CN114500275B - 一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，本发明提供了一种即插即用的方法，在无需对现场终端设备进行智能化改造的情况下，能够自动识别到设备，根据识别到的设备型号主动配置设备，能根据不同的应用场景配置不同的参数模板，以达到系统添加设备后不用再进行人工配置的目的，从而减少人工工作量的问题。同时，本发明以实现信息的标准化接入，进而解决互联设备信息众多、规约类型多样等问题，满足即插即用设备各种运行和控制模式的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，属于工控自动化技术领域。
背景技术
随着物联网技术的推广应用，现阶段海量终端设备接入物联网过程中依然存在人工接入工作量庞大、标准化程度不高、现场设备型号多样化，通信协议多样化等导致设备安装维护困难的问题，使得各类型业务间的信息交互难以实现。
传统意义上的即插即用一般针对现场智能设备，此类设备上电后能主动发送报文进行注册入网、将设备等相关信息上传到云端，由云端匹配后进行配置下载的方式实现设备的即插即用。但是针对一些已有的设备以及无法进行改造的设备，无法通过此种方式实现设备的即插即用。而且在串行总线测控系统中，为了避免总线冲突问题的发生，从节点不能随意向总线发送消息。因此，要实现现场串行设备的即插即用功能，可通过一种边缘侧的网关利用寻址的方式辅助实现，自发地发现从节点的存在并配置节点，并且动态地发现节点的变化。
专利号201810554346.4的发明提出了一种面向自动需求响应的即插即用接入终端及实现方法，采用“多协议自动识别柔性匹配技术”和“基于HeartBeat(心跳)信息的设备状态实时监视技术”为主旨，使得终端起到协议转换的作用，通过预先载入特定厂家的通信协议，经由各接口自动匹配协议，从而实现设备辨识和即插即用管理。但该专利基于外接设备的主动注册信息入网，采用通信协议库匹配的方式确认设备型号，因此这种即插即用的方式无法满足现有设备不能主动发送数据进行注册的应用场景，系统无法主动发现设备，不能实现即插即用的需求。
专利号201910136609.4的发明提出了一种基于云平台的低压配电设备即插即用实现方法及装置，该专利通过扫描即插即用装置的二维码、输入低压配电设备的信息、设备的专用软件，通过上行接口从云平台下载至装置中，实现配电设备的即插即用。因此该专利是基于终端设备的即插即用功能，能够写入设备的各种信息，从而实现设备的识别，无法满足现有设备不进行改造就可实现即插即用功能的需求。
专利号202010977069.5的发明是一种基于物联网技术的智能终端即插即用方法，采用电力物联网“云-边-端”分层体系构建了智能终端设备即插即用接入体系架构，并提出了相应的接入机制；端层的智能终端设备本地组网，端层的即插即用服务将设备信息上报至边层和云层，以及接收边层和云层的指令；边层的边缘计算节点在与云主站的网络接通后，向云主站发起注册，上报自身身份和配置信息；云层将自身身份的信息下发给边缘计算节点，同时将云层的边缘计算节点信息转发给云主站业务应用层；即插即用服务会通知已注册的智能终端设备上线和离线，以及根据边层和云层的上线离线结果发送该事件通知给业务采集应用程序模块。但该专利需要在每个端设备内安装有一个即插即用服务，无法满足现有设备无此服务时的即插即用功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现阶段工业现场设备配置复杂。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、在云端建立设备库，由边缘网关为云端和终端设备提供数据传输通道；
步骤2、针对不同设备型号配置对设备库进行配置，配置设备厂家、设备型号、设备协议、设备接口以及特征报文，并配置同一设备型号的设备在不同应用场景下的不同参数模板，每个参数模板中配置采集报文信息以及对应的采集点信息，其中：一种设备型号对应一条特征报文，特征报文唯一确定一种设备型号，以此来实现与终端设备的请求和应答关系，通过预先载入特定厂家的带通信协议格式的特征报文，经由各接口自动匹配协议，从而实现设备辨识和即插即用管理；
步骤3、完成设备库的配置后形成设备库列表，将其下发到边缘网关，设备库列表至少包括设备型号以及特征报文；
步骤4、边缘网关基于设备库列表信息，通过对终端设备寻址和发送特征报文的方式发现终端设备，并针对不同的终端设备依据当前应用场景选择不同的参数模板进行数据采集，实现整个系统的数据交互，具体包括以下步骤：
步骤401、若终端设备为挂载在以太网接口上的设备，则进入步骤402；若终端设备为现场总线设备，则进入步骤408；
步骤402、根据现场IP的部署，将所有终端设备配置在同一个网段内，端口固定；
步骤403、边缘网关对步骤402所述网段的所有IP进行扫描；
步骤404、当边缘网关扫描到当前IP时，与当前IP建立TCP连接，如果连接未建立，则定时继续进行连接，此时说明当前IP上未有设备连接，继续对下一个IP进行扫描，并定时对当前IP进行连接，直至建立连接后进入步骤405；
如果连接建立，则进入步骤405；
步骤405、依次向当前设备终端发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤406；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤406；
步骤406、重复步骤404及步骤405，直至遍历当前网段的所有IP，进入步骤407；
步骤407、将识别到设备型号的终端设备的IP标记为在线状态；
在上述步骤404中，对于未有设备连接的IP按照固定周期继续进行扫描，用于对中途上线的终端设备进行识别；
步骤408、根据现场设备的部署，将所有终端设备的接口都连接好；
步骤409、边缘网关针对设备地址1～254进行扫描；
步骤410、当边缘网关扫描到当前设备地址时，发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤411；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤411；
步骤411、重复步骤410直至遍历设备地址1～254，进入步骤412；
步骤412、对识别到设备型号的终端设备的设备地址标记为在线状态，未识别到设备型号的设备地址不再进行扫描，考虑到总线扫描时对接口的占用情况，如有中途上线的设备，使用软件触发的方式对未识别到的地址再次扫描一遍；
步骤5、至少将识别到的设备型号上传至云端进行显示，云端针对识别到的设备型号获得对应的设备厂家、设备协议以及设备接口，并依据当前应用场景选择参数模板，完成通信参数的配置；
步骤6、云端将完成配置的通信参数下发到边缘网关，边缘网关开启对终端设备的数据采集，采集到的数据按照采集点等参数上传到云平台进行更新显示。
优选的，步骤1中，边缘网关对终端设备提供多种本地通信方式，实现对终端设备的数据采集，边缘网关对终端设备提供的下层设备接口包括485口、CAN口以及以太网口；
边缘网关对云端提供多种远程通信方式，将采集到的数据上传到云端，边缘网关内的网络通信模块对云端提供的上层系统接口包括以太网、4G模块以及WiFi模块，网络通信模块为移动通信模块和/或有线通信模块。
优选的，步骤2中，对设备库的配置分成三部分，第一部分是配置设备厂家库，第二部分是配置设备厂家库下的设备型号库，第三部分是配置设备型号库下的参数模板库，参数模板库下又添加多条报文，每条报文下添加多个采集点信息。
优选的，步骤2中，针对设备厂家、设备型号和设备协议，预先在云端进行创建和输入，形成可选列表，方便配置设备库时进行选择输入，其中，设备厂家包括：设备制造商名称、设备制造商ID；设备型号包括：设备名称、设备类型、设备版本、设备制造商名称；设备协议内容包括：协议编号、协议名称、协议说明。
优选的，步骤2中，利用参数模板，针对不同的应用场景，同一个设备型号的不同终端设备能够配置不同的采集点进行数据采集，实现数据采集的灵活性，参数模板包括：变量ID、变量名称、数据类型、地址、数据长度、读写方式、采集频率、数据编码、CRC编码、单位、阀值。
优选的，所述步骤6具体包括以下内容：边缘网关根据参数模板中配置的报文参数，进行组包，通过相对应的硬件接口进行发送；如边缘网关接收到应答报文，则接收的报文按照采集点配置中的偏移和数据结构进行解包，达到一个采集点名称对应一个真实数据和一个采集时间的格式；最后，边缘网关将采集到的采集点名称、值、时间通过规定的协议上传到云端上进行显示。
本发明提供了一种即插即用的方法，在无需对现场终端设备进行智能化改造的情况下，能够自动识别到设备，根据识别到的设备型号主动配置设备，能根据不同的应用场景配置不同的参数模板，以达到系统添加设备后不用再进行人工配置的目的，从而减少人工工作量的问题。同时，本发明以实现信息的标准化接入，进而解决互联设备信息众多、规约类型多样等问题，满足即插即用设备各种运行和控制模式的需求。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)通过用于设备即插即用的边缘网关装置，无需对现场非智能化终端设备进行改造就可实现设备的即插即用功能，完成现场多类型设备的快速接入；
(2)通过在云端建立设备库，由原来对每台设备配置变成对每种设备型号进行配置，极大地减轻现场运维人员的配置操作；
(3)通过云端的参数模板的配置，实现同一设备型号在不同场景下的数据采集方法。
附图说明
图1为系统架构图；
图2为设备库框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，具体包括以下步骤：
步骤1、在云端建立设备库，由边缘网关为云端和终端设备提供数据传输通道。
本发明中，云端是云平台，实现即插即用的设备库配置输入、下载、设备识别显示以及海量数据显示。
边缘网关对终端设备提供多种本地通信方式，实现对终端设备的数据采集。本实施例中，边缘网关对终端设备提供的下层设备接口包括485口、CAN口以及以太网口。本实施例中的边缘网关对终端设备提供多样的现场设备接口，满足不同种类型号的终端设备的接入，为实现对终端设备的数据采集提供通道支撑。
边缘网关对云端提供多种远程通信方式，将采集到的数据上传到云端。本实施例中，边缘网关内的网络通信模块对云端提供的上层系统接口包括以太网、4G模块以及WiFi模块，网络通信模块为移动通信模块和/或有线通信模块。边缘网关通过有线/无线通信等方式将采集到的数据传递给云端，为通信汇集提供数据支撑。
终端设备负责向边缘网关提供设备数据、设备状态、环境状态等基础数据。
步骤2、针对不同设备型号配置对设备库进行配置，可以配置设备厂家、设备型号、设备协议、设备接口以及特征报文，还可以配置同一设备型号的设备在不同应用场景下的不同参数模板，每个参数模板中配置采集报文信息以及对应的采集点信息。
对终端设备的描述应能准确地描述设备信息，包括基本信息、功能规格、设备厂家、设备型号、通信协议、设备状态等。因此，本发明在云端建立庞大的设备库，按照厂家、型号、协议、特征报文等参数以及参数模板进行录入。如图2所示，本实施例中，对设备库的配置分成三部分，第一部分是配置设备厂家库，第二部分是配置设备厂家库下的设备型号库，第三部分是配置设备型号库下的参数模板库，参数模板库下又可添加多条报文，每条报文下还可添加多个采集点信息。
针对设备厂家、设备型号和设备协议，可预先在云端进行创建和输入，形成可选列表，方便配置设备库时进行选择输入，其中，设备厂家包括：设备制造商名称、设备制造商ID；设备型号包括：设备名称、设备类型、设备版本、设备制造商名称；设备协议内容包括：协议编号、协议名称、协议说明。
针对特征报文，一种设备型号对应一条特征报文，特征报文唯一确定一种设备型号，以此来实现与终端设备的请求和应答关系。通过预先载入特定厂家的带通信协议格式的特征报文，经由各接口自动匹配协议，从而实现设备辨识和即插即用管理。
针对参数模板，避免同一设备型号的终端设备只能配置相同采集点的问题，因此，本发明设计参数模板功能，针对不同的应用场景，同一个设备型号的不同终端设备可以配置不同的采集点进行数据采集，实现数据采集的灵活性。参数模板包括：变量ID、变量名称、数据类型、地址、数据长度、读写方式、采集频率、数据编码、CRC编码、单位、阀值等。
步骤3、完成设备库的配置后形成设备库列表，将其下发到边缘网关，设备库列表至少包括设备型号以及特征报文。
步骤4、边缘网关基于设备库列表信息，通过对终端设备寻址和发送特征报文的方式发现终端设备，并针对不同的终端设备依据当前应用场景选择不同的参数模板进行数据采集，实现整个系统的数据交互，具体包括以下步骤：
步骤401、若终端设备为挂载在以太网接口上的设备，则进入步骤402；若终端设备为现场总线设备，则进入步骤408；
步骤402、根据现场IP的部署，将所有终端设备配置在同一个网段内，端口固定；
步骤403、边缘网关对步骤402所述网段的所有IP进行扫描；
步骤404、当边缘网关扫描到当前IP时，与当前IP建立TCP连接，如果连接未建立，则定时继续进行连接，此时说明当前IP上未有设备连接，继续对下一个IP进行扫描，并定时对当前IP进行连接，直至建立连接后进入步骤405；
如果连接建立，则进入步骤405；
步骤405、依次向当前设备终端发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤406；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤406；
步骤406、重复步骤404及步骤405，直至遍历当前网段的所有IP，进入步骤407；
步骤407、将识别到设备型号的终端设备的IP标记为在线状态；
在上述步骤404中，对于未有设备连接的IP按照固定周期继续进行扫描，用于对中途上线的终端设备进行识别；
步骤408、根据现场设备的部署，将所有终端设备的接口都连接好；
步骤409、边缘网关针对设备地址1～254进行扫描；
步骤410、当边缘网关扫描到当前设备地址时，发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤411；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤411；
步骤411、重复步骤410直至遍历设备地址1～254，进入步骤412；
步骤412、对识别到设备型号的终端设备的设备地址标记为在线状态，未识别到设备型号的设备地址不再进行扫描，考虑到总线扫描时对接口的占用情况，如有中途上线的设备，使用软件触发的方式对未识别到的地址再次扫描一遍。
步骤5、至少将识别到的设备型号上传至云端进行显示，云端针对识别到的设备型号获得对应的设备厂家、设备协议以及设备接口，并依据当前应用场景选择参数模板，完成通信参数的配置。
步骤6、云端将完成配置的通信参数下发到边缘网关，边缘网关开启对终端设备的数据采集，采集到的数据按照采集点等参数上传到云平台进行更新显示，具体包括以下内容：
边缘网关根据参数模板中配置的报文参数，进行组包，通过相对应的硬件接口进行发送；如边缘网关接收到应答报文，则接收的报文按照采集点配置中的偏移和数据结构进行解包，达到一个采集点名称对应一个真实数据和一个采集时间的格式；最后，边缘网关将采集到的采集点名称、值、时间通过规定的协议上传到云端上进行显示。
Claims (6)
1.一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、在云端建立设备库，由边缘网关为云端和终端设备提供数据传输通道；
步骤2、针对不同设备型号配置对设备库进行配置，配置设备厂家、设备型号、设备协议、设备接口以及特征报文，并配置同一设备型号的设备在不同应用场景下的不同参数模板，每个参数模板中配置采集报文信息以及对应的采集点信息，其中：一种设备型号对应一条特征报文，特征报文唯一确定一种设备型号，以此来实现与终端设备的请求和应答关系，通过预先载入特定厂家的带通信协议格式的特征报文，经由各接口自动匹配协议，从而实现设备辨识和即插即用管理；
步骤3、完成设备库的配置后形成设备库列表，将其下发到边缘网关，设备库列表至少包括设备型号以及特征报文；
步骤4、边缘网关基于设备库列表信息，通过对终端设备寻址和发送特征报文的方式发现终端设备，并针对不同的终端设备依据当前应用场景选择不同的参数模板进行数据采集，实现整个系统的数据交互，具体包括以下步骤：
步骤401、若终端设备为挂载在以太网接口上的设备，则进入步骤402；若终端设备为现场总线设备，则进入步骤408；
步骤402、根据现场IP的部署，将所有终端设备配置在同一个网段内，端口固定；
步骤403、边缘网关对步骤402所述网段的所有IP进行扫描；
步骤404、当边缘网关扫描到当前IP时，与当前IP建立TCP连接，如果连接未建立，则定时继续进行连接，此时说明当前IP上未有设备连接，继续对下一个IP进行扫描，并定时对当前IP进行连接，直至建立连接后进入步骤405；
如果连接建立，则进入步骤405；
步骤405、依次向当前设备终端发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤406；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤406；
步骤406、重复步骤404及步骤405，直至遍历当前网段的所有IP，进入步骤407；
步骤407、将识别到设备型号的终端设备的IP标记为在线状态；
在上述步骤404中，对于未有设备连接的IP按照固定周期继续进行扫描，用于对中途上线的终端设备进行识别；
步骤408、根据现场设备的部署，将所有终端设备的接口都连接好；
步骤409、边缘网关针对设备地址1～254进行扫描；
步骤410、当边缘网关扫描到当前设备地址时，发送设备库列表信息中的每个特征报文，若当前终端设备对发送的当前特征报文应答，则认为当前终端设备的设备型号为与设备库列表信息中与当前特征报文对应的设备型号，进入步骤411；若当前终端设备对发送的当前特征报文无应答，则继续发送下一个特征报文，直至遍历设备库列表信息中的每个特征报文，进入步骤411；
步骤411、重复步骤410直至遍历设备地址1～254，进入步骤412；
步骤412、对识别到设备型号的终端设备的设备地址标记为在线状态，未识别到设备型号的设备地址不再进行扫描，考虑到总线扫描时对接口的占用情况，如有中途上线的设备，使用软件触发的方式对未识别到的地址再次扫描一遍；
步骤5、至少将识别到的设备型号上传至云端进行显示，云端针对识别到的设备型号获得对应的设备厂家、设备协议以及设备接口，并依据当前应用场景选择参数模板，完成通信参数的配置；
步骤6、云端将完成配置的通信参数下发到边缘网关，边缘网关开启对终端设备的数据采集，采集到的数据上传到云平台进行更新显示。
2.如权利要求1所述的一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，步骤1中，边缘网关对终端设备提供多种本地通信方式，实现对终端设备的数据采集，边缘网关对终端设备提供的下层设备接口包括485口、CAN口以及以太网口；
边缘网关对云端提供多种远程通信方式，将采集到的数据上传到云端，边缘网关内的网络通信模块对云端提供的上层系统接口包括以太网、4G模块以及WiFi模块，网络通信模块为移动通信模块和/或有线通信模块。
3.如权利要求1所述的一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，步骤2中，对设备库的配置分成三部分，第一部分是配置设备厂家库，第二部分是配置设备厂家库下的设备型号库，第三部分是配置设备型号库下的参数模板库，参数模板库下又添加多条报文，每条报文下添加多个采集点信息。
4.如权利要求3所述的一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，步骤2中，针对设备厂家、设备型号和设备协议，预先在云端进行创建和输入，形成可选列表，方便配置设备库时进行选择输入，其中，设备厂家包括：设备制造商名称、设备制造商ID；设备型号包括：设备名称、设备类型、设备版本、设备制造商名称；设备协议内容包括：协议编号、协议名称、协议说明。
5.如权利要求3所述的一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，步骤2中，利用参数模板，针对不同的应用场景，同一个设备型号的不同终端设备能够配置不同的采集点进行数据采集，实现数据采集的灵活性，参数模板包括：变量ID、变量名称、数据类型、地址、数据长度、读写方式、采集频率、数据编码、CRC编码、单位、阀值。
6.如权利要求1所述的一种基于边缘网关的设备即插即用识别方法，其特征在于，所述步骤6具体包括以下内容：边缘网关根据参数模板中配置的报文参数，进行组包，通过相对应的硬件接口进行发送；如边缘网关接收到应答报文，则接收的报文按照采集点配置中的偏移和数据结构进行解包，达到一个采集点名称对应一个真实数据和一个采集时间的格式；最后，边缘网关将采集到的采集点名称、值、时间通过规定的协议上传到云端上进行显示。
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| CN114500275A (zh) | 2022-05-13 |
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