CN113285999A - 边缘计算系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边缘计算系统及控制方法，所述边缘计算系统包括：云端服务器、边缘计算控制模块和若干边缘设备，边缘计算控制模块设置在云端服务器和各边缘设备之间，边缘计算控制模块包括计算控制单元、第一软网关和第二软网关，第一软网关设置在云端服务器和计算控制单元之间，第二软网关设置在计算控制单元和各边缘设备之间。本发明的边缘计算控制系统及控制方法，通过边缘计算控制模块，能够实现存储、计算、控制于一体的边缘化执行，分解云端服务器的带宽、储存、计算及控制的压力；计算控制单元更靠近边缘设备，可以实时或更快地进行数据处理和分析，能够缩短延迟时间，同时提高资源利用率，降低维护成本，大大增加云端服务器的安全性。

Description

边缘计算系统及控制方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种边缘计算系统及控制方法。

背景技术

传统的物联网解决方案是云端服务器通过网关或者直接与边缘设备连接所组成的结构，所有的设备信息都是通过云端服务器进行通信的，这些设备将信息通过网关或直接传输给云端服务器，云端服务器直接对通信的设备进行指令下发或数据采集。

在传统的物联网解决方案中，云端服务器直接对通信的设备进行控制和处理，所有设备产生的信息全部储存在云端服务器，服务器的储存压力变大，存储空间和计算量的需求不断增加，这样不仅会使服务器的带宽成本变得异常高额，同时也不利于维护，服务器的稳定性也会越来越差。

因此，亟需一种边缘计算系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种边缘计算系统及控制方法，以解决上述现有技术中的问题，能够实现存储、计算、控制于一体的边缘化执行，分解了云端服务器的带宽、储存、计算及控制的压力。

本发明提供了一种边缘计算控制方法，其中，包括：

云端服务器、边缘计算控制模块和若干边缘设备，其中，所述边缘计算控制模块设置在所述云端服务器和各所述边缘设备之间，所述边缘计算控制模块包括计算控制单元、第一软网关和第二软网关，所述第一软网关设置在所述云端服务器和所述计算控制单元之间，所述第二软网关设置在所述计算控制单元和各所述边缘设备之间。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述边缘计算系统还包括网关，设置在所述边缘计算控制模块和所述边缘设备之间。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述网关内置于所述边缘设备中，以使所述边缘设备直接与所述边缘计算控制模块进行通信连接。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述网关设置在所述边缘设备外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备连接。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述云端服务器通过5G网络与所述边缘计算控制模块进行数据通信；所述边缘计算控制模块通过网关自带协议或直接与所述网关进行数据通信。

本发明还提供一种边缘计算控制方法，其中，包括：

建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接；

将云端服务器对所述边缘设备的控制指令下发到所述边缘计算控制模块；

通过所述边缘计算控制模块对所述云端服务器下发的所述控制指令进行计算处理；

将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的所述控制指令下发至所述边缘设备，以实现所述云端服务器对所述边缘设备的控制；

将所述边缘设备的数据上报到所述边缘计算控制模块；

通过所述边缘计算控制模块对所述边缘设备上报的数据进行计算处理；

将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的数据上传到所述云端服务器，以实现所述云端服务器对所述边缘设备的数据采集。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接，具体包括：

通过设置在所述边缘计算控制模块和所述边缘设备之间的网关，建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接，其中，所述网关内置于所述边缘设备中，以使所述边缘设备直接与所述边缘计算控制模块进行通信连接；或者，所述网关设置在所述边缘设备外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备连接。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述将云端服务器对所述边缘设备的控制指令下发到所述边缘计算控制模块，具体包括：

将所述云端服务器下发的所述控制命令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述边缘计算控制模块中的第一软网关；

所述将所述边缘设备的数据上报到所述边缘计算控制模块，具体包括：

通过所述网关，将所述边缘设备的数据指令集通过个性化协议上报到所述边缘计算控制模块中的第二软网关。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述通过所述边缘计算控制模块对所述云端服务器下发的所述控制指令进行计算处理，具体包括：

通过所述第一软网关，将所述控制指令下发到所述边缘计算控制模块中的计算控制单元；

通过所述计算控制单元，对所述控制指令进行计算处理；

所述通过所述边缘计算控制模块对所述边缘设备上报的数据进行计算处理，具体包括：

通过所述第二软网关，将所述边缘设备的数据指令集从个性化协议转换为所述云端服务器可接收的统一协议；

将所述边缘设备的数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线传输到所述计算控制单元；

通过所述计算控制单元，对所述数据指令集进行计算处理。

如上所述的边缘计算控制方法，其中，优选的是，所述将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的所述控制指令下发至所述边缘设备，具体包括：

将经过所述边缘计算控制单元计算处理后的所述控制指令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述第二软网关；

通过所述第二软网关，对经过所述计算控制单元计算处理后的所述控制指令进行解析；

通过所述第二软网关，将所述控制指令的解析结果从统一协议转换为所述边缘设备的数据指令集的个性化协议；

通过所述网关，将所述控制指令的解析结果通过个性化协议下发至所述边缘设备；

所述将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的数据上传到所述云端服务器，具体包括：

通过所述第一软网关，将经过所述计算控制单元计算处理后的所述数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线上传到所述云端服务器。

本发明提供一种边缘计算系统及控制方法，通过边缘计算控制模块，能够实现存储、计算、控制于一体的边缘化执行，分解了云端服务器的带宽、储存、计算及控制的压力；与通过云端服务器进行计算处理相比，计算控制单元更靠近边缘设备，可以实时或更快地进行数据处理和分析，因此能够缩短延迟时间，同时提高了资源利用率，降低了维护成本，大大增加了云端服务器的安全性；由于第二软网关可以无限扩展协议插槽，并可接入不同的设备指令集，由此打破了对接入的边缘端设备的数量和种类的限制。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的边缘计算系统的实施例的拓扑结构图；

图2为本发明提供的边缘计算系统的实施例的物理连接图；

图3为本发明提供的边缘计算系统的实施例的数据通信图；

图4为本发明提供的边缘计算控制方法的实施例的流程图。

附图标记说明：

1-云端服务器 2-边缘计算控制模块 3-边缘设备

4-网关 21-第一软网关 22-计算控制单元

23-第二软网关

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在传统物联网解决方案中，云端服务器集储存、计算、控制于一体，而物联网领域拥有海量的边缘设备，如果把这些设备产生的所有杂乱数据全都聚集在一起，将会是个天文数字，这不仅会造成云端服务器的存储压力过大，而且容易出现带宽不够用、计算量庞大、延迟增加等情况，云端服务器稳定性受到巨大的冲击，网络安全性方面也会面临挑战。

边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，利用有限的硬件资源，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，完成数据采集、协议转换、数据上传、数据存储、数据分析等操作的软硬件一体的解决方案，可以提供实时、动态和智能的最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。边缘计算正是充分利用物联网终端的嵌入式计算能力，并与云端计算结合，通过云端服务器的交互协作，实现系统整体的智能化。边缘计算如同神经末梢一样，它赋予了在每一个联网的设备上的末端的智能化。

如图1所示，本发明实施例提供了一种边缘计算控制系统，其包括：

云端服务器1、边缘计算控制模块2和若干边缘设备3，其中，所述边缘计算控制模块2设置在所述云端服务器1和各所述边缘设备3之间，所述边缘计算控制模块2包括计算控制单元22、第一软网关21和第二软网关23，所述第一软网关21设置在所述云端服务器1和所述计算控制单元22之间，所述第二软网关23设置在所述计算控制单元22和各所述边缘设备3之间。

其中，示例性地，边缘设备3可以是公厕、路灯、消防栓、公共设施等，在本发明中，边缘设备3可以是智能设备，也可以是非智能设备，本发明对此不作具体限定。

具体而言，计算控制单元22用于对云端服务器1对边缘设备3的控制指令和/或边缘设备3采集的数据进行计算处理，使之获得有效数据并得以保存到云端服务器1中，减少冗余数据对云端服务器1存储空间的浪费，同时也能减轻云端服务器1的计算量和带宽成本；所述第一软网关21用于实现云端服务器1与计算控制单元22之间的数据交互；所述第二软网关23用于对经过计算控制单元22处理的控制指令进行解析，并实现统一协议与边缘设备3的数据指令集的个性化协议之间的转换，以实现对边缘设备3的控制和数据采集，而且，第二软网关23还有一定的数据存储能力，能够对来自边缘设备3的实时状态数据，报警、故障等信息做一定时间长度的存储；所述边缘设备3作为系统最末端的设备，主要用来收集物理环境信息，同时作为执行器来控制外部世界。

进一步地，所述边缘计算系统还包括网关4，设置在所述边缘计算控制模块2和所述边缘设备3之间。

具体而言，本发明在一种实现方式中，所述网关4内置于所述边缘设备3中，以使所述边缘设备3直接与所述边缘计算控制模块2进行通信连接。如图2所示，具备网络通信功能的边缘设备3，其自身所带的网关4可以直接与边缘计算控制模块2中的网络接口连接进行通信，边缘计算控制模块通过对云端服务器1发出的控制指令进行解析以及对来自边缘设备3的数据进行计算和处理，从而实现边缘计算控制模块2对自带网关4的边缘设备3的数据采集和控制。

本发明在另一种实现方式中，所述网关4设置在所述边缘设备3外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备3连接。如图2所示，在具体实现中，首先，网关4通过自带的232/485、zigbee、蓝牙、I/O串口等连接方式，实现一般边缘设备3与网关4之间的硬件连接，从而传输数据信息。其次，网关4再通过Modbus协议或其他自带协议与边缘计算控制模块2进行通信。最后，通过边缘计算控制模块2解析云端服务器1发出的控制指令以及对来自边缘设备3的数据进行计算和处理，从而实现边缘计算控制模块对连接网关4的边缘设备3的数据采集和控制。

更进一步地，如图2所示，所述云端服务器1通过5G网络与所述边缘计算控制模块2进行数据通信；所述边缘计算控制模块2通过网关自带协议或直接与所述网关4进行数据通信。

本发明实施例提供的边缘计算控制系统，通过边缘计算控制模块，能够实现存储、计算、控制于一体的边缘化执行，分解了云端服务器的带宽、储存、计算及控制的压力；与通过云端服务器进行计算处理相比，计算控制单元更靠近边缘设备，可以实时或更快地进行数据处理和分析，因此能够缩短延迟时间，同时提高了资源利用率，降低了维护成本，大大增加了云端服务器的安全性；由于第二软网关可以无限扩展协议插槽，并可接入不同的设备指令集，由此打破了对接入的边缘端设备的数量和种类的限制。

如图4所示，本实施例还提供一种边缘计算控制方法，在实际执行过程中，具体包括如下步骤：

步骤S1、建立边缘设备3与边缘计算控制模块2之间的通信连接。

具体而言，通过设置在所述边缘计算控制模块2和所述边缘设备3之间的网关4，建立边缘设备3与边缘计算控制模块2之间的通信连接。本发明在一种实现方式中，所述网关4内置于所述边缘设备3中，以使所述边缘设备3直接与所述边缘计算控制模块2进行通信连接。本发明在另一种实现方式中，所述网关4设置在所述边缘设备3外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备3连接。

步骤S2、将云端服务器1对所述边缘设备3的控制指令下发到所述边缘计算控制模块2。

具体地，将所述云端服务器1下发的所述控制命令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述边缘计算控制模块2中的第一软网关21。

步骤S3、通过所述边缘计算控制模块2对所述云端服务器1下发的所述控制指令进行计算处理。

在本发明的边缘计算控制方法的一种实施方式中，所述步骤S3具体可以包括：

步骤S31、通过所述第一软网关21，将所述控制指令下发到所述边缘计算控制模块2中的计算控制单元22。

步骤S32、通过所述计算控制单元22，对所述控制指令进行计算处理。

进一步地，在本发明的边缘计算控制方法的一种实施方式中，所述步骤S3还可以包括：

步骤S33、通过所述计算控制单元22，对来自云端服务器1的控制指令进行缓存。

步骤S4、将经过所述边缘计算控制模块2计算处理后的所述控制指令下发至所述边缘设备3，以实现所述云端服务器1对所述边缘设备3的控制。

在本发明的边缘计算控制方法的一种实施方式中，所述步骤S4具体可以包括：

步骤S41、将经过所述边缘计算控制单元22计算处理后的所述控制指令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述第二软网关23。

步骤S42、通过所述第二软网关23，对经过所述计算控制单元22计算处理后的所述控制指令进行解析。

步骤S43、通过所述第二软网关23，将所述控制指令的解析结果从统一协议转换为所述边缘设备3的数据指令集的个性化协议。

具体而言，可通过第二软网关23的协议插槽来实现协议转换。

步骤S44、通过所述网关4，将所述控制指令的解析结果通过个性化协议下发至所述边缘设备3。

步骤S5、将所述边缘设备3的数据上报到所述边缘计算控制模块2。

在具体实现中，通过所述网关4，将所述边缘设备3的数据指令集通过个性化协议上报到所述边缘计算控制模块2中的第二软网关23。

步骤S6、通过所述边缘计算控制模块2对所述边缘设备3上报的数据进行计算处理。

如图3所示，边缘计算控制模块2接收到的数据信息是所有边缘设备3产生杂乱数据的总和，通过边缘计算控制模块2计算处理后，然后把处理后的有效数据上报给云端服务器1。

在本发明的边缘计算控制方法的一种实施方式中，所述步骤S6具体可以包括：

步骤S61、通过所述第二软网关23，将所述边缘设备3的数据指令集从个性化协议转换为所述云端服务器1可接收的统一协议。

具体而言，可通过第二软网关23的协议插槽来实现协议转换。

步骤S62、将所述边缘设备3的数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线传输到所述计算控制单元22。

步骤S63、通过所述计算控制单元22，对所述数据指令集进行计算处理。

在本发明的边缘计算控制方法的一种实施方式中，所述步骤S6还可以包括：

步骤S64、通过所述计算控制单元22对来自边缘设备3的数据信息进行缓存。

步骤S7、将经过所述边缘计算控制模块2计算处理后的数据上传到所述云端服务器1，以实现所述云端服务器1对所述边缘设备3的数据采集。

具体地，通过所述第一软网关21，将经过所述计算控制单元22计算处理后的所述数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线上传到所述云端服务器1。

本发明实施例提供的边缘计算控制方法，通过边缘计算控制模块，能够实现存储、计算、控制于一体的边缘化执行，分解了云端服务器的带宽、储存、计算及控制的压力；与通过云端服务器进行计算处理相比，计算控制单元更靠近边缘设备，可以实时或更快地进行数据处理和分析，因此能够缩短延迟时间，同时提高了资源利用率，降低了维护成本，大大增加了云端服务器的安全性；由于第二软网关可以无限扩展协议插槽，并可接入不同的设备指令集，由此打破了对接入的边缘端设备的数量和种类的限制。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种边缘计算系统，其特征在于，包括：

云端服务器、边缘计算控制模块和若干边缘设备，其中，所述边缘计算控制模块设置在所述云端服务器和各所述边缘设备之间，所述边缘计算控制模块包括计算控制单元、第一软网关和第二软网关，所述第一软网关设置在所述云端服务器和所述计算控制单元之间，所述第二软网关设置在所述计算控制单元和各所述边缘设备之间。

2.根据权利要求1所述的边缘计算系统，其特征在于，所述边缘计算系统还包括网关，设置在所述边缘计算控制模块和所述边缘设备之间。

3.根据权利要求2所述的边缘计算系统，其特征在于，所述网关内置于所述边缘设备中，以使所述边缘设备直接与所述边缘计算控制模块进行通信连接。

4.根据权利要求2所述的边缘计算系统，其特征在于，所述网关设置在所述边缘设备外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备连接。

5.根据权利要求1所述的边缘计算系统，其特征在于，所述云端服务器通过5G网络与所述边缘计算控制模块进行数据通信；所述边缘计算控制模块通过网关自带协议或直接与所述网关进行数据通信。

6.一种边缘计算控制方法，其特征在于，包括：

建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接；

将云端服务器对所述边缘设备的控制指令下发到所述边缘计算控制模块；

通过所述边缘计算控制模块对所述云端服务器下发的所述控制指令进行计算处理；

将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的所述控制指令下发至所述边缘设备，以实现所述云端服务器对所述边缘设备的控制；

将所述边缘设备的数据上报到所述边缘计算控制模块；

通过所述边缘计算控制模块对所述边缘设备上报的数据进行计算处理；

将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的数据上传到所述云端服务器，以实现所述云端服务器对所述边缘设备的数据采集。

7.根据权利要求6所述的边缘计算控制方法，其特征在于，所述建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接，具体包括：

通过设置在所述边缘计算控制模块和所述边缘设备之间的网关，建立边缘设备与边缘计算控制模块之间的通信连接，其中，所述网关内置于所述边缘设备中，以使所述边缘设备直接与所述边缘计算控制模块进行通信连接；或者，所述网关设置在所述边缘设备外部，并通过232/485、zigbee、蓝牙或I/O串口与所述边缘设备连接。

8.根据权利要求7所述的边缘计算控制方法，其特征在于，所述将云端服务器对所述边缘设备的控制指令下发到所述边缘计算控制模块，具体包括：

将所述云端服务器下发的所述控制命令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述边缘计算控制模块中的第一软网关；

所述将所述边缘设备的数据上报到所述边缘计算控制模块，具体包括：

通过所述网关，将所述边缘设备的数据指令集通过个性化协议上报到所述边缘计算控制模块中的第二软网关。

9.根据权利要求8所述的边缘计算控制方法，其特征在于，所述通过所述边缘计算控制模块对所述云端服务器下发的所述控制指令进行计算处理，具体包括：

通过所述第一软网关，将所述控制指令下发到所述边缘计算控制模块中的计算控制单元；

通过所述计算控制单元，对所述控制指令进行计算处理；

所述通过所述边缘计算控制模块对所述边缘设备上报的数据进行计算处理，具体包括：

通过所述第二软网关，将所述边缘设备的数据指令集从个性化协议转换为所述云端服务器可接收的统一协议；

将所述边缘设备的数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线传输到所述计算控制单元；

通过所述计算控制单元，对所述数据指令集进行计算处理。

10.根据权利要求8所述的边缘计算控制方法，其特征在于，所述将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的所述控制指令下发至所述边缘设备，具体包括：

将经过所述边缘计算控制单元计算处理后的所述控制指令通过统一协议，经由下行通信总线传输到所述第二软网关；

通过所述第二软网关，对经过所述计算控制单元计算处理后的所述控制指令进行解析；

通过所述第二软网关，将所述控制指令的解析结果从统一协议转换为所述边缘设备的数据指令集的个性化协议；

通过所述网关，将所述控制指令的解析结果通过个性化协议下发至所述边缘设备；

所述将经过所述边缘计算控制模块计算处理后的数据上传到所述云端服务器，具体包括：

通过所述第一软网关，将经过所述计算控制单元计算处理后的所述数据指令集通过统一协议，经由上行通信总线上传到所述云端服务器。

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