CN113691454A - 一种工业物联网数据采集和管理方法、系统 - Google Patents

一种工业物联网数据采集和管理方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业物联网数据采集和管理方法,通过自定义参数来限定Mesh网络中各节点的数据传输的参数,使各节点重新组网,形成新的拓扑结构;同时,本发明还公开了一种基于该方法的工业物联网数据采集和管理系统,其技术方案:一种工业物联网数据采集和管理方法,包括以下步骤:步骤1:获取Mesh网络的第一拓扑信息;步骤2:向第一拓扑信息中插入自定义参数,得到第二拓扑信息;所述自定义参数用于对Mesh网络中各节点的数据传输的参数进行限定;步骤3:将第二拓扑信息通过Mesh网络发送至各节点;各节点根据第二拓扑信息进行组网和数据传输,属于物联网技术领域。

Description

一种工业物联网数据采集和管理方法、系统
技术领域
本发明属于物联网技术领域,更具体而言,涉及一种工业物联网数据采集和管理方法、系统。
背景技术
目前主流的物联网数据采集系统,数据采集覆盖面窄,传输时延高,难以应对多点大数据流量同时接入传输的场合。
比如,CN105376288A公开了一种物联网节点的可视化监测方法,所述方法包括以下步骤:在物联网节点中安装服务器端并连接网络;通过服务器端读取物联网节点采集到的数据,然后根据采集到的数据信息定义该数据的图形组态;通过网络请求连接该物联网节点,然后根据定义好的图形组态和实时数据的值进行图形绘制来表示该数据以形成该物联网节点的监控视图;在浏览器上通过访问该物联网节点来查看该物联网节点的监控视图。
上述物联网节点的可视化监测方法通过服务器端来收集单个节点的数据,并形成监控视图,用户需要连接到单个节点去查看该节点的情况,而无法一次性查看所有节点的情况,不方便明确各个节点的传输情况,难以做出相应的调整策略。
再比如,CN104427543A公开了一种无线节点及其网络拓扑结构发现系统、方法,该无线 Mesh节点包括:内核单元,接收单元,发送单元;内核单元内置操作系统,周期地收集最新与无线 Mesh 节点自身相连的链路的状态信息以及链路另一端的相邻无线Mesh节点的IP地址;与无线Mesh节点自身相连的链路的状态信息即为无线Mesh节点的链路状态信息;接收单元与内核单元相连,接收相邻无线Mesh节点的链路状态信息和IP地址;发送单元与内核单元相连,周期地广播无线Mesh节点的链路状态信息和IP地址,并转发相邻无线Mesh节点的链路状态信息和 IP地址。
上述网络拓扑结构发现系统虽然能够显示无线Mesh网络的拓扑结构,但是不方便对拓扑结构进行调整,在实际传输中,有的节点流量大,有的节点流量小,Mesh网络不能够稳定的传输数据,需要对相应参数进行限定,调整成合适的拓扑结构,以保证多节点大流量数据实时稳定传输。
所以本申请要解决的技术问题是:如何在数据收集过程中实时调整Mesh网络的拓扑结构。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种工业物联网数据采集和管理方法,通过自定义参数来限定Mesh网络中各节点的数据传输的参数,使各节点重新组网,形成新的拓扑结构;同时,本发明还公开了一种基于该方法的工业物联网数据采集和管理系统。
根据本发明的第一方面,提供了一种工业物联网数据采集和管理方法,包括以下步骤:
步骤1:获取Mesh网络的第一拓扑信息;
步骤2:向第一拓扑信息中插入自定义参数,得到第二拓扑信息;所述自定义参数用于对Mesh网络中各节点的数据传输的参数进行限定;
步骤3:将第二拓扑信息通过Mesh网络发送至各节点;各节点根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
本发明的一个特定的实施例中,所述第一拓扑信息由Mesh网络中的各节点的节点数据信息组成;所述节点数据信息为节点的数据传输的参数的集合。
本发明的一个特定的实施例中,所述节点的数据传输的参数包括信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计。
本发明的一个特定的实施例中,所述自定义参数是指对节点数据信息中信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计中的至少一个参数进行修改后的参数。
本发明的一个特定的实施例中,所述第二拓扑信息采用JSON格式进行封装并发送到Mesh网络中。
本发明的一个特定的实施例中,周期性的获取Mesh网络最新的拓扑信息;
将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点故障;
判断有节点故障,在最新的拓扑信息中插入自定义参数,形成第三拓扑信息;将第三拓扑信息通过Mesh网络发送至各节点;各节点根据第三拓扑信息进行组网和数据传输。
本发明的一个特定的实施例中,还包括:将各节点结合GPS信息在客户端的显示界面进行显示。
同时,本发明还公开了一种用于实现如上任一所述方法的工业物联网数据采集和管理系统,包括客户端、平台、Mesh网络,所述Mesh网络由多个节点组成;所述节点分为主节点和次节点,所述主节点为至少一个;
所述平台包括如下单元:
第一拓扑信息获取单元:用于获取Mesh网络的第一拓扑信息;
写入单元:用于向第一拓扑信息中插入自定义参数;所述自定义参数由客户端设定并用于对Mesh网络中各节点的数据传输的参数进行限定;
通信模块:用于将插入有自定义参数的第一拓扑信息发送至主节点;
主节点生成第二拓扑信息,并通过Mesh网络发送至各次节点;
所述Mesh网络中各节点根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
本发明的一个特定的实施例中,所述节点中搭载有管理单元,所述管理单元包括如下模块:
无线控制策略模块:用于收集无线端口的信息,并根据第二拓扑信息控制无线端口进行组网;
拓扑信息策略模块:用于定义节点的数据传输的参数,并将节点的数据传输的参数广播到其他节点上;
故障检测策略模块:周期性的获取最新的拓扑信息,将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点故障。
本发明的一个特定的实施例中,所述Mesh网络中各节点之间采用WIFI6所支持的WPA3加密认证技术进行通信连接;
所述平台为云平台。
本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一:
本发明通过获取Mesh网络的第一拓扑信息知晓各个节点的传输情况,接着向第一拓扑信息中插入自定义参数,来限定Mesh网络中各节点的数据传输的参数,经过计算后形成更优的第二拓扑信息,再通过Mesh网络将第二拓扑信息发送至各节点,各节点根据第二拓扑信息重新组网,调整Mesh网络的拓扑结构,保证多节点大流量数据实时稳定传输。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明;
图1是本发明实施例1的流程图;
图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,实施方式的示例在附图中示出,其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。
实施例1
参照图1所示,本发明一个实施例中,一种工业物联网数据采集和管理方法,包括以下步骤:
步骤1:获取Mesh网络1的第一拓扑信息,便可知道各个节点11的传输情况;
本实施例中,所述所述第一拓扑信息由Mesh网络1中的各节点11的节点数据信息组成;所述节点数据信息为节点11的数据传输的参数的集合;
所述节点11的数据传输的参数包括信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计;
扫描信息主要是作为各节点11组网连接选择的依据,包括BSSID、SSID、RSSI、channel、bandwidth等,通过该参数可知道节点11的MAC地址、链接质量、频道和频宽;
上行节点和下行节点是相对的,组网中节点11作为被连接者,则定义为上行节点,而节点的下挂节点则定义成下行节点,组网过程中,当前节点11作为上行节点与下行节点进行参数传输,或作为下行节点与上行节点进行参数传输,以此知晓当前节点11的通信延时情况;
具体来说,所述参数传输包括当前节点11的无线端口数量和无线端口信息,以及当前节点11的下挂节点信息,无线端口信息包括channel、固定标识、无线物理模式、BSSID、SSID、安全模式、加密方式和密钥等,下挂节点信息包括MAC地址、连接时间和连接媒介等;
数据收发统计指的是通过无线传输的正常收发包数量、以及出错的收发包数量,通过该参数可知道节点的数据传输负载量;
步骤2:向第一拓扑信息中插入自定义参数,得到第二拓扑信息;所述自定义参数用于对Mesh网络1中各节点11的数据传输的参数进行限定;
具体来说,所述自定义参数是指对节点数据信息中信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计中的至少一个参数进行修改后的参数;
例如,基于不同的应用场景,插入自定义参数来限定信号强度、上行节点、下行节点和数据收发统计,改变信号强度、上行节点和下行节点的通讯延时、数据传输负载量三者的权重,使节点数据信息发生变化,根据新的节点数据信息计算便可得出更优的第二拓扑信息;
步骤3:将第二拓扑信息通过Mesh网络1发送至各节点11;各节点11根据第二拓扑信息进行组网和数据传输;
第二拓扑信息发送至各节点11后,各节点11更新自身的节点数据信息,并根据第二拓扑信息找到与自己连接的节点11的无线端口,进行组网,调整Mesh网络的拓扑结构,保证多节点大流量数据实时稳定传输。
优选地,所述第二拓扑信息采用JSON格式进行封装并发送到Mesh网络1中,JSON格式结构简单,生成和解析都比较方便,传输效率高。
本发明的一个特定的实施例中,周期性的获取Mesh网络1最新的拓扑信息;
将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点11故障;如果有节点11故障,那么最新的拓扑信息中的节点11数量会减少,缺少对应的MAC地址或固定标识,对比分析后会记录故障节点信息;
判断有节点11故障后,在最新的拓扑信息中插入自定义参数,形成第三拓扑信息;将第三拓扑信息通过Mesh网络1发送至各节点11;各节点11根据第三拓扑信息进行组网和数据传输,进而跳过故障节点调整Mesh网络1的拓扑结构,恢复正常的通信环境。
在具体的实施方式中,节点11的信号强弱难以通过线上改良时,可能需要增加新的中间节点,增加新的中间节点后,最新的拓扑信息也会发生变化,可以此进行判断并重新组网。
优选地,还包括:将各节点11结合GPS信息在客户端2的显示界面进行显示,可以在显示界面上绘制出更为直观的监控图像,例如3D视图,显示节点11的地理三维坐标、信号强度,以及传输流量;
在维修故障节点时,可以直观的看到故障节点的地理三维坐标,维护人员可以准确得知故障设备并前往现场检查。
实施例2
参照图1至图2所示,一种用于实现权利要求实施例1所述方法的工业物联网数据采集和管理系统,包括客户端2、平台3、Mesh网络1,所述Mesh网络1由多个节点11组成;所述节点11分为主节点和次节点,所述主节点为至少一个;
所述平台3包括如下单元:
第一拓扑信息获取单元31:用于获取Mesh网络1的第一拓扑信息;
写入单元32:用于向第一拓扑信息中插入自定义参数;所述自定义参数由客户端2设定并用于对Mesh网络1中各节点11的数据传输的参数进行限定;
通信模块33:用于将插入有自定义参数的第一拓扑信息发送至主节点;
主节点生成第二拓扑信息,并通过Mesh网络1发送至各次节点;
所述Mesh网络1中各节点11根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
用户使用客户端2与平台3连接,第一拓扑信息获取单元31获取Mesh网络1的第一拓扑信息供用户查看,用户了解各节点11的传输情况,做出相应的策略,并通过客户端2设置自定义参数,写入单元32将自定义参数插入到第一拓扑信息中,接着通信模块33将插入有自定义参数的第一拓扑信息发送至主节点,主节点根据计算得到更优的第二拓扑信息,并通过Mesh网络1将第二拓扑信息发送至各次节点,Mesh网络1中各节点11根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
本发明的一个特定的实施例中,所述节点11中搭载有管理单元,所述管理单元包括如下模块:
无线控制策略模块:用于收集无线端口的信息,包括RSSI,发送功率,工作信道,客户连接数量等,并根据第二拓扑信息控制无线端口进行组网或链路失败切换连接动作;同时,该模块中封装了不同的Ioctl和Netlink事件,用于访问Mesh网络1的驱动部分,为其他应用提供服务,Netlink是一种异步全双工的通信方式,支持内核主动发起传输通信,而无需其他应用主动发出,其他应用访问无线资源则无须知道无线驱动的差异性;
拓扑信息策略模块:用于定义节点11的数据传输的参数,并将节点11的数据传输的参数广播到其他节点11上,使其他节点11都能获取本节点11的数据传输参数和本节点11的无线端口信息;使用时,通过该模块定义当前节点11的角色,确定是主节点还是次节点,若为主节点,会根据插入有自定义参数的第一拓扑信息计算得到更优的第二拓扑信息;
故障检测策略模块:周期性的获取最新的拓扑信息,将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点11故障,有的话记录并定位故障节点11,上报至平台3,用户可通过客户端2查看。
优选地,所述Mesh网络1中各节点11之间采用WIFI6所支持的WPA3加密认证技术进行通信连接,可以更大程度的保证各节点11的安全连接,避免通信系统被暴力攻击入侵;
所述平台3为云平台3,数据存储量大,安全可靠,客户端2可以随时与平台3连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取Mesh网络的第一拓扑信息;
步骤2:向第一拓扑信息中插入自定义参数,得到第二拓扑信息;所述自定义参数用于对Mesh网络中各节点的数据传输的参数进行限定;
步骤3:将第二拓扑信息通过Mesh网络发送至各节点;各节点根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
2.根据权利要求1所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,所述第一拓扑信息由Mesh网络中的各节点的节点数据信息组成;所述节点数据信息为节点的数据传输的参数的集合。
3.根据权利要求2所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,所述节点的数据传输的参数包括信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计。
4.根据权利要求3所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,所述自定义参数是指对节点数据信息中信号强度,GPS信息,扫描信息,上行节点,下行节点,数据收发统计中的至少一个参数进行修改后的参数。
5.根据权利要求1所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,所述第二拓扑信息采用JSON格式进行封装并发送到Mesh网络中。
6.根据权利要求1所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,周期性的获取Mesh网络最新的拓扑信息;
将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点故障;
判断有节点故障,在最新的拓扑信息中插入自定义参数,形成第三拓扑信息;将第三拓扑信息通过Mesh网络发送至各节点;各节点根据第三拓扑信息进行组网和数据传输。
7.根据权利要求3所述的工业物联网数据采集和管理方法,其特征在于,还包括:将各节点结合GPS信息在客户端的显示界面进行显示。
8.一种用于实现权利要求1-7任一所述方法的工业物联网数据采集和管理系统,其特征在于,包括客户端、平台、Mesh网络,所述Mesh网络由多个节点组成;所述节点分为主节点和次节点,所述主节点为至少一个;
所述平台包括如下单元:
第一拓扑信息获取单元:用于获取Mesh网络的第一拓扑信息;
写入单元:用于向第一拓扑信息中插入自定义参数;所述自定义参数由客户端设定并用于对Mesh网络中各节点的数据传输的参数进行限定;
通信模块:用于将插入有自定义参数的第一拓扑信息发送至主节点;
主节点生成第二拓扑信息,并通过Mesh网络发送至各次节点;
所述Mesh网络中各节点根据第二拓扑信息进行组网和数据传输。
9.根据权利要求8所述的工业物联网数据采集和管理系统,其特征在于,所述节点中搭载有管理单元,所述管理单元包括如下模块:
无线控制策略模块:用于收集无线端口的信息,并根据第二拓扑信息控制无线端口进行组网;
拓扑信息策略模块:用于定义节点的数据传输的参数,并将节点的数据传输的参数广播到其他节点上;
故障检测策略模块:周期性的获取最新的拓扑信息,将最新的拓扑信息与第二拓扑信息进行对比分析,判断是否有节点故障。
10.根据权利要求8或9所述的工业物联网数据采集和管理系统,其特征在于,所述Mesh网络中各节点之间采用WIFI6所支持的WPA3加密认证技术进行通信连接;
所述平台为云平台。
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