CN110910183B - 基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统及方法，包括：若干台边缘计算服务器，每台边缘计算服务器布设在对应的住区内，负责定期采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；每台边缘计算服务器，根据每一家住户的用水量、用电量和燃气使用量计算得到当前住户的水费、电费和燃气费；每台边缘计算服务器将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给社区云服务器，社区云服务器将得到数据存储到云数据库中；社区云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端。

Description

基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统及方法

技术领域

本公开涉及边缘计算技术领域，特别是涉及基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

互联网与房地产结合要改变生活模式，居住模式，是一个系统的工程。关于智慧社区以及智慧住区，其涉及业主日常生活的智慧的缴费方法是比较重要的部分。现有的物业缴费系统可以实现住区业主日常的物业缴费，通过预存方式或者卡管理方式按月进行结算，基本可以实现智能化缴费。但是现有的物业缴费系统仍存在着问题。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

首先，基于现有的物业缴费系统架构，由于住区用户量庞大，物业费结算种类多，社区对住区信息的汇总量大，则数据库不仅需要储存各住区业主的各个单项总价，还需要储存各住区业主缴费清单，且服务器需要处理更多的业主缴费清单等历史数据，这对服务器的性能有着巨大的考验，增加了云服务器与云数据库的存储压力与计算压力。其次，由于大量涌入的物联网设备和传感器正被用于智慧社区管理系统，收集了大量的数据需要处理，不过只有部分数据是有用的，现有系统对全部数据进行处理，不仅会面临网络拥堵问题，而且造成了社区能源浪费严重，无法实现能源的低成本、高效率利用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统及方法；

第一方面，本公开提供了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统；

基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统，包括：

若干台边缘计算服务器，每台边缘计算服务器布设在对应的住区内，负责定期采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

每台边缘计算服务器，根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

每台边缘计算服务器，将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给社区云服务器，社区云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

社区云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端。

第二方面，本公开还提供了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理方法；

基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理方法，包括：

每个住区内的边缘计算服务器定期采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

边缘计算服务器根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

边缘计算服务器将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，发送给社区云服务器；

社区云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

社区云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1.本发明通过云平台、云服务器、云数据库、边缘计算服务器、智能水、电、燃气仪表进行数据交互，适用于智慧社区下众多住区业主的缴费。云服务器与边缘计算服务器相互配合，使智能水、电、燃气仪表的数据处理扁平化，解决因带宽限制造成的各大规模住区数据到社区数据处理速度慢，数据堆积严重等问题。

2.边缘计算服务器是部署在边缘节点和云端的核心网络之间的接口的智能服务器，就近提供最近端服务，程序在边缘侧发起；本发明通过边缘计算服务器处理智能水、电、燃气仪表采集的数据，边缘计算服务器能够分析和处理硬件本身的数据，并过滤掉不需要的信息，使云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据，从而消除不必要的资源浪费，相关部门可以随时查看这些数据。这减少了需要通过给定网络传输的数据总量，并有助于降低操作和存储成本。

3.本发明通过边缘计算服务器之间相互通信，边缘计算中计算任务下发与配置下发等以节点组网方式解决。不同厂家不同类型的水表、电表或燃气仪表，服务器采集过来的数据是不一致的，将它们按控制属性或者控制对象进行节点组网，由边缘节点下发配置(计算)来完成，避免因各住区业主数据量不同带来的计算资源分配不均问题，提高了边缘计算服务器的整体性能。

4.本发明通过分散的边缘计算服务器直接计算得出各住区业主家用水、电、热等各项总价，减轻了社区云服务器的压力，提高了整个系统的响应速度。

5.系统将云平台技术、云服务技术以及边缘计算技术应用到物业缴费技术领域。通过云服务器与边缘计算服务器的相互配合，使智能水、电、燃气仪表模块的数据处理扁平化，解决因带宽限制造成的各大规模住区数据到社区数据处理速度慢，数据堆积严重等问题。通过边缘计算服务器处理智能水、电、燃气仪表采集的数据，使云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据，减轻了云数据库的存储压力，同时通过简化的数据存储结构可以提高云服务器的响应效率。通过边缘计算服务器之间相互通信的方式，避免因各住区业主数据量不同带来的计算资源分配不均问题，提高了边缘计算服务器的整体性能，与此同时分散的边缘计算服务器直接计算得出各住区业主家用水、电、热等各项总价，减轻了社区云服务器的压力，提高了整个系统的响应速度。

6.与现有的物业缴费系统相比，智慧社区缴费系统相比一般社区缴费系统要求更高。本发明将云平台技术、边缘计算技术与物业缴费系统相融合，可以提高智慧社区缴费系统中住区接入节点的数量，使该系统适用于众多住区业主的缴费。云服务器与边缘计算服务器相互配合，各个边缘计算服务器直接处理智能水、电、燃气仪表上传的数据，得到各住区各业主家用单项总价，使智能水、电、燃气仪表的数据处理扁平化，无中心化。

7.与现有的物业缴费系统相比，基于边缘计算的智慧社区缴费方法及系统通过云服务器与边缘计算服务器的相互配合，使智能水、电、燃气仪表模块的数据处理扁平化，解决因带宽限制造成的各大规模住区数据到社区数据处理速度慢，数据堆积严重等问题。通过边缘计算服务器处理智能水、电、燃气仪表采集的数据，使云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据，减轻了云数据库的存储压力，同时通过简化的数据存储结构可以提高云服务器的响应效率。通过边缘计算服务器之间相互通信的方式，避免因各住区业主数据量不同带来的计算资源分配不均问题，提高了边缘计算服务器的整体性能，与此同时分散的边缘计算服务器直接计算得出各住区业主家用水、电、热等各项总价，减轻了社区云服务器的压力，提高了整个系统的响应速度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例一的基于边缘计算的智慧社区缴费方法及系统原理图。

图2为本申请实施例一的边缘计算服务器数据处理流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一，本实施例提供了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统；

如图1所示，基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统，包括：

若干台边缘计算服务器，每台边缘计算服务器布设在对应的住区内，负责定期采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

每台边缘计算服务器，根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

每台边缘计算服务器，将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给云服务器，云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端。

作为一个或多个实施例，所述用水量通过智能水表采集，采集后上传给边缘计算服务器；所述用电量是通过智能电表采集，采集后上传给边缘计算服务器；所述燃气使用量通过智能燃气表采集，采集后上传给边缘计算服务器。

作为一个或多个实施例，对于智慧社区的配电网来说，智慧社区从住区屋顶太阳能到太阳能农场、商业太阳能和风力发电场等可发电资源的融合，基于边缘计算的数据处理系统实时监测和分析这些额外的可发电能源。智能电表收集了大量数据，这些数据会首先在边缘节点中进行处理，边缘计算服务器可以在本地对数据进行计算和分析，然后通过无线网络将必要的可操作信息发送给云端。边缘计算服务器是部署在边缘节点和云端的核心网络之间的接口的智能服务器，就近提供最近端服务，程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应。云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。

作为一个或多个实施例，所述云服务器还能够向边缘计算服务器下发采集指令，控制边缘计算服务器对各种费用进行采集。

优选的，所述智能水表、智能电表和智能燃气表均通过http协议完成传感器的封装，经无线WiFi等通信方式将数据传输至边缘计算服务器。边缘计算服务器均通过http协议将各住区业主缴费清单等历史数据存储至云数据库。

优选的，所述边缘计算服务器既能够与云服务器通信，又能够与其它边缘计算服务器进行通信进而分担数据存储压力。

优选的，所述云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据，不再存储智能水、电、燃气仪表等数量数据。

优选的，所述智能水、电、燃气仪表等数量数据只存储在边缘计算服务器中，进行单项总价计算的数据基础，不再上传至云数据库。

优选的，所述云平台为用户提供可视化接口查看缴费清单，提供预存、缴费接口链接实现业主预存费用以及缴纳费用。

优选的，将同一个住区内的所有智能水表对应的水表传感器组成智能水表自组网；将同一个住区内的所有智能电表对应的水表传感器组成智能电表自组网；将同一个住区内的所有智能燃气表对应的水表传感器组成智能燃气表自组网。

应理解的，上述方案的有益效果是，同一个住区内，水表、电表和燃气表的类型有很多，为了避免数据上传后的混淆，不清楚到底是水表的数据还是电表的数据，本实施例考虑将统一住区内的水表组成了水表自组网，电表组成了电表自组网，燃气表组成了燃气表自组网。

所述边缘计算中计算任务下发与配置下发等以节点组网方式解决。不同厂家不同类型的水表、电表或燃气仪表，服务器采集过来的数据是不一致的。将它们按控制属性或者控制对象进行节点组网，由边缘节点下发配置(计算)来完成。具体说明为：各种携带不同传感器的模块组成分别为智能水表、智能电表、智能燃气仪表；各无线传感器ZigBee网络中的协调器节点连接到边缘计算服务器，边缘节点根据不同的控制对象或者控制属性下发配置任务；ZigBee网络拓扑结构采用网状网络，首先进行网络初始化，其中各个仪表节点为全功能同类型设备节点，具备ZigBee协调器的能力且该网络中有且只有一个协调器；其次，各个同类型仪表节点通过协调器加入网络；从而形成智能水表自组网，智能电表自组网，智能燃气仪表自组网。即为将它们按控制属性或者控制对象进行节点组网，由边缘节点下发配置(计算)来完成。

优选的，所述云服务器与边缘计算服务器相互配合，使智能水、电、燃气仪表的数据处理扁平化。边缘计算服务器处理智能水、电、燃气仪表采集的数据，使云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据。边缘计算服务器之间相互通信，避免因各住区业主数据量不同带来的计算资源分配不均问题，与此同时分散的边缘计算服务器直接计算得出各住区业主家用水、电、热等各项总价，减轻社区云服务器的压力。

同时由于边缘计算服务器存储了智能水、电、燃气仪表等数量数据，因此云数据库只需存储将各住区业主缴费清单等历史数据，节省了云数据库的存储资源。云平台通过云服务器获取存储在云数据库中的各住区业主缴费账单等历史数据，为用户提供可视化接口查看缴费清单并实现预存以及缴费，与此同时，云平台也可为用户提供可视化接口便于用户链接边缘计算服务器查看单项总价。

如图2所示，所述各个边缘计算服务器在接收现场的智能水表自组网的智能水表数据、智能电表自组网的智能电表数据、智能燃气表自组网的智能燃气表数据后；进一步对数据类型进行校验：

S101：首先根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为水表数据，若是，则水表单价乘水表数量得出水费，若否，则进入下一步；

S102：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为电表数据；若是，则电表单价乘电表数量得出电费，若否，则进入下一步；

S103：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为燃气仪表数据，若是，则燃气仪表单价乘数量得出燃气费，若否，则返回S101重新判断；

S104：判断水费、电费和燃气费是否已经全部获取到，如果是，就采用HTTP协议封装指令对水费、电费和燃气费三项数据进行封装，封装后上传给社区云服务器；社区云服务器将收到的封装数据存储到云数据库中；如果没有全部获取到，则返回边缘计算服务器采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量步骤。

应理解的，在计算水费、电费或燃气费之前，对计量单位进行校验，避免自组网过程中，智能水表自组网中混入智能电表或燃气表的情形、智能电表自组网中混入智能水表或燃气表的情形以及智能燃气表自组网中混入电表或水表的情形。

应理解的，所述智能水表的计量单位为立方米；所述智能电表的计量单位为千瓦时；所述智能燃气表的计量单位为标准立方米。

应理解的，所述住区，为某一个居民楼小区或者某个楼盘。

应理解的，所述社区，为某地市的行政区域划分，例如，济南历下区。

应理解的，智慧水表的型号为LXSY-20D；

应理解的，智慧电表的型号为DDSY89；

应理解的，智慧燃气表的型号为BK-G4T。

本发明通过云平台、云服务器、云数据库、边缘计算服务器、智能水、电、燃气仪表进行数据交互，适用于智慧社区缴费系统。通过云服务器与边缘计算服务器的相互配合，各个边缘计算服务器直接处理现场设备数据，使智能水、电、燃气仪表的数据处理扁平化，解决因带宽限制造成的各大规模住区数据到社区数据处理速度慢，数据堆积严重等问题。通过边缘计算服务器处理智能水、电、燃气仪表采集的数据，使云数据库只存储各住区业主缴费账单等历史数据，减轻了云数据库的存储压力，通过简化数据存储结构提高了云服务器响应效率。通过边缘计算服务器之间相互通信的方式，避免因各住区业主数据量不同带来的计算资源分配不均问题，提高了边缘计算服务器的整体性能。与此同时，分散的边缘计算服务器直接计算得出各住区业主家用水、电、热等各项总价，减轻了社区云服务器的压力，提高了整个系统的响应速度。因此本发明所解决了因带宽限制造成的各大规模住区数据到社区数据处理速度慢、数据堆积严重等问题，减轻了云服务器以及云数据库的存储压力，通过简化数据存储结构提高了云服务器响应效率，提高了整个系统的响应速度。

实施例二，本实施例还提供了基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理方法；

基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理方法，包括：

S1：每个社区内的边缘计算服务器定期采集社区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

S2：边缘计算服务器根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

S3：边缘计算服务器将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给云服务器，云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

S4：云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端。

优选的，S1之前还包括：将同一个住区内的所有智能水表对应的水表传感器组成智能水表自组网；将同一个住区内的所有智能电表对应的水表传感器组成智能电表自组网；将同一个住区内的所有智能燃气表对应的水表传感器组成智能燃气表自组网。

优选的，所述S2可以替换为：各个边缘计算服务器在接收现场的智能水表自组网的智能水表数据、智能电表自组网的智能电表数据、智能燃气表自组网的智能燃气表数据后；进一步对数据类型进行校验：

S101：首先根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为水表数据，若是，则水表单价乘水表数量得出水费，若否，则进入下一步；

S102：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为电表数据；若是，则电表单价乘电表数量得出电费，若否，则进入下一步；

S103：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为燃气仪表数据，若是，则燃气仪表单价乘数量得出燃气费，若否，则返回S101重新判断。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统，其特征是，包括：

若干台边缘计算服务器，每台边缘计算服务器布设在对应的住区内，负责定期采集住区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

每台边缘计算服务器，根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

每台边缘计算服务器，将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给云服务器，云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端；

将同一个住区内的所有智能水表对应的水表传感器组成智能水表自组网；将同一个住区内的所有智能电表对应的水表传感器组成智能电表自组网；将同一个住区内的所有智能燃气表对应的水表传感器组成智能燃气表自组网；

所述智能水表、智能电表和智能燃气表均通过http协议完成传感器的封装，将数据传输至边缘计算服务器；边缘计算服务器均通过http协议将各住区业主缴费清单历史数据存储至云数据库；所述边缘计算服务器既能够与云服务器通信，又能够与其它边缘计算服务器进行通信进而分担数据存储压力；

所述云数据库只存储各住区业主缴费账单历史数据，不再存储智能水、电、燃气仪表数量数据；

所述智能水、电、燃气仪表数量数据只存储在边缘计算服务器中，进行单项总价计算的数据基础，不再上传至云数据库；

所述云平台为用户提供可视化接口查看缴费清单，提供预存、缴费接口链接实现业主预存费用以及缴纳费用；

各个边缘计算服务器在接收现场的智能水表自组网的智能水表数据、智能电表自组网的智能电表数据、智能燃气表自组网的智能燃气表数据后；进一步对数据类型进行校验：

S101：首先根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为水表数据，若是，则水表单价乘水表数量得出水费，若否，则进入下一步；

S102：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为电表数据；若是，则电表单价乘电表数量得出电费，若否，则进入下一步；

S103：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为燃气仪表数据，若是，则燃气仪表单价乘数量得出燃气费，若否，则返回S101重新判断。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述用水量通过智能水表采集，采集后上传给边缘计算服务器；所述用电量是通过智能电表采集，采集后上传给边缘计算服务器；所述燃气使用量通过智能燃气表采集，采集后上传给边缘计算服务器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述云服务器还能够向边缘计算服务器下发采集指令，控制边缘计算服务器对各种费用进行采集。

4.基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理方法，应用于如权利要求1-3任一项所述基于边缘计算的智慧社区仪表数据快速处理系统，其特征是，包括：

S1：每个社区内的边缘计算服务器定期采集社区内每一家住户的用户编码、用水量、用电量和燃气使用量；

S2：边缘计算服务器根据每一家住户的用水量计算得到当前住户的水费；根据每一家住户的用电量计算得到当前住户的电费；根据每一家住户的燃气使用量计算得到当前住户的燃气费；

S3：边缘计算服务器将计算得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码结合后，上传给云服务器，云服务器将得到的水费、电费、燃气费与对应的用户编码存储到云数据库中；

S4：云服务器根据水费、电费、燃气费与对应的用户编码，计算用户编码对应的费用清单，并将费用清单上传给云平台，云平台根据用户客户端的查询指令，将费用清单下发给用户客户端；

S1之前还包括：将同一个住区内的所有智能水表对应的水表传感器组成智能水表自组网；将同一个住区内的所有智能电表对应的水表传感器组成智能电表自组网；将同一个住区内的所有智能燃气表对应的水表传感器组成智能燃气表自组网；

所述S2替换为：各个边缘计算服务器在接收现场的智能水表自组网的智能水表数据、智能电表自组网的智能电表数据、智能燃气表自组网的智能燃气表数据后；进一步对数据类型进行校验：

S101：首先根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为水表数据，若是，则水表单价乘水表数量得出水费，若否，则进入下一步；

S102：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为电表数据；若是，则电表单价乘电表数量得出电费，若否，则进入下一步；

S103：根据所采集数据对应的计量单位，判断是否为燃气仪表数据，若是，则燃气仪表单价乘数量得出燃气费，若否，则返回S101重新判断。