CN114793188A - 一种智能网关数据采集推送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能网关数据采集推送方法，利用远程网关连接外部设备，并进行通信验证，使远程网关与外部设备建立通信，进而实现对外部设备的数据采集；远程网关与云平台服务器建立通信，远程网关将采集到的相关数据经过处理后推送至云平台服务器。本发明所述的智能网关数据采集推送方法，通过远程网关与外部设备以及云平台服务器建立通信，可实现对外部设备相关数据的智能采集，并推送至云平台服务器，有效解决了传统方法限制条件多、过程复杂、成本高的问题。

Description

一种智能网关数据采集推送方法

技术领域

本发明属于远程控制技术领域，尤其是涉及一种智能网关数据采集推送方法。

背景技术

工业大数据是未来工业在全球市场竞争中发挥优势的关键。各国制造业创新战略的实施基础都是工业数据的搜集和特征分析,及以此为未来制造系统搭建的无忧环境。不论智能制造发展到何种程度,数据采集都是生产中最实际最高频的需求,也是工业4.0的先决条件。

目前市面上具有数据采集推送系统的工厂，大多都是生产设备和其他设备在同一局域网内；当在不同局域网时，则需建立专用虚拟网络实现通讯。并且现有的方案都是将数据不做处理直接推送。

现有方案推送数据受网络影响限制较大，无法跨局域网推送数据，如果要实现跨局域网推送数据需要建立虚拟专用网络，建立虚拟专用网络费用高且需要向相关部门备案，繁琐、复杂，前期建设周期长，后期维护使用费用高。

发明内容

有鉴于此，为克服上述缺陷，本发明旨在提出一种智能网关数据采集推送方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种智能网关数据采集推送方法，利用远程网关连接外部设备，并进行通信验证，使远程网关与外部设备建立通信，进而实现对外部设备的数据采集；

远程网关与云平台服务器建立通信，远程网关将采集到的相关数据经过处理后推送至云平台服务器。

进一步的，远程网关在采集外部设备的相关数据前，还需要执行自检步骤，检测各功能是否正常，如果正常，则与外部设备进行通信验证，如果异常，则进行报警。

进一步的，远程网关与外部设备建立通信的方法如下：

进行通信接口初始化；

测试与外部设备是否能够通信，如果否，则继续进行通信接口初始化，如果是，则给外部设备发送命令，外部设备在接收到命令后，会反馈相关数据，远程网关对反馈的相关数据进行CRC校验，如果校验正确，则继续接收外部设备的相关数据，如果不正确，则进一步判断外部设备是否反馈回错误代码，如果反馈了错误代码，则进行出错处理，如果没有反馈错误代码，则进行正常处理，继续采集数据。

进一步的，远程网关与云平台服务器建立通信的方法如下：

远程网关通过域名地址及端口号连接云平台服务器；

远程网关发送消息A至云平台服务器，云平台服务器在收到消息A后，判断与当前所存储变量表版本号是否一致，如果不一致，则向远程网关发送消息B，请求新的变量表；如果一致，则向远程网关发送消息D，远程网关收到消息B后向云平台服务器发送消息C，其中，消息C为新变量表，云平台服务器接收到消息C后，向远程网关发送消息D，请求实时推送变量数据。

进一步的，远程网关第一次向云平台服务器推送数据时，推送全部变量数据；后续再进行推送时，按照设定的周期，定时推送变化的变量数据，未发生变化的数据不推送。

进一步的，远程网关对采集的外部设备的相关数据，进行解析、运算、排序、压缩、加密后，再向云平台服务器推送。

进一步的，推送到云平台服务器的相关数据的有效载荷数据包括按照前后顺序依次设置的保留字节、控制字、时间戳、数据个数、变量序号、变量类型、变量值。

进一步的，远程网关在与外部设备建立通信关系时，需要连接外部设备的控制器，并实时与外部设备的控制器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关以设定的频率向外部设备的控制器发送随机数，外部设备收到随机数后，则会反馈设备当前状态，如果超过设定的时间期限，远程网关没收到外部设备控制器反馈的当前运行状态，则认定与外部设备的控制器通信异常，远程网关以设定的方式报警。

进一步的，远程网关在与云平台服务器建立通信关系后，实时与云平台服务器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关会以设定的频率，用ping指令检测与云平台服务器的连接状况，用telnet指令检测云端服务器通讯接口的通讯状况，如果有任一异常，则认定与云平台服务器通信异常，远程网关以设定的方式报警；

如果远程网关与外部设备的控制器和云端服务器通讯均异常，远程网关以设定的方式报警。

相对于现有技术，本发明所述的智能网关数据采集推送方法具有以下有益效果：

(1)本申请的智能网关数据采集推送方法，通过远程网关与外部设备以及云平台服务器建立通信，可实现对外部设备相关数据的智能采集，并推送至云平台服务器，有效解决了传统方法限制条件多、过程复杂、成本高昂的问题。

(2)受网络要求局限性小，具备移动通信网络联网功能，没有以太网环境的工业现场或不在同一局域网内的工业现场均可使用；数据流量费用降低，对原始数据进行压缩并采用MQTT协议传输，大大降低网络的流量，使得通信费用的开销大幅降低。

(3)安全性提升，数据采用专属的报文协议进行转换、加密，安全性提升；方便工程人员，网关具有远程配置功能，相关人员可远程对设备进行问题排查、升级等，不必亲自到现场处理。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的智能网关数据采集推送方法原理示意图；

图2为本发明所述的远程网关与外部设备建立通信流程图；

图3为本发明所述的远程网关与云平台服务器建立通信流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种智能网关数据采集推送方法，如图1所示，利用远程网关连接外部设备，并进行通信验证，使远程网关与外部设备建立通信，进而实现对外部设备的数据采集；

其中，远程网关与外部设备采用但不限于Modbus/MC通信协议进行通信，Modbus/MC连接建立后直接进入数据采集阶段，按照对应的协议规范对外接设备进行数据读取。

远程网关与云平台服务器建立通信，远程网关将采集到的相关数据经过处理后推送至云平台服务器，远程网关在向云平台服务器推送数据时，可以采用无线，也可以采用有线的通信形式。

外部设备包括但不限于生产设备、摄像头、工控机、PLC、PC、平板等。

远程网关在采集外部设备的相关数据前，还需要执行自检步骤，检测各功能是否正常，如果正常，则与外部设备进行通信验证，如果异常，则进行报警。

可以采用声光报警的形式进行报警，也可以只以光的形式进行报警，例如，当远程网关指示灯每秒两次闪烁(快闪)表示正常，远程网关指示灯每秒一次闪烁(慢闪)表示异常。

如图2所示，远程网关与外部设备建立通信的方法如下：

进行通信接口初始化；

测试与外部设备是否能够通信，如果否，则继续进行通信接口初始化，如果是，则给外部设备发送命令，外部设备在接收到命令后，会反馈相关数据，远程网关对反馈的相关数据进行CRC校验，如果校验正确，则继续接收外部设备的相关数据，如果不正确，则进一步判断外部设备是否反馈回错误代码，如果反馈了错误代码，则进行出错处理，如果没有反馈错误代码，则进行正常处理，继续采集数据。

如图3所示，远程网关与云平台服务器建立通信的方法如下：

远程网关通过域名地址及端口号连接云平台服务器；

远程网关发送消息A至云平台服务器，云平台服务器在收到消息A后，判断与当前所存储变量表版本号是否一致，如果不一致，则向远程网关发送消息B，请求新的变量表；如果一致，则向远程网关发送消息D，远程网关收到消息B后向云平台服务器发送消息C，其中，消息C为新变量表，云平台服务器接收到消息C后，向远程网关发送消息D，请求实时推送变量数据。

远程网关第一次向云平台服务器推送数据时，推送全部变量数据；后续再进行推送时，按照设定的周期，定时推送变化的变量数据，未发生变化的数据不推送。

远程网关对采集的外部设备的相关数据，进行解析、运算、排序、压缩、加密后，远程网关处理好的数据按照特定的通信规则定时向云端进行推送。

推送到云平台服务器的相关数据的有效载荷数据包括按照前后顺序依次设置的保留字节、控制字、时间戳、数据个数、变量序号、变量类型、变量值。

其中，控制字说明：

控制字共两字节，出现在有效载荷的起始部分，用于表明后续用户数据的编解码信息。

b8-b15	b6-b7	b4-b5	b2-b3	b0-b1
					预留	加密	压缩	编码	格式

格式：

0：二进制；1：文本

编码：

0：ASCII；1：UTF-8

压缩：

0：无压缩；1：标准Zip压缩

如果采用了压缩，用户数据中第一个字段为压缩前的长度字段，该字段为4字节无符号数，大端编码。

加密:

0：无加密；1：AES-128(EBC or CBC)

1.消息A有效载荷说明：

2.消息B有效载荷说明：

无

3.消息C有效载荷说明：

保留字节1Byte

控制字2Bytes

变量表

变量表将采用文本Json格式传输，格式如下：

字段	描述	类型
			nam	标签名称Tag name	String
addr	标签地址Tag Address	Int32

4.消息D有效载荷说明：

无

5.消息H有效载荷说明：

保留字节1Byte

控制字2Bytes

实时变量

有效载荷数据格式：

<保留字节><控制字><时间戳><数据个数><1#变量序号><1#变量类型><1#变量值><2#变量序号><2#变量类型><2#变量值>……

远程网关在与外部设备建立通信关系时，需要连接外部设备的控制器，并实时与外部设备的控制器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关以设定的频率向外部设备的控制器发送随机数，外部设备收到随机数后，则会反馈设备当前状态，如果超过设定的时间期限，远程网关没收到外部设备控制器反馈的当前运行状态，则认定与外部设备的控制器通信异常，远程网关以设定的方式报警。

具体示例如下：

远程网关会以1秒每次的频率向生产设备控制器发送随机数，生产设备收到随机数后，则会反馈设备当前状态，如果超过10秒网关没收到设备控制器反馈的当前运行状态，则认定与设备控制器通信异常，网关COMM指示灯则以每周期5次的频率闪烁，以进行人机交互反馈。

远程网关在与云平台服务器建立通信关系后，实时与云平台服务器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关会以设定的频率，用ping指令检测与云平台服务器的连接状况，用telnet指令检测云端服务器通讯接口的通讯状况，如果有任一异常，则认定与云平台服务器通信异常，远程网关以设定的方式报警；

如果远程网关与外部设备的控制器和云端服务器通讯均异常，远程网关以设定的方式报警。

具体示例如下：

远程网关会以1秒每次的频率，用ping指令检测与云端服务器的连接状况，用telnet指令检测云端服务器通讯接口的通讯状况，如果有任一异常，则认定与云端服务器通信异常，网关COMM指示灯则以每周期6次的频率闪烁，以进行人机交互反馈。

如果网关与生产设备控制器和云端服务器通讯均异常，网关COMM指示灯则以每周期4次的频率闪烁，以进行人机交互反馈。

当通讯均正常时，网关COMM指示灯常亮。

基于本申请的智能网关数据采集推送方法，可以实现对租赁设备的远程控制锁机的功能。

将远程网关安装在租赁设备上时，可下发指令对租赁设备进行锁机，当通信异常时，租赁设备将自动锁机。通信异常可能是租赁方恶意拆除远程网关造成的，这将导致租赁方无法再使用生产设备；如果因网络原因造成通信异常，对设备造成误锁机的情况，可以提供离线密码给租赁方，暂时解除租赁状态，解除租赁状态后可恢复生产，后续售后人员去现场检查维修，这样可以减小等待售后人员到场过程中的生产损失。离线密码有效次数只有一次，当再次发生此问题时，输入已使用过的离线密码无效。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种智能网关数据采集推送方法，其特征在于：利用远程网关连接外部设备，并进行通信验证，使远程网关与外部设备建立通信，进而实现对外部设备的数据采集；

远程网关与云平台服务器建立通信，远程网关将采集到的相关数据经过处理后推送至云平台服务器。

2.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关在采集外部设备的相关数据前，还需要执行自检步骤，检测各功能是否正常，如果正常，则与外部设备进行通信验证，如果异常，则进行报警。

3.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于，远程网关与外部设备建立通信的方法如下：

进行通信接口初始化；

测试与外部设备是否能够通信，如果否，则继续进行通信接口初始化，如果是，则给外部设备发送命令，外部设备在接收到命令后，会反馈相关数据，远程网关对反馈的相关数据进行CRC校验，如果校验正确，则继续接收外部设备的相关数据，如果不正确，则进一步判断外部设备是否反馈回错误代码，如果反馈了错误代码，则进行出错处理，如果没有反馈错误代码，则进行正常处理，继续采集数据。

4.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关与云平台服务器建立通信的方法如下：

远程网关通过域名地址及端口号连接云平台服务器；

远程网关发送消息A至云平台服务器，云平台服务器在收到消息A后，判断与当前所存储变量表版本号是否一致，如果不一致，则向远程网关发送消息B，请求新的变量表；如果一致，则向远程网关发送消息D，远程网关收到消息B后向云平台服务器发送消息C，其中，消息C为新变量表，云平台服务器接收到消息C后，向远程网关发送消息D，请求实时推送变量数据。

5.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关第一次向云平台服务器推送数据时，推送全部变量数据；后续再进行推送时，按照设定的周期，定时推送变化的变量数据，未发生变化的数据不推送。

6.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关对采集的外部设备的相关数据，进行解析、运算、排序、压缩、加密后，再向云平台服务器推送。

7.根据权利要求1或6所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：推送到云平台服务器的相关数据的有效载荷数据包括按照前后顺序依次设置的保留字节、控制字、时间戳、数据个数、变量序号、变量类型、变量值。

8.根据权利要求1所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关在与外部设备建立通信关系时，需要连接外部设备的控制器，并实时与外部设备的控制器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关以设定的频率向外部设备的控制器发送随机数，外部设备收到随机数后，则会反馈设备当前状态，如果超过设定的时间期限，远程网关没收到外部设备控制器反馈的当前运行状态，则认定与外部设备的控制器通信异常，远程网关以设定的方式报警。

9.根据权利要求1或8所述的智能网关数据采集推送方法，其特征在于：远程网关在与云平台服务器建立通信关系后，实时与云平台服务器进行通讯判断，判断方法如下：

远程网关会以设定的频率，用ping指令检测与云平台服务器的连接状况，用telnet指令检测云端服务器通讯接口的通讯状况，如果有任一异常，则认定与云平台服务器通信异常，远程网关以设定的方式报警；

如果远程网关与外部设备的控制器和云端服务器通讯均异常，远程网关以设定的方式报警。

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