CN112543179B - 一种路侧智能设备的统一兼容方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种路侧智能设备的统一兼容方法及系统，智能设备统一接入均衡器，均衡器接收智能设备发送的数据，通过识别码生成器，给每条数据附加一个唯一的数据头，然后按照任务调度规则将数据协议分发到合适的协议适配器，通过规则生成器，由协议适配器将私有数据协议格式的数据按照适配规则转换成统一协议，并发送到中心管理系统，中心管理系统将接收到数据进行处理，并将应答数据反向回传协议适配器，由协议适配器转换成私有协议格式，发往对应的智能设备，从而实现中心管理系统对智能设备的统一兼容管理。本发明所述的方法及系统具有通用性好、接入速度快、稳定性强，能满足未来海量智能设备的接入需求。

Description

一种路侧智能设备的统一兼容方法及系统

技术领域

本发明属于物联网领域，特别涉及一种路侧智能设备的统一兼容方法及系统。

背景技术

随着物联网、车联网技术的逐渐普及，万物互联概念的提出，在智能交通车路协同、自动驾驶应用场景中，存在着诸多异构的路侧智能设备，这些智能设备采用不同的数据协议与中心系统进行数据交换。中心系统和智能设备，按照预定的协议格式进行解析，得到协议中的数据信息。

不同的智能设备通讯数据协议格式约定有诸多不同，例如协议的起止符号、数据类型、数据格式、数据长度等等。系统的开发者常常面临多种不同智能设备通讯协议的兼容、同类智能设备不同版本数据协议的兼容、协议变动后的适配等问题。

现有技术公开了一种兼容多种前端智能设备的中心系统，参考图1，该中心系统在进行智能设备兼容时，每新增一种智能设备，就需要开发一个新的数据协议解析模块，进行不同类型数据协议的解析，同时，中心系统也需要根据不同的智能设备，对功能进行相应的调整。协议解析模块可以将中心管理系统的业务数据解析成前端智能设备够理解的数据协议。同时，也将前端智能设备的应答数据解析成中心系统对应的业务数据。

因此，在现有技术体系中，中心系统需要针对不同的智能设备设计不同的数据协议，针对不同的智能设备还需开发不同的协议解析模块，系统兼容性、扩展性都比较差，并且开发周期长，由此可见，这种接入方案存在着通用性差、接入速度慢、稳定性差，无法满足未来海量智能设备接入需求。在这个万物互联的时代，随着异构智能设备的增多，中心系统的兼容性要求也越来越高。为了提高系统的可用性，需要设计一种高效的数据协议兼容模式，提升工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种一定程度上实现系统中多种智能设备互联互通的路侧智能设备的统一兼容方法。

本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种实现上述方法的统一兼容系统。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种路侧智能设备的统一兼容方法，其特点是，该方法为，智能设备统一接入均衡器，均衡器接收智能设备发送的数据，通过识别码生成器，给该数据分配识别码，形成带有识别码的私有协议数据，

然后，按照任务调度规则将带有识别码的私有协议数据分发到协议适配器，通过规则生成器，由协议适配器将该私有协议数据按照适配规则转换成统一协议数据，并发送到中心管理系统，

中心管理系统将接收到统一协议数据进行处理，并将应答数据反向回传协议适配器，由协议适配器转换成私有协议格式，发往对应的智能设备，从而实现中心管理系统对智能设备的统一兼容管理。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述规则生成器的工作过程为，设计可视化的规则配置软件，建立统一协议数据对象与私有协议数据对象之间的转换关系，这种关系就是一种数学函数，是一种多对多的模式。统一协议与私有协议之间的配置完成后，形成多种规则，统称为规则集，每种私有数据协议与统一协议的转换都是双向的，对应两种规则集，所有已配置的规则形成规则池，配置规则时可以在规则池中选择。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述配置规则的方法为，通过分析统一协议数据对象和私有协议数据对象的类型、长度等因素，自动从规则池中进行匹配，推荐最相近的适配规则。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述统一协议的设计方法为，依据各类智能设备数据交换需求，归纳提取数据协议对象，并设计协议对象对应的数据结构，数据结构采用易扩展的数据头-数据体模式，数据头是数据的唯一标识，数据体描述数据的具体内容，包括：序号、对象、内容、类型、长度、范围、版本号等。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，该方法还提供一种基于时长平滑的任务调度规则，该任务调度规则为，首先以步长m循环统计协议适配器处理n条数据的时长，依据统计的时长排序，将数量为k的协议适配器解析能力分级，赋予协议适配器不同的权重δk，时长越短的权重越高，均衡器就依据权重的不同，依据任务对时间要求的不同，将待处理的数据发向不同的协议适配器。同时，协议适配器的权重δk，每间隔t时长调整一次，实现系统数据解析任务的动态调度。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，均衡器兼容不同种类的通讯方式，连接不同种类的智能设备，提供一种数据解析任务调度方法、一种全局唯一识别码的生成方法、一种智能设备的快速身份安全验证方法，一种协议数据存储方法。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述智能设备的快速身份安全验证方法为，新的智能设备连接均衡器，需要一个激活过程，智能设备向均衡器申请激活，发送身份认证请求报文，开始身份认证流程，均衡器依据这些信息，生成会话密钥，并发送给智能设备，均衡器缓存身份标识与会话密钥，作为后续信息交换的身份验证，如果设备断开重连时，首先，均衡器检索缓存，确定设备身份，如果检索不到，则设备需要重新进行激活。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述协议数据存储方法为，首先设计一种全局唯一数据头，数据头结构：SignID（4bits）+DeviceID（12bits）+SeqID（16 bits）+ DateID（16 bits），数据头唯一标识一条数据，在生命周期内不变，协议生命周期结束后，由均衡器以块的方式进行存储，查询者可以通过协议唯一标识，快速检索本协议生命周期过程。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种实现上述统一兼容方法的系统，其特点是，该系统包括智能设备、均衡器、协议适配器和中心管理系统，智能设备通过识别码生成器与均衡器实现数据交换，均衡器通过规则生成器与协议适配器实现数据交换，协议适配器通过统一协议与中心管理系统实现数据交换；

所述均衡器设有多个兼容不同种类通讯方式的通讯接口，均衡器和协议适配器内设置有若干功能模块；

所述功能模块包括数据解析任务调度模块、全局唯一识别码的生成模块、智能设备的快速身份安全验证模块以及协议数据存储模块。

与现有技术相比，本发明通过各类智能设备的私有通讯协议与适配器进行数据交换，均衡器通过适配规则与多种协议适配器连接，将以私有通讯协议格式的数据发送到对应的协议适配器；协议适配器通过统一协议与中心管理系统进行数据交换，即，利用适配规则完成统一协议与私有协议的双向转换，一种协议适配器具备一种或多种私有协议与统一数据协议的转换能力，这种能力可以根据系统需要动态配置，协议适配器在进行数据协议转换时，动态到规则生成器中拉取私有协议对应的规则集。对此，本发明所述的方法及系统为一种高效的数据协议兼容模式，具有通用性好、接入速度快、稳定性强的特点，能满足未来海量智能设备的接入需求，提高了系统的可用性，提升了工作效率。

附图说明

图1为现有智能设备接入方法的示意图；

图2为本发明所述智能设备接入方法的示意图；

图3为智能设备与中心管理系统数据交互流程图；

图4为智能设备安全认证流程图；

图5为规则集生成流程图；

图6为全局唯一识别码的生成流程图；

图7为适配规则示意图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以使本技术领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对本发明权利的限制。

参照图2，一种路侧智能设备的统一兼容方法，该方法为，智能设备统一接入均衡器，均衡器接收智能设备发送的数据，通过识别码生成器，给该数据分配全局唯一的识别码，形成带有识别码的私有协议数据，即给每条数据附加一个唯一的数据头，

然后，按照任务调度规则将带有识别码的私有协议数据分发到协议适配器，通过规则生成器，由协议适配器将该私有协议数据按照适配规则转换成统一协议数据，并发送到中心管理系统，

中心管理系统将接收到统一协议数据进行处理，并将应答数据反向回传协议适配器，由协议适配器转换成私有协议格式，发往对应的智能设备，从而实现中心管理系统对智能设备的统一兼容管理。

统一协议的实现，依据各类智能设备数据交换需求，归纳提取数据协议的对象类型，并设计数据协议对应的数据结构。数据结构采用可扩展的数据头-数据体设计模式，数据头是数据的唯一标识，数据头描述数据的具体内容，包括：序号、对象、内容、类型、长度、范围、版本号等数据。协议提包含多个数据对象。

本发明所述路侧智能设备的统一兼容方法的具体工作过程为，

参照图2，均衡器与智能设备和协议适配器连接。各种智能设备主动接入均衡器，均衡器进行身份验证，验证成功后，分配唯一识别码给对应的智能设备，并记录设备的连接状态，智能设备通过识别码就可以与中心管理系统进行数据交互。

参照图3，智能设备与均衡器物理层连接成功后，均衡器读取本地缓存智能设备缓存池，如果检索到设备身份认证数据，均衡器便将智能设备发送的数据转发到协议适配器进行处理；如果无法检索到设备认证数据，则发起智能设备身份安全认证流程。

智能设备发送的私有协议格式的数据由协议适配器依据规则，将其转换成统一协议格式的数据，发送到中心管理系统。中心管理系统将接收到数据进行处理，并将应答数据反向回传协议适配器，由协议适配器转换成私有协议格式，发往对应的智能设备。

参照图4，智能设备的快速身份安全验证方法流程如下：

Step1：智能设备通过蓝牙、LORA、Zigbee等通讯方式连入均衡器，并发送身份认证标识，请求开始身份认证，身份识别码由设备编号、类型、厂家等信息加密生成，通过是识别码生成器生成；

Step2：均衡器接收到智能设备的身份标识后，首先从合法设备缓存池中检索，如果检索成功，这证明已经认证通过，不需要进行重复验证；如果没有检索到信息，则将其添加到认证列表，并向智能设备发送身份认证开始的消息；

Step3：智能设备收到认证开始消息后回复认证消息，消息内容包括：初始随机数、时间戳和身份标识；

Step4：均衡器首先检查认证消息数据的有效性，如果无效，则返回认证失败消息；否则回复正确消息，包括：认证随机数、时间戳、身份标识和认证密文；

Step5： 智能设备检查消息有效后，利用初始随机数与认证随机数，通过识别码生成器验证认证密文，如果验证失败，则智能设备对均衡器的身份认证失败，智能设备断开连接；如果验证成功，证明均衡器身份正确，发送应答消息，包括：应答随机数、时间戳、身份标识和应答密文；

Step6：智能设备验证时间戳有效性后，利用应答随机数和认证随机数，通过识别码生成器验证应答密文，如果验证失败，则说明智能设备不是合法节点，均衡器断开智能设备的连接；否则，证明智能设备身份认证成功，至此均衡器与智能设备双向认证成功，均衡器利用应答随机数与认证随机数，通过识别码生成器生成会话密钥，将智能设备身份标识与会话密钥添加到合法设备缓存池。最后，向智能设备发送身份认证成功的消息；

Step7：智能设备收到认证成功的消息后，利用应答随机数和认证随机数，通过识别码生成器生成会话密钥；

Step8：均衡器和智能设备快速身份认证流程结束，可以进行数据交换。

参照图3，数据交换的发起方为每一条数据向识别码生成器申请一个全局唯一的数据头，也就是识别码，数据的数据头在系统各功能层间进行流转时保持不变，每个功能模块将修改后的数据头进行替换，并发送到下一个功能模块。

参照图3，均衡器维护一个通讯协议数据缓存空间，记录所有数据的内容，包含数据头和数据体，并以数据头为唯一标识进行记录。在协议生命周期结束后，由均衡器统一持久化到存储设备，相同数据头的数据存储到同一个文件中。

均衡器数据持久化方式有两种：方式一：以一定的时间间隔进行持久化，例如，每隔t时间，便将缓存中的数据协议保存到存储设备；方式二：以固定容量大小的方式进行持久化，例如，当缓存的数据容量>10M时，便将缓存中的数据保存到存储设备。

参照图5，识别码生成器为系统内所有需要生成唯一身份信息的功能模块提供服务，包括通讯协议数据的数据头、智能设备的唯一身份编码等，都认作一种识别码，具体的申请流程如下：

Step1：由申请器发起注册流程，申请器代表需要获取识别码的功能模块，例如均衡器、协议适配器等；

Step2：识别码生成器对申请器身份验证通过后，返回注册成功的信息；

Step3：申请器配置识别码生成规则，并发送到识别码生成器；

Step4：识别码生成器依据规则，自动、批量生成识别码资源，并推送给申请器，申请器缓存识别码，并实时返回识别码消耗状态，由识别码生成器依据规则实时生成补充。

参照图3，均衡器依据调度规则将智能设备的私有协议发送到对应的协议适配器，调度规则是一种基于任务时长平滑的调度方法，该方法流程如下：

首先，以步长m循环统计协议适配器处理n条协议的时长，对各协议适配器的时长进行排序，依据处理时长，将数量为k的协议适配器分级，从而赋予服务器不同的权重，时长越短的权重越高；

其次，均衡器依据协议适配器权重的不同，将待处理协议解析任务发向不同的协议适配器；

再次，协议适配器的权重，在t时间调整一次，实现系统协议解析任务的动态调度。

参照图2，协议适配器实现了私有通讯协议与统一协议的转换，转换的方式是通过适配规则进行转换。每新增一种智能设备，也就是一套私有数据协议，通过可视化的规则生成器，配置对应的一套适配规则。

参照图6，适配规则实现统一协议与私有协议的转换，规则是一种数学函数，随着适配规则的积累，组成是通用的规则池，在进行规则配置时，可以从规则池中选择适合的规则；也可以通过规则适配算法，自动生成适配规则，只需通过适当的验证和调整，便可形成对应私有协议的适配规则。

参照图7，规则体现的是一种字节数据与字节数据的映射关系，这种映射关系是某种函数，函数的输入就是被转换的通讯协议的一个或多个数据字节，函数的输出就是转换后的通讯协议的一个或多个字节。

以上实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，本发明的保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所示技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：该方法采用如下系统，该系统包括智能设备、均衡器、协议适配器和中心管理系统，智能设备通过识别码生成器与均衡器实现数据交换，均衡器通过规则生成器与协议适配器实现数据交换，协议适配器通过统一协议与中心管理系统实现数据交换；所述均衡器设有多个兼容不同种类通讯方式的通讯接口，均衡器和协议适配器内设置有若干功能模块；

该方法为，智能设备统一接入均衡器，均衡器接收智能设备发送的数据，通过识别码生成器，给该数据分配识别码，形成带有识别码的私有协议数据，

然后，按照任务调度规则将带有识别码的私有协议数据分发到协议适配器，通过规则生成器，由协议适配器将该私有协议数据按照适配规则转换成统一协议数据，并发送到中心管理系统，其中，所述规则生成器的工作过程为，通过可视化的规则配置软件，建立统一协议数据对象与私有协议数据对象之间的转换关系，关系建立后形成多种规则，构成规则集，每种私有协议与统一协议对应两种规则集，所有规则集形成规则池，供配置规则时使用；所述配置规则的方法为，通过分析统一协议数据对象和私有协议数据对象的数据结构，自动从规则池中进行匹配，推荐最相近的适配规则；

中心管理系统将接收到的统一协议数据进行处理，并将应答数据反向回传协议适配器，由协议适配器转换成私有协议格式，发往对应的智能设备，从而实现中心管理系统对智能设备的统一兼容管理；

该方法还提供一种基于时长平滑的任务调度规则，该任务调度规则为，首先以步长m循环统计协议适配器处理n条数据的时长，依据统计的时长排序，将数量为k的协议适配器解析能力分级，赋予协议适配器不同的权重δk，时长越短的权重越高，均衡器就依据权重的不同，依据任务对时间要求的不同，将待处理的数据发向不同的协议适配器，同时，协议适配器的权重δk，每间隔t时长调整一次，实现系统数据解析任务的动态调度。

2.根据权利要求1所述的路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：所述统一协议的设计方法为，依据各类智能设备数据交换需求，归纳提取数据对象，并设计数据对象对应的数据结构，数据结构采用易扩展的数据头-数据体模式，数据头是数据的唯一标识，数据体描述数据的具体内容，数据的具体内容包括序号、对象、内容、类型、长度、范围、版本号。

3.根据权利要求1所述的路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：所述均衡器兼容不同种类的通讯方式，连接不同种类的智能设备，提供数据解析任务调度方法、全局唯一识别码的生成方法、智能设备的快速身份安全验证方法以及协议数据存储方法。

4.根据权利要求3所述的路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：所述智能设备的快速身份安全验证方法为，由智能设备向均衡器申请激活，发送身份认证请求报文，开始身份认证流程，均衡器依据这些信息，生成会话密钥，并发送给智能设备，均衡器缓存身份标识与会话密钥，作为后续信息交换的身份验证，如果设备断开重连时，首先，均衡器检索缓存，确定设备身份，如果检索不到，则设备需要重新进行激活。

5.根据权利要求3所述的路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：所述协议数据存储方法为，首先设计一种全局唯一数据头，数据头结构：SignID（4bits）+DeviceID（12bits）+SeqID（16 bits）+ DateID（16 bits），数据头唯一标识一条数据，在生命周期内不变，协议生命周期结束后，由均衡器以块的方式进行存储，查询者可以通过协议唯一标识，快速检索本协议生命周期过程。

6.根据权利要求1所述的路侧智能设备的统一兼容方法，其特征在于：所述功能模块包括数据解析任务调度模块、全局唯一识别码的生成模块、智能设备的快速身份安全验证模块以及协议数据存储模块。