CN114024801B - 一种工业边缘计算服务网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业边缘计算服务网关，包括工业网络协议解析模块，数据采集模块，工业数据存储模块，边缘计算处理模块和数据传输模块；边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接。本发明的优点在于各种不同的网络协议进行解析并转换成统一的网络协议数据，从而实现对采集的数据进行实时的分析，提高工业网络的工作效率，解析的数据形成统一的数据信息进行传递，从而接收具有不同协议的设备采集的数据信息，扩展了可接入设备的类型，实现了工业网络设备的数据共享。

Description

一种工业边缘计算服务网关
技术领域
本发明涉及工业网关技术领域，特别是涉及一种工业边缘计算服务网关。
背景技术
边缘计算是一种分布式的计算模型，作为云数据中心和物联网设备的中间层，边缘计算提供了计算、网络和存储的功能，让基于云数据中心的服务可以离物联网设备更近，边缘计算处于物理实体和工业连接之间，云数据中心可以访问边缘计算的历史数据，网关又称网间连接器，网关是一种充当转换任务的计算机设备，在工业生产中，工业数据通信已被广泛用在各个环节，通过工业通信系统的快速反馈来对工业生产的各环节进行实时的监控，目前的工业通信主要通过网络上传到云服务器，利用远程终端进行数据访问，工业装备设有的各种通讯接口直接与云服务端连接，向云服务网端传输装备数据，从而实现工业数据在各设备之间的通信。
但是在工业数据通信过程中各种设备的接口不统一，通信标准不统一，导致最终的数据集成非常困难，采用传统的网关设备不具有数据处理和分析能力，所有数据直接转发给服务器，导致服务器任务量大，在网络出现问题时，传统的网关设备不具有设备操控的能力，无法保证系统时刻正常运行，而且传统的网关功能单一，不具有可扩展性，产生的网络服务响应慢，已不能满足大数据计算的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业边缘计算服务网关，从而实现对数据信息的快速响应和实时处理，及时发现异常数据和设备的隐藏故障，减少终端设备的数据处理任务，确保网络异常状态下设备的安全正常工作。
一种工业边缘计算服务网关，包括工业网络协议解析模块，数据采集模块，工业数据存储模块，边缘计算处理模块和数据传输模块；边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接；工业网络协议解析模块包含网络协议处理器、信号接口端和信号接收端，信号接口端与数据采集模块连接，信号接口端向网络协议处理器传递不同网络的信号数据，网络协议处理器将多种主流网络信号数据进行转换处理，处理后的数据传递给信号接收端，信号接收端与数据传输模块连接；边缘计算处理模块包含存储模块数据接收器，数据解析分类器和数据处理器，存储模块数据接收器与工业数据存储模块相互连接，数据解析分类器一端与存储模块数据接收器连接，数据解析分类器的另一端与数据处理器连接。
边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接，工业网络协议解析模块在整个服务网关中具有整合数据的作用，能够将各种不同的网络协议进行解析并转换成统一的网络协议数据，从而实现对采集的数据进行实时的分析，提高工业网络的工作效率。
进一步，工业网络协议解析模块的信号接口端用于接入多种通信协议的数据信息，信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递。
信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递，从而接收具有不同协议的设备采集的数据信息，扩展了可接入设备的类型，实现了工业网络设备的数据共享。
进一步，工业网络协议解析模块的信号接口端用于接收不同协议的产品信息，信号接口端块包含Modbus接口、DNP3接口、OPC接口和DLT645接口，信号接口端与对应该种接口的设备信号连接，用于接收设备所收集的产品具体信息，并将不同协议的产品信息归一化转换为其中一种协议表达的信息。
进一步，数据采集模块包含数据分类采集单元，数据分类采集单元将信号数据分成信息数据和处理数据，信息数据由多个通信协议采集设备数据映射到数据库中的原始数据组成，处理数据由多个通信协议采集设备数据经过信号处理后的数据。
进一步，工业数据存储模块包含采集数据库、边缘计算处理数据库和边缘计算执行数据库；采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据。
采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据，通过数据的分类储存使大量的数据在不需要的时候无需上传至边缘计算处理模块，减轻了处理模块的计算压力，从而提高计算处理的速度。
进一步，工业数据存储模块的边缘计算执行数据库包含加密压缩备份数据库和设备监控数据库，加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储。
加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储，当网络设备出现断网或者数据泄露时，加密备份数据依旧可以继续储存和防止数据被破坏。
进一步，边缘计算处理模块内部设有信息处理单元，信息处理单元和工业数据存储模块的数据信息进行差异对比，数据信息相同直接进行处理，数据信息产生差异则先将数据传递到工业数据存储模块，然后再进行处理。
进一步，边缘计算处理模块包含数据库处理单元和数据库对比单元，数据库处理单元用于处理数据库中的数据，数据库处理单元设置有数据处理子单元，数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源；数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，将差异的信息重新传递给数据处理子单元进行数据的处理。
进一步，数据传输模块包含数据传输端和数据移动端，数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，数据移动端包含ZigBee接口和无线局域网接口，ZigBee接口和无线局域网接口分别与数据传输端之间通过双绞线连接。
本发明的优点在于：数据库的数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源，数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，数据通过解析实现对处理数据的快速响应，实现数据的实时处理，通过数据的差异对比可以及时发现异常数据，进而使设备的隐藏故障可以及时被发现；数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，从而减少终端设备的数据处理任务，降低数据包大小，边缘计算服务网关能够独立进行数据处理和设备的操控，确保网络异常状态下设备的正常工作安全。
附图说明
图1是一种工业边缘计算服务网关的流程示意图。
图2是一种边缘计算网络协议解析模块的流程示意图。
图3是一种工业网关边缘计算处理模块的流程示意图。
具体实施方式
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种工业边缘计算服务网关，从而实现对数据信息的快速响应和实时处理，及时发现异常数据和设备的隐藏故障，减少终端设备的数据处理任务，确保网络异常状态下设备的安全正常工作。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
作为一种实施方式，如图1所示，一种工业边缘计算服务网关，包括工业网络协议解析模块，数据采集模块，工业数据存储模块，边缘计算处理模块和数据传输模块；边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接；工业网络协议解析模块包含网络协议处理器、信号接口端和信号接收端，信号接口端与数据采集模块连接，信号接口端向网络协议处理器传递不同网络的信号数据，网络协议处理器将多种主流网络信号数据进行转换处理，处理后的数据传递给信号接收端，信号接收端与数据传输模块连接；边缘计算处理模块包含存储模块数据接收器，数据解析分类器和数据处理器，存储模块数据接收器与工业数据存储模块相互连接，数据解析分类器一端与存储模块数据接收器连接，数据解析分类器的另一端与数据处理器连接。
优选的，边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接，工业网络协议解析模块在整个服务网关中具有整合数据的作用，能够将各种不同的网络协议进行解析并转换成统一的网络协议数据，从而实现对采集的数据进行实时的分析，提高工业网络的工作效率。
作为一种实施方式，如图2所示，工业网络协议解析模块的信号接口端用于接入多种通信协议的数据信息，信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递。
优选的，信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递，从而接收具有不同协议的设备采集的数据信息，扩展了可接入设备的类型，实现了工业网络设备的数据共享。
优选的，工业网络协议解析模块的信号接口端用于接收不同协议的产品信息，信号接口端块包含Modbus接口、DNP3接口、OPC接口和DLT645接口，信号接口端与对应该种接口的设备信号连接，用于接收设备所收集的产品具体信息，并将不同协议的产品信息归一化转换为其中一种协议表达的信息。
优选的，数据采集模块包含数据分类采集单元，数据分类采集单元将信号数据分成信息数据和处理数据，信息数据由多个通信协议采集设备数据映射到数据库中的原始数据组成，处理数据由多个通信协议采集设备数据经过信号处理后的数据。
优选的，工业数据存储模块包含采集数据库、边缘计算处理数据库和边缘计算执行数据库；采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据。
优选的，采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据，通过数据的分类储存使大量的数据在不需要的时候无需上传至边缘计算处理模块，减轻了处理模块的计算压力，从而提高计算处理的速度。
作为一种实施方式，如图3所示，工业数据存储模块的边缘计算执行数据库包含加密压缩备份数据库和设备监控数据库，加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储。
优选的，加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储，当网络设备出现断网或者数据泄露时，加密备份数据依旧可以继续储存和防止数据被破坏。
优选的，边缘计算处理模块内部设有信息处理单元，信息处理单元和工业数据存储模块的数据信息进行差异对比，数据信息相同直接进行处理，数据信息产生差异则先将数据传递到工业数据存储模块，然后再进行处理。
优选的，边缘计算处理模块包含数据库处理单元和数据库对比单元，数据库处理单元用于处理数据库中的数据，数据库处理单元设置有数据处理子单元，数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源；数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，将差异的信息重新传递给数据处理子单元进行数据的处理。
优选的，数据库的数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源，数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，数据通过解析实现对处理数据的快速响应，实现数据的实时处理，通过数据的差异对比可以及时发现异常数据，进而使设备的隐藏故障可以及时被发现。
优选的，数据传输模块包含数据传输端和数据移动端，数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，数据移动端包含ZigBee接口和无线局域网接口，ZigBee接口和无线局域网接口分别与数据传输端之间通过双绞线连接。
优选的，数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，从而减少终端设备的数据处理任务，降低数据包大小，边缘计算服务网关能够独立进行数据处理和设备的操控，确保网络异常状态下设备的正常工作安全。
本发明的有益效果：边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接，工业网络协议解析模块在整个服务网关中具有整合数据的作用，能够将各种不同的网络协议进行解析并转换成统一的网络协议数据，从而实现对采集的数据进行实时的分析，提高工业网络的工作效率；信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递，从而接收具有不同协议的设备采集的数据信息，扩展了可接入设备的类型，实现了工业网络设备的数据共享。
采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据，通过数据的分类储存使大量的数据在不需要的时候无需上传至边缘计算处理模块，减轻了处理模块的计算压力，从而提高计算处理的速度；加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储，当网络设备出现断网或者数据泄露时，加密备份数据依旧可以继续储存和防止数据被破坏。
数据库的数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源，数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，数据通过解析实现对处理数据的快速响应，实现数据的实时处理，通过数据的差异对比可以及时发现异常数据，进而使设备的隐藏故障可以及时被发现；数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，从而减少终端设备的数据处理任务，降低数据包大小，边缘计算服务网关能够独立进行数据处理和设备的操控，确保网络异常状态下设备的正常工作安全。
本发明说明书中提到的所有专利和出版物都表示这些是本领域的公开技术，本发明可以使用。这里所引用的所有专利和出版物都被同样列在参考文献中，跟每一个出版物具体的单独被参考引用一样。这里所述的本发明可以在缺乏任何一种元素或多种元素，一种限制或多种限制的情况下实现，这里这种限制没有特别说明。例如这里每一个实例中术语“包含”，“实质由......组成”和“由......组成”可以用两者之一的其余2个术语代替。这里采用的术语和表达方式所为描述方式，而不受其限制，这里也没有任何意图来指明此书描述的这些术语和解释排除了任何等同的特征，但是可以知道，可以在本发明和权利要求的范围内做任何合适的改变或修改。可以理解，本发明所描述的实施例子都是一些优选的实施例子和特点，任何本领域的一般技术人员都可以根据本发明描述的精髓下做一些更改和变化，这些更改和变化也被认为属于本发明的范围和独立权利要求以及附属权利要求所限制的范围内。

Claims (7)

1.一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：包括工业网络协议解析模块，数据采集模块，工业数据存储模块，边缘计算处理模块和数据传输模块；边缘计算处理模块和工业数据存储模块相互连接，工业网络协议解析模块一端与边缘计算处理模块连接，工业网络协议解析模块另一端与数据采集模块和数据传输模块相互连接；工业网络协议解析模块包含网络协议处理器、信号接口端和信号接收端，信号接口端与数据采集模块连接，信号接口端向网络协议处理器传递不同网络的信号数据，网络协议处理器将多种主流网络信号数据进行转换处理，处理后的数据传递给信号接收端，信号接收端与数据传输模块连接；边缘计算处理模块包含存储模块数据接收器，数据解析分类器和数据处理器，存储模块数据接收器与工业数据存储模块相互连接，数据解析分类器一端与存储模块数据接收器连接，数据解析分类器的另一端与数据处理器连接；
所述的边缘计算处理模块包含数据库处理单元和数据库对比单元，数据库处理单元用于处理数据库中的数据，数据库处理单元设置有数据处理子单元，数据处理子单元用于对工业数据进行数据的解析，得到工业数据的类型和来源；数据库对比单元用于对比采集信息和数据库信息的差异，将差异的信息重新传递给数据处理子单元进行数据的处理；所述的数据传输模块包含数据传输端和数据移动端，数据传输端和工业网络协议解析模块通过网络相互连接，数据移动端与多个终端设备相互连接，数据移动端包含ZigBee接口和无线局域网接口，ZigBee接口和无线局域网接口分别与数据传输端之间通过双绞线连接。
2.根据权利要求1所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的工业网络协议解析模块的信号接口端用于接入多种通信协议的数据信息，信号接口端接收的多种数据信息传递至工业网络协议解析模块的网络协议处理器进行数据解析，解析的数据形成统一的数据信息进行传递。
3.根据权利要求2所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的工业网络协议解析模块的信号接口端用于接收不同协议的产品信息，信号接口端包含Modbus接口、DNP3接口、OPC接口和DLT645接口，信号接口端与对应该种接口的设备信号连接，用于接收设备所收集的产品具体信息，并将不同协议的产品信息归一化转换为其中一种协议表达的信息。
4.根据权利要求1所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的数据采集模块包含数据分类采集单元，数据分类采集单元将信号数据分成信息数据和处理数据，信息数据由多个通信协议采集设备数据映射到数据库中的原始数据组成，处理数据为多个通信协议采集设备数据经过信号处理后的数据。
5.根据权利要求1所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的工业数据存储模块包含采集数据库、边缘计算处理数据库和边缘计算执行数据库；采集数据库用于存储数据采集模块的工业设备数据，边缘计算处理数据库存储工业产品的标准信息数据，边缘计算执行数据库用于存储工业设备的状态数据和工作数据。
6.根据权利要求5所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的工业数据存储模块的边缘计算执行数据库包含加密压缩备份数据库和设备监控数据库，加密压缩备份数据库用于将采集的工业数据进行加密备份，设备监控数据库用于将通过持续监控设备的数据和传感器信息进行存储。
7.根据权利要求1所述的一种工业边缘计算服务网关，其特征在于：所述的边缘计算处理模块内部设有信息处理单元，信息处理单元和工业数据存储模块的数据信息进行差异对比，数据信息相同直接进行处理，数据信息产生差异则先将数据传递到工业数据存储模块，然后再进行处理。
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