CN114815673A - 一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统及方法，包括：进程管理模块用于管理进程的注册、进程的启停、还用于检测多通道通信模块的进程状态，并根据检测的结果，实时修改多通道通信模块的进程状态；多通道通信模块用于根据配置文件加载通信协议动态库，采用统一通信框架进行数据处理、分发以及进程报警信息的日志记录；日志模块用于记录各个模块状态信息，当各模块出现故障异常时，接收报警信息，将报警信息和各个模块状态信息存储到本地介质或者写到远程后台数据库；配置参数管理模块，用于配置使各模块正常工作的相关配置参数。优点：能够使路灯监控系统通信程序更加容易开发维护，稳定和可靠。

Description

一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统及方法，属于接口机技术领域。

背景技术

随着智慧城市的高速发展，智慧城市建设正如火如荼的开展。城市路灯是智慧城市的重要组成部分，城市智慧路灯监控系统就是通过短距离、长距离通信技术，实现路灯控制和拓展灯杆资源增值业务。

一个城市路灯数量众多，地区布局差异大，不同地区功能需求和实际要求也有很大不同，对于城市智慧路灯监控系统来说，例如有的地区会增加光照采集设备、漏电采集设备等其他传感器以辅助决策，有的地区路灯分布较密集，有的路灯分布较分散，设备厂家也多种多样，通信网络也有很多差异，有基于2G/3G/4G/5G网络，有基于NB-IoT、LoRa等网络，有设备通过物联网云平台推送数据到监控系统，这些就导致了一个城市智慧路灯监控系统设备接入的多样性，存在多种多样的通信协议，导致接口协议和接口机数量较多，难于管理与维护，给开发和维护造成很大压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，包括：

进程管理模块、日志模块、多通道通信模块、配置参数管理模块；

所述进程管理模块，用于管理进程的注册、进程的启停，还用于检测多通道通信模块的进程状态，并根据检测的结果，实时修改多通道通信模块的进程状态；

所述多通道通信模块，用于根据配置文件加载通信协议动态库，采用统一通信框架进行数据处理、分发以及进程报警信息的日志记录；

所述日志模块，用于记录各个模块状态信息，当各模块出现故障异常时，接收报警信息，将报警信息和各个模块状态信息存储到本地介质或者写到远程后台数据库；

所述配置参数管理模块，用于配置使各模块正常工作的相关配置参数。

进一步的，还包括启动模块，用于在接口机首次启动时，根据配置参数管理模块的参数配置的进程启动顺序，依次启动进程管理模块，日志模块，多通道通信模块，所述配置参数管理模块独立运行，将配置参数生成配置文件，拷贝到各接口机中。

进一步的，所述启动模块还包括初始化模块，用于在接口机启动时候初始化进程管理共享内存，在多通道通信进程、日志进程启动时，调用进程管理模块提供的动态库进行进程注册，写入进程管理共享内存，进程管理模块循环读取共享内存，实时查看共享内存进程详细状态，并根据进程实时状态记录进程的异常信息，调用日志模块实现进程报警功能。

进一步的，所述进程管理模块包括进程注册模块、进程启停模块、进程状态监控模块和多通信通道进程心跳监测模块；

所述进程注册模块，用于给各个进程提供接口，相关进程通过调用这个接口，将进程详细信息写入共享内存；

所述进程启停模块，用于当进程出现异常时能够对相关进程进行停止或者启动操作；

所述进程状态监控模块，用于实时循环读取共享内存中的进程状态，当进程出现异常时，对进程进行启停操作并记录日志信息；

所述通道通信进程心跳监测模块，用于循环监测多通道通信模块的进程状态，判断是否通道通信异常或者故障，若出现异常，各接口机则根据心跳监测计算服务、计算进程状态服务各自修改通道通信进程状态，实时修改通道通信进程的冗余状态，实现多接口机中多通道通信模块协调运行。

进一步的，所述多通道通信模块还包括写入模块，用于根据通道配置和进程管理写入通道状态启动通信通道进程，每个通信通道进程程序，采用统一编码架构，统一日志接口，动态加载通信协议动态库接口。

一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统的接入方法，包括：

通过配置参数管理模块对接口机数量、名称、地址、优先级进行配置，接口机配置完成后，对不同类型设备进行多通道通信参数进行详细配置；

各接口机保证接口配置完成后，生成配置文件，将配置文件输送到接口机中；

获取待接入的设备参数，启动接口机进程管理模块、日志模块，动态调用配置文件中的通信协议的动态库，启动多通道通信模块；

多通道通信模块调用进程注册接口，将进程通信状态写入共享内存，进程管理模块根据多通道通信进程状态，循环监测和计算各个通道通信进程状态，进行冗余实时协调切换。

本发明所达到的有益效果：

本发明针对智慧路灯监控系统下面可能接入多样性物联网设备和平台，提供一套易配置、易维护、易扩展、简约、高效的一套接口机软件，能够实现多接口机通信通道的灵活冗余配置，在进程管理的同时增加接口机通道信息心跳监测，简化冗余管理，在多通道通信程序中采用统一数据处理、日志处理、协议处理框架，动态加载通信协议，使路灯监控系统通信程序更加容易开发维护，稳定和可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于城市智慧路灯监控系统接口机软件结构示意图；

图2 为本发明实施例中一种基于城市智慧路灯监控系统接口机进程管理模块启动流程详细示意图；

图3为本发明实施例中一种基于城市智慧路灯监控系统接口机软件多通道通信架构；

图4为本发明实施例中一种基于城市智慧路灯监控系统接口机软件日志模块架构。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于城市智慧路灯监控系统接口机系统,包括进程管理模块，多通道通信模块，日志模块，配置参数管理模块。

接口机启动时，根据配置管理模块生成的配置文件，先启动进程管理模块，调用日志模块接口，初始化日志，并初始化进程管理共享内存及信号量，根据配置文件，依次启动相关进程，当某个进程启动时候，首先调用日志模块接口，初始化日志，再调用进程管理模块接口进行进程注册，写入进程管理共享内存，进程管理模块循环读取共享内存，实时监控进程状态，并实时计算进程故障和冗余状态，随时准备切换进程状态，并调用日志模块接口记录日志。

进程管理模块，主要负责对接口机软件运行进程的监控管理。对于通信通道进程，为了管理通信通道的多接口机运行、冗余管理、优先级管理，在进程管理中增加了心跳监测计算服务、计算进程状态服务。其中心跳监测计算服务，通过组播发送各自接口机的通信通道进程状态并对收到其他接口机通信通道进程状态的组播报文进行解析，通过计算通信通道进程状态服务，实时运算通信通道进程主备信息，各接口机之间相同的通信通道进程相互关联、相互影响，当计算出本接口机通信通道进程信息发生变化时，修改通信通道进程状态，并再下一个周期通过组播发送出去。根据接口机通信通道优先级，通过计算通信通道进程状态服务，计算出接口机通信通道进程主备状态，并把接口机通信通道进程信息通过心跳监测计算服务组播向外发出。

如图2所示，进程管理模块根据配置文件内容，启动相关进程，如果是非通道通信进程，则将进程写入共享内存直接启动该进程，判断进程是否正常，如果不正常则重启进程，再获取下一个进程状态，循环判断，到了最后一个进程之后，再从第一个进程开始轮询状态。如果在循环判断中，启动进程是通道通信进程，首先将通信通道进程基本信息写入进程管理共享内存，包括通道ID、通道名、优先级、主备信息、所属接口机主机名、所属接口机ID、进程状态（正常/故障）等进程信息，然后心跳监测计算服务开始接收其他接口机通信通道进程的组播内容，包括通道ID、通道名、优先级、主备、所属接口机主机名、所属接口机ID、进程状态（正常/故障）等进程信息，如果一个通信通道进程一段时间（如3s）内没有收到其他接口机发送的该通信通道进程ID（唯一）的内容，心跳监测计算服务认为自己为主用，计算进程状态服务修改共享内存中通道进程状态，组播发送当前进程信息，循环接收组播消息，继续计算通信通道通信进程状态。如果一个通信通道进程一段时间（如3s）内收到其他接口机发送的该通信通道进程ID的内容，心跳监测计算服务根据该接口机的通信通道进程状态，通过计算进程状态服务修改共享内存中通道进程状态，如果收到相同ID的通信通道进程的优先级为1，状态为主用，计算进程状态服务则认为本接口机进程状态为备用状态，组播发送当前进程信息，如果收到相同ID的通信通道进程的优先级为2，状态为备用，计算进程状态服务因接口机中该通信通道进程优先级为1，则将共享内存中进程状态改为主用状态，组播发送当前通信通道进程信息。循环接收组播消息，继续计算通信通道通信进程状态。如果在循环判断中，通道通信进程出现故障，进程管理模块则重新启动该进程。

多通道通信模块，根据智慧路灯监控系统的接入设备类型，进行分类配置管理，例如，一个智慧路灯监控系统有诸如DTU，RTU，光照度、物联网单灯、不同运营商物联网云平台等接口分类，每个接口分类通信协议不一样，但是通信架构类似，可抽象出通用的通信模块和协议模块处理框架，通过配置管理工具灵活配置通道ID、通道名、通信地址、通信端口、通信类型（客户端、服务端）、协议库名称、通信优先级、是否启用、发送缓冲队列大小、接收缓冲队列大小，所属接口机主机名等，建立通信连接，进行协议内容解析，同时调用数据处理模块接口将设备点的关联数据通过消息中间件写入到服务器后台。一个典型通道通信进程需按照图3流程进行通信。

通道通信进程启动后，首先根据共享内存信息，判断目前通道通信进程是主用还是备用，如果是备用则继续循环监测目前通道通信进程主备状态，直到变为主用再继续执行下一步。如果是主用状态，则（客户端）发起或者（服务端）接受TCP连接，负责建立通信，接收数据放到双环形数据队列，然后使用双环形数据队列把接收到的数据传送给协议模块，通过协议模块进行数据解析和处理，并把协议模块需要发送的内容，发送到通信模块发送队列中，并发送出去，判断通信通道进程状态，写入到日志模块中去。

通信模块是与不同设备、平台的建立通信的主要模块，通过socket建立连接后，将收到的数据包发到接收环形队列中，等协议模块去取去解析，同样的，发送数据是通过协议模块将需要发送的数据，放到发送环形队列中，通信模块从发送环形队列中取出发送。

协议模块是与不同设备、平台通信的数据处理主要模块，将通信模块中接收到的数据，从环形队列中取出，对协议进行解析，并调用数据处理接口，通过消息中间件，写入到数据处理后台，更新后台实时数据。对于协议模块通过消息中间件收到的需要控制的内容，发送到双环形数据队列中，协议框架取出发送内容，发送到通信模块中的发送队列中，通过通信模块通过socket模块发送出去。

当智慧路灯监控系统接口机需要接入新一类设备或者平台时，接口协议可能需要变，对于开发者只需修改协议动态库（协议模块）内容，通信模块无需变化，这样易于接口机的动态扩展和维护。

如图4所示，日志模块收集记录接口机各个模块的日常信息、报警信息到文件中，或者调用数据库接口将日常信息、报警信息发送给后台数据库中，各个模块通过调用日志模块提供的接口将自身报警和重要日常信息写入到日志模块中。每个进程在启动进程的时候，先初始化日志接口，在程序中将需要记录的内容调用该日志模块接口，以记录进程运行情况，将一些进程异常情况通过该接口进行报警记录。

日志模块可以分为日志记录模块和日志输出模块两大部分。日志记录模块负责创建和管理日志记录器，每一个日志记录器对象负责按照不同的级别接收各种记录了日志信息的日志对象，日志记录器对象首先获取所有需要记录的日志，并且同步地将日志分派给日志输出模块。日志输出模块则负责日志输出器的创建和管理，以及日志的输出。日志输出器负责将日志记录到存储介质当中或者通过调用数据库接口写入到远程数据库。

日志记录部分负责接收日志中各个模块发送来的日志消息、日志对象的管理等工作。日志记录部分主要分为日志记录器的管理和日志分级的实现。日志记录器的管理，是通过保持多个日志记录器对象的来进行日志记录的分类。每一个日志记录器对象可以通过接口传递日志类型，如通信通道日志。日志分级，目前主要分为五个级别，DEBUG－表示输出的日志为一个调试信息，NORMAL－表示输出的日志是一个系统提示，WARN－表示输出的日志是一个警告信息，ERROR－表示输出的日志是一个系统错误，FATAL－表示输出的日志是一个导致系统崩溃严重错误。一个日志记录器对象信息包括：输出时间、进程名、进程id、日志号、内容、日志级别等。

日志输出部分，在其中设置一个线程安全的高速缓存区，所有通过日志记录部分到日志输出子类的日志首先被直接写到高速缓冲区当中。同时在日志输出子类中设置一个工作线程，负责周期将高速缓冲中的部分写到文件或者数据库，在写入过程中同时对日志文件进行备份等工作。由于采用了高速缓冲的结构，日志接口的调用是一个异步过程，无需等到写入文件操作或者数据库后才返回，提高的系统调用的速度。对于日志模块中，需要报警信息写入到后台数据库，可以通过配置管理模块，配置远程数据库地址、用户名、密码、数据库名称、数据库类型等信息，生成配置文件，日志模块根据是否写入数据库配置，决定是否调用写入后台数据库接口。

配置管理模块可进行相关参数的定义和配置，各接口通道、接口机数据、日志模块配置的录入操作，通过配置管理模块来进行相关的配置与录入工作。

配置管理模块，根据接口机特点及需求动态配置接口机功能，配置接口机基本信息、基本进程模块，通信进程模块、日志模块等。配置接口机基本信息，包括接口机主机名、ip等；配置基本进程，各个进程的启动顺序，每个接口机启动哪些进程；配置通信进程模块，配置与各通信接口的通信详细参数，配置每个接口机的通道ID、通道名、通信地址、通信端口、通信类型（客户端、服务端）、协议库名称、通信优先级、是否启用、发送缓冲队列大小、接收缓冲队列大小，所属接口机主机名等，并生成配置文件；配置日志模块，配置日志是否写入远程数据库，并选择数据库类型、数据库用户名、密码、实例名、数据库地址，配置日志每天和每个文件存储的大小。

配置管理模块包含接口机信息配置模块、接口机通道信息配置模块、日志配置模块、生成配置文件模块，这几个模块都以Plugin插件形式集成于配置管理模块中，便于将来功能的扩展，方便程序的维护。接口机信息配置模块，用于配置接口机基本信息（如主机名、ip地址等），接口机通道信息模块用户配置接口通道信息，如通道ID、通道名、协议类型、端口、对方地址、优先级、所属接口机（可以选多台接口机）、是否运行、接收缓存区大小等信息配置；日志配置模块，用来设置日志文件大小、缓存区大小、远程数据库地址、数据库实例名、用户名、密码、数据库类型等；生成配置文件模块，将接口机配置信息和接口机通道信息生成一个xml文件，所有接口机保持该配置文件一致，根据该配置信息，各接口机可以有效运行不同或者相同的通信进程接口程序，保证接口机的高效、稳定、冗余运行，也易于迁移。

相应的本发明还提供一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统的接入方法，包括：

对于城市智慧路灯监控系统监控的不同类型设备如10kV配电终端、RTU终端、物联网单灯终端、光照度模块、智能箱变等，这些设备通信协议内容差异较大，设备数量有很大差异，不同设备通信优先级也有所不同，接入接口机方式和接口机数量需求也各有不同。虽然不同路灯终端设备接入接口机存在很多差异，但通信架构、通信属性有很多相同的地方。为了方便设备的接入、扩展和灵活配置，可通过配置参数管理模块对接口机数量、名称、地址、优先级进行配置，接口机配置完成后，对不同类型设备进行多通道通信进程进行配置，如10kV配电终端，可对10kV配电终端的通信类型、通信协议进行配置、通信优先级、所属接口机、主备冗余等信息进行详细配置。对于日志记录的方式，配置是写入本地文件，还是写入数据库，写入数据库可配置详细的地址、实例名、密码、类型等。配置完成生成配置文件后，将文件拷贝到接口机中，启动接口机进程管理模块、日志模块，动态调用通信协议的动态库，启动多通道通信模块。不同接口机根据配置文件启动通信通道进程，并将进程通信状态写入共享内存，进程管理模块根据实时设备通信状态和接口机状态，实时监测各个通道通信进程状态，实现冗余实时协调切换，实现对整个城市智慧路灯系统监控设备的统一集成管理和维护。

本领域内的技术人员应明白，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例的形式。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）、和计算机程序产品的流程图和／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。

以上所述，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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，其特征在于，包括：

进程管理模块、日志模块、多通道通信模块、配置参数管理模块；

所述进程管理模块，用于管理进程的注册、进程的启停，还用于检测多通道通信模块的进程状态，并根据检测的结果，实时修改多通道通信模块的进程状态；

所述多通道通信模块，用于根据配置文件加载通信协议动态库，采用统一通信框架进行数据处理、分发以及进程报警信息的日志记录；

所述日志模块，用于记录各个模块状态信息，当各模块出现故障异常时，接收报警信息，将报警信息和各个模块状态信息存储到本地介质或者写到远程后台数据库；

所述配置参数管理模块，用于配置使各模块正常工作的相关配置参数。

2.根据权利要求1所述的基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，其特征在于，还包括启动模块，用于在接口机首次启动时，根据配置参数管理模块的参数配置的进程启动顺序，依次启动进程管理模块，日志模块，多通道通信模块，所述配置参数管理模块独立运行，将配置参数生成配置文件，拷贝到各接口机中。

3.根据权利要求2所述的基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，其特征在于，所述启动模块还包括初始化模块，用于在接口机启动时候初始化进程管理共享内存，在多通道通信进程、日志进程启动时，调用进程管理模块提供的动态库进行进程注册，写入进程管理共享内存，进程管理模块循环读取共享内存，实时查看共享内存进程详细状态，并根据进程实时状态记录进程的异常信息，调用日志模块实现进程报警功能。

4.根据权利要求1所述的基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，其特征在于，所述进程管理模块包括进程注册模块、进程启停模块、进程状态监控模块和多通信通道进程心跳监测模块；

所述进程注册模块，用于给各个进程提供接口，相关进程通过调用这个接口，将进程详细信息写入共享内存；

所述进程启停模块，用于当进程出现异常时能够对相关进程进行停止或者启动操作；

所述进程状态监控模块，用于实时循环读取共享内存中的进程状态，当进程出现异常时，对进程进行启停操作并记录日志信息；

所述通道通信进程心跳监测模块，用于循环监测多通道通信模块的进程状态，判断是否通道通信异常或者故障，若出现异常，各接口机则根据心跳监测计算服务、计算进程状态服务各自修改通道通信进程状态，实时修改通道通信进程的冗余状态，实现多接口机中多通道通信模块协调运行。

5.根据权利要求1所述的基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统，其特征在于，所述多通道通信模块还包括写入模块，用于根据通道配置和进程管理写入通道状态启动通信通道进程，每个通信通道进程程序，采用统一编码架构，统一日志接口，动态加载通信协议动态库接口。

6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的基于城市智慧路灯监控系统接口机接入系统的接入方法，其特征在于，包括：

通过配置参数管理模块对接口机数量、名称、地址、优先级进行配置，接口机配置完成后，对不同类型设备进行多通道通信参数进行详细配置；

各接口机保证接口配置完成后，生成配置文件，将配置文件输送到接口机中；

获取待接入的设备参数，启动接口机进程管理模块、日志模块，动态调用配置文件中的通信协议的动态库，启动多通道通信模块；

多通道通信模块调用进程注册接口，将进程通信状态写入共享内存，进程管理模块根据多通道通信进程状态，循环监测和计算各个通道通信进程状态，进行冗余实时协调切换。

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