CN113037620A

CN113037620A - 一种智能边缘计算网关

Info

Publication number: CN113037620A
Application number: CN202110073605.3A
Authority: CN
Inventors: 蔡滨锋
Original assignee: Xiamen Iotcomm Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Iotcomm Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-01-20
Also published as: CN113037620B

Abstract

本申请提供一种智能边缘计算网关，包括：云容器管理模块、数据管理模块、终端接入模块和协议转换模块；云容器管理模块，用于针对于接入的终端建立云容器，存储云容器与所述终端的映射关系，根据所述终端的状态变更新对所述云容器的配置；数据管理模块，用于针对于各云容器，对待进行上传至云端的数据进行区分，确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行预处理后上传至所述云端，将所述无效数据删除；终端数据采集模块，用于采集不同通信方式的终端设备所产生的数据；协议转换模块，用于通过标准化数据传输接口与第三方业务平台进行对接。该边缘计算网关具有适配能力好和数据管理能力好等优点。

Description

一种智能边缘计算网关

技术领域

本申请涉及智能电器设备技术领域，特别是涉及一种智能边缘计算网关。

背景技术

随着新能源系统的普及，以及各种类型分布式资源的接入，催生了海量边缘设备的接入。边缘网关设备需要动态的监视边缘设备的状态，同时还需要高效实时的响应边缘设备的例如接入、退出和更新等各类数据请求需求。然而，不同类型、不同厂家的边缘设备的巨量接入，对边缘网关设备的适应能力提出了更高的要求。

传统技术中提供的边缘网关设备，主要实现各类设备的数据接入，按照边缘设备的要求实现数据转发，对边缘设备的通信接口特性以及通信协议依赖度较高。当大量不同类型的边缘设备频繁接入、退出和更新时，原有网关系统缺乏快速响应机制，导致边缘网关设备对接入的边缘设备的管理效率较低，还可能由于数据冗余过度，降低设备可靠性而影响边缘网关长期稳定运行。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种智能边缘计算网关，以提高边缘网关的适配能力和数据管理能力。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种智能边缘计算网关，包括：云容器管理模块、数据管理模块、终端接入模块和协议转换模块；

所述云容器管理模块，用于针对于接入的终端进行建立云容器，并存储云容器与所述终端的映射关系，根据所述终端的状态变更新对所述云容器的配置；

所述数据管理模块，用于针对于各云容器，对待进行上传至云端的数据进行区分，确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行预处理后上传至所述云端，将所述无效数据进行过滤删除；

所述终端数据采集模块，用于采集不同通信方式的终端设备所产生的数据；

所述协议转换模块，用于通过标准化数据传输接口与第三方业务平台进行对接。

可选地，所述第三方业务平台，包括：

路灯照明监控平台、市政管理平台、安防监控平台和智慧管网品台。。

可选地，所述终端接入模块，用于接入的多种通信方式的终端设备的最大数量为1024。

可选地，所述终端接入模块所支持的终端设备的通信方式包括：移动通信方式、PLC通信方式、ZigBee通信方式、RF433通信方式、RS485通信方式、CAN总线通信方式、LORA通信方式中的任意一种或多种。

本申请实施例中提供的智能边缘计算网关，包括：云容器管理模块、数据管理模块、终端接入模块和协议转换模块；其中，云容器管理模块，用于针对于接入的终端进行建立云容器，并存储云容器与所述终端的映射关系，根据所述终端的状态变更新对所述云容器的配置；数据管理模块，用于针对于各云容器，对待进行上传至云端的数据进行区分，确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行预处理后上传至所述云端，将所述无效数据删除；上述终端接入模块，用于接入多种通信方式的终端设备；上述协议转换模块，用于通过标准化数据传输接口与第三方业务平台进行对接，本申请实施例中所提供的一种智能边缘计算网关，通过把云容器内嵌在网关里面，将容器技术下沉至智能边缘网关，将各个终端数据采集程序APP化，独立部署，隔离性能好，网络传输时延低；同时在网关实现边缘计算，在处理优化后的有用数据再上传至服务器，节省了带宽的占用，数据管理能力强；并且本申请所提供的网关支持多种通信方式的终端接入，集成性和适用性好，有效降低前端应用接入云端的成本。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的智能边缘计算网关的应用场景示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的智能边缘计算网关的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种智能边缘计算网关的具体结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的智能边缘计算网关的数据处理流程示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的智能边缘计算网关的数据流转示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是本申请一示例性实施例示出的智能边缘计算网关的应用场景示意图；参照图1所示，智能边缘计算网关20作为终端设备30与云端10的连接设备，通过边缘网关实现了将垂直行业现场(如路灯、井盖、自行车)等终端设备产生的数据进行收集、处理和分析。

本实施例中，上述的边缘网关通过云容器的方式，将接入的各终端设备的数据处理工作进行隔离；具体的，对于已接入的终端设备，边缘网关设备中已配置有针对该已接入边缘设备的云容器，对于这种情况边缘网关设备只需根据该终端设备的设备标识找到对应的云容器即可；对于新接入的终端设备，边缘网关设备则可以为该终端设备新建云容器，而用于配置云容器的容器配置信息则根据相应终端设备的设备配置信息生成，由此使得边缘网关设备中配置的每个容器与对应的终端设备具有映射关系。

本申请中，基于已建立映射关系的终端设备和云容器，边缘网关设备可利用容器化运行的隔离特性，在检测到终端设备触发某个管理状态变化时，通过对该终端设备对应的独立云容器执行相应的处理，从而实现为各个不同终端设备的例如终端设备接入、断开和终端设备更新等管理功能；可以提高运行可靠性，满足快速响应分布式边缘设备的各种管理需求。

图2是本申请一示例性实施例提供的一种智能边缘计算网关的结构示意图；参照图2所示，该网关设备20包括：云容器管理模块201、数据管理模块202、终端接入模块203和协议转换模块203。

其中，上述云容器管理模块01，用于针对于接入的终端建立云容器，存储云容器与所述终端的映射关系，根据所述终端的状态变更新对所述云容器的配置。通过不同的云容器实现分别对对应的终端进行数据采集。

上述数据管理模块202，用于针对于各云容器，对待进行上传至云端的数据进行区分，确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行预处理后上传至所述云端，将所述无效数据删除。进而实现了数据在上传之前进行“清洗”，提高传输效率。

示例性地，上述数据管理模块202，采用人工智能深度学习技术探索边缘计算的数据模型，根据不同场景，定义边缘数据过滤及分析规划，对大量的数据进行有效的推理、分析和提取完成有价值或有用数据过滤、分拣后再传输回云端，降低源站带宽和计算压力。利用智能任务执行策略引擎技术结合筛选数据完成本地业务自治并将少量筛选数据输回云端，从而大幅减少与云端数据交互产生的大量带宽和时间成本，网络传输时延、带宽、连接密度均得到数量级的提升；意味着将会联接更多的终端设备，实现万物感知和万物互联。

上述所述终端数据采集模块203，用于采集不同通信方式的终端设备所产生的数据。

上述协议转换模块204，用于通过标准化数据传输接口与第三方业务平台进行对接。

本申请实施例中所提供的一种智能边缘计算网关，通过把云容器内嵌在网关里面，将容器技术下沉至智能边缘网关，将各个终端设备的数据采集程序APP化，独立部署，隔离性能好；并且就近进行终端数据的处理，降低了网络传输时延低；同时在网关实现边缘计算，只将优化处理后的有用数据上传至云服务器，节省了带宽的占用，并且本申请所提供的网关支持多种通信方式的终端接入，集成性和适用性好，有效降低前端应用接入云端的成本。

本申请一实施例中，上述的第三方业务平台，包括：路灯照明监控平台、市政管理平台、安防监控平台和智慧管网品台。

示例性地，上述的终端设备包括：路灯、充电桩、电动交通工具等设备，以及包括传感器等；比如，该智能边缘网关以路灯配电箱为单位，用于接入各路灯设备，采集各路灯设备的数据进行分析、梳理，比如分析照明情况、供电情况等，并将分析结果上传至云端。

以智慧灯杆应用场景为例，一个配电柜用于监管1公里左右路段内所设置的智慧灯杆，实际场景中，该路段配置差不多有120个灯杆左右，其中智慧灯杆30杆左右。

以配电柜为单元在配电柜侧增加一个端边智能边缘网关A，因为智慧灯杆上面会挂载非常多的物联网设备(如摄像头、LED屏、求助报警设备、公共广播设备、环境传感器设备等等)，该多种物联网设备又涉及各种各样的通信方式和通信协议，智能边缘网关能支持不同通信方式和协议的接入的转换，然后对不同物联网设备的数据进行采集、清洗、存储。同时可根据内置的规则引擎，根据不同的触发条件(来源于不同的设备数据)，在不赖于平台的情况来执行相应的操作，快速满足响应现场业务需求。同时可根据相关的条件，对需上传的数据在前端进行清理降低源站带宽和计算压力。

如：求助报警+摄像头+公共广播+LED屏联动：当前端发生一键求助的时候，智能边缘网关会同时自动调出附近的摄像头，对现场的情况进行核实并进行视频存储，并更好的掌握实际情况，提供支援。并能定向通过公共广播和LED屏播放对应事件对应的音频和视频以达到引导或威慑作用。

本申请一可能的实施例中，上述终端接入模块，所能够接入的不同通信方式的终端设备的最大数量为1024。

进而，本实施例中提供的智能边缘计算网关能够支持多种通信方式的终端设备，相对于现有技术中的针具有不同通信方式的终端设备分别设置不同边缘网关的方式比，能够极大地节约成本，并且便于不同类型设备之间的数据的交换传输。

上述终端接入模块所支持的终端设备的通信方式包括但不限于：移动通信方式(比如2G、3G、4G、5G移动通信技术)、PLC通信方式、ZigBee通信方式、RF433通信方式、RS485通信方式、CAN总线通信方式、LORA通信方式中的任意一种或多种。

综上，本申请上述实施例所提供的智能边缘计算网关，至少具有以下优点：1、通过把云容器内嵌在网关里面，将容器技术下沉至智能边缘网关，将各个终端数据采集程序APP化，实现独立部署，隔离性好；2、同时实现对终端业务和网管硬件信息的全面监测，提升管理水平；3、在网关实现边缘计算，只将在处理优化后的有用数据再上传至服务器；4、有效降低前端应用接入云端的成本(由于前端应用有不同通信方式，市场上普遍的做法是根据不同的通信方式设计不同的网关、多系统集成使用的平台方需要对接不同的设备厂家，导致成本很大)。

图3是本申请一示例性实施例示出的一种智能边缘计算网关的具体结构示意图；参照图3所示，在具体实现时，该网关包括电源管理模块、LCD屏按键模块、加密模块、多媒介融合模块、RS485总线模块、CAN总线模块、GPU模块、XPU模块、5G模块、4G模块、以太网模块(电口模块和光线模块)以及蓝牙模块和WIFI模块。

上述实施例中提供了一种“端”边智能边缘网关硬件结构的设计，采用“CPU+GPU+xPU”的硬件资源组合方式开发一款“端”边智能边缘网关，该网关内嵌实时可靠的的Linux系统，并可通过移动终端连接内部Web进行实时操作。硬件业务采用模块化设计，实现多核处理器处理数据，并可根据不同应用场景进行拓展。该网关采用工业级设计，有优良的电磁兼容性和电磁抗干扰性,能抵御高压尖峰脉冲、强磁场、强静电、雷击浪涌的干扰，且具有较宽电压输入和温度适应范围，满足苛刻的使用环境。同时，借助于硬件平台、软件控制、业务逻辑和数据映射的分离，可根据不同用户的个性化需求组合各种实用功能。

基于“端”边智能边缘网关的异构计算硬件平台，实现多网络接入、协议转换、数据采集、数据清洗与数据挖掘等；综合探索在不同的计算任务下对硬件资源调度。实现在离用户更近的位置实时完成业务处理和响应，跟随业务变化弹性扩缩，满足行业数字化通过云服务在敏捷联接、实时业务、数据挖掘、智能应用、安全与隐私保护等方面的关键需求。

基于“端”边智能边缘网关异构计算硬件平台，采用云容器技术和深度学习模型。以满足不同计算任务(并发数、运算复杂度、建模、网络模型大小、运算深度不同)对计算硬件资源的调度，实现应用业务的快速上线，将前端多场景、大量的数据业务化，通过海量数据的深度学习，为业务全生命周期的智能化运营提供参考依据。

并且，智能边缘网关软件系统采用多通讯技术融合和多协议转换技术，实现各种通信技术标准相互联互通；在通讯层次上，支持TCP、UDP、HTTP和WEBSOCKT等通讯协议；在数据协议层次上，支持MQTT、JSON、CoAP和自定义二进制协议。通过这两个层次的互相搭配，将不同的感知网络到接入网络的协议转换、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。通过这两个层次的互相搭配，可以实现任何物联网终端、任何协议的数据接入。

参照图4、图5所示，智能边缘网关软件系统采用私有加密算法从链路安全、接入安全、网络安全、存储安全和数据防篡改这几个方面来保护数据安全。

随着物联网前端数据采集量越来越大，针对数据进行“瘦身”后提升网络传输效率要求，对数据边缘计算模型进行研究，探索网络传输价值最大化，实现对“无用”数据进行本地卸载，对“有用”数据信息进行本地预处理，数据筛选过后传输至云端服务器，数据经“瘦身”后不会占据太多网络带宽，降低源站带宽和计算压力，数据处理更实时、数据隐私保护操作性更强。

虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。

由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种智能边缘计算网关，其特征在于，包括：云容器管理模块、数据管理模块、终端接入模块和协议转换模块；

所述云容器管理模块，用于针对于接入的终端建立云容器，存储云容器与所述终端的映射关系，根据所述终端的状态变更新对所述云容器的配置；

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第三方业务平台，包括：

路灯照明监控平台、市政管理平台、安防监控平台和智慧管网品台。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述终端接入模块，用于接入的多种通信方式的终端设备的最大数量为1024。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述终端接入模块所支持的终端设备的通信方式包括：移动通信方式、PLC通信方式、ZigBee通信方式、RF433通信方式、RS485通信方式、CAN总线通信方式、LORA通信方式中的任意一种或多种。