CN111970372A - 一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，通过为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；使设备端通信模块与指定种类的设备端进行通信，并将设备事件广播(或指定模块Name推送)给其他通信模块；数据端通信模块与指定的数据端服务通信，并将数据端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name推送)；其他通信模块订阅自己感兴趣的事件；基于模块化思想和事件循环结构将设备、云端、AI独立成单独的模块，具有极强的扩展性，可以在此架构基础上更进一步挖掘网关的边缘计算能力，具备分布式部署能力，允许对网关进行分布式部署。
Description
技术领域
本发明实施例涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统。
背景技术
万物互联时代正在到来，行业的数字化转型浪潮方兴未艾，制造、能源、公共事业、交通、健康、农业等行业正发生着巨大的变革。数字化转型的推动力来自以SDN(SoftwareDefined Network，软件定义网络)、物联网、AI(Artificial Intelligence，人工智能)为代表的先进ICT(Information and Communications Technology，信息与通信技术)技术的发展。
目前智慧工地应用的各类物联设备，包括人脸识别、环境监测、塔吊监控等，由于缺乏对应的通信协议标准，各厂家使用的通信协议、数据格式均差异较大。而工地项目的施工方、建设方、监管方(以下统称为需求方)对于这些硬件设备，均有不同程度的数据上传和远程控制的需求。因此需要将硬件本身的协议和数据格式和需求方所用平台的协议和数据格式进行转换，这就是智慧工地综合网关的由来。
目前已有的同类技术方案中，如图1中所示，智慧工地综合网关一般类似于路由器，部署于网络域，作为独立的硬件设备。各设备通过支持的网络协议接入网关，网关聚合设备数据并上传到设置好的云端。但是已有的技术方案存在如下技术缺陷：
1.网关仅仅对在网络域进行了整合上传，没有更进一步挖掘数据的使用，因此缺乏数据域、应用域的边缘计算能力；
2.网关缺乏多云端支持，同一条设备数据无法发送给复数个云端；
3.网关不支持云端远程控制，即将数据流反向从云端传输到设备；
4.网关不支持分布式部署，可靠性和接入设备的数量受到限制。
发明内容
本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，用以解决现有技术中智慧工地物联网关与复数个设备和复数个云端服务同时通信的问题，支持分布式部署和自组网部署，提高网关的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关通信方法，包括：
为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块接收第一事件信息并进行广播，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态。
作为优选的，所述数据端包括云端，所述应用端包括人工智能AI端。
作为优选的，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，具体包括：
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块广播所述第二事件信息，所述设备端通信模块基于预设第二发布订阅模型接收所述第二事件信息，并发送至对应同种类设备；或
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块将所述第二事件信息推送至指定的设备端通信模块，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备；所述第二事件信息中包括有用于标识推送至指定的所述设备端通信模块的特殊标识，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块可识别所述特殊标识。
作为优选的，还包括：
基于边缘端实际拥有的设备端，动态新增或删减设备端对应的模块：
动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；和/或
动态新增或删减数据端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块。
作为优选的，动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，具体包括：
设备端状态变更时生成第三事件信息，并将所述第三事件信息推送至设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，以供设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块对设备端状态变更作出响应；设备端状态变更包括增删设备端或修改设备端配置；
基于UpStream配置，动态增删与设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；
若判断获知第一同种类设备全部关闭，则关闭所述第一同种类设备对应的所述设备端通信模块。
作为优选的，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块采用异步通讯模型，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块中包括一个消息队列，外部对所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块的调用事件被抽象为消息并顺序投放至所述消息队列的尾部；所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块持续从消息队列头部取出消息，并根据消息的类型标识将消息路由到对应的处理函数中。
作为优选的，还包括：
将单个物联网网关注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址；
若判断获知服务实例在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
第二方面，本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关，包括模块管理器，所述模块管理器用于为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块用于接收第一事件信息并进行广播，接收第二事件信息并发送至对应的同种类设备；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块用于基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息。
作为优选的，还包括注册中心通信模块；所述注册中心通信模块用于将模块管理器注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址，并接收所述模块管理器在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
第三方面，本发明实施例提供一种智慧工地物联网系统，包括如本发明第二方面实施例所述的智慧工地物联网网关。
本发明实施例提供的一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，通过为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；使设备端通信模块与指定种类的设备端进行通信，并将设备事件广播(或指定模块Name推送)给其他通信模块；数据端通信模块与指定的数据端服务通信，并将数据端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name推送)；其他通信模块订阅自己感兴趣的事件；拥有极强的扩展能力，可以根据需求动态增加任意多的硬件设备，或任意多的目标端，也可以根据需求增加AI计算模块，可以在运行时热加载/关闭对应的模块而无需重启服务；支持分布式多节点部署，可以应对设备数极多超出硬件负载的情况；在软件架构层面上解决智慧工地物联网关与复数个设备和复数个云端服务同时通信的问题，并基于模块化思想和事件循环结构将设备、云端、AI都独立成单独的模块，具有极强的扩展性，可以在此架构基础上更进一步挖掘网关的边缘计算能力，同时，提供了分布式部署方案，允许对网关进行分布式部署。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为现有技术中智慧工地综合网关示意图；
图2为根据本发明实施例的物联网网关通信方法应用场景示意图；
图3为根据本发明实施例的物联网网关通信方法示意图；
图4为根据本发明实施例的物联网网关通信方法实例；
图5为根据本发明实施例的物联网网关通信方法进行分布式扩展示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
现有技术中，工地物联网关一般类似于路由器，部署于网络域，作为独立的硬件设备。各设备通过支持的网络协议接入网关，网关聚合设备数据并上传到设置好的云端。但是其仅仅对在网络域进行了整合上传，没有更进一步挖掘数据的使用，因此缺乏数据域、应用域的边缘计算能力；网关缺乏多云端支持，同一条设备数据无法发送给复数个云端；网关不支持云端远程控制，即将数据流反向从云端传输到设备；网关不支持分布式部署，可靠性和接入设备的数量受到限制。
因此，本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，实现任意多设备与任意多云端的双向通信能力，并能提供一定的设备数据边缘计算支持。同时，支持分布式部署和自组网部署，能有效解决接入负载问题并提高网关的可靠性以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
边缘计算成为智能社会实现的关键。边缘计算联盟(Edge ComputingConsortium，ECC)针对边缘计算，定义了四个领域：设备域(感知与控制层)、网络域(连接和网络层)、数据域(存储和服务层)、应用域(业务和智能层)。这四个“层域”就是边缘计算的计算对象。
图2为一个实施例中智慧工地物联网网关通信方法的应用环境图。参照图2，该智慧工地物联网网关通信方法应用于智慧工地物联网网关系统。该智慧工地物联网网关系统包括设备端110、网络端120、数据端130和应用端140。设备端110、数据端130和应用端140分别与网络端120通过通信连接。设备端110为向数据端130和应用端140传输数据的数据源，同时也是操作命令的受体，设备端110包括监控视频、环境监测仪、塔吊传感器。同一类设备提供类似的数据，并支持类似的操作。数据端130包括云端，云端被视为接受数据的远程服务器，同时也是对设备操作命令下发的来源。网络端120即为网关，即设备端/云端进行通信的逻辑抽象为一个模块。应用端140可为AI端，用于更进一步挖掘数据的使用；设备端110、网络端120、数据端130和应用端140均可单独用于执行本申请实施例中提供的智慧工地物联网网关通信方法。设备端110、网络端120、数据端130和应用端140也可协同用于执行本申请实施例中提供的智慧工地物联网网关通信方法。
在一个实施例中，如图3中所示，本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，包括：
为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块接收第一事件信息并进行广播，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态。
事件是指系统硬件或软件的状态出现任何重大改变。事件与事件通知不同，后者是指系统发送的消息或通知，用于告知系统的其他部分有相应的事件发生。而事件的来源可以是内部或外部输入。事件可以来自用户(例如点击鼠标或按键)、外部源(例如传感器输出)或系统(例如加载程序)。
事件驱动架构由事件发起者和事件使用者组成。事件的发起者会检测或感知事件，并以消息的形式来表示事件。它并不知道事件的使用者或事件引起的结果。
检测到事件后，系统会通过事件通道从事件发起者传输给事件使用者，而事件处理平台则会在该通道中以异步方式处理事件。事件发生时，需要通知事件使用者。他们可能会处理事件，也可能只是受事件的影响。
事件处理平台将对事件做出正确响应，并将活动下发给相应的事件使用者。通过这种下发活动，我们就可以看到事件的结果。
具体的，在本实施例中，所述数据端包括云端，所述应用端包括人工智能AI端。
设备端(device)。设备端被视为向云端传输数据的数据源，同时也是云端操作命令的受体，设备包含以下主要属性：
设备端在本发明实施例系统里的唯一标识ID，不可重复；设备类型Type，即常规意义下对设备用途的划分，如监控视频、环境监测仪、塔吊传感器等。同一类设备提供类似的数据，并支持类似的操作；设备品牌Brand。即设备生产厂商的标识，如监控视频的品牌；设备驱动Driver，即使是同一品牌的设备，接入方式也会随着对应固件版本的升级而有所变化，本实施例将不兼容的接入方式抽象为不同的驱动；设备序列号(SerialNumber，SN)，厂商对硬件设备的唯一标识，设备使用该标识与网关通信。本实施例中同一品牌下设备的SN不可能重复；接入方式ConnType，通过上文分析可知，设备接入网关，主要分为直接连接和通过厂商平台转发两种方式；在线状态Online，设备分为在线和离线两个状态；但是由于网络通信的不可靠性，这个状态必须靠设备心跳事件来确认；上级域UpStream，即需要与设备端通信的云端，可以有多个。
云端Cloud被视为接受数据的远程服务器，同时也是对设备端操作命令下发的来源。本实施例中将设备端和云端的交互抽象成两个主要概念：
消息Message，即设备端产生的数据。设备端除了正常的业务数据外，也包含各类错误信息。比如人脸识别设备，可以产生人脸识别结果消息，也可以产生设备报错消息。
命令Command，即云端对设备的远程操作，同一类设备端支持的操作也应该类似，比如门禁设备都支持远程开关门，喷淋类设备都支持远程开关等。
在设备端和云端两个概念的基础上，本实施例将网关真正与设备端/云端进行通信的逻辑抽象为一个模块，模块可以视为一个接口(interface)，必须实现以下方法(method)：
1、模块的唯一标识name()，设备通信模块的名字由设备的Type-Brand-Driver组合而成；云端通信模块的名字是云端服务的唯一标识；AI模块或者其他模块的名字可以随意定义，只要保证所有模块的名字不重复；
2、模块初始化的回调onInit()；
3、启动模块run()；
4、关闭模块之前的回调onClose()；
5、通知模块事件发生emit(event)。
在本实施例中，为每一种类设备端配置一个设备端通信模块，其中不同种类的设备端的设备端通信模块不同，且具有唯一标识；该设备端通信模块至于对应同一种类设备端进行通信，如环境监测设备通信模块只与环境监测设备端通信，喷淋设备通信模块只与喷淋设备通信；同样的，为每一个云端配置一个云端通信模块，每个云端通信模块具备唯一标识，为每个AI端配置一个AI通信模块，每个AI通信模块具备唯一标识。
模块管理器是一个全局单例，也是整个服务模块运行和消息转发的中枢。在网关初始化时，主线程加载配置并开启一个单独的线程(或者协程)监控配置变化，随后创建模块管理器。模块管理器根据配置创建各类通信模块(设备、云端、AI等)，并调用onInit进行初始化，随后调用run启动事件循环，一般而言，各通信模块运行在单独的线程(或协程)里。
设备端模块与指定种类的设备端进行通信，并将设备事件通过模块管理器广播(或指定模块Name推送)给其他模块；云端模块与指定的云端服务通信，并将云端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name的推送)。其他模块订阅自己感兴趣的事件，注册回调函数。
如图3中所示，主线程初始化并加载配置，创建全局单服务实例，模块管理器根据配置创建设备通信模块、云端通信模块和AI通信模块；每个设备通信模块接收对应设备端的数据或状态信息，并进行广播，同事转发其他模块发送至本设备通信模块接收对应设备端的命令；云端通信模块和AI通信模块预先根据兴趣订阅各设备端或设备通信模块的消息(数据或状态信息)，并将感兴趣的消息转发至对应的云端或AI端；云端通信模块同时接收云端的命令并进行广播，AI通信模块接收AI端的命令并进行广播；模块管理器协调命令的转发至对应的通信模块；命名中也可以通过特殊字符发送给指定的模块。
如图4中所示，假设现在服务已经正常启动，某厂家的环境监测设备通信模块接收到环境监测设备传来的环境数据。那么首先第一步环境监测设备通信模块向所有其他模块广播Event获取环境数据，云端通信模块和AI通信模块都订阅了此事件。云端通信模块负责将环境数据实时上传到云端，AI通信模块负责将环境数据实时上传到AI端，AI端则根据边缘计算规则计算空气污染指数。如果AI端计算发现空气污染指数超标，则发出Command打开喷淋设备。模块管理器将命令转发给喷淋设备通信模块，喷淋设备通信模块与喷淋设备通信传达命令，并将喷淋设备反馈的喷淋设备已打开的消息再转发给云端通信模块。云端通信模块将喷淋设备的状态同步到云端服务中。同样，打开喷淋设备的命令也可以由云端下发，云端通信模块将命令通过模块管理器转发到喷淋通信模块中。
在一个实施例中，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块采用异步通讯模型，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块中包括一个消息队列，外部对所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块的调用事件被抽象为消息并顺序投放至所述消息队列的尾部；所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块持续从消息队列头部取出消息，并根据消息的类型标识将消息路由到对应的处理函数中。
具体的，模块run的核心逻辑是一个事件循环(Event Loop)。上文中我们已经将设备与云端的通信抽象成Message和Command两个概念，而Event Loop中的Event是一个更抽象的专业术语，Message和Command都可以视为一种Event。假设模块中有一个消息队列(Message Queue)，所有外部对模块的调用被抽象成一个一个的消息，直接顺序投放到消息队列尾部。模块的主逻辑是一个死循环，其伪代码如下：
While(not exit){
Event＝dequeue(mq)
Dispatch(Event)
}
在没有明确结束之前，事件循环持续从消息队列头部取出消息，并根据消息的类型标识将其路由到对应的处理函数中。emit(event)方法用于模块间通信，即将消息投放到本模块的消息队列中，等待事件循环处理。显然这里使用的通信模型是异步通讯(Asynchronous Communication)。
一般而言，onInit中需要初始化模块，并注册模块感兴趣的事件到事件循环中(即发布-订阅模型)；onClose用来清理资源，结束通信。
在一个实施例中，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，具体包括：
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块广播所述第二事件信息，所述设备端通信模块基于预设第二发布订阅模型接收所述第二事件信息，并发送至对应同种类设备；或
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块将所述第二事件信息推送至指定的设备端通信模块，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备；所述第二事件信息中包括有用于标识推送至指定的所述设备端通信模块的特殊标识，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块可识别所述特殊标识。
具体的，模块管理将命令转发给喷淋设备通信模块，后者与喷淋设备通信传达命令，并将喷淋设备反馈的喷淋设备已打开的消息再转发给云端通信模块。云端通信模块将喷淋设备的状态同步到云端服务中。同样，打开喷淋设备的命令也可以由云端下发，云端通信模块将命令通过模块管理器转发到喷淋设备通信模块中。云端通信模块与指定的云端服务通信，并将云端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name的推送)，其他模块订阅自己感兴趣的事件，注册回调函数。
在一个实施例中，还包括：
基于边缘端实际拥有的设备端，动态新增或删减设备端对应的模块：
动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；和/或
动态新增或删减数据端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块。
具体的，模块管理器(Module Manager)，用来管理这些模块的生命周期。网关根据边缘端实际拥有的设备，动态地创建或销毁设备(或者云端)对应的模块。
设备管理可以通过配置文件进行，也可以通过某个云端进行。在本实施例中将设备端相关的事件抽象为三类：
1、新增设备云端或者配置文件中新增了一个设备；
2、修改设备配置，云端或者配置文件中某个设备的配置被修改；
3、移除设备，云端或者配置文件中移除了某个设备。
所有的设备相关模块，都要订阅这三个事件，并对设备端的变更作出响应。如果设备对应的模块不存在，事件发起模块还要通过模块管理器创建对应的服务模块。
在一个实施例中，动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，具体包括：
设备端状态变更时生成第三事件信息，并将所述第三事件信息推送至设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，以供设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块对设备端状态变更作出响应；设备端状态变更包括增删设备端或修改设备端配置；
基于UpStream配置，动态增删与设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；
若判断获知第一同种类设备全部关闭，则关闭所述第一同种类设备对应的所述设备端通信模块。
具体的，根据设备UpStream配置，模块管理器也可以动态的增删改相关的云端模块。同样，当某个设备通信模块最后一台设备被关闭后，服务模块也会自动关闭以节省资源。
通过上述抽象架构，网关就可以接入任意多的设备种类和任意多的云端服务了。
在一个实施例中，还包括：
将单个物联网网关注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址；
若判断获知服务实例在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
如图5中所示，本架构的分布式扩展：如果需要接入的设备数过多，单个物联网关服务可能无法满足负载需求，此时就要对网关服务进行分布式部署。由于所有模块的通信中介是模块管理器，因此分布式部署和单机部署的最大区别在于：单机部署时模块管理器仅仅需要在内存中查找模块，而分布式情况下则需要考虑其他服务中运行的模块。因此，在分布式场景下，引入独立的注册中心(如zookeeper)用来存储服务实例的注册地址。注册中心通信模块在启动后，首先注册本服务的实例，模块管理器在运行中将所有需要分布式处理的事件消息都转发给该模块，后者将事件广播给其他服务实例。实现任意多设备与任意多云端的双向通信能力，并能提供一定的设备数据边缘计算支持。同时，支持分布式部署和自组网部署，能有效解决接入负载问题并提高网关的可靠性。
如果网关在边缘端局域网环境下，使用注册中心的硬件成本较高，改为使用UDP组播的方式进行组网，模块管理器在发送消息时直接使用组播。
为了同时兼容这两种组网方式，这里分别将组播和注册中心通信写成两个独立的模块，然后根据配置进行选择性加载。如果两个模块都不加载，网关就是普通的单机运行模式。
本发明实施例提供一种智慧工地物联网网关，基于上述各实施例中的物联网网关通信方法，包括模块管理器，所述模块管理器用于为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块用于接收第一事件信息并进行广播，接收第二事件信息并发送至对应的同种类设备；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块用于基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息。
在本实施例中，所述数据端包括云端，所述应用端包括人工智能AI端。
设备端(device)。设备端被视为向云端传输数据的数据源，同时也是云端操作命令的受体，设备包含以下主要属性：
设备端在本发明实施例系统里的唯一标识ID，不可重复；设备类型Type，即常规意义下对设备用途的划分，如监控视频、环境监测仪、塔吊传感器等。同一类设备提供类似的数据，并支持类似的操作；设备品牌Brand。即设备生产厂商的标识，如监控视频的品牌；设备驱动Driver，即使是同一品牌的设备，接入方式也会随着对应固件版本的升级而有所变化，本实施例将不兼容的接入方式抽象为不同的驱动；设备序列号(SerialNumber，SN)，厂商对硬件设备的唯一标识，设备使用该标识与网关通信。本实施例中同一品牌下设备的SN不可能重复；接入方式ConnType，通过上文分析可知，设备接入网关，主要分为直接连接和通过厂商平台转发两种方式；在线状态Online，设备分为在线和离线两个状态；但是由于网络通信的不可靠性，这个状态必须靠设备心跳事件来确认；上级域UpStream，即需要与设备端通信的云端，可以有多个。
云端Cloud被视为接受数据的远程服务器，同时也是对设备端操作命令下发的来源。本实施例中将设备端和云端的交互抽象成两个主要概念：
消息Message，即设备端产生的数据。设备端除了正常的业务数据外，也包含各类错误信息。比如人脸识别设备，可以产生人脸识别结果消息，也可以产生设备报错消息。
命令Command，即云端对设备的远程操作，同一类设备端支持的操作也应该类似，比如门禁设备都支持远程开关门，喷淋类设备都支持远程开关等。
在设备端和云端两个概念的基础上，本实施例将网关真正与设备端/云端进行通信的逻辑抽象为一个模块，模块可以视为一个接口(interface)，必须实现以下方法(method)：
1、模块的唯一标识name()，设备通信模块的名字由设备的Type-Brand-Driver组合而成；云端通信模块的名字是云端服务的唯一标识；AI模块或者其他模块的名字可以随意定义，只要保证所有模块的名字不重复；
2、模块初始化的回调onInit()；
3、启动模块run()；
4、关闭模块之前的回调onClose()；
5、通知模块事件发生emit(event)。
在本实施例中，为每一种类设备端配置一个设备端通信模块，其中不同种类的设备端的设备端通信模块不同，且具有唯一标识；该设备端通信模块至于对应同一种类设备端进行通信，如环境监测设备通信模块只与环境监测设备端通信，喷淋设备通信模块只与喷淋设备通信；同样的，为每一个云端配置一个云端通信模块，每个云端通信模块具备唯一标识，为每个AI端配置一个AI通信模块，每个AI通信模块具备唯一标识。
模块管理器是一个全局单例，也是整个服务模块运行和消息转发的中枢。在网关初始化时，主线程加载配置并开启一个单独的线程(或者协程)监控配置变化，随后创建模块管理器。模块管理器根据配置创建各类通信模块(设备、云端、AI等)，并调用onInit进行初始化，随后调用run启动事件循环，一般而言，各通信模块运行在单独的线程(或协程)里。
设备端模块与指定种类的设备端进行通信，并将设备事件通过模块管理器广播(或指定模块Name推送)给其他模块；云端模块与指定的云端服务通信，并将云端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name的推送)。其他模块订阅自己感兴趣的事件，注册回调函数。
假设现在服务已经正常启动，某厂家的环境监测设备通信模块接收到环境监测设备传来的环境数据。那么首先第一步环境监测设备通信模块向所有其他模块广播Event获取环境数据，云端通信模块和AI通信模块都订阅了此事件。云端通信模块负责将环境数据实时上传到云端，AI通信模块负责将环境数据实时上传到AI端，AI端则根据边缘计算规则计算空气污染指数。如果AI端计算发现空气污染指数超标，则发出Command打开喷淋设备。模块管理器将命令转发给喷淋设备通信模块，喷淋设备通信模块与喷淋设备通信传达命令，并将喷淋设备反馈的喷淋设备已打开的消息再转发给云端通信模块。云端通信模块将喷淋设备的状态同步到云端服务中。同样，打开喷淋设备的命令也可以由云端下发，云端通信模块将命令通过模块管理器转发到喷淋通信模块中。
在一个实施例中，还包括注册中心通信模块；所述注册中心通信模块用于将模块管理器注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址，并接收所述模块管理器在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
本架构的分布式扩展：如果需要接入的设备数过多，单个物联网关服务可能无法满足负载需求，此时就要对网关服务进行分布式部署。由于所有模块的通信中介是模块管理器，因此分布式部署和单机部署的最大区别在于：单机部署时模块管理器仅仅需要在内存中查找模块，而分布式情况下则需要考虑其他服务中运行的模块。因此，在分布式场景下，引入独立的注册中心(如zookeeper)用来存储服务实例的注册地址。注册中心通信模块在启动后，首先注册本服务的实例，模块管理器在运行中将所有需要分布式处理的事件消息都转发给该模块，后者将事件广播给其他服务实例。实现任意多设备与任意多云端的双向通信能力，并能提供一定的设备数据边缘计算支持。同时，支持分布式部署和自组网部署，能有效解决接入负载问题并提高网关的可靠性。
如果网关在边缘端局域网环境下，使用注册中心的硬件成本较高，改为使用UDP组播的方式进行组网，模块管理器在发送消息时直接使用组播。
为了同时兼容这两种组网方式，这里分别将组播和注册中心通信写成两个独立的模块，然后根据配置进行选择性加载。如果两个模块都不加载，网关就是普通的单机运行模式。
基于相同的构思，本发明实施例提供一种智慧工地物联网系统，包括如本发明第二方面实施例所述的智慧工地物联网网关。
基于相同的构思，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由主控设备执行，以控制主控设备用以实现如上述各实施例所述物联网网关通信方法的步骤。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种计算机程序，当该计算机程序被主控设备执行时，用以实现上述方法实施例。
所述程序可以全部或者部分存储在与处理器封装在一起的存储介质上，也可以部分或者全部存储在不与处理器封装在一起的存储器上。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种处理器，该处理器用以实现上述方法实施例。上述处理器可以为芯片。
综上所述，本发明实施例提供的一种智慧工地物联网网关通信方法、网关和系统，通过为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；使设备端通信模块与指定种类的设备端进行通信，并将设备事件广播(或指定模块Name推送)给其他通信模块；数据端通信模块与指定的数据端服务通信，并将数据端命令通过模块管理器进行广播(或指定模块Name推送)；其他通信模块订阅自己感兴趣的事件；拥有极强的扩展能力，可以根据需求动态增加任意多的硬件设备，或任意多的目标端，也可以根据需求增加AI计算模块，可以在运行时热加载/关闭对应的模块而无需重启服务；支持分布式多节点部署，可以应对设备数极多超出硬件负载的情况；在软件架构层面上解决智慧工地物联网关与复数个设备和复数个云端服务同时通信的问题，并基于模块化思想和事件循环结构将设备、云端、AI都独立成单独的模块，具有极强的扩展性，可以在此架构基础上更进一步挖掘网关的边缘计算能力，同时，提供了分布式部署方案，允许对网关进行分布式部署。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，包括：
为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块接收第一事件信息并进行广播，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态。
2.根据权利要求1所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，所述数据端包括云端，所述应用端包括人工智能AI端。
3.根据权利要求1所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备，具体包括：
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块广播所述第二事件信息，所述设备端通信模块基于预设第二发布订阅模型接收所述第二事件信息，并发送至对应同种类设备；或
数据端和/或应用端发送第二事件信息至所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块将所述第二事件信息推送至指定的设备端通信模块，所述设备端通信模块将所述第二事件信息发送至对应同种类设备；所述第二事件信息中包括有用于标识推送至指定的所述设备端通信模块的特殊标识，所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块可识别所述特殊标识。
4.根据权利要求1所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，还包括：
基于边缘端实际拥有的设备端，动态新增或删减设备端对应的模块：
动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；和/或
动态新增或删减数据端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块。
5.根据权利要求4所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，动态新增或删减设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，具体包括：
设备端状态变更时生成第三事件信息，并将所述第三事件信息推送至设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块，以供设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块对设备端状态变更作出响应；设备端状态变更包括增删设备端或修改设备端配置；
基于UpStream配置，动态增删与设备端对应的设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块；
若判断获知第一同种类设备全部关闭，则关闭所述第一同种类设备对应的所述设备端通信模块。
6.根据权利要求1所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块采用异步通讯模型，所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块中包括一个消息队列，外部对所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块的调用事件被抽象为消息并顺序投放至所述消息队列的尾部；所述设备端通信模块和/或数据端通信模块和/或应用端通信模块持续从消息队列头部取出消息，并根据消息的类型标识将消息路由到对应的处理函数中。
7.根据权利要求1所述的智慧工地物联网网关通信方法，其特征在于，还包括：
将单个物联网网关注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址；
若判断获知服务实例在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
8.一种智慧工地物联网网关，其特征在于，包括模块管理器，所述模块管理器用于为每一同种类设备端配置一个设备端通信模块，为每一个数据端配置一个数据端通信模块，为每一个应用端配置一个应用端通信模块；
所述设备端通信模块用于接收第一事件信息并进行广播，接收第二事件信息并发送至对应的同种类设备；所述第一事件信息包括同种类设备上传的数据和同种类设备的工作状态，所述第二事件信息用于控制同种类设备的工作状态；
所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块用于基于预设第一发布/订阅模型将所述第一事件信息发送至对应的数据端和/或应用端；所述数据端通信模块和/或所述应用端通信模块接收数据端和/或应用端发送的第二事件信息。
9.根据权利要求8所述的智慧工地物联网网关，其特征在于，还包括注册中心通信模块；所述注册中心通信模块用于将模块管理器注册为服务实例，存储所述服务实例的注册地址，并接收所述模块管理器在运行中需要分布式处理的事件消息，将所述事件消息发送至其他服务实例。
10.一种智慧工地物联网系统，其特征在于，如权利要求8至9任一所述的智慧工地物联网网关。
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