CN114398193B - 一种基于通讯api的全被动的工业数字化数据湖 - Google Patents
一种基于通讯api的全被动的工业数字化数据湖 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,包括高速局域网数据接口及用于存储数据的存储阵列,所述高速局域网数据接口连接外部网络设备,所述网络设备包括外部可编程数据采集器和服务器,该工业数字化数据湖数据访问形式采用完全被动模式。通过引入egDBS数据湖到工业数字化和物联网应用系统中,将彻底摆脱对上位机的依赖,通过基于网络的通讯协议,直接对接数据采集设备,从而达到数据的设备的统一,形成面向服务器的为服务器提供数据的数据湖。因此是跨平台的设备,兼容Linux和windows的应用环境。
Description
技术领域
本发明涉及新一代信息技术领域,具体是一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖。
背景技术
在工业数字化应用系统中,系统集成商面临从各种物理环境中获取硬件数据接口的物理实现和技术壁垒问题,从而影响到软件系统的开发效率,延长项目周期,最终导致工业数字化系统的成本居高不下。
工业数字化和物联网的应用软件信息系统是基于网络结构的分布系统,在该系统中有应用服务器(如Web服务器),数据采集器,用户终端等站点。服务器用于应用的部署和数据的提供以及各种服务请求的响应,数据采集器是连接传感器和物理环境的数据提供者,是整个信息系统的最前沿的硬件数据提供方,通过数据采集器,各种物理传感量将通过软件数据的形式表达出来。用户终端站点提供整个系统的人机界面,各种监控对象的图示化展示,数据分析,流程输入,报表生成等功能通过用户终端的人机界面完成。
但是传统意义的数据采集,如NI设备,各种SCADA设备供应商提供的数据采集设备是基于上位机DLL驱动软件运行的,其种类繁多、标准不统一,存在成本高、维护难等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,以解决现有技术中存在的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,包括高速局域网数据接口及用于存储数据的存储阵列,所述高速局域网数据接口连接外部网络设备,所述网络设备包括外部可编程数据采集器和服务器,该工业数字化数据湖数据访问形式采用完全被动模式,所述可编程数据采集器主动将采集的数据存储到存储阵列中,服务器主动从工业数字化数据湖中获取数据或者写入数据;所述工业数字化数据湖通过基于http网络协议的API的数据访问模式实现与所述可编程数据采集器和服务器的数据读写和信息交换;
进一步的,工业数字化数据湖的数据访问采取如下体系结构:包括交互的Web服务进程模块、快速公共网关协议接口模块、常驻内存数据表操作引擎模块和数据读写和管理驱动模块;
Web服务进程模块在设备启动之后,将常驻内存运行,接收和应答来自网络设备的服务请求;网络设备通过http协议的API向工业数字化数据湖请求访问服务,最基本的服务有2种,即数据提交和数据请求;
快速公共网关协议接口模块是继Web服务进程模块之后的API协议栈,是常驻内存的后台进程,功能是快速解析来自网络通讯链路上的对数据湖egDBS访问的读写请求;
常驻内存数据表操作引擎模块是一系列SQL语句高速访问的函数库,负责数据的读取或写入;数据读写和管理驱动模块是闪存信息副本信息的读写和管理的驱动程序,确保信息的一致性和并行高速访问;
进一步的,基于http网络协议的API涉及如下通讯协议:
进一步的,“快速公共网关协议接口”模块对工业数字化数据湖egDBS访问的读写请求是通过URL中的原语定义的;原语有两种类型,SQL类型和SHELL类型;其中SQL类型的原语是对传感数据的提交和获取;SHELL原语的功能是通过该“快速公共网关协议接口”协议栈激活egDBS数据湖的shell脚本或单个命令,由此调用egDBS的系统资源;
进一步的,基于http网络协议的API通过如下四条原语完成数据提交或请求完成和主机的数据交换:
进一步的,所述工业数字化数据湖为星型拓扑结构,其存储阵列采用固态硬盘结构,使用同步函数库的方式进行数据的存储和管理,而且数据结构的副本保留在内存Cache中;
本发明的有益效果是:通过引入egDBS数据湖到工业数字化和物联网应用系统中,湖将彻底摆脱对上位机的依赖,通过基于网络的通讯协议,直接对接数据采集设备,从而达到数据的设备的统一,形成面向服务器的为服务器提供数据的数据湖。因此是跨平台的设备,兼容Linux和windows的应用环境。
附图说明
图1为本发明数据管理体系架构原理示意图;
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,包括高速局域网数据接口及用于存储数据的存储阵列,所述高速局域网数据接口连接外部网络设备,所述网络设备包括外部可编程数据采集器和服务器,该工业数字化数据湖数据访问形式采用完全被动模式,所述可编程数据采集器主动将采集的数据存储到存储阵列中,服务器主动从工业数字化数据湖中获取数据或者写入数据;所述工业数字化数据湖通过基于http网络协议的API的数据访问模式实现与所述可编程数据采集器和服务器的数据读写和信息交换;
该发明涉及的工业数字化数据湖(egDBS),其基于网络API的数据访问实现数据的读写和信息交换,整个应用系统中的服务器可以从egDBS数据湖中读取实时数据或者历史数据,或者服务器将控制命令写入到数据湖中,这个过程是通过基于网络通讯的API实现的。数据湖在TCP/IP的超级进程基础上运行应用进程,应答并处理来自服务器的数据访问请求,并及时提供返回结果。这个应用协议的通讯可以参照HTTP等类似协议,不涉及具体设备的硬件信息,从而无须DLL的驱动软件。数据湖egDBS除了为服务器提供数据访问功能之外,还有更重要的功能是获取数据采集设备的数据提交,数据采集设备如egDAA(一种可编程数据采集器)同样地采用基于网络通讯的API将数据源源不断地存储到egDBS数据湖之中,因此egDBS作为一种数据设备,完全不涉及硬件信息,而是一种数据库或数据中心,对于应用软件系统的开发带来极大的方便。可编程数据采集器egDAA连接外界的传感器,物理设备的总线,模拟量,开关量等等,所有数据获取的硬件细节通过编程语言的二次开发固化到采集设备之中,从而egDBS仅仅是接收来自数据采集设备的数据提交写入请求,所有关乎采集数据的频率,个数,种类均是egDAA通过可编程软件定义,因此egDBS是一种非常简化的被动工作模式。
其主要具有如下优点:
通过egDBS所有硬件传感量均已被数字化的软件表达,因此为数据后台系统的开发提供极大的便利;egDBS可以作为中小规模的数据中心成为监控行业,工控SCADA等领域的数据服务器系统;egDBS也可以为ERP,MES等工业软件信息系统提供对接,为工业产线工艺数据监控系统,物联网监控系统,ERP和MES提供前端数据。
作为本发明技术方案的进一步改进,工业数字化数据湖的数据访问采取如下体系结构,如图1所示:包括交互的Web服务进程模块、快速公共网关协议接口模块、常驻内存数据表操作引擎模块和数据读写和管理驱动模块;
Web服务进程模块在设备启动之后,将常驻内存运行,接收和应答来自网络设备的服务请求;网络设备通过http协议的API向工业数字化数据湖请求访问服务,最基本的服务有2种,即数据提交和数据请求;
快速公共网关协议接口模块是继Web服务进程模块之后的API协议栈,是常驻内存的后台进程,功能是快速解析来自网络通讯链路上的对数据湖egDBS访问的读写请求;
常驻内存数据表操作引擎模块是一系列SQL语句高速访问的函数库,负责数据的读取或写入;数据读写和管理驱动模块是闪存信息副本信息的读写和管理的驱动程序,确保信息的一致性和并行高速访问;
进一步的,基于http网络协议的API涉及如下通讯协议:
进一步的,“快速公共网关协议接口”模块对工业数字化数据湖egDBS访问的读写请求是通过URL中的原语定义的;原语有两种类型,SQL类型和SHELL类型;其中SQL类型的原语是对传感数据的提交和获取,例如数据采集设备将提交自身所采集到的传感数据到egDBS;大数据后台软件或其它服务器将从egDBS数据湖中读取传感数据用于展示或者数据备份或迁移;SHELL原语的功能是通过该“快速公共网关协议接口”协议栈激活egDBS数据湖的shell脚本或单个命令,由此调用egDBS的系统资源;例如通过shell原语egDBS数据湖可调用流媒体数据采集的功能,也可以实现文件传输的功能。
具体的,基于http网络协议的API通过如下四条原语完成数据提交或请求完成和主机的数据交换:
下面结合具体应用对原语进行介绍:
1、原语sql=SQL statement:如果我们使用浏览器访问egDBS,那是一种非常便捷的访问方式,例如我们通过该API语句就可以统计对于设备DAA101所采集到的传感数据的数目:
http://IP.egDBS:8181/cgi/dummy.cgi?sql=select+count(*)+from+tab_samp_DAA101
egDBS将立即返回数据采集器egDAA(此时的设备号为DAA101)到目前为止所采集提交的数据数目。类似地,如下的语句获取最近的采集数值:
http://IP.egDBS:8181/cgi/dummy.cgi?sql=select+sig+from+tab_samp_DAA101+order+by+sampid+desc+limit+1
通过SQL语句的标准,用户不但可以读写数据,还可以创建删除和管理数据。
2、sql2=SQL statement:该API原语功能类似于前面的原语,不同之处是管理的数据湖不一样。前者是系统缺省的数据湖体,后者的操作对象是通过import2=path_file原语执行导入的数据湖体。整个数据湖体存储在一个大型的文件之中。该原语对于数据的测试,管理,备份提供便利的支持。
3、import2=path_file:API原语定义辅助数据湖体的文件名称,使得后续的sql2=SQL statement的请求访问有实际的操作对象,用户可以通过原语import2=path_file切换不同的数据湖体,后续的原语sql2=SQL statement仅作用于当前的数据湖体。如果import2未定义,任何sql2=SQL statement不产生操作结果。
4、exesh=path_file:API原语定义启动执行egDBS中脚本文件或者shell内部/外部命令的名称,用户可以通过shell命令的执行进一步加强对egDBS的系统部署和管理功能。
由此可见,通过egDBS API的原语,用户可以完成功能强大的系统管理,egDBS通过基础API原语sql=SQL statement就可以实现对接多个智能数据采集控制器,也可以对接多个服务器对数据的访问和管理。数据访问的安全通过访问对象的授权以及网络传输的加密完成。
因此通过shell原语更加丰富和强大egDBS的扩展功能,使得该设备满足现场的传感数据采集,音视频数据的采集,并方便数据中心对egDBS的数据备份和管理。
进一步的,所述工业数字化数据湖为星型拓扑结构,其存储阵列采用固态硬盘结构,使用同步函数库的方式进行数据的存储和管理,而且数据结构的副本保留在内存Cache中;因此非常高效和可靠。数据的存储访问管理通过内部算法自动实现,非常稳定可靠。同时采用的固态硬盘结构,访问快速能够承受巨大的机械冲击,因此可以应用在工业环境的生产现场,野外和恶劣的无人值守环境,非常使用于低成本,低功耗,高可靠,全天候的物联网,工业数字化的各种应用场景。
从数据流方向上看,egDBS是数据中继设备,处于数据途径的中心位置。egDBS存储来自智能数据采集器(如egDAA)所提交的各种现场数据,这些数据大多数是传感器的输出数据,也可以是设备的输出或状态数据,也可以是图像数据和视频片段。egDBS也可以同时为数据后台的各种服务器所访问,这些服务器可以是Web Server,也可以是上一层级的大型数据库服务器。这些上行的数据访问和下行的数据访问共享统一的API数据访问接口,从而极大方便egDBS的部署,egDBS将IP地址和网络段设置之后就可即插即用。
下面结合具体实施对技术方案进行进一步的说明。
实施例一
采集传感器模拟量在远程客户端人机界面展示,数据采集设备采用egDAA,假设该传感器连接egDAA的AN0模拟通道,体分为如下三个步骤:
1、gDAA运行可二次开发的脚本程序,通过set an0[egInput 0x1000]语句将ADC0的模式转换值读取到变量an0之中,接着egDAA将an0的数据传送到egDBS之中:
::http::geturl
http://egBDS_ipaddress/cgi/dummy?insert+into+tab_samp_DAA101(sensorcode,sig)values(0,$an0)
通过这条脚本语句,egDAA将采集到的数据发送到egDBS的数据表tab_samp_DAA101中;
2、通过浏览器页面访问服务器中部署的web软件应用,在该web页面中,调用一段javascript程序,通过服务器端的本地程序访问egDBS中的相应数据,例如访问最新采集到的数据,此时Web服务器端访问egDBS的语句依旧遵循统一的API,类似如下代码:
http://egBDS_ipaddress/cgi/dummy?select+top+1+from+tab_samp_DAA101+where+sensorcode=0;
3、DBS将返回的数据提交给web服务器,web服务器旋即将数据转发到远程终端,远程终端上运行的浏览器页面将返回的传感数据展示出来。
实施例二
用户通过远程终端人机界面控制产线设备,具体包含如下几个步骤:
1、用户通过浏览器页面访问服务器中部署的web软件应用,在该web页面中,通过按钮控件如“开机“、”关机“(控制产线设备的开启和关停)传递控制信息,通过运行在客户端浏览器的java script的数据调用提交给Web服务器;
2、Web服务器通过调用本地资源开启访问egDBS的访问,即将控制命令写入egDBS的控制列表之中。
http://egBDS_ipaddress/cgi/dummy?insert+into+tab_control(opcode,script)values(‘op_stop’,null);其中script是产线设备代理(如数据采集器)执行的脚本序列,这样的设计和操作码一道加强设对备对象的控制能力和定制功能;
3、数据采集器(如egDAA)通过查询的方式访问egDBS的控制命令列表,如果检测到已经升起的有待执行的命令,则启动运行脚本,完成对设备的控制。
::http::geturl
http://egBDS_ipaddress/cgi/dummy?select+opcode,script+from+tab_control where deviceode=’DAA101’;
4、数据采集器可以报告命令执行状态和结果给egDBS,根据应用要求可以表达不同的应用的应用层通讯协议。
通过引进工业数字化的基础数据采集和存储交换的硬件平台,使得后台系统所需的硬件数据均存储和实时更新在硬件设备数据湖之中,对于软件信息系统的开发而言,所需的硬件数据(这些数据可以来源于传感器,设备,环境等)都集中在数据湖中,通过基于通讯协议的API进行数据访问就好比访问本地数据一样,从而大大加速软件系统的开发周期,极大降低工业数字化的软件系统成本,从而惠及整个行业,让成千上万的中小企业有能力实现长线,工业数字化,推动整个制造业行业的产业转型。
本发明可以全天候地应用于各种类型的工业物联网,工业数字化的各种应用场景。
如制造业:产线生产工艺数据采集和监控、设备运行状态、车间生产安全数据采集监控。
如SCADA的场景:水处理或水资源数据采集监控,油路,水路,铁路,地质采集监控桥梁隧道建筑物数据采集监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,其特征在于:包括高速局域网数据接口及用于存储数据的存储阵列,所述高速局域网数据接口连接外部网络设备,所述网络设备包括外部可编程数据采集器和服务器,该工业数字化数据湖数据访问形式采用完全被动模式,所述可编程数据采集器主动将采集的数据存储到存储阵列中,服务器主动从工业数字化数据湖中获取数据或者写入数据;所述工业数字化数据湖通过基于http网络协议的API的数据访问模式实现与所述可编程数据采集器和服务器的数据读写和信息交换;
具体来说,工业数字化数据湖的数据访问采取如下体系结构,包括交互的Web服务进程模块、快速公共网关协议接口模块、常驻内存数据表操作引擎模块和数据读写和管理驱动模块;
其中,Web服务进程模块在设备启动之后,将常驻内存运行,接收和应答来自网络设备的服务请求;网络设备通过http协议的API向工业数字化数据湖请求访问服务,最基本的服务有2种,即数据提交和数据请求;
快速公共网关协议接口模块是继Web服务进程模块之后的API协议栈,是常驻内存的后台进程,功能是快速解析来自网络通讯链路上的对数据湖egDBS访问的读写请求;
常驻内存数据表操作引擎模块是一系列SQL语句高速访问的函数库,负责数据的读取或写入;数据读写和管理驱动模块是闪存信息副本信息的读写和管理的驱动程序,确保信息的一致性和并行高速访问。
2.根据权利要求1所述的一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,其特征在于,基于http网络协议的API涉及如下通讯协议:
1).传输类型:TCP/HTTP,端口字:8080,链接类型:短链接,URL:包含传感数据;URL-SQL语句:数据湖本机引擎;
2).传输类型:TCP/RTMP,端口字:1935,链接类型:长链接,URL-SHELL语句:触发流媒体采集;
3).传输类型:TCP/SCP,端口字:22,URL-SHELL语句:触发文件采集或提取。
3.根据权利要求2所述的一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,其特征在于:“快速公共网关协议接口”模块对工业数字化数据湖egDBS访问的读写请求是通过URL中的原语定义的;原语有两种类型,SQL类型和SHELL类型;其中SQL类型的原语是对传感数据的提交和获取;SHELL原语的功能是通过该“快速公共网关协议接口”协议栈激活egDBS数据湖的shell脚本或单个命令,由此调用egDBS的系统资源。
4.根据权利要求3所述的一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,其特征在于,基于http网络协议的API通过如下四条原语完成数据提交或请求完成和主机的数据交换:
1).API interface:sql=SQL statement;Acess URL:/cgi/dummy.cgi?sql=select…;Comment:Main database access;
2).API interface:sql2=SQL statement;Acess URL:/cgi/dummy.cgi?sql2=select…;Comment:Auxiliary database access;
3).API interface:import2=path_file;Acess URL:/cgi/dummy.cgi?import2=./eglive2019.db;Comment:Import auxiliary database;
4).API interface:exesh=path_file;Acess URL:/cgi/dummy.cgi?exesh=./hello.sh;Comment:Shell script execution。
5.根据权利要求4所述的一种基于通讯API的全被动的工业数字化数据湖,其特征在于:所述工业数字化数据湖为星型拓扑结构,其存储阵列采用固态硬盘结构,使用同步函数库的方式进行数据的存储和管理,而且数据结构的副本保留在内存Cache中。
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Effective date of registration: 20220830 Address after: Room 602, Building 5, No. 518, Xinzhuan Road, Songjiang District, Shanghai, 201612 Applicant after: Shanghai Chunqing Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: Room 101, No. 14, Lane 348, Gulou Road, Sijing Town, Songjiang District, Shanghai 201601 Applicant before: Fang Jianzhong |
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