CN113794681A - 一种基于mqtt的边缘计算网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于mqtt的边缘计算网关，包括控制器，控制器具有通信模块、计算模块、配置模块和识别模块；其中，所述通信模块通过OPC协议连接OPC服务器、通过MQTT协议连接MQTT服务器、通过MODBUS协议连接本地仪器仪表，并进行信号的收集和传递；所述计算模块利用通信模块收集的数据进行处理分析后再通过通信模块向设备及服务器进行传递；本装置基于MQTT通信协议，在安全传输的基础上，能够根据识别模块和配置模块对于服务器和设备之间的通讯连接进行精准的匹配配置，不仅适用与本地连接和物联网远程连接控制，还能够对于本地连接和物联网远程连接进行综合控制，为智能化设备运行提供有效的控制支持。

Description

一种基于mqtt的边缘计算网关
技术领域
本发明涉及边缘计算网关，具体是一种基于mqtt的边缘计算网关。
背景技术
现有的工业网关多为工业协议网关，例如把工业现场的机器设备通过某种协议采集到网关内，然后通过单一网络协议上传到服务器，功能比较简单、单一，无法满足当前工业互联网行业数据采集的需求，如果把实时数据发送到服务器，然后服务器分析后再下发控制指令，会有数据延时，难以达到设备的实时控制，不利于保护设备与重要的加工产品。
同时，现有的工业网关还存在现场工程维护工作量大，网关机通常分布运行在偏远地区，每次的工程改造，功能和配置升级，都会费尽周折，不仅维护成本低，而且效率低下，不能够灵活的进行远程控制，在本地设备和远程设备的综合控制上，还是要大大依赖云端总控，局限性很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于mqtt的边缘计算网关，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于mqtt的边缘计算网关，包括控制器，控制器具有通信模块、计算模块、配置模块和识别模块；其中，所述通信模块通过OPC协议连接OPC服务器、通过MQTT协议连接MQTT服务器、通过MODBUS协议连接本地仪器仪表，并进行信号的收集和传递；所述计算模块利用通信模块收集的数据进行处理分析后再通过通信模块向设备及服务器进行传递；所述配置模块用于对网关和设备之间的通信协议及参数进行配置；所述识别模块用于识别通过通信模块连接的服务器及设备的标签，并向控制器进行反馈标签数据。
作为本发明的优选方案：通信模块中具有MQTT客户端模块，MQTT客户端模块配置TLS加密，对于服务器和MQTT客户端模块之间的信号传输过程进行文字加密，MQTT客户端模块包括连接模块，连接模块基于Mosquitto库实现MQTT服务器连接，进行消息的订阅与推送设置。
作为本发明再进一步的优选方案：通信模块中还具有OPC模块，控制器通过OPC模块连接OPC服务器并与本地设备双向连接，控制器对于OCP服务器反馈的OPC数据通过计算模块进行分类，并将不同类别的OPC数据依赖MQTT客户端模块通过MQTT服务器传送至终端；OPC服务器同时接收设备报警数据，并根据控制器预先设定阈值比较实现设备的及时报警信息传递；控制器预先设置阈值根据配置模块实现。
作为本发明再进一步的优选方案：所述配置模块包括通信配置模块用于对通信模块中的各子模块进行规约参数设置，还包括参数配置模块用于对连接的设备、服务器通过通信模块中的相应参数进行匹配关联，参数配置模块具有初始化模块，初始化模块基于规约参数对通过各子模块与通信模块连接的设备进行初始化通信机制。
作为本发明再进一步的优选方案：所述识别模块具有标签识别，通过MQTT协议、OPC协议和MODBUS协议连接的服务器及设备都具备各自独立标签。
作为本发明再进一步的优选方案：所述控制器还具有存储模块，存储模块用于存储功能代码、设备信息和驱动，存储模块存储的功能代码在接收控制信息后进行加载，通过计算模块进行本地计算，减少常规云端运算所使用的时间，设备信息的存储应用在识别模块和配置模块，快速实现连接功能，驱动的存储在进行多设备的连接时，能够直接调用进行驱动控制；所述存储模块还具有临时插拔数据接口，用于连接外部存储进行运行过程中对于新设备的驱动更新和运行数据的临时保存调用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置基于MQTT通信协议，在安全传输的基础上，能够根据识别模块和配置模块对于服务器和设备之间的通讯连接进行精准的匹配配置，不仅适用与本地连接和物联网远程连接控制，还能够对于本地连接和物联网远程连接进行综合控制，为智能化设备运行提供有效的控制支持。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于mqtt的边缘计算网关，包括控制器，控制器具有通信模块、计算模块、配置模块和识别模块；其中，所述通信模块通过OPC协议连接OPC服务器、通过MQTT协议连接MQTT服务器、通过MODBUS协议连接本地仪器仪表，并进行信号的收集和传递；所述计算模块利用通信模块收集的数据进行处理分析后再通过通信模块向设备及服务器进行传递；所述配置模块用于对网关和设备之间的通信协议及参数进行配置；所述识别模块用于识别通过通信模块连接的服务器及设备的标签，并向控制器进行反馈标签数据。
本装置基于MQTT通信协议，在安全传输的基础上，能够根据识别模块和配置模块对于服务器和设备之间的通讯连接进行精准的匹配配置，不仅适用与本地连接和物联网远程连接控制，还能够对于本地连接和物联网远程连接进行综合控制，为智能化设备运行提供有效的控制支持。
其中，通信模块中具有MQTT客户端模块，MQTT客户端模块配置TLS加密，对于服务器和MQTT客户端模块之间的信号传输过程进行文字加密，MQTT客户端模块包括连接模块，连接模块基于Mosquitto库实现MQTT服务器连接，进行消息的订阅与推送设置；具体的流程为首先进行Mosquitto库的文件初始化，设置回调函数中订阅的消息，进行服务器连接，服务器进行连接后进行判断连接成功与否，服务器连接成功后进行云端连接并判断，云端连接成功过程中发送状态信息，并调用订阅消息进行控制，实现远程设备的动态监控控制；具体的，进行服务器和云端的连接过程中，若发生失败则在网关端进行错误日志输出，并同时进行重复尝试，直到人工控制连接断开为止。
通信模块中还具有OPC模块，控制器通过OPC模块连接OPC服务器并与本地设备双向连接，控制器对于OCP服务器反馈的OPC数据通过计算模块进行分类，并将不同类别的OPC数据依赖MQTT客户端模块通过MQTT服务器传送至终端，降低带宽占用；OPC服务器同时接收设备报警数据，并根据控制器预先设定阈值比较实现设备的及时报警信息传递；控制器预先设置阈值根据配置模块实现。
所述配置模块包括通信配置模块用于对通信模块中的各子模块进行规约参数设置，还包括参数配置模块用于对连接的设备、服务器通过通信模块中的相应参数进行匹配关联，参数配置模块具有初始化模块，初始化模块基于规约参数对通过各子模块与通信模块连接的设备进行初始化通信机制，如通过RS485和RS232的设备可通过初始化后通过MODBUS协议进行连接，改变点对点模式为总线控制模式，实现物联网功能。
所述识别模块具有标签识别，通过MQTT协议、OPC协议和MODBUS协议连接的服务器及设备都具备各自独立标签，在通信模块接入设备时，同步获取标签信息，根据标签信息能够计算出设备所连接的服务器信息，通过配置模块完成配置后，统一发送定向信息，并通过通信模块进行配置连接判断；初次进行识别时，通过识别的标签，进行初始配置即可，多次连接时，根据识别的标签与配置模块的配置信息记录进行比对，根据接入记录快速实现识别配对，从而完成设备的快速稳定对接；而识别模块的存在，还能够快速对设备的运行状态进行判断，即标签的读取与否判断，在连接前即可完成设备运行问题排查。
进一步的，所述控制器还具有存储模块，存储模块用于存储功能代码、设备信息和驱动，存储模块存储的功能代码在接收控制信息后进行加载，通过计算模块进行本地计算，减少常规云端运算所使用的时间，设备信息的存储应用在识别模块和配置模块，快速实现连接功能，驱动的存储在进行多设备的连接时，能够直接调用进行驱动控制；所述存储模块还具有临时插拔数据接口，用于连接外部存储进行运行过程中对于新设备的驱动更新和运行数据的临时保存调用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，包括控制器，控制器具有通信模块、计算模块、配置模块和识别模块；
所述通信模块通过OPC协议连接OPC服务器、通过MQTT协议连接MQTT服务器、通过MODBUS协议连接本地仪器仪表，并进行信号的收集和传递；
所述计算模块利用通信模块收集的数据进行处理分析后再通过通信模块向设备及服务器进行传递；
所述配置模块用于对网关和设备之间的通信协议及参数进行配置；
所述识别模块用于识别通过通信模块连接的服务器及设备的标签，并向控制器进行反馈标签数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，所述通信模块中具有MQTT客户端模块，MQTT客户端模块配置TLS加密，对于服务器和MQTT客户端模块之间的信号传输过程进行文字加密，MQTT客户端模块包括连接模块，连接模块基于Mosquitto库实现MQTT服务器连接，进行消息的订阅与推送设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，通信模块中还具有OPC模块，控制器通过OPC模块连接OPC服务器并与本地设备双向连接，控制器对于OCP服务器反馈的OPC数据通过计算模块进行分类，并将不同类别的OPC数据依赖MQTT客户端模块通过MQTT服务器传送至终端；
OPC服务器同时接收设备报警数据，并根据控制器预先设定阈值比较实现设备的及时报警信息传递；
控制器预先设置阈值根据配置模块实现。
4.根据权利要求3所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，所述配置模块包括通信配置模块用于对通信模块中的各子模块进行规约参数设置，还包括参数配置模块用于对连接的设备、服务器通过通信模块中的相应参数进行匹配关联，参数配置模块具有初始化模块，初始化模块基于规约参数对通过各子模块与通信模块连接的设备进行初始化通信机制。
5.根据权利要求4所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，所述识别模块具有标签识别，通过MQTT协议、OPC协议和MODBUS协议连接的服务器及设备都具备各自独立标签。
6.根据权利要求1所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，所述控制器还具有存储模块，存储模块用于存储功能代码、设备信息和驱动，存储模块存储的功能代码在接收控制信息后进行加载，通过计算模块进行本地计算，减少常规云端运算所使用的时间，设备信息的存储应用在识别模块和配置模块，快速实现连接功能，驱动的存储在进行多设备的连接时，能够直接调用进行驱动控制。
7.根据权利要求6所述的一种基于mqtt的边缘计算网关，其特征在于，所述存储模块还具有临时插拔数据接口，用于连接外部存储进行运行过程中对于新设备的驱动更新和运行数据的临时保存调用。
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