CN114722040A

CN114722040A - 面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置

Info

Publication number: CN114722040A
Application number: CN202210252892.9A
Authority: CN
Inventors: 冯志勇; 高超; 陈世展; 薛霄
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2022-07-08

Abstract

本发明涉及一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置，支持在不中断系统运行情况下，多模态设备数据的动态接入和保存，并实现数据库操作的标准化，以支持运维人员高效维护更新系统，并为大数据分析、人工智能算法在健康养老智能家居环境的应用提供便利。

Description

面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置

技术领域

本发明属于健康养老和物联网领域，具体涉及一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置。

背景技术

随着互联网技术与物联网技术的不断发展，越来越多的智能家居和健康养老设备进入健康养老领域，物联网与健康养老领域间的融合愈发紧密。目前，健康养老居家模式正形成以家庭为核心，将家庭内健康养老终端设备数据通过物联网协议进行上传，由社区中心或第三方机构进行管理和运维，为辖区内的居家养老用户提供各种养老服务，提升老人用户居家养老生活质量的新业态模式。

做为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，MQTT协议在物联网、小型设备、移动应用等方面有广泛的应用。以健康养老场景为例，通过MQTT协议，健康检测类设备可将老人的生理数据进行上传，环境感知类设备可将老人家庭环境数据进行定期上传，安全监测类设备可将老人的报警信息进行实时上传。

在健康养老场景背景下，基于MQTT协议的健康养老应用系统组成中，包含多个家庭内的各类健康养老终端设备或终端网关，由己方或第三方机构提供的多个MQTT服务端，以社区或第三方服务商为中心的边缘服务器和数据仓库。

其中，在以社区或第三方服务商为中心的边缘服务器和数据仓库中，需要经过一系列人为操作管理MQTT订阅和数据，包括新增或取消MQTT订阅主题，根据新订阅数据建立和进行数据库操作。对于非专业人员是一件很费时、费力的事，需要较多的时间学习与尝试，同时由于订阅和数据库操作错误可能导致系统运行失败，对用户体验有负面的影响，对后续的数据分析造成影响，阻碍了基于MQTT协议的健康养老业务在社区中心或第三方服务商的推广与使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置，提高设备数据接入和存储效率。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法，其特征在于：所述方法在设备动态接入装置系统的过程中，利用更新xml文件配置，自动化完成设备数据订阅、数据库选择、建表及数据保存工作，所述方法具体的包括以下步骤：

1)采集设备自动配置文件：

该文件功能为利用xml格式对采集设备订阅主题，存储类型，数据格式进行描述，订阅模块根据该xml配置文件解析并建立对应的设备表，并完成设备数据订阅，数据模块根据该配置文件将对应的数据装载到指定数据库表中，因此只需要更新配置文件，即可自动化完成对社区内新设备类型的多种数据库建立和订阅主题的更新和取消，所述xml自动配置文件的语义：

·equipmentstore为root标签，可包含多个equipmentsub标签和equipmentdb标签

·equipmentsub标签标识一个与设备相对应的mqtt订阅主题

其中：server标签标识该订阅主题服务端ip地址，port标签标识该订阅主题端口号，subject标签标识该订阅主题主题名称，同一个equipmentsub标签可包含多个subject标签；

subject标签中包含db属性，db属性值为0时表示该设备对应的数据库需要新建，db属性值为1时表示该设备对应的数据库已被建立，subject标签中包含flag属性，flag属性值为0时表示该主题需要被订阅，flag属性值为1时表示该主题已被订阅，flag属性值为2时表示该主题需要被取消订阅，flag属性值为3时表示该主题已被取消订阅。

·equipmentdb标签标识数据仓库的数据存储结构信息

其中：sub标签表示数据仓库与之对应的订阅主题，type标签表示应建立的数据仓库的数据库类型，table标签表示本数据仓库的表名，field标签表示当数据库类型为mysql时应建立的字段，当type标签为mysql时，一个equipmentdb标签内可包含多个field标签，在field标签种包含type属性，表示该字段的类型；

2)新设备topic跟踪：

通过定时器，设立一个定时执行任务，定时读取上述xml配置文件，读取根节点下equipmentsub和equipmentdb节点，通过遍历所有equipmentsub节点获取相应的服务端ip地址，端口号信息，并获得该equipmentsub节点下所有的subject节点并遍历，当flag属性为0时开启一个订阅子进程，同时将该子进程信息保存至mysql数据库并将flag属性修改为1；当flag属性为1时则输出已订阅信息；当flag属性为2时则查询mysql数据库中该主题的对应进程信息，并关闭对应订阅进程，将flag属性值修改为3，当flag属性为3时输出已取消订阅信息；

3)设备数据表生成：

本系统支持mongodb和mysql数据库表的建立，后续采用相同形式扩展道其他数据库表，在遍历所有subject节点时，当flag属性为0时同时判断db属性值，当db属性为0时查询subject节点值与equipmentdb中sub节点值一致的equipmentdb节点，判断其type节点为mongodb时执行mongodb建collection操作，并插入第一条document进行验证；

判断其type节点为mysql时执行mysql建表操作，默认必要字段包括id字段自增主键和create_time字段表示当前记录插入时间；

完成建表操作后，根据field节点值获取应增加的字段名，根据type属性获得该字段的类型，执行增加字段操作，如未发现field节点，则不增加额外字段；

4)数据装载：

订阅进程被开启后，根据传参建立主题订阅客户端，并将该订阅进程的进程信息和主题信息保存至mysql，根据主题信息完成数据装载类的实例化，数据装载类将读取xml配置文件，获取与本主题对应的equipmentdb节点，根据节点的type数据库类型和table表名称初始化实例属性，最后根据传参建立客户端与被订阅服务端的连接；

当接收到订阅消息后，将消息体传入数据装载实例，并调用示例的save方法，save方法首先获取当前时间，将消息体转化为json格式，根据实例属性确定本主题消息应存储的数据库类型和表名称，当确定为mongodb时直接将json格式消息体保存为document，当确定为mysql时，首先根据获取时间插入一条新纪录，然后根据消息体的key值对应字段名更新value值到该条记录的对应字段。

一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的装置，其特征在于：包括MQTT终端网关装置、边缘服务器装置及MQTT云服务器装置，所述MQTT终端网关装置和边缘服务器装置通过MQTT云服务器装置连接通讯；MQTT终端网关装置用于接入无MQTT能力的健康养老设备，将不支持MQTT协议的设备数据进行协议转换并上传；MQTT云服务器装置提供MQTT服务端功能支持；边缘服务器装置用于搭载动态接入及自动化存储的方法及数据仓库。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置，能够支持在不中断系统运行情况下，多模态设备数据的动态接入和保存，并实现数据库操作的标准化，以支持运维人员高效维护更新系统，并为大数据分析、人工智能算法在健康养老智能家居环境的应用提供便利。

2、本发明的面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法和装置，提高设备数据接入和存储效率。

附图说明

图1为本发明的应用场景示意图；

图2为本发明的系统架构示意图；

图3为本发明方法的流程图；

图4为本发明装置的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

1)采集设备自动配置文件：

·equipmentsub标签标识一个与设备相对应的mqtt订阅主题

·equipmentdb标签标识数据仓库的数据存储结构信息

xml配置文件例子如下：

2)新设备topic跟踪：

3)设备数据表生成：

完成建表操作后，如表1所示，根据field节点值获取应增加的字段名，根据type属性获得该字段的类型，执行增加字段操作，如未发现field节点，则不增加额外字段；

表1设备数据表

序号

列名

数据类型

长度

主键

允许空

说明

1.

id

Int

11

是

否

表主键

2.

create_time

varchar

50

否

当前记录插入时间

4)数据装载：

下面以健康养老智慧家居样板间为例进行详细描述，本方法应用场景为图1所属应用场景，包括样板间内多台利用MQTT协议的健康养老物联网设备和MQTT终端网关，云端多个MQTT服务端，社区中心内一台边缘服务器。假设本实施例中有待接入的样板间设备类型包括：

·环境感知类设备，如温湿度传感器

·安全监测类设备，如跌倒报警摄像机、压力感知床垫、一键报警器

·健康检测类设备，如心电采集床垫

各种设备的数据格式、采样频率不同，对于采样频率高的设备如温湿度传感器等，要求读写速度快，可选用mongodb进行数据存储，对于一键报警器等报警类设备数据对事务性要求高，可选用mysql进行数据存储。

本发明提供的方法应用于社区中心的边缘服务器，边缘服务器承担订阅和保存辖区内家庭健康养老物联网设备的设备数据。

假设初始状态01下，社区中心需要接入样板间内温湿度传感器、跌倒报警摄像机、心电采集床垫的设备信息，且相关设备的数据库均未建立，则配置文件需要对equipmentsub标签和equipmentdb标签进行配置，此时equipmentsub标签中subject节点下db属性值为0，flag属性值为0，配置文件为：

启动程序后，系统解析配置文件，订阅相应主题，根据配置自动建立相应数据库，初始状态01迁移至状态02，此时社区中心已订阅样板间内温湿度传感器、跌倒报警摄像机、心电采集床垫的设备信息，且相关设备的数据库均已建立，样本内间设备数据自动保存至边缘中心数据仓库内，状态02下配置文件此时equipmentsub标签中subject节点下db属性值和flag属性值将自动修改为1。状态02下配置文件为：

假设目前需要增加取消温湿度传感器的数据订阅，运维人员不需要中断系统运行，只需将对应主题的xml的flag属性值进行修改为2：

则系统加载到更新的xml配置，读取数据库中温湿度传感器主题的进程信息，将订阅进程关闭，并更新xml配置文件，此时状态03下，配置文件此时对应的equipmentsub标签中subject节点下db属性值为1，flag属性值为3，配置文件为：

假设当前需要新订阅一个一键报警器设备数据，假设该报警器MQTT服务端与温湿度传感器MQTT服务端相同，且边缘服务器未新建相应数据库，则运维人员只在原配置文件下equipmentsub标签新增subject节点，并将db属性值设为0，flag属性值设为0。

则边缘服务器系统加载到新的xml配置，进行新设备主题的订阅和数据库建立，并更新xml配置文件，新数据自动保存至边缘服务器数据仓库内，此时状态04下，配置文件新增subject节点的db属性值和flag属性值会自动修改为1，配置文件为：

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims

1.一种面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的方法，其特征在于：所述方法在设备动态接入装置系统的过程中，利用更新xml文件配置，自动化完成设备数据订阅、数据库选择、建表及数据保存工作，所述方法具体的包括以下步骤：

1)采集设备自动配置文件：

·equipmentsub标签标识一个与设备相对应的mqtt订阅主题

·equipmentdb标签标识数据仓库的数据存储结构信息

2)新设备topic跟踪：

3)设备数据表生成：

4)数据装载：

2.根据权利要求1所述的面向健康养老多模态IoT设备数据动态接入及自动化存储的装置，其特征在于：包括MQTT终端网关装置、边缘服务器装置及MQTT云服务器装置，所述MQTT终端网关装置和边缘服务器装置通过MQTT云服务器装置连接通讯；MQTT终端网关装置用于接入无MQTT能力的健康养老设备，将不支持MQTT协议的设备数据进行协议转换并上传；MQTT云服务器装置提供MQTT服务端功能支持；边缘服务器装置用于搭载动态接入及自动化存储的方法及数据仓库。