CN113259420A - 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统 - Google Patents

基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113259420A
CN113259420A CN202110454850.9A CN202110454850A CN113259420A CN 113259420 A CN113259420 A CN 113259420A CN 202110454850 A CN202110454850 A CN 202110454850A CN 113259420 A CN113259420 A CN 113259420A
Authority
CN
China
Prior art keywords
real
data
time
tsn
edge computing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110454850.9A
Other languages
English (en)
Inventor
竜正城
徐顺雪
赵志凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Bertai Digital Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Bertai Digital Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Bertai Digital Technology Co ltd filed Critical Suzhou Bertai Digital Technology Co ltd
Priority to CN202110454850.9A priority Critical patent/CN113259420A/zh
Publication of CN113259420A publication Critical patent/CN113259420A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/24—Traffic characterised by specific attributes, e.g. priority or QoS
    • H04L47/2416—Real-time traffic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/1095—Replication or mirroring of data, e.g. scheduling or transport for data synchronisation between network nodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，它包括采用TSN网络标准的智能传感器、基于TSN网络标准的通讯硬件接口、实时操作单元、非实时操作单元、存储模块以及控制层；实现边缘计算系统的对于多通道的以最高纳秒级水准的采样数据的通讯，并保持各通道之间的数据的严格的同步关系，这为保证真正的，特别是在工业领域所需的采样数据的高密度，实时性和同步性，以及高可靠性提供了有效的手段。

Description

基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统
技术领域
本发明涉及一种基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统。
背景技术
边缘计算：5G等通讯技术虽然为传统云计算(或者说是中央计算)模式提供了高速数据传递的可能，但随着物联网技术的成熟与应用领域的伸展，数据量和数据的分析复杂度，不同领域的数据类别等呈现出指数级增长，其网络状况、云服务器带宽限制等资源条件的限制，不可避免收到高延迟、和网络不稳定带来的影响。边缘计算的诞生，就是和云计算进行分工，通过将部分或者全部处理程序迁移至靠近用户或数据收集点，以减少云中心模式站点给应用程序所带来的影响。边缘计算特别是在工业领域，作为在设备端附近产生的计算，相对于云计算，有其一下的特点：1)低延迟：设备端请求实时响应。2)低带宽运行：将工作迁移至更接近于用户，解决数据采集终端的能力，从而降低站点带宽限制所带来的影响。3)数据安全：在更多的数据本地采集，本地分析，本地处理，有效减少了数据暴露在公共网络的机会，保护了数据隐私。
现有的边缘计算系统中技术存在的问题：作为边缘计算的支撑，其核心系统所需的的技术主要包括网络、隔离技术、体系结构、边缘操作系统、算法执行框架、数据处理平台以及安全和隐私等内容，但无论是涉及内容范围，还是具体规格，包括实现手段等，目前并没有形成统一标准，仍处于持续发展阶段。
主要缺点有：
低延时，实时数据处理平台：传统的工业控制器更注重于逻辑计算和逻辑控制，另一方面，近期的工业用电脑等多来自与传统电脑，无论是硬件，还是使用的操作系统，内部的数据处理平台，无法应对实时的数据处理。如何提供或设计配套低延时，实时数据传输网络，并能实时地依照算法模型进行数据处理的软硬件边缘计算系统的架构体系成为目前一大技术课题。
一体化边缘计算系统：作为近期急速发展的边缘计算，其各项核心技术如低延时，实时数据通讯网络、隔离技术、体系结构、边缘操作系统、算法执行框架、数据处理平台以及安全和隐私等，虽然在各自的不同领域中，如TSN网络交换机，一般的PLC等使用的实时操作系统，云计算服务器内的特定数据处理算法模型等，均有其发展的成熟度，但如何综合这些在不同领域的技术，集中于边缘计算系统上，同时又能高效相互协调，是体现整体的边缘计算需求中必不可少的技术指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，通过基于TSN(Time-Sensitive Networking，时间敏感网络)网络标准技术的采用，解决边缘计算系统中的低延时，实时的数据网络的通讯，同时解决和其他工业级实时通讯网络的兼容性问题；针对上述TSN网络标准技术的采用，与之配套的后续数据储存和数据的处理方面，设计并实现在同一硬件平台上的实时操作系统和非实时操作系统的并列运行，具有实时性的数据传递及数据库建立，以及基于算法模型的实时数据处理等边缘计算系统的平台。解决数据处理的实时性的基本保证，以及兼顾其他非实时操作系统下的数据处理资源的通用性；作为今后主要应用于工业领域，为提升现场的设备可靠性，抗干扰性，方便使用和提升现场效率等，提供一体化边缘计算系统的架构体系的实现技术，以满足针对特别是工业领域的边缘计算的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，它包括采用TSN网络标准的智能传感器、基于TSN网络标准的通讯硬件接口、实时操作单元、非实时操作单元、存储模块以及控制层；
所述智能传感器用于采集和预处理数据；
所述基于TSN网络标准的通讯硬件接口实现智能传感器和实时操作单元的数据传输，
实时操作单元，包括实时数据采集模块，以及数据实时处理与控制模块，通过实时数据采集模块、数据实时处理与控制模块获取采样对象的相关设备信息以及前端设备的状态，采样数据，并根据上位系统，发出相关的采样控制指令，并将采样数据传送至存储模块建立采样数据库；
非实时操作系统，其从采样数据库获取数据，并根据获取的数据进行工艺建模处理，并与上位系统进行服务通讯。
另一种优选方式，所述实时操作单元包括用于实时数据显示和指令接受的人机交互模块。
另一种优选方式，所述实时操作单元包括用于输入端与所述通讯硬件接口的输出端相连接，且输出端与所述实时数据采集模块的输入端相连接的基于TSN网络标准的驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述实时数据采集模块的输出端相连接。
另一种优选方式，驱动模块向实时数据采集模块传送设备数量、设备列表、设备状态以及采用数据，实时数据采集模块相驱动模块传送控制指令。
另一种优选方式，实时数据采集模块通过网络或者本地socket通讯协议向数据实时处理与控制模块传送获取的设备信息、设备列表、设备状态以及采用数据；数据实时处理与控制模块通过网络或者本地socket通讯协议向实时数据采集模块传送配置信息以及实施控制指令。
另一种优选方式，非实时操作系统通过采样数据空进行自学习、人工智能控制，且设有数据安全网关。
本发明的有益效果在于：通过本发明的基于TSN(Time-Sensitive Networking，时间敏感网络)网络标准技术的一体化边缘计算系统技术的采用，可实现边缘计算系统的对于多通道的以最高纳秒级水准的采样数据的通讯，并保持各通道之间的数据的严格的同步关系，这为保证真正的，特别是在工业领域所需的采样数据的高密度，实时性和同步性，以及高可靠性提供了有效的手段。
通过本发明的基于TSN网络标准技术的一体化边缘计算系统中，在同一个硬件平台上的实时/非实时的双系统的实现，保障了对复数的采样数据进行实时的数据储存和数据的预处理，可提供特别是工业领域所必须的实时数据显示，并为后续的高精确的实时控制提供受控设备的多通道同步的实时状态数据的反馈。
通过本发明的基于TSN网络标准技术的一体化边缘计算系统中的实时/非实时的双系统，在保障实时的数据处理和实时的控制的同时，通过非实时系统，可更方便有效运用现有的数学模型资源，缩短针对不同的制造工艺的应用时系统研发时间，并通过这样的运行平台，提供今后用于人工智能，自学习等更为精确的边缘计算的处理，在不同的应用领域实现产率，质量，加工精度，或能耗，工序优化等效益。
附图说明
附图1为具备单/多通道TSN网络标准通讯的一体化的边缘计算系统的软硬件架构体系；
附图2为基于TSN网络标准设计的实时操作系统架构体系；
附图3为本发明的基于TSN网络标准的边缘计算系统应用于4台数控机床主轴负荷的监控。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
如图1-2所示，基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，它包括采用TSN网络标准的智能传感器、基于TSN网络标准的通讯硬件接口、实时操作单元、非实时操作单元、存储模块以及控制层；
所述智能传感器用于采集和预处理数据；
所述基于TSN网络标准的通讯硬件接口实现智能传感器和实时操作单元的数据传输，
实时操作单元，包括实时数据采集模块，数据实时处理与控制模块、用于实时数据显示和指令接受的人机交互模块以及用于输入端与所述通讯硬件接口的输出端相连接，且输出端与所述实时数据采集模块的输入端相连接的基于TSN网络标准的驱动模块，通过实时数据采集模块、数据实时处理与控制模块获取采样对象的相关设备信息以及前端设备的状态，采样数据，并根据上位系统，发出相关的采样控制指令，并将采样数据传送至存储模块建立采样数据库；
非实时操作系统从采样数据库获取数据，并根据获取的数据进行工艺建模处理，并与上位系统进行服务通讯，通过采样数据空进行自学习、人工智能控制，且设有数据安全网关。
所述驱动模块的输入端与所述实时数据采集模块的输出端相连接。驱动模块向实时数据采集模块传送设备数量、设备列表、设备状态以及采用数据，实时数据采集模块相驱动模块传送控制指令。实时数据采集模块通过网络或者本地socket通讯协议向数据实时处理与控制模块传送获取的设备信息、设备列表、设备状态以及采用数据；数据实时处理与控制模d块通过网络或者本地socket通讯协议向实时数据采集模块传送配置信息以及实施控制指令。
以上所有模块的处理线程的有限度配置由高到底依次为：实时数据采集模块、数据实时处理与控制模块、人机交互(HMI)模块和采样数据库。数据实时处理与控制模块有多个时，则多个数据实时处理与控制模块顺次处理。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：它包括采用TSN网络标准的智能传感器、基于TSN网络标准的通讯硬件接口、实时操作单元、非实时操作单元、存储模块以及控制层；
所述智能传感器用于采集和预处理数据；
所述基于TSN网络标准的通讯硬件接口实现智能传感器和实时操作单元的数据传输，
实时操作单元，包括实时数据采集模块，以及数据实时处理与控制模块，通过实时数据采集模块、数据实时处理与控制模块获取采样对象的相关设备信息以及前端设备的状态，采样数据，并根据上位系统，发出相关的采样控制指令，并将采样数据传送至存储模块建立采样数据库；
非实时操作系统，其从采样数据库获取数据，并根据获取的数据进行工艺建模处理，并与上位系统进行服务通讯。
2.根据权利要求1所述的基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：所述实时操作单元包括用于实时数据显示和指令接受的人机交互模块。
3.根据权利要求1所述的基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：所述实时操作单元包括用于输入端与所述通讯硬件接口的输出端相连接，且输出端与所述实时数据采集模块的输入端相连接的基于TSN网络标准的驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述实时数据采集模块的输出端相连接。
4.根据权利要求3所述的基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：驱动模块向实时数据采集模块传送设备数量、设备列表、设备状态以及采用数据，实时数据采集模块相驱动模块传送控制指令。
5.根据权利要求1所述的基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：实时数据采集模块通过网络或者本地socket通讯协议向数据实时处理与控制模块传送获取的设备信息、设备列表、设备状态以及采用数据；数据实时处理与控制模块通过网络或者本地socket通讯协议向实时数据采集模块传送配置信息以及实施控制指令。
6.根据权利要求1所述的基于TSN网络标准的智能传感器的边缘计算系统，其特征在于：非实时操作系统通过采样数据空进行自学习、人工智能控制，且设有数据安全网关。
CN202110454850.9A 2021-04-26 2021-04-26 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统 Pending CN113259420A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110454850.9A CN113259420A (zh) 2021-04-26 2021-04-26 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110454850.9A CN113259420A (zh) 2021-04-26 2021-04-26 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113259420A true CN113259420A (zh) 2021-08-13

Family

ID=77221756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110454850.9A Pending CN113259420A (zh) 2021-04-26 2021-04-26 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113259420A (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108768843A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 安徽国讯芯微科技有限公司 一种多网融合边缘计算网关
CN108769066A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 安徽国讯芯微科技有限公司 一种边缘计算全栈微系统
CN108989093A (zh) * 2018-06-27 2018-12-11 安徽国讯芯微科技有限公司 一种物联网多维物理建模系统
CN109451040A (zh) * 2018-12-10 2019-03-08 王顺志 基于边缘计算的物联网组网系统及组网方法
CN109491301A (zh) * 2019-01-23 2019-03-19 东莞固高自动化技术有限公司 基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器
CN110866901A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 中国科学院计算机网络信息中心 一种基于边缘计算技术的质检方法及系统
CN110891093A (zh) * 2019-12-09 2020-03-17 中国科学院计算机网络信息中心 一种时延敏感网络中边缘计算节点选择方法及系统
CN111031034A (zh) * 2019-12-11 2020-04-17 研祥智能科技股份有限公司 多协议融合边缘计算网关
US20200134207A1 (en) * 2019-09-28 2020-04-30 Kshitij Arun Doshi Multi-tenant data protection in edge computing environments
US20200145337A1 (en) * 2019-12-20 2020-05-07 Brian Andrew Keating Automated platform resource management in edge computing environments
CN111970212A (zh) * 2020-08-27 2020-11-20 重庆邮电大学 一种基于tsn网络和opc ua架构的确定性通信系统
CN112039965A (zh) * 2020-08-24 2020-12-04 重庆邮电大学 一种时间敏感网络中的多任务卸载方法及系统
CN112073388A (zh) * 2020-08-20 2020-12-11 上海交通大学 一种工业控制系统的时间敏感异构网络系统及管理方法
US20210014177A1 (en) * 2020-09-26 2021-01-14 Intel Corporation Deterministic packet scheduling and dma for time sensitive networking

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108769066A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 安徽国讯芯微科技有限公司 一种边缘计算全栈微系统
CN108989093A (zh) * 2018-06-27 2018-12-11 安徽国讯芯微科技有限公司 一种物联网多维物理建模系统
CN108768843A (zh) * 2018-06-27 2018-11-06 安徽国讯芯微科技有限公司 一种多网融合边缘计算网关
CN109451040A (zh) * 2018-12-10 2019-03-08 王顺志 基于边缘计算的物联网组网系统及组网方法
CN109491301A (zh) * 2019-01-23 2019-03-19 东莞固高自动化技术有限公司 基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器
US20200134207A1 (en) * 2019-09-28 2020-04-30 Kshitij Arun Doshi Multi-tenant data protection in edge computing environments
CN110866901A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 中国科学院计算机网络信息中心 一种基于边缘计算技术的质检方法及系统
CN110891093A (zh) * 2019-12-09 2020-03-17 中国科学院计算机网络信息中心 一种时延敏感网络中边缘计算节点选择方法及系统
CN111031034A (zh) * 2019-12-11 2020-04-17 研祥智能科技股份有限公司 多协议融合边缘计算网关
US20200145337A1 (en) * 2019-12-20 2020-05-07 Brian Andrew Keating Automated platform resource management in edge computing environments
CN112073388A (zh) * 2020-08-20 2020-12-11 上海交通大学 一种工业控制系统的时间敏感异构网络系统及管理方法
CN112039965A (zh) * 2020-08-24 2020-12-04 重庆邮电大学 一种时间敏感网络中的多任务卸载方法及系统
CN111970212A (zh) * 2020-08-27 2020-11-20 重庆邮电大学 一种基于tsn网络和opc ua架构的确定性通信系统
US20210014177A1 (en) * 2020-09-26 2021-01-14 Intel Corporation Deterministic packet scheduling and dma for time sensitive networking

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAMÁS KOVÁCSHÁZY: ""Distributed architecture for real-time cyber-physical system, time-sensitive networks"", 《2018 19TH INTERNATIONAL CARPATHIAN CONTROL CONFERENCE (ICCC)》 *
李庆: ""面向边缘计算的工业互联网工厂内网络架构及关键技术"", 《电信科学》 *
郭雄;杨宏;李孟良;: "边缘计算与时间敏感网络融合技术研究及标准进展", 中国新通信, no. 05 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108040005B (zh) 一种基于物联网的数控机床智能监控网关
CN108848133B (zh) 一种面向制造物联的Hub控制器设计方法
CN110059402B (zh) 一种基于语义建模的智能变电站配置优化方法
CN112217805B (zh) 一种配电物联网多模协议适配方法
CN105718601B (zh) 一种业务动态集成模型及其应用方法
CN104184745A (zh) 一种智能前端设备通信系统
CN104391489A (zh) 一种多总线能源监测管理系统
CN108924228B (zh) 基于边缘计算的工业互联网优化系统
CN109885584A (zh) 分布式数据分析平台的实现方法及终端设备
CN105681285A (zh) 一种异构工业信号源信息获取方法
CN110262340A (zh) 一种基于边缘计算的物联接入与监测方法
CN201699739U (zh) 一种基于at91rm9200的现场总线协议转换网关平台
CN112995001A (zh) 一种工业通讯网络系统
CN208890843U (zh) 一种基于雾节点的边缘计算系统
CN113766026B (zh) 一种应用于能源工业网的数据处理方法及系统
CN203445899U (zh) 基于Modbus与TCP/IP协议转换的嵌入式网关
CN211702073U (zh) 城市水环境综合治理云平台系统
CN113259420A (zh) 基于tsn网络标准的智能传感器的边缘计算系统
CN103823435A (zh) 一种基于软PLC的SuperView系统
CN110008285B (zh) 含微型同步相量测量的智能配电网信息集成系统及方法
CN114385541A (zh) 一种面向智能制造的opc ua聚合服务器及其设计方法
CN209657106U (zh) 控制设备及系统
CN202713363U (zh) 一种基于协议接口适配的无线电监测系统
CN203165198U (zh) 多通道同步海洋数据采集系统
CN111273631A (zh) 一种章鱼型架构的火电机组智能控制平台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination