CN114500543B - 一种基于分布式的弹性边缘采集系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于分布式的弹性边缘采集系统及其应用方法,包括负载均衡模块及与之相连的若干边缘网关;所述负载均衡模块用于获取各边缘网关的负载状态并根据负载状态进行各边缘网关的负载均衡,以及获取生产数据并将获取的生产数据分配至各边缘网关;若干所述边缘网关用于预处理生产数据并将预处理后的生产数据上传至配置有告警规则的数据库,所述数据库用于存储告警规则和预处理后的生产数据;所述数据库连接有任务调度模块,所述任务调度模块用于按预设周期读取数据库中的告警规则和预处理后的数据并进行数据分析和告警判断。本发明通过负载均衡模块保证边缘网关的负载均衡,保证了数据的实时性和准确性以及服务的稳定性和健壮性。
Description
技术领域
本发明属于工业大数据领域,具体为一种基于分布式的弹性边缘采集系统及其应用方法。
背景技术
工业大数据是基于各类分布式并发技术,对现代工业领域各流程数据进行传输、解析、存储、分析,利用生产数据加快生产效率的一种现代化技术。
经检索,公开号为CN111277656A的中国专利于2020年6月12日公开了一种工业大数据的采集网络系统及其应用方法,包括云数据中心,所述云数据中心电性连接局域网,所述云数据中心通过局域网电性连接工业服务器,所述工业服务器电性连接智能网关一、智能网关二以及至智能网关N,所述智能网关一电性连接物联网设备,所述智能网关二电性连接生产数据输入,所述智能网关N电性连接相关数据。
现成数据采集产品或方案,只能针对某一种或某少数几种接入方式应用场景,无法同时兼顾多种接入方式、数据边缘计算、集群化调度、数据分析预警等特性。高效稳定的数据采集系作为工业大数据处理的关键组成部分,其性能和效率直接决定了工业大数据数据实时性、有效性的关键,因而设计一套兼具低时延、高性能、高稳定性的采集分析系统,成为当前最急切的需求。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供一种基于分布式的弹性边缘采集系统及其应用方法,采用分布式技术,结合多类型接入方式和均衡负载特性,整合分布式内存缓存结构,用于在边缘工业大数据设备数据采集场景下实现多种协议的数据接入。
根据本发明说明书的一方面,提供一种基于分布式的弹性边缘采集系统,包括负载均衡模块及与之相连的若干边缘网关;所述负载均衡模块用于获取各边缘网关的负载状态并根据负载状态进行各边缘网关的负载均衡,以及获取生产数据并将获取的生产数据分配至各边缘网关;若干所述边缘网关用于预处理生产数据并将预处理后的生产数据上传至配置有告警规则的数据库,所述数据库用于存储告警规则和预处理后的生产数据;所述数据库连接有任务调度模块,所述任务调度模块用于按预设周期读取数据库中的告警规则和预处理后的数据并进行数据分析和告警判断;
所述任务调度模块配置有:数据读取模块,用于按预设周期从数据库中读取告警规则和预处理后的数据;数据分析模块,用于对读取的数据进行分析并生成报表;判断模块,用于对读取的生产数据基于告警规则进行告警判断;告警模块,用于在判断达到告警标准时,发送告警信息。
在上述方案中,通过负载均衡模块获取生产数据,结合各边缘网关的负载情况,将生产数据预处理任务分配至各边缘网关,从而保证各边缘网关的负载均衡;将预处理后的生产数据存入数据库,任务调度模块从数据库中调取生产数据和告警规则,对生产数据进行分析、生成报表,同时对数据进行告警判断。实现了对生产数据的预处理、存储、告警判断、报表生成等功能。
具体地,所述负载均衡模块进一步包括:
生产数据接收模块,用于接收生产数据;
任务接收模块,用于接收各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数及资源使用率;
负载计算模块,用于通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;
分配模块,按照FIFO先进先出原则将任务分派给各边缘网关。
在上述方案中,任务接收模块接收由边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数及资源使用率,负载技术模块基于接收到的任务数及资源使用率数据计算各边缘网关的负载状况,并根据各边缘网关的负载状况将由生产数据接收模块接收到的生产数据以FIFO先进先出的原则分配至各边缘网关处理,使各边缘网关负载处于均衡状态。
具体地,所述任务调度模块与用户终端相连,并将报表和告警信息推送至用户终端。所述报表信息实时推送至用户终端,并展现在用户终端的显示器上;所述告警信息以邮件、钉钉消息等形式实时推送至用户终端,用户接受到告警信息后,及时采取措施核实并解决告警信息中呈现的问题。
具体地,所述数据库为Elasticsearch。
具体地,所述数据读取模块包括Presto查询引擎。
在上述方案中,ElasticSearch+Presto架构,在高可用的基础上,实现实时查询、全文检索等,减轻集群运维压力,减少服务数量
具体地,所述边缘网关支持MQTT连接器、ODBC连接器、MQTT连接器、OPC-UA 连接器、Modbus连接器、CAN连接器,自定义连接器,REST连接器和Request连接器。边缘网关可以支持不同类型的生产数据的预处理,使本系统具有更广泛的适用范围。
根据本发明说明书的一方面,提供了一种基于分布式的弹性边缘采集系统应用方法,包括:
步骤1:负载均衡模块接收生产数据和各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数,并通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;
步骤2:负载均衡模块根据各网关负载状况按照FIFO先进先出原则将生产数据分配给各边缘网关;
步骤3:各边缘网关对生产数据进行预处理,并将预处理后的数据传送至数据库中;
步骤4:数据读取模块从数据库中读取生产数据和告警规则;数据分析模块对生产数据进行分析并生成分析报表,所述报表被传输至用户终端;判断模块将读取的生产数据和告警规则进行告警判断;
步骤5:若判断为当前调用的生产数据触发了预设的告警规则,则告警模块发出告警通告至用户终端后结束过程;若判断为当前调用的生产数据未触发预设的告警规则,则直接结束过程。
在上述方法中,生产数据被均衡的分配至各边缘网关,经过边缘网关的预处理后存入数据库中;所述数据库中的数据被任务调度模块读取进行二次分析和告警判断,解决了现有方法中因网关负载不均衡引起的数据处理效率低、准确度不足和方法功能单一等问题,提供了一种高性能、高可用、易扩展的数据采集和处理方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明提供的一种基于分布式的弹性边缘采集系统中的边缘网关支持多种接入方式,可以兼顾各类设备接入分析需求;通过负载均衡模块保证边缘网关的负载均衡,在现有网关负载较高的情况下自动进行集群扩容,保证了数据的实时性和准确性以及服务的稳定性和健壮性。
(2)本发明提供的一种基于分布式的弹性边缘采集系统采用ElasticSearch+Presto架构,在高可用的基础上,实现实时查询、全文检索等,减轻集群运维压力,减少服务数量。
(3)本发明提供的一种基于分布式的弹性边缘采集系统应用方法根据边缘网关承担的任务数量计算其负载状况,并基于负载情况分配任务,使各网关的负载均衡,提升了数据处理准确性;通过对数据的二次分析和告警判断,使用户能及时准确的掌握设备生产状况。
附图说明
图1为本发明的一种基于分布式的弹性边缘采集系统架构图;
图2为本发明的一种基于分布式的弹性边缘采集系统负载均衡模块架构图;
图3为本发明的一种基于分布式的弹性边缘采集系统任务调度模块架构图;
图4为本发明的一种基于分布式的弹性边缘采集方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种基于分布式的弹性边缘采集系统,包括负载均衡模块及与之相连的若干边缘网关,所述负载均衡模块用于获取各边缘网关的负载状态并根据负载状态进行各边缘网关的负载均衡,以及获取生产数据并将获取的生产数据分配至各边缘网关;所述均衡负载模块进一步包括:
生产数据接收模块,用于接收生产数据;
任务接收模块,用于接收各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数及资源使用率;
负载计算模块,用于通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;
分配模块,按照FIFO先进先出原则将任务分派给各边缘网关。(如图2所示)
所述边缘网关按预设周期检测自身的任务数量和资源使用率,并将检测得到的数据传输至均衡负载模块。
所述边缘网关支持TCP连接器、ODBC连接器、MQTT连接器、OPC-UA连接器、 Modbus连接器、CAN连接器、自定义连接器、REST连接器和Request连接器。边缘网关支持分布式安装部署,数据采集频率低至50ms。
所述各边缘网关用于对生产数据进行预处理,所述预处理包括数据的解析、转换、计算、分析;各边缘网关还用于将预处理后的生产数据传送至数据库中,本实施例中采用Elasticsearch数据库,且Elasticsearch数据库存储有告警规则。
所述E|asticsearch数据库与任务调度模块相连,如图3所示,所述任务调度模块配置有:数据读取模块,本实施例中数据读取模块包括Presto查询引擎,用于按预设周期从数据库中读取告警规则和预处理后的数据;数据分析模块,用于对读取的数据进行分析并生成报表,如发动机温度报表、设备耗能报表、产能报表等;判断模块,用于对读取的生产数据基于告警规则进行告警判断,如:当设备发动机温度高于设定阈值时,则判断需要告警;告警模块,用于在判断达到告警标准时,发送告警信息。
所述任务调度模块与用户终端相连,并将报表和告警信息推送至用户终端,所述告警信息可以通过邮件、钉钉发送至用户终端。
实施例2
如图4所示,本实施例提供一种基于分布式的弹性边缘采集系统的应用方法,包括:
步骤1:负载均衡模块接收生产数据D1和各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数,并通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;
步骤2:负载均衡模块根据各网关负载状况按照FIFO先进先出原则将生产数据D1分配给各边缘网关;
步骤3:各边缘网关对生产数据D1进行预处理,包括但不限于对数据进行解析、转换、计算和解析,获得预处理后的生产数据D2;预处理后的生产数据D2被边缘网关传送至Elasticsearch数据库中;
步骤4:任务调度模块中的数据读取模块从Elasticsearch数据库中读取预处理后的生产数据D2和告警规则R1;数据分析模块对生产数据D2进行分析并生成报表,如发动机温度报表、能耗报表等;所述报表被传输至用户终端,用户根据终端接收到的报表掌握生产及设备状况;判断模块根据读取的生产数据和告警规则进行告警判断,如:当发动机温度超过设定阈值,则判定触发了告警;
步骤5:若判断为当前调用的生产数据触发了预设的告警规则,则告警模块发出告警通告至用户终端后结束过程;若判断为当前调用的生产数据未触发预设的告警规则,则直接结束过程。
本领域内的技术人员应明自,本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施列的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (6)
1.一种基于分布式的弹性边缘采集系统,其特征在于,包括负载均衡模块及与之相连的若干边缘网关;所述负载均衡模块用于获取各边缘网关的负载状态并根据负载状态计算各边缘网关的负载情况,以及获取生产数据并根据计算的负载情况将获取的生产数据分配至对应的边缘网关;若干所述边缘网关用于预处理生产数据并将预处理后的生产数据上传至配置有告警规则的数据库,所述数据库用于存储告警规则和预处理后的生产数据;所述数据库连接有任务调度模块,所述任务调度模块用于按预设周期读取数据库中的告警规则和预处理后的数据并进行数据分析和告警判断;
所述负载均衡模块包括:生产数据接收模块,用于接收生产数据;任务接收模块,用于接收各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数及资源使用率;负载计算模块,用于通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;分配模块,按照FIFO先进先出原则将任务分派给各边缘网关;
所述任务调度模块配置有:数据读取模块,用于按预设周期从数据库中读取告警规则和预处理后的数据;数据分析模块,用于对读取的数据进行分析并生成报表;判断模块,用于对读取的生产数据基于告警规则进行告警判断;告警模块,用于在判断达到告警标准时,发送告警信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式的弹性边缘采集系统,其特征在于,所述任务调度模块与用户终端相连,并将报表和告警信息推送至用户终端。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式的弹性边缘采集系统,其特征在于,所述数据库为Elasticsearch。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式的弹性边缘采集系统,其特征在于,所述数据读取模块包括Presto查询引擎。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式的弹性边缘采集系统,其特征在于,所述边缘网关支持MQTT连接器、ODBC连接器、MQTT连接器、OPC-UA连接器、Modbus连接器、CAN连接器,自定义连接器,REST连接器和Request连接器。
6.一种基于分布式的弹性边缘采集系统的应用方法,采用权利要求1-5任一项所述的系统实现,其特征在于,所述方法包括:
步骤1:负载均衡模块接收生产数据和各边缘网关统计的自身服务正在执行的任务数,并通过加权计算负载均衡算法计算各边缘网关的负载状况;
步骤2:负载均衡模块根据各网关负载状况按照FIFO先进先出原则将生产数据分配给各边缘网关;
步骤3:各边缘网关对生产数据进行预处理,并将预处理后的数据传送至数据库中;
步骤4:数据读取模块从数据库中读取生产数据和告警规则;数据分析模块对生产数据进行分析并生成分析报表,所述报表被传输至用户终端;判断模块将读取的生产数据和告警规则进行告警判断;
步骤5:若判断为当前调用的生产数据触发了预设的告警规则,则告警模块发出告警通告至用户终端后结束过程;若判断为当前调用的生产数据未触发预设的告警规则,则直接结束过程。
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