CN114827293A - 边缘智能网关管理方法及边缘智能网关 - Google Patents

边缘智能网关管理方法及边缘智能网关 Download PDF

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Abstract

本发明提供边缘智能网关管理方法，包括：获取多种设备协议数据；对设备数据进行解析，获取解析后数据；提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。本发明提供的边缘智能网关管理方法及边缘智能网关，能够对多种协议的数据进行提取和转换，有效完成数据的整合。

Description

边缘智能网关管理方法及边缘智能网关
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种边缘智能网关管理方法及边缘智能网关。
背景技术
工业互联网是物联网在工业场景下的应用，目前，工业生产正在逐步进入自动化、信息化进程，工业互联网已进入快速发展阶段。工业场景下网络环境差，导致数据传输不稳定，同时设备接入的动态性和数据量的激增造成了生产设备难以监控和管理。
传统的工业网关作为一个数据包的汇聚中心，对数据包进行相应的转换，实现数据包的传输，对于数据传输、处理方式等方面的功能存在不足，无法第一时间获取有效的数据对生产进程、工业设备进行有效的监控和管理。物联网的通信协议的多样性，使得网关的作用更加重要。网关必须要支持多种协议以适应网络的异构性，这样才能将碎片化的信息整合起来，传输到网络的边缘进行处理，从而实现设备的互联互通。
现有网关对于数据传输、处理方式等方面的功能存在不足，无法第一时间获取有效的数据对生产进程、工业设备进行有效的监控和管理，数据传输受影响因素较多，对庞大的数据没有一个很好的处理办法。
发明内容
本发明提供的边缘智能网关管理方法及边缘智能网关，能够对多种协议的数据进行提取和转换，有效完成数据的整合。
第一方面，本发明提供一种边缘智能网关管理方法，包括：
获取多种设备协议数据；
对设备数据进行解析，获取解析后数据；
提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
可选地，还包括：
依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
可选地，还包括：
对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；
将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。
可选地，还包括：
响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；
接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
可选地，还包括：
接收用户输入的协议接入请求，并执行协议接入程序完成协议的接入和配置；
接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。
第二方面，本发明还提供一种边缘智能网关，包括：
设备接入模块，与设置于设备上的多种传感器通信连接，所述设备接入模块用于获取多种设备协议数据；
协议解析模块，与所述设备接入模块通信连接，所述协议解析模块用于对设备数据进行解析，获取解析后数据；
协议转换模块，与所述协议解析模块通信连接，所述协议转换模块用于提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
可选地，所述设备接入模块包括：
反向控制单元，用于依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
可选地，所述协议转换模块还用于：
对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；
将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。
可选地，所述协议转换模块包括：
数据管理监控单元，用于响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
可选地，所述协议转换模块存储有协议接入程序和协议转换程序；
所述协议接入程序，用于在接收用户输入的协议接入请求后，完成协议的接入和配置；
所述协议转换程序，用于接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。
在本发明提供的技术方案中，以设备识别码作为数据的唯一标识，多条数据具有同一个设备识别码时即认为多条数据属于同一个设备的数据，避免了数据的混淆，再将数据类型和数据内容与设备识别码一同采用目标协议进行封装后发送至云端，使云端接收到的数据为统一格式的数据，可直接进行数据的整合。
附图说明
图1为本发明一实施例边缘智能网关管理方法的流程图；
图2为本发明另一实施例边缘智能网关管理方法的反向控制的流程图；
图3为本发明另一实施例边缘智能网关管理方法的数据管理的流程图；
图4为本发明另一实施例边缘智能网关管理方法的新增协议的流程图；
图5为本发明另一实施例边缘智能网关的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种边缘智能网关管理方法，如图1所示，包括：
步骤110，获取多种设备协议数据；
在一些实施例中，多种设备协议数据来源于设备的传感器，设备的传感器与边缘智能网关的设备接入模块通讯连接。
步骤120，对设备数据进行解析，获取解析后数据；
在一些实施例中，设备数据通常是由传感器以数据包的形式发送到设备接入模块的，需要对设备数据以响应的协议进行解析后才能够得到对应的解析后的数据。
步骤130，提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
在一些实施例中，设备识别码是平台中设备数据的唯一性标志，任何一个设备的设备识别码都不会与其他设备发生重复。数据类型可以通过变量区分，例如，采用0表示设备影子数据，采用1表示设备数据。数据内容受到数据类型的影响，例如，当数据类型为影子数据时，数据内容表示的是设备实时状态数据，当数据类型为设备数据时，数据内容表示的是设备实时数据。由于物联网设备使用的传输协议不一样，得到的数据格式均不一样，HTTP协议的数据为Http Request类型，Coap协议的数据为Coap Message类型，MQTT协议的数据类型为Mqtt Message类型，因此需要舍弃协议中无关的数据，将设备相关数据提取出来，为此在协议接入模块将协议解析得到对应数据类型后，需要将异构数据进行转换，将数据格式化之后方便后续的推送和处理。通过对数据的观察和后续流程的需求，将数据格式抽象为Device Message类，从协议数据中提取Device Message类所需的变量进行封装。DeviceMessage类的变量表如下：
变量名称 类型 描述
ID String 设备ID
Device Message Type Int 设备上传的数据类型
Params JSONObject 设备上传的数据
具体来说，对于不同物联网通信协议，其对应的数据转换也需要进行不同的处理，具体的实现方法如下所述。对于HTTP协议数据的处理，由协议接入的实现可知，协议解析后得到HTTPRequest对象，由HTTP报文格式可知设备ID存放在URL上，因此从URL中拿到设备ID，然后判断HTTP Request中Content的内容是设备状态还是设备数据，由于Content部分为JSON字符串，若内容第一个key为state，说明内容为设备状态，需要将Device MessageType设为0，然后将内容存入Params；若不是则将Device Message Type设为1，同样将内容存入Params字段。对CoAP协议数据的处理，由协议格式和报文格式可得，在协议解析后得到Coap Message对象，从URL中得到设备ID，然后从payload中得到设备发送的数据，通过数据先判断是设备状态还是设备数据，然后设置设备数据类型Device Message Type，最后将payload存入Params，封装成为Device Message对象。对于MQTT协议数据的处理，由协议解析后得到MqttMessage，与前两个协议不同的是，MQTT协议将所有物联网设备相关信息都以JSON格式存放在payload部分，因此只需从payload中依次提取出设备ID，设备数据，根据数据类型填写Device Message Type即可封装成功Device Message。
在本发明实施例提供的技术方案中，以设备识别码作为数据的唯一标识，多条数据具有同一个设备识别码时即认为多条数据属于同一个设备的数据，避免了数据的混淆，再将数据类型和数据内容与设备识别码一同采用目标协议进行封装后发送至云端，使云端接收到的数据为统一格式的数据，可直接进行数据的整合。
作为一种可选的实施方式，还包括：
依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
在一些实施例中，节点设备反向控制功能基于网关定时发送的心跳包，云端向节点对应网关发送控制指令实现节点设备远程控制，目前支持修改传感节点采集频率以及采集任务的开始于结束。鉴于网关管理平台处于内网，具有更高的私密性和针对性，云端平台是公用网络，可能会涉及多个工厂车间，所以将网关优先级设置为高优先级，高于云端管理系统。
作为一种可选的实施方式，如图2所示，还包括：
步骤210，对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；
在一些实施例中，对控制指令进行解析时，由于指令数据是用于控制对应设备的数据，因此，至少需要对该指令数据进行提取，才能够实现云端对设备的控制功能。
步骤220，将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。
在一些实施例中，由于心跳包包括了对应的设备识别码，而指令数据时响应于心跳包进行发送的，此时，指令数据与心跳包的设备是被码时对应的，依据该设备识别码即可确定设备使用的何种协议，因此，对数据进行对应协议的封装后即可发送至对应设备实现反向控制。
作为一种可选的实施方式，如图3所示，还包括：
步骤310，响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；
步骤320，接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
本实施方式提供了一种网关的设备状态监控管理过程，依托于Web服务平台。由于用户更倾向于以直观的方式获取信息，本实施方式中采用The Web of Things(WoT)，WOT依赖于Web服务，在网关管理系统中Web平台是用户唯一可以直接访问系统的窗口，主要支持的功能包含监控传感设备工作状态采集频率等信息，查询数据图表以及网关运行状态，反向控制传感节点等功能模块。
作为一种可选的实施方式，如图4所示，还包括：
步骤410，接收用户输入的协议接入请求，并执行协议接入程序完成协议的接入和配置；
在一些实施例中，对于新的协议接入过程，采用协议接入Handler来完成协议的接入和配置。
步骤420，接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。
在一些实施例中，在协议接入Handler之后，增加消息格式处理程序MessageFormat Handler，在该类中分别调用各个协议数据的转换方法，若有新的协议据接入，只需在Message Format Handler中的channel Read0()方法中调用新协议的数据转换类，然后编写好协议数据转换类和方法即可，使得二次开发更加容易，提高了平台的可扩展性。
第二方面，本发明还提供一种边缘智能网关，包括：
设备接入模块，与设置于设备上的多种传感器通信连接，所述设备接入模块用于获取多种设备协议数据；
在一些实施例中，传感器设备通过设备接入模块接入网关，经解析后存储在协议转换模块的缓存之中，即图5中协议转换模块之前的缓存，进行协议转化后将数据缓存为网关内的消息队列，即图5中协议转换模块之后的缓存，消息队列作为数据传输的枢纽，网关上层通过订阅来读取数据。读取到的数据进行三种处理。首先是本地存储，本地存储单元对短时间实时数据进行存储备份，网关本地数据库的存储量有一定局限性，对过期数据定期删除，支持短期的历史数据回溯功能，网关获取的数据与云端相比的特点在于实时性更高，针对性更强，没有大规模的设备接入，重点关注的是实时数据。其次是基于Web服务的数据管控和反向控制，提供数据展示和接收控制命令的端口，实现网关和传感节点状态监控和管理。最后是数据智能回传。在协议转换模块的缓存中，通常具有三类表结构：网关配置信息表(Config表)，系统初始化时自动生成或手工配置，包含网关本地地址，系统创建或更新时间，以及数据转发的各云服务地址，网络结构变化是可修改；设备工作状态表(Dev表)，实时更新网关下属传感节点在线状态，可人工控制；设备状态数据表(Data表)，存储短时间收集到的设备状态数据，数据只在时间线上迭代不可修改。
协议解析模块，与所述设备接入模块通信连接，所述协议解析模块用于对设备数据进行解析，获取解析后数据；
在一些实施例中，设备数据通常是由传感器以数据包的形式发送到设备接入模块的，需要对设备数据以响应的协议进行解析后才能够得到对应的解析后的数据。
协议转换模块，与所述协议解析模块通信连接，所述协议转换模块用于提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
在一些实施例中，设备识别码是平台中设备数据的唯一性标志，任何一个设备的设备识别码都不会与其他设备发生重复。数据类型可以通过变量区分，例如，采用0表示设备影子数据，采用1表示设备数据。数据内容受到数据类型的影响，例如，当数据类型为影子数据时，数据内容表示的是设备实时状态数据，当数据类型为设备数据时，数据内容表示的是设备实时数据。由于物联网设备使用的传输协议不一样，得到的数据格式均不一样，HTTP协议的数据为Http Request类型，Coap协议的数据为Coap Message类型，MQTT协议的数据类型为Mqtt Message类型，因此需要舍弃协议中无关的数据，将设备相关数据提取出来，为此在协议接入模块将协议解析得到对应数据类型后，需要将异构数据进行转换，将数据格式化之后方便后续的推送和处理。通过对数据的观察和后续流程的需求，将数据格式抽象为Device Message类，从协议数据中提取Device Message类所需的变量进行封装。DeviceMessage类的变量表如下：
变量名称 类型 描述
ID String 设备ID
Device Message Type Int 设备上传的数据类型
Params JSONObject 设备上传的数据
具体来说，对于不同物联网通信协议，其对应的数据转换也需要进行不同的处理，具体的实现方法如下所述。对于HTTP协议数据的处理，由协议接入的实现可知，协议解析后得到HTTPRequest对象，由HTTP报文格式可知设备ID存放在URL上，因此从URL中拿到设备ID，然后判断HTTP Request中Content的内容是设备状态还是设备数据，由于Content部分为JSON字符串，若内容第一个key为state，说明内容为设备状态，需要将Device MessageType设为0，然后将内容存入Params；若不是则将Device Message Type设为1，同样将内容存入Params字段。对CoAP协议数据的处理，由协议格式和报文格式可得，在协议解析后得到Coap Message对象，从URL中得到设备ID，然后从payload中得到设备发送的数据，通过数据先判断是设备状态还是设备数据，然后设置设备数据类型Device Message Type，最后将payload存入Params，封装成为Device Message对象。对于MQTT协议数据的处理，由协议解析后得到MqttMessage，与前两个协议不同的是，MQTT协议将所有物联网设备相关信息都以JSON格式存放在payload部分，因此只需从payload中依次提取出设备ID，设备数据，根据数据类型填写Device Message Type即可封装成功Device Message。
在本发明实施例提供的技术方案中，以设备识别码作为数据的唯一标识，多条数据具有同一个设备识别码时即认为多条数据属于同一个设备的数据，避免了数据的混淆，再将数据类型和数据内容与设备识别码一同采用目标协议进行封装后发送至云端，使云端接收到的数据为统一格式的数据，可直接进行数据的整合。
作为一种可选的实施方式，继续如图5所示，所述设备接入模块包括：
反向控制单元，用于依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
在一些实施例中，节点设备反向控制功能基于网关定时发送的心跳包，云端向节点对应网关发送控制指令实现节点设备远程控制，目前支持修改传感节点采集频率以及采集任务的开始于结束。鉴于网关管理平台处于内网，具有更高的私密性和针对性，云端平台是公用网络，可能会涉及多个工厂车间，所以将网关优先级设置为高优先级，高于云端管理系统。
作为一种可选的实施方式，所述协议转换模块还用于：
对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；在一些实施例中，对控制指令进行解析时，由于指令数据是用于控制对应设备的数据，因此，至少需要对该指令数据进行提取，才能够实现云端对设备的控制功能。
将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。在一些实施例中，由于心跳包包括了对应的设备识别码，而指令数据时响应于心跳包进行发送的，此时，指令数据与心跳包的设备是被码时对应的，依据该设备识别码即可确定设备使用的何种协议，因此，对数据进行对应协议的封装后即可发送至对应设备实现反向控制。
作为一种可选的实施方式，所述协议转换模块包括：
数据管理监控单元，用于响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
本实施方式提供了一种数据管理监控单元，依托于Web服务平台。由于用户更倾向于以直观的方式获取信息，本实施方式中采用The Web of Things(WoT)，WOT依赖于Web服务，在网关管理系统中Web平台是用户唯一可以直接访问系统的窗口，主要支持的功能包含监控传感设备工作状态采集频率等信息，查询数据图表以及网关运行状态，反向控制传感节点等功能模块。
作为一种可选的实施方式，所述协议转换模块存储有协议接入程序和协议转换程序；
所述协议接入程序，用于在接收用户输入的协议接入请求后，完成协议的接入和配置；在一些实施例中，对于新的协议接入过程，采用协议接入Handler来完成协议的接入和配置。
所述协议转换程序，用于接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。在一些实施例中，在协议接入Handler之后，增加消息格式处理程序Message Format Handler，在该类中分别调用各个协议数据的转换方法，若有新的协议据接入，只需在Message FormatHandler中的channel Read0()方法中调用新协议的数据转换类，然后编写好协议数据转换类和方法即可，使得二次开发更加容易，提高了平台的可扩展性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种边缘智能网关管理方法，其特征在于，包括：
获取多种设备协议数据；
对设备数据进行解析，获取解析后数据；
提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；
将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；
接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收用户输入的协议接入请求，并执行协议接入程序完成协议的接入和配置；
接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。
6.一种边缘智能网关，其特征在于，包括：
设备接入模块，与设置于设备上的多种传感器通信连接，所述设备接入模块用于获取多种设备协议数据；
协议解析模块，与所述设备接入模块通信连接，所述协议解析模块用于对设备数据进行解析，获取解析后数据；
协议转换模块，与所述协议解析模块通信连接，所述协议转换模块用于提取所述设备数据中的设备识别码、数据类型以及数据内容，并舍弃其他数据，将所述设备识别码、数据类型以及数据内容依据目标协议进行封装并向云端发送。
7.根据权利要求6所述边缘智能网关，其特征在于，所述设备接入模块包括：
反向控制单元，用于依据预定的条件向云端发送心跳包，以使所述云端响应所述心跳包采用目标协议回复控制指令。
8.根据权利要求7所述边缘智能网关，其特征在于，所述协议转换模块还用于：
对所述控制指令进行解析，至少提取控制指令中的指令数据；
将提取的指令数据依据与所述心跳包的设备识别码对应的协议进行封装并发送，以实现对应设备的反向控制。
9.根据权利要求6所述边缘智能网关，其特征在于，所述协议转换模块包括：
数据管理监控单元，用于响应用户指令向云端发送用户请求，以使云端生成控制指令或者目标数据；接收云端发送的控制指令或目标数据，并通过输出装置进行输出。
10.根据权利要求6所述边缘智能网关，其特征在于，所述协议转换模块存储有协议接入程序和协议转换程序；
所述协议接入程序，用于在接收用户输入的协议接入请求后，完成协议的接入和配置；
所述协议转换程序，用于接收用户输入的协议转换类和协议转换方法并进行保存，其中，所述协议转换类和协议转换方法与所述协议接入请求具有对应关系。
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