，采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行分布式存储；

构建综合管理模块，完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令；

根据第二查询命令所述数据查询模块在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块；

所述综合管理模块采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。

优选地，采用多源数据分布式传输协议在综合管理模块与数据查询模块之间进行数据传输。

在一个实施例中，所述构建查询数据模块的步骤包括：

构建探测子模块，接收来自综合管理模块的心跳探测命令，并返回连接心跳；

构建命令解析子模块，解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数；

构建数据查询子模块，接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；

构建NoSQL数据库子模块，以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中。

在一个实施例中，所述构建综合管理模块的步骤包括：

构建控制子模块，所述控制子模块控制整个综合管理模块的运行逻辑，包括数据处理流程的组织、查询命令的组装和返回数据的帧格式解析；

构建通信子模块，所述通信子模块采用自定义的内部通信协议和数据查询模块进行内部通信，负责将数据查询命令发送给数据查询模块并接收数据查询模块返回的数据，同时其还负责与控制中心的外部通信，接收控制中心的第一查询指令，返回数据以及命令的执行信息；

构建管理子模块，所述管理子模块结合SQL数据库，将接收的多源数据进行组织与管理；所述消息展示子模块将命令执行的信息返回给控制中心。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (10)

1.一种分布式多源机器人数据管理系统，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，其特征在于，包括数据查询模块和综合管理模块，所述数据查询模块采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行分布式存储，所述综合管理模块完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令，所述数据查询模块根据第二查询命令在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块，所述综合管理模块采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。

2.根据权利要求1所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述综合管理模块与数据查询模块之间采用多源数据分布式传输协议。

3.根据权利要求1所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述数据查询模块包括探测子模块、命令解析子模块、数据查询子模块以及负责存储机器人的传感器数据的NoSQL数据库子模块，其中，所述探测子模块接收来自综合管理模块的心跳探测命令，并返回连接心跳；所述命令解析子模块解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数；所述数据查询子模块接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；所述NoSQL数据库子模块以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中。

4.根据权利要求3所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述综合管理模块包括控制子模块、通信子模块、管理子模块和消息展示子模块，其中，所述控制子模块负责控制整个综合管理模块的运行逻辑，包括数据处理流程的组织、查询命令的组装和返回数据的帧格式解析；所述通信子模块采用自定义的内部通信协议和数据查询模块进行内部通信，负责将数据查询命令发送给数据查询模块并接收数据查询模块返回的数据，同时其还负责与控制中心的外部通信，接收控制中心的第一查询指令，返回数据以及命令的执行信息；所述管理子模块结合SQL数据库，将接收的多源数据进行组织与管理；所述消息展示子模块将命令执行的信息返回给控制中心。

5.根据权利要求1所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述控制中心的命令包括探测命令、简单查询命令、复杂查询命令、数据库操作命令、帮助命令和退出命令中的一种或多种，所述控制中心将命令通过综合管理模块对数据查询模块进行操作。

6.根据权利要求2所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述多源数据分布式传输协议为基于UDP协议进行数据传输，数据传输的通讯帧包括通用命令帧、数据查询命令帧和数据帧，分别用于不同的命令以及数据传输，其中，所述通用命令帧用于综合管理模块对数据查询模块进行统一的分布式控制，所述分布式控制包括流量控制、差错控制和探测连接；所述数据查询帧用于综合管理模块向数据查询模块发送第一查询命令，所述第一查询指令包括查询的多源数据的类型和数据时间范围；所述数据帧用于数据查询模块的数据返回，包括返回数据具体来源、数据存入数据库的时间戳以及数据帧是否为一个长数据的开头、中部或尾部的信息。

7.根据权利要求6所述的分布式多源机器人数据管理系统，其特征在于，所述通讯帧的大小设计为64字节。

8.一种分布式多源机器人数据管理方法，对机器人和控制中心之间的数据进行管理，其特征在于，包括：

构建数据查询模块，采用NoSQL数据库对来自于机器人上的不同类型传感器的多源数据进行分布式存储；

构建综合管理模块，完成控制中心与数据查询模块的对接，将控制中心的第一查询命令转化为数据查询模块的NoSQL数据库使用的第二查询命令；

根据第二查询命令所述数据查询模块在对应的NoSQL数据库中查询相应的数据，并将相应的数据返回给综合管理模块；

所述综合管理模块采用SQLite数据库对所述数据进行组织和管理，将组织和管理后的数据返回给控制中心。

9.根据权利要求8所述的分布式多源机器人数据管理方法，其特征在于，还包括：采用多源数据分布式传输协议在综合管理模块与数据查询模块之间进行数据传输。

10.根据权利要求8所述的分布式多源机器人数据管理方法，其特征在于，

所述构建查询数据模块的步骤包括：

构建探测子模块，接收来自综合管理模块的心跳探测命令，并返回连接心跳；

构建命令解析子模块，解析综合管理模块发送的命令，产生相应参数并调用数据查询接口进行查询，所述参数包括条件参数；

构建数据查询子模块，接收命令解析子模块传输的参数，按照相应的条件进行查询，并将结果返回给综合管理模块；

构建NoSQL数据库子模块，以键值对的方式对机器人的传感器数据进行存储，被查询过的数据会被加载到内存中。

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