CN112787914A - 一种5g工业物联网网关及其控制方法 - Google Patents

一种5g工业物联网网关及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种5G工业物联网网关及其控制方法，涉及工业调度技术领域。在本发明中，调度控制端先获取调度区域的地图信息以及获取当前轮次任务的调度信息；进而获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；再生成物联网网关的天线方向调节指令；物联网网关执行天线方向调节指令后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；最终将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。在调度前，针对本轮调度任务对物联网网关进行调整，得到最优的覆盖范围，保证机动设备和固定设备都能持续稳定的与调度控制端通信。

Description

一种5G工业物联网网关及其控制方法
技术领域
本发明涉及工业调度技术领域，具体涉及一种5G工业物联网网关及其控制方法。
背景技术
工业领域自动化生产过程中往往被拆分成多个模块，分别由不同的设备协同完成，且为了方便连接，现有大多数设备多采用WIFI接入网络。
为了便于远程控制，现有的物联网网关通常将5G信号转换成WIFI信号，使设备之间组成局域网，将数据通过物联网网关，转发给远端的调度控制端，调度控制端会根据设备的状态及生产流程，发送任务给设备。
在任务调度的过程中，调度控制端需要保持对设备的通信，而现有的物联网网关并未考虑到WIFI天线方向导致信号强度改变对设备调度的影响。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种5G工业物联网网关及其控制方法，解决了现有的物联网网关并未考虑到WIFI天线方向导致信号强度改变对设备调度的影响的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，提供了一种5G工业物联网网关控制方法，包括：
调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令；
天线方向调节指令执行后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；
将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。
进一步的，所述调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，包括：
获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图；
获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图；
其中，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量。
进一步的，所述调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括：
将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
进一步的，所述调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径，包括：
对于任一所述机动设备：
获取对应的机动设备的信号强度需求；
获取栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中包含固定设备所占栅格、固定遮挡物所占栅格以及不满足机动设备的信号强度需求的栅格的该机动设备的不可用栅格；
从栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中剔除所述不可用栅格，获取该机动设备的可用栅格；
基于所述可用栅格、起点处固定设备和终点处固定设备生成机动设备的最优路径。
进一步的，所述调度控制端通过5G移动网络与物联网网关连接。
第二方面，提供了一种5G工业物联网网关，包括：
5G模块、WIFI模块、主控模块以及天线方向调节模块；
所述5G模块用于与调度控制端通信；
所述主控模块用于进行5G信号和WIFI信号的转换；
所述WIFI模块包含若干根天线，用于与接入端通信，所述接入端包括固定设备和机动设备；
所述天线方向调节模块用于调节物联网网关的天线的方向。
进一步的，所述天线方向调节模块包括：
天线方向调节指令执行单元、第一平面方向调节单元以及第二平面方向调节单元；且所述第一平面与第二平面垂直；
所述天线方向调节指令执行单元用于根据所述天线方向调节指令控制第一平面方向调节单元和第二平面方向调节单元将各个天线调节至最优天线方向；
所述第一平面方向调节单元用于在第一平面内调节天线的角度；
所述第二平面方向调节单元用于在第二平面内调节天线的角度。
进一步的，所述天线方向调节模块用于根据天线方向调节指令调节物联网网关的各个天线的方向。
进一步的，所述天线方向调节指令获取方法如下：
调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令。
进一步的，所述调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括：
获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图；
获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图；
其中，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量；
将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
（三）有益效果
在本发明中，调度控制端先获取调度区域的地图信息以及获取当前轮次任务的调度信息；进而获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；再生成物联网网关的天线方向调节指令；物联网网关执行天线方向调节指令后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；最终将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。在调度前，针对本轮调度任务对物联网网关进行调整，得到最优的覆盖范围，保证机动设备和固定设备都能持续稳定的与调度控制端通信。
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简单地介绍，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 为本发明实施例的流程图；
图2 为本发明实施例的WIFI信号强度热力图的示意图；
图3为本发明实施例的天线调节的第一平面的示意图；
图4为本发明实施例的天线调节的第二平面的示意图；
图5为本发明实施例的栅格化后的最优WIFI信号强度热力图的示意图；
图6为本发明实施例的物联网网关的系统框图。
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，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。
本申请实施例通过提供一种5G工业物联网网关及其控制方法，解决了现有的物联网网关并未考虑到WIFI天线方向导致信号强度改变对设备调度的影响的问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
一种5G工业物联网网关控制方法，该方法包括：
S1、调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
S2、调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
S3、调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
S4、调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令；
S5、天线方向调节指令执行后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；
S6、将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。
本实施例的有益效果为：
本发明实施例中调度控制端先获取调度区域的地图信息以及获取当前轮次任务的调度信息；进而获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；再生成物联网网关的天线方向调节指令；物联网网关执行天线方向调节指令后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；最终将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。在调度前，针对本轮调度任务对物联网网关进行调整，得到最优的覆盖范围，保证机动设备和固定设备都能持续稳定的与调度控制端通信。
下面对本发明实施例的具体实现过程进行详细说明：
整个调度过程中的设备包括固定设备（位置不变的设备）以及机动设备（位置会根据调度任务发生改变的设备），例如调度任务包括通过机动设备a（例如无人运输车）在调度区域内移动以将固定设备A（某一加工设备）加工好的产品运输到固定设备B（例如为下一个加工设备）。
S1、调度控制端获取调度区域的地图信息。
具体的，地图信息为整个调度区域的地图，且整个地图上包括地图上的固定遮挡物信息（例如墙面等影响WIFI信号强度）、固定设备位置信息和机动设备位置信息。
S2、调度控制端获取当前轮次任务的调度信息。
具体的，所述调度信息包括若干个调度任务。
每个调度任务包括起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备。
S3、调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，具体包括：
S31、获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图，如图2所示的一个WIFI信号强度热力图，标记处为物联网网关的位置；
具体的，每个WIFI信号强度热力图均对应一个方向集合，例如，方向集合D=｛d1，d2，…，dn，…，dN｝，dn表示第n个天线的方向，且dn=（x，y），x表示第一平面内的转动角度，y表示第二平面内的转动角度，N表示共有N根天线。
而WIFI信号强度热力图的数量由物联网网关设备的天线数量与天线方向可调角度数量共同决定，且如图3-4所示，图3和图4为物联网网关的后视图与侧视图，每个天线具有两个调节平面，包括第一平面以及与其保持垂直的第二平面，例如第一平面和第二平面内天线均有5个预设角度。
S32、获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
具体的，根据固定设备的具体类型，可设置不同的信号强度需求，信号强度需求为人为设定的经验值，使固定设备满足数据传输的要求即可，例如，某一固定设备为监控装置，用于获取各个设备的运行影像，需要传输720P@60Hz的图像，则根据经验可设置能够保证传输稳定的信号强度作为该监控这种的信号强度需求；
S33、基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
具体的，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量；
例如某个固定设备所在位置的信号强度为-80dBm，而固定设备的信号强度需求为-75dBm，则表示当前位置的信号强度不满足固定设备的信号强度需求，则适配度+1。若本轮调度共有10个固定设备参与，其中8个满足，2个不满足，则该WIFI信号强度热力图的适配度为2。
S34、基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图。
具体的，若出现多个WIFI信号强度热力图的适配度相同，则可进一步比较每个WIFI信号强度热力图中固定设备信号强度的最低值，选择所有最低值中的最大值对应的WIFI信号强度热力图作为最优WIFI信号强度热力图。
S4、调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括；
S41、将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
S42、基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
所述调度控制端通过5G移动网络将天线方向调节指令发送至物联网网关，而物联网网关在接收天线方向调节指令后，其中的天线方向调节模块根据天线方向调节指令将物联网网关的各个天线调节至最优天线方向集合。所述天线方向调节模块包括：
天线方向调节指令执行单元、第一平面方向调节单元以及第二平面方向调节单元；且所述第一平面与第二平面垂直；
所述天线方向调节指令执行单元用于根据所述天线方向调节指令控制第一平面方向调节单元和第二平面方向调节单元将各个天线调节至最优天线方向；
所述第一平面方向调节单元用于在第一平面内调节天线的角度；
所述第二平面方向调节单元用于在第二平面内调节天线的角度。
第一平面方向调节单元和第二平面方向调节单元具体可通过在各平面的转动中心出设置电机和对应的齿轮，并控制电机的启停实现多角度调节。
最优WIFI信号强度热力图能够保证最为适合本轮任务的需求，使得所有固定设备均可以持续稳定的与调度控制端进行通信，保证调度的顺利进行。
S5、天线方向调节指令执行后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径，包括：
对于任一所述机动设备：
S51、获取对应的机动设备的信号强度需求；
S52、获取栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中包含固定设备所占栅格、固定遮挡物所占栅格以及不满足机动设备的信号强度需求的栅格的该机动设备的不可用栅格；
S53、如图5所示，从栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中剔除所述不可用栅格，获取该机动设备的可用栅格；
S54、基于所述可用栅格、起点处固定设备和终点处固定设备，利用现有的路径规划算法，可生成机动设备的最优路径。
S6、将最优路径通过物联网网关发送至机动设备，机动设备按最优路径进行运输，可以保证不会进入不符合其信号强度需求的区域，进而实现与调度控制端的持续稳定的通信。
实施例2：
还提供了一种5G工业物联网网关，可用于实施例1中的控制方法，如图6所示，包括：
5G模块、WIFI模块、主控模块以及天线方向调节模块；
所述5G模块用于与调度控制端通信；
所述主控模块用于进行5G信号和WIFI信号的转换；
所述WIFI模块包含若干根天线，用于与接入端通信，所述接入端包括固定设备和机动设备；
所述天线方向调节模块用于调节物联网网关的天线的方向。
具体的，所述天线方向调节模块包括：
天线方向调节指令执行单元、第一平面方向调节单元以及第二平面方向调节单元；且所述第一平面与第二平面垂直；
所述天线方向调节指令执行单元用于根据所述天线方向调节指令控制第一平面方向调节单元和第二平面方向调节单元将各个天线调节至最优天线方向；
所述第一平面方向调节单元用于在第一平面内调节天线的角度；
所述第二平面方向调节单元用于在第二平面内调节天线的角度。
具体的，所述天线方向调节模块用于根据天线方向调节指令调节物联网网关的各个天线的方向。
具体的，所述天线方向调节指令获取方法如下：
调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令。
具体的，所述调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括：
获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图；
获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图；
其中，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量；
将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例中调度控制端先获取调度区域的地图信息以及获取当前轮次任务的调度信息；进而获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；再生成物联网网关的天线方向调节指令；物联网网关执行天线方向调节指令后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；最终将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。在调度前，针对本轮调度任务对物联网网关进行调整，得到最优的覆盖范围，保证机动设备和固定设备都能持续稳定的与调度控制端通信。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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5G工业物联网网关控制方法，其特征在于，该方法包括：
调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令；
天线方向调节指令执行后，调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径；
将最优路径通过物联网网关发送至机动设备。
2.如权利要求1所述的一种5G工业物联网网关控制方法，其特征在于，所述调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，包括：
获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图；
获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图；
其中，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量。
3.如权利要求2所述的一种5G工业物联网网关控制方法，其特征在于，所述调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括：
将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
4.如权利要求3所述的一种5G工业物联网网关控制方法，其特征在于，所述调度控制端基于最优WIFI信号强度热力图获取机动设备的最优路径，包括：
对于任一所述机动设备：
获取对应的机动设备的信号强度需求；
获取栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中包含固定设备所占栅格、固定遮挡物所占栅格以及不满足机动设备的信号强度需求的栅格的该机动设备的不可用栅格；
从栅格化后的最优WIFI信号强度热力图中剔除所述不可用栅格，获取该机动设备的可用栅格；
基于所述可用栅格、起点处固定设备和终点处固定设备生成机动设备的最优路径。
5.如权利要求1所述的一种5G工业物联网网关控制方法，其特征在于，该方法包括：所述调度控制端通过5G移动网络与物联网网关连接。
6.一种5G工业物联网网关，其特征在于，包括：
5G模块、WIFI模块、主控模块以及天线方向调节模块；
所述5G模块用于与调度控制端通信；
所述主控模块用于进行5G信号和WIFI信号的转换；
所述WIFI模块包含若干根天线，用于与接入端通信，所述接入端包括固定设备和机动设备；
所述天线方向调节模块用于调节物联网网关的天线的方向。
7.如权利要求6所述的一种5G工业物联网网关，其特征在于，所述天线方向调节模块包括：
天线方向调节指令执行单元、第一平面方向调节单元以及第二平面方向调节单元；且所述第一平面与第二平面垂直；
所述天线方向调节指令执行单元用于根据所述天线方向调节指令控制第一平面方向调节单元和第二平面方向调节单元将各个天线调节至最优天线方向；
所述第一平面方向调节单元用于在第一平面内调节天线的角度；
所述第二平面方向调节单元用于在第二平面内调节天线的角度。
8.如权利要求7所述的一种5G工业物联网网关，其特征在于，所述天线方向调节模块用于根据天线方向调节指令调节物联网网关的各个天线的方向。
9.如权利要求8所述的一种5G工业物联网网关，其特征在于，所述天线方向调节指令获取方法如下：
调度控制端获取调度区域的地图信息；所述地图信息包括固定遮挡物信息、固定设备位置信息和机动设备位置信息；
调度控制端获取当前轮次任务的调度信息；所述调度信息包括若干个调度任务对应的起点处固定设备、终点处固定设备以及机动设备；
调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图；
调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令。
10.如权利要求9所述的一种5G工业物联网网关，其特征在于，所述调度控制端基于所述地图信息和调度信息，获取物联网网关的最优WIFI信号强度热力图，调度控制端基于所述最优WIFI信号强度热力图生成物联网网关的天线方向调节指令，包括：
获取由若干个天线方向组成的方向集合对应的WIFI信号强度热力图；
获取所述调度信息中固定设备的信号强度需求；
基于所述固定设备的信号强度需求，计算各个WIFI信号强度热力图的适配度；
基于适配度，获取最优WIFI信号强度热力图；
其中，所述适配度为不符合信号强度需求的固定设备数量；
将最优WIFI信号强度热力图对应的方向集合作为最优天线方向集合；
基于所述最优天线方向集合生成天线方向调节指令。
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