CN113950168A - 一种高可靠性冗余备份4g/5g安全边缘计算网关 - Google Patents

一种高可靠性冗余备份4g/5g安全边缘计算网关 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，包括电路结构相同的主电路和冗余电路，还包括通信融合电路；所述主电路包括第一主控单元，所述冗余电路包括第二主控单元，所述第一主控单元和所述第二主控单元的输出端连接所述通信融合电路，所述通信融合电路的输出信号作为所述边缘计算网关的输出信号。本发明可以在边缘计算网关内部一套电路失效的情况下自动切换到另外一套电路，在不影响用户的功能的使用前提下提前预知故障并提前安排计划，明显增加设备的可靠性与使用寿命。

Description

一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关
技术领域
本发明涉及网关技术领域，具体的说是一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关。
背景技术
普通工业智能网关配备的主要是网络层的协议，目的是为了将接收到数据，根据指定的目的地址传往另外一个设备，所以转换是网络层的重点。
但是边缘计算网关的不同点是强调了“计算”二字。它有完整的处理能力，能够对数据进行本地解析，得出结果。物联网希望的是将终端数据采集后交给集中式处理单元负责后续处理，可是在实际部署中发现，如果真的把物物相连实现，恐怕云计算厂商的计算能力不见得能处理得了。采集的数据既有高并发类型，又有时间敏感类型。最麻烦的是既会出现高并发，又会出现时间敏感要求，甚至还有高运算要求。所以边缘计算网关的概念出现了。边缘计算服务提供商希望能够在用户端先完成一些本地能够完成的计算任务，降低对连接云计算服务器的带宽的要求，只传输一些重要的，必须传输的数据。
随着技术的广泛应用，在一些高可靠性、高安全性的场合（如地铁、汽车、医疗、电力等）需要设备不仅能完成数据传输，还要求可靠的传输，传输数据还要进行加密处理。在某些情况下，用户使用边缘计算网关的过程中，会出现设备故障，必须到现场进行更换才能继续使用的情形，影响数据传输的实时性和可靠性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，包括电路结构相同的主电路和冗余电路，还包括通信融合电路；所述主电路包括第一主控单元，所述冗余电路包括第二主控单元，所述第一主控单元和所述第二主控单元的输出端连接所述通信融合电路，所述通信融合电路的输出信号作为所述边缘计算网关的输出信号；
所述第一主控单元连接所述第二主控单元，所述第一主控单元和第二主控单元均用于将接收到的数据同步发送给对方；所述第一主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第二主控单元的数据是否一致，所述第二主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第一主控单元的数据是否一致，所述第一主控单元在未接收到所述第二主控单元同步的数据时，判定所述第二主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号；所述第二主控单元在未接收到所述第一主控单元同步的数据时，判定所述第一主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号。
所述主电路还包括第一电源系统、第一安全芯片和第一通信电路；所述冗余电路还包括第二电源系统、第二安全芯片和第二通信电路；
所述第一电源系统与所述第二电源系统的输入端均连接所述网关的电源输入端；所述第一电源系统的输出端连接所述第一主控单元、通信融合电路、第一安全芯片和第一通信电路，所述第一主控单元还连接所述第一安全芯片和第一通信电路；
所述第二电源系统的输出端连接所述第二主控单元、通信融合电路、第二安全芯片和第二通信电路，所述第二主控单元还连接所述第二安全芯片和第二通信电路；
所述第一通信电路和所述第二通信电路的输出端用于连接所述通信融合电路。
所述第一通信电路包括第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元，所述第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元均连接所述第一主控单元；
所述第二通信电路包括第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元，所述第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元均连接所述第二主控单元。
所述通信融合电路包括功分器和交换机，所述功分器的输入端连接所述第一4G、5G信号通信单元和所述第一4G、5G信号通信单元的输出端，所述功分器的输出端作为所述边缘计算网关的无线输出端；所述交换机的输入端连接所述第一以太网单元和所述第二以太网单元的输出端，所述交换机的输出端作为所述边缘计算网关的以太网输出端。
所述第一RS232单元和所述第二RS232单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS232输出端。
所述第一RS485单元和所述第二RS485单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS485输出端。
所述第一CAN单元和所述第二CAN单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的CAN输出端。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明可以在边缘计算网关内部一套电路失效的情况下自动切换到另外一套电路，在不影响用户的功能的使用前提下提前预知故障并提前安排计划，明显增加设备的可靠性与使用寿命。
2、本发明每套电路有单独的安全芯片，增加设备的安全性。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，包括电路结构相同的主电路和冗余电路，还包括通信融合电路；所述主电路包括第一主控单元，所述冗余电路包括第二主控单元，所述第一主控单元和所述第二主控单元的输出端连接所述通信融合电路，所述通信融合电路的输出信号作为所述边缘计算网关的输出信号；所述第一主控单元连接所述第二主控单元，所述第一主控单元和第二主控单元均用于将接收到的数据同步发送给对方；所述第一主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第二主控单元的数据是否一致，所述第二主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第一主控单元的数据是否一致，所述第一主控单元在未接收到所述第二主控单元同步的数据时，判定所述第二主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号；所述第二主控单元在未接收到所述第一主控单元同步的数据时，判定所述第一主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号。第一主控单元和第二主控单元均用于通信数据的运算收发处理，且具有相同的处理逻辑。
在本发明的一个实施例中，用户向边缘计算网关发送数据（这个数据可以是RS232，RS485等），然后边缘计算网关的两个CPU（第一主控单元和第二主控单元）同时接收数据，同时数据处理，然后同时两个CPU再交换验证数据，然后再把数据发送出去。当其中一路电路（如第一主控单元）故障时，第二主控单元继续运行实现用户的数据正常收发，同时预警客户设备内部有一路电路出现故障尽早安排维修更换。
交换验证数据的具体过程是：两路CPU（第一主控单元和第二主控单元）同时接收到来自RS485或以太网等的数据，经过数据处理后，同步将处理后的数据发往对方（第一主控单元发第二主控单元，第二主控单元发第一主控单元），两个CPU相互验证数据正确性，达到交换验证的目的。当其中有一个CPU没有收到对方发来的数据，那可以判定其中一路发生故障，进行提前预警。
两个主控单元的交换验证过程中，验证交互数据一致就认为正确，这时第一主控单元CPU1作为回复数据的主CPU；如果不一致，两个CPU判断接收到的数据是否符合数据格式，收到格式不一样的CPU将数据丢弃，另一个CPU收到数据符合数据格式，那该CPU回复该条数据，并上报收到格式不一样的CPU发生部分电路故障。
所述主电路还包括第一电源系统、第一安全芯片和第一通信电路；所述冗余电路还包括第二电源系统、第二安全芯片和第二通信电路；所述第一电源系统与所述第二电源系统的输入端均连接所述网关的电源输入端；所述第一电源系统的输出端连接所述第一主控单元、通信融合电路、第一安全芯片和第一通信电路，并提供工作电源；所述第一主控单元还连接所述第一安全芯片和第一通信电路；所述第二电源系统的输出端连接所述第二主控单元，通信融合电路、第二安全芯片和第二通信电路，并提供工作电源，所述第二主控单元还连接所述第二安全芯片和第二通信电路；所述第一通信电路和所述第二通信电路的输出端用于连接所述通信融合电路。第一安全芯片和第二安全芯片用于加密算法处理。
所述第一通信电路包括第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元，所述第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元均连接所述第一主控单元；第一电源系统为所述第一通信电路中的各个单元提供工作电源。所述第二通信电路包括第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元，所述第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元均连接所述第二主控单元；第二电源系统为所述第二通信电路中的各个单元提供工作电源。
所述第一以太网单元和所述第二以太网单元用于以太网数据的收发。所述第一4G、5G信号通信单元和所述第一4G、5G信号通信单元用于4G或5G数据的收发。
所述通信融合电路包括功分器和交换机，所述功分器的输入端连接所述第一4G、5G信号通信单元和所述第一4G、5G信号通信单元的输出端，所述功分器的输出端作为所述边缘计算网关的无线输出端；所述交换机的输入端连接所述第一以太网单元和所述第二以太网单元的输出端，所述交换机的输出端作为所述边缘计算网关的以太网输出端。
所述第一RS232单元和所述第二RS232单元用于RS232数据的收发，其输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS232输出端。
所述第一RS485单元和所述第二RS485单元用于RS485数据的收发，其输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS485输出端。
所述第一CAN单元和所述第二CAN单元用于CAN数据的收发，其输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的CAN输出端。

Claims (7)

1.一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，包括电路结构相同的主电路和冗余电路，还包括通信融合电路；所述主电路包括第一主控单元，所述冗余电路包括第二主控单元，所述第一主控单元和所述第二主控单元的输出端连接所述通信融合电路，所述通信融合电路的输出信号作为所述边缘计算网关的输出信号；
所述第一主控单元连接所述第二主控单元，所述第一主控单元和第二主控单元均用于将接收到的数据同步发送给对方；所述第一主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第二主控单元的数据是否一致，所述第二主控单元还用于验证自身接收到的数据与来自所述第一主控单元的数据是否一致，所述第一主控单元在未接收到所述第二主控单元同步的数据时，判定所述第二主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号；所述第二主控单元在未接收到所述第一主控单元同步的数据时，判定所述第一主控单元发生故障并发出对应的预警提示信号。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述主电路还包括第一电源系统、第一安全芯片和第一通信电路；所述冗余电路还包括第二电源系统、第二安全芯片和第二通信电路；
所述第一电源系统与所述第二电源系统的输入端均连接所述网关的电源输入端；所述第一电源系统的输出端连接所述第一主控单元、通信融合电路、第一安全芯片和第一通信电路，所述第一主控单元还连接所述第一安全芯片和第一通信电路；
所述第二电源系统的输出端连接所述第二主控单元、通信融合电路、第二安全芯片和第二通信电路，所述第二主控单元还连接所述第二安全芯片和第二通信电路；
所述第一通信电路和所述第二通信电路的输出端用于连接所述通信融合电路。
3.根据权利要求2所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述第一通信电路包括第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元，所述第一4G、5G信号通信单元、第一RS232单元、第一RS485单元、第一以太网单元和第一CAN单元均连接所述第一主控单元；
所述第二通信电路包括第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元，所述第二4G、5G信号通信单元、第二RS232单元、第二RS485单元、第二以太网单元和第二CAN单元均连接所述第二主控单元。
4.根据权利要求3所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述通信融合电路包括功分器和交换机，所述功分器的输入端连接所述第一4G、5G信号通信单元和所述第一4G、5G信号通信单元的输出端，所述功分器的输出端作为所述边缘计算网关的无线输出端；所述交换机的输入端连接所述第一以太网单元和所述第二以太网单元的输出端，所述交换机的输出端作为所述边缘计算网关的以太网输出端。
5.根据权利要求3所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述第一RS232单元和所述第二RS232单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS232输出端。
6.根据权利要求3所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述第一RS485单元和所述第二RS485单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的RS485输出端。
7.根据权利要求3所述的一种高可靠性冗余备份4G/5G安全边缘计算网关，其特征在于，所述第一CAN单元和所述第二CAN单元的输出端并行输出，并作为所述边缘计算网关的CAN输出端。
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