CN111478960A - 一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，包括边缘设备模块、数据预处理模块和边缘计算模块，边缘设备模块通过以太网或串口与数据预处理模块连接，数据预处理模块与边缘计算模块连接，边缘设备模块通过连接以太网和串口向数据预处理模块发送数据，数据预处理模块检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，随后将预处理后的数据传送给边缘计算模块，所述边缘计算模块先将接收到的数据进行解包和提取数据，再将提取出的数据进行打包，通过其中的云端服务器接入单元上传至云端服务器。本发明实现了对大量的不同协议数据的集中采集和处理，极大提高了数据向云端的传输速度，同时减轻了大量数据传输给云端的压力。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，属于数据采集和数据处理领域。
背景技术
边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开发平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。
边缘计算是一种新型计算模式，通过在靠近物或数据源头的网络边缘侧，为应用提供融合计算、存储和网络等资源。同时，边缘计算也是一种使能技术，通过在网络边缘提供这些资源，满足行业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，通过在网络边缘提供融合计算、存储和网络等资源，满足行业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，包含边缘设备模块、数据预处理模块和边缘计算模块，所述边缘设备模块通过以太网或串口与数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与边缘计算模块连接，所述边缘设备模块通过连接以太网或串口向数据预处理模块发送数据，所述数据预处理模块检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，消除数据中重复的部分并消除乱码，还原调制以前的数据，随后将预处理后的数据传送给边缘计算模块，所述边缘计算模块先将接收到的数据进行解包和提取数据，再将提取出的数据进行打包，通过所述边缘计算模块中的云端服务器接入单元上传至云端服务器。
优选地，所述边缘设备模块包括实时控制单元和数据变量管理单元，两者结合对数据进行实时管控。
优选地，所述实时控制单元放置在边缘侧进行对数据定时采样，所述数据变量管理单元对数据绑定的变量进行管理，选取变量的存储方式。
优选地，所述边缘设备模块通过多种形式的通信协议和通信协议所需要的串口将数据发送给数据预处理模块。
优选地，所述数据预处理模块包括信道测试功能单元和数据解调单元，所述数据预处理模块通过信道测试功能单元测试信道的状态，获得通道上行和下行数据的通信误码率。
优选地，所述数据解调单元将接收的数据中的乱码和重复部分去除，提取出调制以前的数据信号，再将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算模块进行边缘计算。
优选地，所述边缘计算模块包括通信适配单元、协议转换单元、边缘分析单元、数据处理单元和云端服务器接入单元，所述边缘计算模块通过通信适配单元接收数据预处理单元传输的信号，所述边缘分析单元和所述数据处理单元依次对接收到的数据进行处理和加工，并提取有用信息，之后所述协议转换单元进行不同协议数据的转换，所述云端服务器接入单元将处理好的数据送至云端服务器。
有益效果：本发明提供一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，通过边缘设备模块、数据预处理模块和边缘计算模块实现了对大量的不同协议数据的集中采集和处理，极大提高了数据向云端的传输速度，同时减轻了大量数据传输给云端的压力。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为相干解调器的一般模型；
图3为包络检波器示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，包含边缘设备模块、数据预处理模块和边缘计算模块，所述边缘设备模块通过以太网或串口与数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与边缘计算模块连接，所述边缘设备模块通过连接以太网或串口向数据预处理模块发送数据，所述数据预处理模块检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，消除数据中重复的部分并消除乱码，还原调制以前的数据，随后将预处理后的数据传送给边缘计算模块，所述边缘计算模块先将接收到的数据进行解包和提取数据，再将提取出的数据进行打包，通过所述边缘计算模块中的云端服务器接入单元上传至云端服务器。
优选地，所述边缘设备模块包括实时控制单元和数据变量管理单元，两者结合对数据进行实时管控。
优选地，所述实时控制单元放置在边缘侧对数据进行定时采样，能够缩短延时时间，实现快速响应，为能更好的对大量数据进行处理，所述数据变量管理单元对数据绑定的变量进行管理，选取更为合适的方式对变量进行存储，从而减少内存浪费，以便于数据查找。
优选地，所述边缘设备模块通过多种形式的通信协议和通信协议所需要的串口将数据发送给数据预处理模块。
优选地，所述数据预处理模块包括信道测试功能单元和数据解调单元，所述数据预处理模块通过信道测试功能单元测试信道的状态，获得通道上行和下行数据的通信误码率。
优选地，所述数据解调单元将接收的数据中的乱码和重复部分去除，提取出调制以前的数据信号，再将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算模块进行边缘计算。
对于编码信道，以二进制信道为例，此信道为“0”和“1”组成的，故编码信道对信号的影响体现在传输序列的变化，所以可以用转移概率描述编码信道的特性。建立二进制编码信道的模型，P(0/0)和P(1/1)表示正确的接收和发送，P(1/0)和P(0/1)表示两种错误的传输概率。由概率论的原理得出：P(0/0)＝1-P(1/0)；
p(1/1)＝1-P(0/1)，从而判断当前信道是否可用。
对于调制信道，以最简单的单输入单输出调制信道为例，其输入电压为ei(t)，输出电压为eo(t),两者关系如下：
eo(t)＝[ei(t)]+n(t)；
其中,n(t)为加性噪声，无论有无信号，该噪声始终存在。为了便于分析，通常假设f[ei(t)]＝k(t)i(t)，k(t)可视为对信号的乘性干扰，所以当没有信号输入时，也就没有乘性干扰。乘性干扰会使信号产生各种形式的失真，其中频率失真和相位失真为线性失真，可以通过添加线性网络进行补偿。
信号解调的方法主要有两种形式：
相干解调：硬件上主要通过相干解调器实现，如图2所示，为了无失真地恢复原信号，接收端需提供一个与接收已调载波严格同步的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，经过低通滤波器(LPF)滤除低频信号后，即可得到原始信号。
比如原始信号A与载频cos(ωt+θ)调制后得到信号Acos(ωt+θ),解调时引入相干(同频同相)的参考信号cos(ωy+θ)，则得到：cos(ωt+θ)cos(ωt+θ)，利用积化和差公式可以得到：
该信号通过低通滤波器(LPF)后，将高频谐波滤除，留下低频信号，在通过电容去除直流成分即可。
包络检波:主要通过包络检波器来实现功能，如图3所示，包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
假设原始信号为m(t),加入直流成分A，经调制后得到信号[m(t)+A]cosωct,选择RC满足
为调制信号的最高频率，fc为载波的频率。信号经检波器后，输出m(t)+A，经过电容去除直流成分得到原信号m(t)。
优选地，所述边缘计算模块包括通信适配单元、协议转换单元、边缘分析单元、数据处理单元和云端服务器接入单元，所述边缘计算模块通过通信适配单元接收数据预处理单元传输的信号，所述边缘分析单元和所述数据处理单元依次对接收到的数据进行处理和加工，并提取有用信息，之后所述协议转换单元进行不同协议数据的转换，所述云端服务器接入单元将处理好的数据送至云端服务器。
本发明中，所述通信适配单元主要实现数据预处理模块与边缘计算模块之间的软件接口，网络接口和根据网络协议提供各种协议接口，包括目前最通用的TCP/IP协议，CAN总线，MODBUS总线，HART协议等，必须包含用户所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口。
所述数据处理单元必先包含一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放，进而减小后续区域工作的负担。首先判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据，然后去除报文中其他数据，之后将整理好的数据先送给该单元内部的数据锁存区，以减小后续单元的处理数据的压力。
所述边缘分析单元同样必须包含一个数据缓冲区，由于同样的信息在不同通信协议下所形成的报文的数据端不同，因此必须要对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后送给该单元的数据锁存区。
所述协议转换单元也要包含数据缓冲区，在当前的转换完成后，再去除数据缓冲区中存放的数据，该单元主要对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装。主要依托于软件来实现功能，对需要打包的数据按照目标协议的报文格式添加地址、起始位、终止位、校验位等。
所述云端服务器接入单元的作用是将处理好的数据上传至云端服务器。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的两种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：包含边缘设备模块、数据预处理模块和边缘计算模块，所述边缘设备模块通过以太网或串口与数据预处理模块连接，所述数据预处理模块与边缘计算模块连接，所述边缘设备模块通过连接以太网或串口向数据预处理模块发送数据，所述数据预处理模块检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，消除数据中重复的部分并消除乱码，还原调制以前的数据，随后将预处理后的数据传送给边缘计算模块，所述边缘计算模块先将接收到的数据进行解包和提取数据，再将提取出的数据进行打包，通过所述边缘计算模块中的云端服务器接入单元上传至云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述边缘设备模块包括实时控制单元和数据变量管理单元，两者结合对数据进行实时管控。
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述实时控制单元放置在边缘侧对数据进行定时采样，所述数据变量管理单元对数据绑定的变量进行管理，选取变量的存储方式。
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述边缘设备模块通过多种形式的通信协议和通信协议所需要的串口将数据发送给数据预处理模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述数据预处理模块包括信道测试功能单元和数据解调单元，所述数据预处理模块通过信道测试功能单元测试信道的状态，获得通道上行和下行数据的通信误码率。
6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述数据解调单元将接收的数据中的乱码和重复部分去除，提取出调制以前的数据信号，再将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算模块进行边缘计算。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的数据采集和边缘计算系统，其特征在于：所述边缘计算模块包括通信适配单元、协议转换单元、边缘分析单元、数据处理单元和云端服务器接入单元，所述边缘计算模块通过通信适配单元接收数据预处理单元传输的信号，所述边缘分析单元和所述数据处理单元依次对接收到的数据进行处理和加工，并提取有用信息，之后所述协议转换单元进行不同协议数据的转换，所述云端服务器接入单元将处理好的数据送至云端服务器。
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