CN111200528B

CN111200528B - 边云协同的智慧城市智能联动方法

Info

Publication number: CN111200528B
Application number: CN201911410503.5A
Authority: CN
Inventors: 吴鸿; 姜军; 黄超; 钟琳; 袁峰
Original assignee: Huaibei Zhongke Zhicheng Information Technology Co ltd; Zhongke Zhicheng Guangzhou Information Technology Co ltd
Current assignee: Huaibei Zhongke Zhicheng Information Technology Co ltd; Zhongke Zhicheng Guangzhou Information Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111200528A

Abstract

本发明公开了一种边云协同的智慧城市智能联动方法，涉及边云协同和智慧城市技术领域，该方法通过在云侧配置通用的联动规则，一旦系统检测到有联动事件，会即时调用设备进行联动任务，从而实现城市事件的自动化、智能化处理；联动任务的执行过程中，采用了边云协同的策略：由边缘侧进行设备控制及简单或初步的数据处理工作；云侧负责复杂数据的深度分析处理，以及跨边缘网关、多边缘网关的资源调度任务。本发明的优点在于：配置通用联动规则，更适合智慧城市中海量设备的场景，灵活性更高；在联动过程中使用边云协同的策略，允许进行复杂的场景联动，并减少了联动事件处理的时间，提高联动效率，同时也减缓了云侧海量存储、计算及网络带宽压力。

Description

边云协同的智慧城市智能联动方法

技术领域

本发明涉及边云协同和智慧城市技术领域，尤其是涉及一种边云协同的智慧城市智能联动方法。

背景技术

目前，基于物联网的联动方法在配置联动规则时，一般需要指定具体的设备终端。在智慧城市场景下，由于接入了海量的设备，并且每种类型的设备均有多个，此时再按照指定具体设备的配置方式则需要配置多套相同类型的联动规则，过程十分繁琐，并且联动环节发生变化时还需要对多个规则进行修改，缺乏灵活性。

另一方面，智慧城市场景下的数据在地理上分散，智能化的实时数据收集、传递、处理和执行变得尤为重要。云计算虽然为数据处理提供高效的计算平台，但目前网络带宽的增长速度远远落后于数据的增长速度，基于云计算模型的单一计算资源已不能满足海量数据处理的实时性、安全性和低能耗等性能需求。为了满足数据传输过程在快速连接、实时业务、数据优化等方面的关键需求，需要充分利用边缘网络，在靠近数据源头的网络边缘侧处理物联网应用所请求的内容，提供边缘智能服务。在现有的云计算模型为核心的集中式大数据处理技术基础上，亟需发展以边云协同计算模型为核心、面向海量边缘数据的边缘式数据处理技术。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种边云协同的智慧城市智能联动方法，重新设置设备类型之间的联动规则，充分利用网络边缘侧，以边云协同计算模型为核心，大大提高联动效率，减缓云侧平台压力，从而满足海量数据传输和处理过程中的快速连接、实时业务、数据优化等方面的关键需求。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案来实现的：

一种边云协同的智慧城市智能联动方法，包括以下步骤：

步骤S1，在云侧平台上设置触发设备和执行设备之间的联动规则，所述联动规则包括触发条件、执行动作、设备实例化策略；

步骤S2，云侧平台根据联动规则中的触发条件生成边缘侧的联动事件巡检任务，发放到含触发设备的边缘网关，根据联动规则中的执行动作生成联动任务执行流程，并包含设备实例化策略一并发放到相关边缘网关；

步骤S3，边缘网关执行联动事件巡检任务，若检测到联动事件的发生，则初始化联动记录并上报到云侧平台；

步骤S4，云侧平台接收到初始的联动记录后，先查找到对应联动规则中的设备实例化策略，并根据产生联动事件的设备确定设备范围，然后通知涉及在该范围内的边缘网关进行设备实例化和执行联动任务，同时，云侧平台会记录该次联动任务中所有的实例化的设备终端及其所在边缘网关；

步骤S5，发生联动事件的边缘网关会第一时间根据设备实例化策略实例化该边缘侧的设备终端，查找联动事件对应的联动任务执行流程，并按流程执行该边缘侧的联动任务；

步骤S6，云侧平台和涉及的边缘网关在数据处理和设备调度两方面协同工作，按联动任务流程依次完成每阶段的联动任务，直至联动任务结束。

进一步地，在步骤S1中，所述触发设备和所述执行设备之间在设置联动规则时选择的是设备类型，而不是具体的设备终端，从而联动规则可作用于城市中多套设备终端的联动。

进一步地，在步骤S1中，所述设备实例化策略是指确定联动流程中具体的执行设备终端的策略，设备实例化策略用于在联动事件发生后，指引相关边缘网关完成设备实例化。

进一步地，在步骤S1中，所述设备实例化策略包括：

(1)地理范围内选择策略：以检测到联动事件的地点为中心，配置指定面积的方形、矩形、圆形、椭圆形等形状构成的区域范围，则该范围内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

(2)边缘侧内选择策略：以检测到联动事件的设备所在的边缘侧为限制，则该边缘网关内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

(3)部门内选择策略：以检测到联动事件的设备所在的部门为限制，则该部门内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

(4)自定义群组内选择策略：用户基于特定的选择需求，提前为多套设备定义群组并存储在数据库中，在设置联动规则时，以检测到联动事件的设备所在的群组为限制，则该群组内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

(5)无限制策略：智慧城市中的所有设备内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端。

进一步地，在步骤S2中，所述边缘侧的联动事件巡检任务是指：边缘网关定时读取触发设备的上报数据，处理上报数据并判断其是否满足触发条件，若满足则产生联动事件，其中，边缘网关读取上报数据的时间间隔和巡检的时间段可以自由配置。

进一步地，在步骤S3中，所述联动记录的主要信息包括：事件发生时间、事件发生的检测设备、事件发生地点、联动进度、联动任务数据及联动任务状态，联动过程中边云两侧的协同依赖于该联动记录。

进一步地，在步骤S6中，所述边缘网关所执行的联动任务有：控制设备终端执行动作、进行简单或初步的数据处理，一般可以在边缘侧完成的任务只安排在边缘侧执行，尽可能减少与云侧平台的交互，以最大限度地利用边缘侧。

进一步地，在步骤S6中，所述云侧平台所执行的联动任务有：在联动过程中设备调度需要跨边缘侧时，根据全局的设备实例化信息进行跨边缘侧的调度任务；在边缘侧数据处理任务需要云侧平台协同时，云侧平台接收边缘网关联动任务数据初步处理结果，对数据进行深度的计算分析处理，获取所需结果。

作为优选，上述判断数据处理任务是否需要云侧平台作数据协同的依据是：边缘网关的存储、计算、网络能力满足计算任务时，边缘网关数据处理时间未大于(可以根据具体联动场景进行配置，如大于2倍、3倍、5倍等)云侧平台处理时间与网络传输时间之和时，或边缘网关数据处理时间没有超过限制时，则无需云侧平台作数据协同。

与现有的技术相比，本发明具有的优点和积极效果在于：

(1)本发明不设置具体设备终端之间的联动规则，而是通过设置设备类型之间的通用联动规则，省去了配置多套设备终端之间相同流程的联动规则的时间和精力，同时也避免了联动流程修改时需要进行大量修改的工作，使得多套设备终端之间的联动流程更具备灵活性，巧妙解决了智慧城市场景下的海量设备所带来的困境。

(2)本发明在联动过程中使用了边云协同的策略，摒弃了基于云计算模型的单一计算资源，转为充分利用边缘网络，在靠近数据源头的网络边缘侧处理联动任务所请求的内容，提供边缘智能服务，一方面减少了联动过程中数据的传输时间及带宽消耗，提高了联动效率，另一方面也减缓了云侧平台海量存储、计算困境及网络带宽压力。

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的介绍，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为本发明中智慧城市云侧、边缘侧及设备终端之间的结构示意图；

图2为本发明的联动方法实施方式流程图；

图3为本发明联动任务中边云协同的过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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。

实施例

如图1所示，本发明提供了智慧城市中设备终端、边缘侧及云侧之间的结构，具体包括：

设备终端指每个具体的设备，是智慧城市中最基础的设施，用于监控城市各类运行状态以及为城市各个区域提供公共服务；各类型的设备会部署在城市中各个区域的公共场所，覆盖整个城市；每个区域中的设备会通过网络连接到附近的边缘网关，受到边缘网关的管理。其中，设备终端之间也可能存在连接关系，例如智慧灯杆中的灯泡、LED显示屏、传感器、充电桩等设备均会连接到集中控制器。

边缘侧指边缘网关，是智慧城市中连接设备终端和云侧的中间设施，向下负责控制设备和收集设备数据，向上受到云侧的控制和管理；边缘网关部署在城市中各个区域，与附近的设备通过网络相连接，各个区域的边缘网关最终也通过网络连接到云侧平台。

云侧指云侧平台，是智慧城市中的大脑中枢，管理智慧城市中的所有设施，为智慧城市提供智能化的服务；由于智慧城市中所有的数据最终汇集到云侧平台，如此海量的数据为云侧的存储、计算及网络带宽能力带来了巨大的压力，而边云协同策略可以通过利用边缘侧，一定程度上分担云侧平台的数据压力。

其结构为：在城市中各个区域部署有大量基础设备终端，设备终端之间可能存在连接关系，但设备终端最终连接边缘网关，负责监控城市各类运行状态以及为城市各个区域提供公共服务；边缘侧即边缘网关连接设备终端，负责控制设备和收集设备数据；云侧即云侧平台连接边缘侧，负责对边缘侧进行控制和管理，在边缘网关处理数据后仍需要云侧平台作数据协同处理时，云侧平台对边缘网关初步处理的数据进行深度的分析、计算处理，获取需要的结果，并把计算所得的结果发送到后续的边缘网关，进行后续的联动任务。

如图2所示，本发明提供了一种边云协同的智慧城市智能联动的方法，实施方式具体如下：

在云侧平台设置触发设备和执行设备之间的联动规则，联动规则包含触发条件、执行动作、设备实例化策略，在设置联动规则时，指定触发设备和执行设备时选择的是设备类型，而不是具体的设备终端，因此联动规则可作用于城市中多套设备终端之间的联动。设置联动规则时，触发条件可以设置多个，即多个条件满足时才产生联动事件；执行动作也可以设置多个，执行动作间还能存在串行和并行的关系，支持多个执行设备之间完成复杂的联动任务。联动规则中的设备实例化策略的作用是：在联动事件发生后，根据检测到事件的设备和设备实例化策略，选择联动过程中具体的执行设备终端。所述设备实例化策略有：

(4)自定义群组内选择策略：以检测到联动事件的设备所在的群组为限制，则该群组内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；此策略用于满足特定的选择需求，需要提前为多套设备定义群组，定义好后会存储在数据库中；

联动规则设置完成后，云侧平台根据触发设备和触发条件生成边缘侧的联动事件巡检任务，并发放到所有存在触发设备类型设备的边缘网关；同时，根据联动规则中的执行动作生成联动任务执行流程，并包含设备实例化策略一并发放到相关边缘网关。其中，联动事件指的是触发设备满足设置的触发条件时所产生的事件。边缘侧的联动事件巡检任务中巡检的方式是：边缘网关每隔一段时间获取触发设备终端上报的数据，并判断设备终端上报数据是否满足触发条件，如果满足则会生成联动事件，巡检任务的监测时间段和监测中的时间间隔是可以自由设置的。联动任务执行流程指的是在联动时，执行设备按时间序列执行动作的流程。

边缘网关接收联动事件的巡检任务后，按照巡检任务的要求对触发设备上报的数据进行监控，边缘网关中的巡检任务是受到云侧平台控制的，按云侧平台要求随时对巡检任务进行撤销、暂停或修改。

边缘网关一旦检测到联动事件，就会初始化联动记录，并发送到云侧平台。联动记录中主要的信息包括：事件发生时间、事件发生的检测设备、事件发生地点、联动进度、联动任务数据及联动任务状态，联动过程中边云两侧的协同依赖于该联动记录，并且在联动任务执行中会实时地更新。

云侧平台接收到初始的联动记录后，先查找到对应联动规则中的设备实例化策略，并根据产生联动事件的设备确定设备范围，然后通知涉及在该范围内的边缘网关进行设备实例化和执行联动任务；同时，云侧平台也会记录有该次联动任务中所有的实例化的设备终端及其所在边缘网关。

发生联动事件的边缘网关会第一时间根据设备实例化策略实例化该边缘侧的设备终端，查找联动事件对应的联动任务执行流程，并按流程执行该边缘侧的联动任务。

云侧平台和涉及的边缘网关在数据处理和设备调度两方面协同工作，按联动任务流程依次完成每阶段的联动任务，直至联动任务结束。其中，边缘侧所执行的联动任务有：控制设备终端执行动作、进行简单或初步的数据处理，一般可以在边缘侧完成的任务只会安排在边缘侧执行，尽可能减少与云侧的交互。而云侧所执行的联动任务有：在联动过程中设备调度需要跨边缘侧时，根据全局的设备实例化信息进行跨边缘侧的调度任务；在边缘侧数据处理任务需要云侧协同时，云侧平台接收边缘网关联动任务数据初步处理结果，对数据进行深度的计算分析处理，获取所需结果。对于判断数据处理任务是否需要云侧作数据协同的依据是：边缘网关的存储、计算、网络能力满足计算任务时无需云侧作数据协同；边缘网关数据处理时间没有大于(可以根据具体联动场景进行配置，如大于2倍、3倍、5倍等)云侧处理时间加网络传输时间，或处理时间没有超过限制时，无需云侧作数据协同。

如图3所示，本发明提供了具体的云侧和相关边缘侧协同执行联动任务的过程，实施方式具体如下：

联动事件发生后，边缘网关和云侧平台协同完成设备实例化，确认了联动任务中所有的执行设备终端，所有涉及到的边缘网关开始按联动流程执行联动任务。

在执行每个阶段的联动任务前，需要先检测实际的执行设备终端是否在该边缘网关，如果不在，则需要云侧平台进行调度；而云侧平台找到执行设备终端所在的边缘网关后，便会把联动记录发送过去。

边缘网关执行联动任务的第一步是对数据进行处理，数据处理的目的是为了计算执行设备动作所需要的参数，或对数据进行初步的处理而后交由云侧做进一步处理等。

边缘网关处理数据后，判断是否需要云侧协同作进一步的处理数据。如若需要云侧平台作数据协同，边缘网关把初步处理过后的数据上传到云侧平台。汇集了来自一个或多个边缘网关的数据后，云侧平台对这些数据进行深度的分析、计算处理，获取需要的结果，并把计算所得的结果发送到后续的边缘网关，进行后续的联动任务。

边缘网关根据数据处理结果，并按照联动实例中配置的执行动作，对与此边缘网关连接的执行设备下发指令，控制其执行动作。

终端设备接收到指令后，执行相应的动作，在执行终端设备完成指令后，边缘网关会记录终端设备执行结果及其产生数据，作为边缘网关此阶段联动任务的结果更新到联动记录中，并将其发送至云侧平台。

每个阶段边缘网关的联动任务结束后，需要根据联动任务流程判断是否还有后续的执行动作，若还存在后续的执行任务，则跳会到前面的执行流程，循环执行后续阶段的联动任务；若没有后续阶段的联动任务，则云侧平台根据所有边缘网关上传的联动任务结果，整理本次联动的最终结果并保存为联动记录。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S5，发生联动事件的边缘网关会第一时间根据设备实例化策略实例化该边缘网关的设备终端，查找联动事件对应的联动任务执行流程，并按流程执行该边缘网关的联动任务；

步骤S6，云侧平台和涉及的边缘网关在数据处理和设备调度两方面协同工作，按联动任务流程依次完成每阶段的联动任务，直至联动任务结束；

在步骤S1中，所述触发设备和所述执行设备之间在设置联动规则时选择的是设备类型，而不是具体的设备终端；

在步骤S1中，所述设备实例化策略是指确定联动流程中具体的执行设备终端的策略；

在步骤S1中，所述设备实例化策略包括：

(1)地理范围内选择策略：以检测到联动事件的地点为中心，配置指定面积的方形、矩形、圆形、椭圆形的形状构成的区域范围，则该范围内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

(2)边缘侧内选择策略：以检测到联动事件的设备所在的边缘网关为限制，则该边缘网关内属于执行设备类型的设备均为联动任务中的执行设备终端；

2.根据权利要求1所述的边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，在步骤S2中，所述边缘侧的联动事件巡检任务是指：边缘网关定时读取触发设备的上报数据，处理上报数据并判断其是否满足触发条件，若满足则产生联动事件，其中，边缘网关读取上报数据的时间间隔和巡检的时间段自由配置。

3.根据权利要求1所述的边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，在步骤S3中，所述联动记录的主要信息包括：事件发生时间、事件发生的检测设备、事件发生地点、联动进度、联动任务数据及联动任务状态。

4.根据权利要求1所述的边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，在步骤S6中，所述边缘网关所执行的联动任务有：控制设备终端执行动作、进行简单或初步的数据处理。

5.根据权利要求4所述的边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，在步骤S6中，所述云侧平台所执行的联动任务有：在联动过程中设备调度需要跨边缘侧时，根据全局的设备实例化信息进行跨边缘侧的调度任务；在边缘侧数据处理任务需要云侧平台协同时，云侧平台接收边缘网关联动任务数据初步处理结果，对数据进行深度的计算分析处理，获取所需结果。

6.根据权利要求5所述的边云协同的智慧城市智能联动方法，其特征在于，判断所述数据处理任务是否需要云侧平台作数据协同的依据是：边缘网关的存储、计算、网络能力满足计算任务时，边缘网关数据处理时间未大于云侧平台处理时间与网络传输时间之和时，或边缘网关数据处理时间没有超过限制时，则无需云侧平台作数据协同。