CN111459965B - 一种面向边缘计算的信息监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能制造的边缘计算领域，具体地说是一种面向边缘计算的信息监控系统。本发明基于不同的通信协议，监测并存储各类边缘设备数据，同时运用多维度图形展示的交互界面，实现项目方面、边缘设备、边缘侧数据监控、警情查询以及处理以及操作日志的数据读取、查询以及边缘侧数据监控功能。本发明具有直观、易懂，关联查询方便的特点，本发明通过分层逻辑设计，解决各数据库的数据源在硬件平台，操作系统和通信协议的差异问题，在一个更高的抽象层次上进行应用逻辑的设计，减少了系统实现的复杂性，并且使系统具有良好的开发性和扩展性。

Description

一种面向边缘计算的信息监控系统

技术领域

本发明涉及智能制造的边缘计算领域，具体地说是一种面向边缘计算的信息监控系统。

背景技术

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。

由于设备的物理形式众多，设备获取的数据格式、信息内容也是各种各样，既包含各种数字信号、模拟信号，也包含多媒体信号，对不同的资源数据，此资源获取层主要提供网络、计算、存储等ICT资源，可以统一整合物理世界的各种设备，映射成为边缘计算节点。

为了多套边缘层测试环境系统之间的互联与信息共享，边缘层环境采用“云-边缘”协同架构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种面向边缘计算的信息监控系统，

本发明基于不同的通信协议，监测并存储各类边缘设备数据，同时运用多维度图形展示的交互界面，实现项目方面、边缘设备、边缘侧数据监控、警情查询以及处理以及操作日志的数据读取、查询以及边缘侧数据监控功能。

本发明通过多维度图形化展示的交互界面，选择所需的业务功能，完成数据监测以及查询条件的配置，通过编译转换后，获取相应数据，加载到交互界面中，完成信息监控以及查询功能。

本发明主要业务功能包括操作日志查询模块，用于查询系统的不同操作信息；项目总体概览模块，用于浏览项目所在位置，按照条件筛选查询不同项目信息；边缘设备综合查询模块，用于总体浏览所有边缘设备信息，并且进行条件查询和统计；边缘侧数据监控模块，用于浏览、查询以及统计边缘设备运转的实时数据以及历史情况；警情管理模块，处理不同警情信息，并且查询所有警情信息。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种面向边缘计算的信息监控系统，包括：

基础平台层，用于将系统与数据库连接并通信，同时与边缘设备进行通信协议匹配以及将边缘设备的实时运转数据进行转换匹配；

核心语义层，用于对查询条件进行编译并与预先设定好的语义模型进行比较判断，并执行查询条件命令；

业务功能层，用于查询业务；

多维度图形展示层，用于展示查询结果。

所述基础平台层包括：

通信协议库，用于对边缘设备进行通信协议匹配；

数据转换适配器，用于对边缘设备的实时运转数据进行转换匹配；

数据库接口，用于连接数据库并通信。

所述核心语义层包括：

查询策略编译器，用于将查询条件进行编译；

语义模型库，用于储存预先设定的语义模型，并检查经查询策略模块翻译过的查询条件是否符合语义模型。

执行引擎，用于执行语义模型，并将数据库中用户所需查询的数据存入缓存区。

所述语义模型为所述信息监控系统中的数据结构，用于将用户所需查询条件转换成系统能辨识的数据结构并通过语义模型，传递给数据库。

所述业务功能层包括：

边缘设备综合查询模块，用于查询和统计边缘设备信息；

边缘侧数据监控模块，用于浏览查询边缘设备实时运转数据以及历史数据；

警情查询及处理模块，用于查询设备的警情信息；

操作日志查询模块，用于查询用户操作日志信息。

一种面向边缘计算的信息监控方法，包括查询历史数据的方法，所述方法包括以下步骤：

1)用户根据需求，配置查询条件；

2)通过基础平台层中的数据库接口获取系统内的数据库连接字符串；

3)对系统内的数据库连接字符串进行解析；

4)当系统与数据库通信成功，则进入步骤5)，如果不成功，进行步骤12)；

5)查询策略编译器将查询条件编译为语义模型；

6)通过核心语义层中的语义模型库，查询策略编译器编译的语义模型；

7)如果编译后的语义模型的格式及含义正确，进入步骤8)，如果不正确，进入步骤12)；

8)利用核心语义层中的执行引擎，执行语义模型；

9)通过基础平台层中的数据库接口连接数据库对用户所需数据进行查询；

10)若查询成功，进入步骤11)，如果不成功，进入步骤12)；

11)将查询结果发送给多维度图形展示层进行展示；

12)系统日志记录操作过程以及结果。

还包括监控实时数据的方法，所述方法包括以下步骤：

1)用户选择所需监测的边缘设备；

2)利用基础平台层中的通信协议库，将所选的边缘设备与通信协议库中的通信协议进行匹配；

3)当通信协议正确，进入步骤4)，否则，进行步骤10)；

4)将所选边缘设备的实时运转数据通过数据转换适配器进行转换适配；

5)通过基础平台层中的数据库接口获取系统内的数据库连接字符串；

6)对系统内的数据库连接字符串进行解析；

7)当系统与数据库通信成功，进入步骤8)，如果不成功，进行步骤10)；

8)利用核心语义层中的执行引擎，保存所选边缘设备的实时运转数据；

9)将所选边缘设备的实时运转数据发送给多维度图形展示层进行展示；

10)系统日志记录操作过程以及结果。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明具有直观、易懂，关联查询方便的特点，可以大大减少相关查询的时间。

2.本发明通过分层逻辑设计，解决各数据库的数据源在硬件平台，操作系统和通信协议的差异问题，在一个更高的抽象层次上进行应用逻辑的设计，减少了系统实现的复杂性，并且使系统具有良好的开发性和扩展性。

3.本发明通过查询编译器、查询优化器与执行引擎，完成快速的数据查询与转存。

4.本发明通过配置界面与语义模型库，实现进行编译的语义模型进行分析和校验，以避免人为错误，保证数据查询的正确执行。

附图说明

图1是本发明的系统架构结构图；

图2是本发明业务功能查询功能的流程图；

图3是本发明边缘侧数据实时运转监测功能的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的系统架构结构图。

本发明包括：

基础平台层：可以使系统访问边缘侧各种设备，实时通信不同设备、适配转换不同类型数据、链接数据库；

核心语义层：为了对数据进行操作，把数据库数据并放到缓冲区中，在整个过程中，任何的事件将会记录相应的日志信息；

业务功能层：实现项目方面、边缘设备、边缘侧数据监控、警情查询以及处理以及操作日志的数据读取、查询以及边缘侧数据监控功能；

多维度图形展示层：在进行多种监控操作过程中，读取缓冲区数据，通过图形界面进行展示。

所述基础平台层，包括通信协议库、数据转换适配器和数据库的配置接口。

通信协议库：通过通信协议库，对所选的边缘设备进行通信协议的匹配，应包括设备名称、设备类型、IP地址、协议规约等信息；

数据转换适配器：边缘设备的实际运转数据进行转换适配，需要符合本发明的系统需要；

数据库接口：与数据库的通信链接，此处数据库指包括Oracle、SqlServer、MySql等的关系型数据库，其数据库连接字符串应包括服务器名称、服务器IP地址、数据库名称、用户以及密码等信息。

所述核心语义层，包括：查询策略编译器、语义模型库和执行引擎。

查询策略编译器:将查询翻译成一种符合系统规则的语义模型；

语义模型库是系统存储的各种用于查询操作的语义模型，用于检查经查询策略编译器翻译过的语义模型的合理性，并确定操作序列；

执行引擎负责执行选中的语义模型中的每一步,为了对数据进行操作，把数据库数据并放到缓冲区中。

所述数据源配置模块，包括：

操作日志查询模块，可以根据用户名称、操作时间、操作类型、设备名称几方面进行条件查询；

项目总体概览模块，用于概览所有项目情况，包括地域分布情况，项目具体地理位置、设备上线情况信息；

边缘设备综合查询模块，用于总体浏览所有边缘设备信息；

边缘侧数据监控模块，用于浏览、查询以及统计边缘设备运转的实时数据以及历史情况；

警情管理模块，处理不同警情信息，并且查询所有警情信息。

本发明基于不同的通信协议，监测并存储各类边缘设备数据，同时运用多维度图形展示的交互界面，实现项目方面、边缘设备、边缘侧数据监控、警情查询以及处理以及操作日志的数据读取、查询以及监控功能。

本发明通过多维度图形化展示的交互界面，选择所需的业务功能，完成数据监测以及查询条件的配置，通过编译转换后，获取相应数据，加载到交互界面中，完成信息监控以及查询功能。具体步骤如下：

1)选择业务功能模块，通过多维度图形化界面进行数据监测以及查询条件的配置；

2)定义查询策略编译器，由文本形式的查询条件编译为符合规则的语义模型；

3)定义语义模型库，对需要查询的语义模型进行检查，并确定操作序列；

4)定义执行引擎，负责执行已确定的操作序列中的每一步，对数据进行操作，并放到缓冲区内，并进行日志记录；

5)读取缓冲区数据，通过图形界面进行展示。

面向边缘计算的信息监控系统的设计主要体现在四个层次：基础平台层、核心语义层、业务功能层、多维度图形展示层。如图1，通过分层设计，解决本发明在操作系统、通信协议以及数据库交互方面的差异问题，本发明在更高层面实现业务功能，使其具有良好的扩展性。

1.基础平台层

平台层包含通信协议库、数据转换适配和数据库的配置接口，可以使系统访问边缘侧各种设备，实时监测设备运行以及连接数据库，完成数据的存储和查询功能。

2.核心语义层：

包括三部分，查询策略编译器、语义模型库和执行引擎。其中查询策略编译器将查询翻译成一种符合系统规则的语义模型。语义模型库是系统存储的各种用于查询操作的语义模型，用于检查经查询策略编译器翻译过的语义模型的合理性，并确定操作序列。执行引擎负责执行选中的语义模型中的每一步。为了对数据进行操作，把数据库数据并放到缓冲区中，在整个过程中，任何的事件将会记录相应的日志信息。

3.业务功能层

业务功能层包括操作日志查询模块，用于查询系统的不同操作信息；项目总体概览模块，用于浏览项目所在位置，按照条件筛选查询不同项目信息；边缘设备综合查询模块，用于总体浏览所有边缘设备信息，并且进行条件查询和统计；边缘侧数据监控模块，用于浏览、查询以及统计边缘设备运转的实时数据以及历史情况；警情管理模块，处理不同警情信息，并且查询所有警情信息。

4.多维度图形展示层

在进行多种监控操作过程中，读取缓冲区数据，通过图形界面进行展示。

如图2所示是本发明查询功能的流程图，本发明主要涉及项目总体、边缘设备、边缘侧数据历史情况、警情信息以及操作日志的查询业务功能。

由于不同业务功能模块的查询功能类似，下面以边缘侧数据历史情况查询为例，说明流程。参见附图2，从图2可知，进行详细说明：

步骤1：开启多维度图形化界面；

步骤2：选择不同的业务功能模块，此处选择“边缘侧数据历史情况”；

步骤3：配置不同的查询条件，包括时间范围、所属项目、设备名称；

步骤4：获取数据库连接字符串，此处数据库指包括Oracle、SqlServer、MySql等的关系型数据库，其数据库连接字符串应包括服务器名称、服务器IP地址、数据库名称、用户以及密码等信息；

步骤5：解析数据库连接字符串，本发明通过解析数据库连接字符串，与特定数据库进行连接；

步骤6：判定是否与数据库通信成功；如果成功，进入步骤7，如果不成功，进行步骤14；

步骤7：启动查询策略编译器将查询条件编译为语义模型；

步骤8：通过语义模型库，对编译的语义模型进行检查；

步骤9：如果编译的语义模型正确，进入步骤10，如果不正确，进入步骤14；

步骤10：启动执行引擎，调用系统API，执行语义模型；

步骤11：连接的数据库进行数据查询；

步骤12：查询是否成功，如果成功，进入步骤13，如果不成功，进入步骤14；

步骤13：多维度图形化展示查询结果；

步骤14：系统日志记录操作过程以及结果；

如图3所示是本发明边缘侧数据实时监控的流程图，参见附图3，从图3可知，进行详细说明：

步骤1：开启多维度图形化界面；

步骤2：选择“监测边缘侧数据实时运转”；

步骤3：通过图形化界面，选择所需监测的边缘设备；

步骤4：通过通信协议库，对所选的边缘设备进行通信协议的匹配，应包括设备名称、设备类型、IP地址、协议规约等信息；

步骤5：判定通信协议是否正确；如果成功，进入步骤6，如果不成功，进行步骤12；

步骤6：边缘设备的实际运转数据进行转换适配，需要符合本发明的系统需要；

步骤7：获取数据库连接字符串，此处数据库指包括Oracle、SqlServer、MySql等的关系型数据库，其数据库连接字符串应包括服务器名称、服务器IP地址、数据库名称、用户以及密码等信息；

步骤8：解析数据库连接字符串，本发明通过解析数据库连接字符串，与特定数据库进行连接；

步骤9：判定是否与数据库通信成功；如果成功，进入步骤10，如果不成功，进行步骤12；

步骤10：启动执行引擎，调用系统API，保存边缘设备的实时运行数据；

步骤11：通过多维度图形化界面，监控设备的实时运转情况；

步骤12：系统日志记录操作过程以及结果；

以上内容阐述了一种面向边缘计算的信息监控系统的设计及实现方法。本发明作为工业环境中边缘层与云端平台层的纽带，本发明具有直观、易懂，关联查询方便的特点，可以大大减少相关查询的时间。，大大提高了制造过程的执行效率，从管理体系上缩短产品研制周期。

Claims (5)

1.一种面向边缘计算的信息监控系统，其特征在于，包括：

基础平台层，用于将系统与数据库连接并通信，同时与边缘设备进行通信协议匹配以及将边缘设备的实时运转数据进行转换匹配；

核心语义层，用于对查询条件进行编译并与预先设定好的语义模型进行比较判断，并执行查询条件命令；

业务功能层，用于查询业务；

多维度图形展示层，用于展示查询结果；

所述基础平台层包括：

通信协议库，用于对边缘设备进行通信协议匹配；

数据转换适配器，用于对边缘设备的实时运转数据进行转换匹配；

数据库接口，用于连接数据库并通信；

所述核心语义层包括：

查询策略编译器，用于将查询条件进行编译；

语义模型库，用于储存预先设定的语义模型，并检查经查询策略模块翻译过的查询条件是否符合语义模型；

执行引擎，用于执行语义模型，并将数据库中用户所需查询的数据存入缓存区。

2.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的信息监控系统，其特征在于，所述语义模型为所述信息监控系统中的数据结构，用于将用户所需查询条件转换成系统能辨识的数据结构并通过语义模型，传递给数据库。

3.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的信息监控系统，其特征在于，所述业务功能层包括：

边缘设备综合查询模块，用于查询和统计边缘设备信息；

边缘侧数据监控模块，用于浏览查询边缘设备实时运转数据以及历史数据；

警情查询及处理模块，用于查询设备的警情信息；

操作日志查询模块，用于查询用户操作日志信息。

4.一种面向边缘计算的信息监控方法，其特征在于，包括查询历史数据的方法，所述方法包括以下步骤：

1)用户根据需求，配置查询条件；

2)通过基础平台层中的数据库接口获取系统内的数据库连接字符串；

3)对系统内的数据库连接字符串进行解析；

4)当系统与数据库通信成功，则进入步骤5)，如果不成功，进行步骤12)；

5)查询策略编译器将查询条件编译为语义模型；

6)通过核心语义层中的语义模型库，查询策略编译器编译的语义模型；

7)如果编译后的语义模型的格式及含义正确，进入步骤8)，如果不正确，进入步骤12)；

8)利用核心语义层中的执行引擎，执行语义模型；

9)通过基础平台层中的数据库接口连接数据库对用户所需数据进行查询；

10)若查询成功，进入步骤11)，如果不成功，进入步骤12)；

11)将查询结果发送给多维度图形展示层进行展示；

12)系统日志记录操作过程以及结果。

5.根据权利要求4所述的一种面向边缘计算的信息监控方法，其特征在于，还包括监控实时数据的方法，所述方法包括以下步骤：

1)用户选择所需监测的边缘设备；

2)利用基础平台层中的通信协议库，将所选的边缘设备与通信协议库中的通信协议进行匹配；

3)当通信协议正确，进入步骤4)，否则，进行步骤10)；

4)将所选边缘设备的实时运转数据通过数据转换适配器进行转换适配；

5)通过基础平台层中的数据库接口获取系统内的数据库连接字符串；

6)对系统内的数据库连接字符串进行解析；

7)当系统与数据库通信成功，进入步骤8)，如果不成功，进行步骤10)；

8)利用核心语义层中的执行引擎，保存所选边缘设备的实时运转数据；

9)将所选边缘设备的实时运转数据发送给多维度图形展示层进行展示；

10)系统日志记录操作过程以及结果。

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