CN111132386A - 基于窄带物联网的边缘计算网关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于窄带物联网的边缘计算网关。所述边缘计算网关包括电源模块、分别与所述电源模块连接的无线数据通信模块、处理模块、窄带物联网通信模块和储存模块。所述边缘计算网关通过窄带无线远传技术接收数据采集终端收集的数据，经过处理、汇总及加密过后通过无线网络传送至远程监控中心。所述边缘计算网关与所述数据采集终端通过双向AES128加密传输。所述边缘计算网关还包括主动数据轮询机制和离线监测机制。本发明提供的边缘计算网关可以将物联网系统集中计算模式转变为边缘计算模式，合理分配算力,节省网关数量，减少成本，增加利润。

Description

基于窄带物联网的边缘计算网关
【技术领域】
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于窄带物联网的边缘计算网关。
【背景技术】
目前物联网网关基本功能包括数据的采集、透传、监测以及设备控制，基本流程是通过标准的物理接口连接设备，解析协议进行数据采集，并使用MQTT等标准协议将数据透传到云平台，云平台根据预定规则下发指令控制设备。因此目前的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。
现有网关主要是针对费控设计的方案，采集频次、传输距离、施工成本不足以满足节能行业对于实时性和成本的需求。现有的采集设备多是采用有线modbus485通信方式连接到采集器，需要长距离铺设电缆，管廊电井需要打孔开槽，施工成本巨大。现有无线产品多采用2.4G或者Sub-Ghz的fsk ask通信方案，虽然解决了建筑打孔开槽的问题，但是传统无线方式通信距离有限，不能做到广域覆盖和兼容低功耗的前端采集器。
因此，本发明提供一种基于窄带物联网的边缘计算网关解决以上问题。
【发明内容】
目前现有技术中物联网系统中心计算力受限导致大规模部署困难，物联网单一网关和覆盖范围小、频带资源占用，不能做到广域覆盖和兼容低功耗的前端采集器，因此，本发明提供了一种基于窄带物联网的边缘计算网关。
一种基于窄带物联网的边缘计算网关，所述边缘计算网关包括依次连接的无线数据通信模块、处理模块、窄带物联网通信模块和分别与所述无线数据通信模块、处理模块和窄带物联网通信模块连接的存储模块，其中：
所述无线数据通信模块用于接收数据采集终端发送的第一无线通信数据并将第一无线通信数据传送给处理模块以及用于接收处理模块发送的第二无线通信数据并将第二无线通信数据发送所述数据采集终端；
所述处理模块用于判断是否接收到无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，若接收到所述无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，则将所述第一无线通信数据的数据格式转换成窄带物联网的数据格式，得到第一窄带物联网数据，并将所述第一窄带物联网数据发送给窄带物联网通信模块；若未接收到所述无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，则判断是否接收窄带物联网通信模块发送的第二窄带物联网通信数据；若接收到窄带物联网通信模块发送的第二窄带物联网通信数据，则将所述第二窄带物联网通信数据的数据格式转换为无线通信网络的数据格式，得到第二无线通信数据；
所述窄带物联网通信模块用于接收第一窄带物联网数据并将所述第一物联网数据发送给远程监控中心以及用于接收所述远程监控中心发送的第二窄带物联网通信数据并将第二窄带物联网通信数据传送至所述处理模块；
所述储存模块用于存储通信中断期间的通信数据作为离线数据。
优选的，所述无线通信数据包括红外无线通信数据、WIFI无线通信数据、Z-WAVE无线通信数据、蓝牙无线通信数据、ZigBee无线通信数据和LORA无线通信数据中的至少一种。
优选的，所述边缘计算网关还包括电源模块，所述电源模块上设置多个接口，包括电源接口、RS232串口、以太网口、USB接口、VGA接口和HDMI接口中的至少一种或多种。
优选的，所述电源模块采用标准POE供电。
优选的，所述处理模块为嵌入式微控制器。
优选的，所述边缘计算网关还包括RS485通信模块，所述RS485通信模块用于本地数据传输。
优选的，所述边缘计算网关与所述数据采集终端通过双向AES128加密传输通信数据。
与现有技术相比，本发明提供的基于窄带物联网边缘计算网关可以转变现在物联网系统集中计算模式到边缘计算模式，合理分配算力；同时大规模应用场景下节省远程监控中心的部署成本，窄带物联网的广域覆盖可以节省网关数量，减少成本，增加利润；将无线通信网络加入互联网中，具有能耗低、广覆盖的优点，可延长供电设备的使用时间。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：
图1为本发明提供的基于窄带物联网的边缘计算网关的结构示意图。
【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种基于窄带物联网的边缘计算网关10，所述边缘计算网关10包括电源模块11、分别与所述电源模块11连接的无线数据通信模块12、处理模块13、窄带物联网通信模块14和储存模块15。所述边缘计算网关10通过窄带无线远传技术接收数据采集终端20收集的数据，经过处理、汇总及加密过后通过无线网络传送至远程监控中心30。所述无线网络包括以太网和移动运营商网络。特别的，所述边缘计算网关10与所述数据采集终端20通过双向AES128加密传输。
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IOT)是低功耗广域网(LowPower Wide Access，LPWA)的众多技术之一，其可以支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。窄带物联网使用180KHz上下行带宽通过E-UTRA接入网络，可直接部署于GSM网络或LTE网络。本发明将无线通信网络与窄带物联网相结合，使无线通信网络加入到互联网中，具有低功耗、广覆盖的优点，延长供电设备的使用时间。
所述电源模块11包括多个接口，包括电源接口、RS232串口、以太网口、USB接口、VGA接口和HDMI接口中的至少一种。所述电源模块11分别与所述无线数据通信模块12、处理模块13、窄带物联网通信模块14和储存模块15连接并提供电源。在本实施例中，所述电源模块11采用标准POE供电。
所述无线数据通信模块12可用于接收数据采集终端20发送的第一无线通信数据，并将第一无线通信数据传送给处理模块13。所述无线数据通信模块12还可用于接收所述处理模块13发送的第二无线通信数据，并将第二无线通信数据发送所述数据采集终端20。所述无线通信数据是基于无线通信网络的短距离传输的数据，无线通信数据包括红外无线通信数据、WIFI无线通信数据、Z-WAVE无线通信数据、蓝牙无线通信数据、ZigBee无线通信数据和LORA无线通信数据中的至少一种。
所述处理模块13用于判断是否接收到所述无线数据通信模块12发送的第一无线通信数据。具体的，在本实施例中，所述处理模块13为嵌入式微控制器。
若所述处理模块13接收到所述无线数据通信模块12发送的第一无线通信数据，则将所述第一无线通信数据的数据格式转换成窄带物联网的数据格式，得到第一窄带物联网数据，并将所述第一窄带物联网数据发送给窄带物联网通信模块14。
若所述处理模块13没有接收到所述无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，则判断是否接收所述窄带物联网通信模块14发送的第二窄带物联网通信数据。如果接收到所述窄带物联网通信模块14发送的第二窄带物联网通信数据，则将所述第二窄带物联网通信数据的数据格式转换为无线通信网络的数据格式，得到第二无线通信数据。
窄带物联网通信模块14用于接收第一窄带物联网数据，并将所述第一物联网数据发送给远程监控中心30。所述窄带物联网通信模块14还可用于接收所述远程监控中心30发送的第二窄带物联网通信数据，并将第二窄带物联网通信数据传送至所述处理模块14。
所述存储模块15分别与所述无线数据通信模块12、处理模块13和窄带物联网通信模块14连接，用于存储通信中断期间的通信数据作为离线数据。所述边缘计算网关10与所述远程监控中心30采用MQTT通信机制进行通信传输。MQTT通信机制中将数据主题分为离线数据和即时数据。通信恢复后将所述离线数据发送至MQTT broker，所述远程监控中心30可通过订阅所述MQTT broker的主题分别获取离线数据和即时数据。
在其他实施例中，所述边缘计算网关10还可以包括RS485通信模块，所述RS485通信模块用于本地数据传输。
所述边缘计算网关10还具有主动数据轮询机制及离线监测机制。所述边缘计算网关10可在后台设置主动数据轮询时间和离线判定次数，在每个所述主动数据轮询时间里轮询所述数据采集终端20，发送第二无线通信数据，并等待所述数据采集终端20回复第一无线通信数据。当所述边缘计算网关10轮询次数达到所述离线判定次数，所述数据采集终端20仍没有回复，则判定所述数据采集终端20离线故障。所述边缘计算网关10轮询完所有数据采集终端20后对所述离线故障的数据采集终端10进行数据采集。
与现有技术相比，本发明提供的基于窄带物联网边缘计算网关10可以将物联网系统集中计算模式转变为边缘计算模式，合理分配算力；同时通过设置于所述远程监控中心30远程数据连接的所述边缘计算网关10，大规模应用场景下节省所述远程监控中心30的部署成本，同时窄带物联网的广域覆盖可以节省网关数量，减少成本，增加利润；将无线通信网络加入互联网中，具有能耗低、广覆盖的优点，可延长供电设备的使用时间。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关包括依次连接的无线数据通信模块、处理模块、窄带物联网通信模块和分别与所述无线数据通信模块、处理模块和窄带物联网通信模块连接的存储模块，其中：
所述无线数据通信模块用于接收数据采集终端发送的第一无线通信数据并将第一无线通信数据传送给处理模块以及用于接收处理模块发送的第二无线通信数据并将第二无线通信数据发送所述数据采集终端；
所述处理模块用于判断是否接收到无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，若接收到所述无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，则将所述第一无线通信数据的数据格式转换成窄带物联网的数据格式，得到第一窄带物联网数据，并将所述第一窄带物联网数据发送给窄带物联网通信模块；若未接收到所述无线数据通信模块发送的第一无线通信数据，则判断是否接收窄带物联网通信模块发送的第二窄带物联网通信数据；若接收到窄带物联网通信模块发送的第二窄带物联网通信数据，则将所述第二窄带物联网通信数据的数据格式转换为无线通信网络的数据格式，得到第二无线通信数据；
所述窄带物联网通信模块用于接收第一窄带物联网数据并将所述第一物联网数据发送给远程监控中心以及用于接收所述远程监控中心发送的第二窄带物联网通信数据并将第二窄带物联网通信数据传送至所述处理模块；
所述储存模块用于存储通信中断期间的通信数据作为离线数据。
2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述无线通信数据包括红外无线通信数据、WIFI无线通信数据、Z-WAVE无线通信数据、蓝牙无线通信数据、ZigBee无线通信数据和LORA无线通信数据中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关还包括电源模块，所述电源模块上设置多个接口，包括电源接口、RS232串口、以太网口、USB接口、VGA接口和HDMI接口中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述电源模块采用标准POE供电。
5.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述处理模块为嵌入式微控制器。
6.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关还包括RS485通信模块，所述RS485通信模块用于本地数据传输。
7.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关与所述数据采集终端通过双向AES128加密传输通信数据。
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