CN114827766A - 具备可调整数据传送模式的物联网网关 - Google Patents

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CN114827766A CN202111088439.0A CN202111088439A CN114827766A CN 114827766 A CN114827766 A CN 114827766A CN 202111088439 A CN202111088439 A CN 202111088439A CN 114827766 A CN114827766 A CN 114827766A
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Abstract

具备可调整数据传送模式的物联网网关包含一数据采集者、一数据撷取者和一数据上传者。数据采集者用来依据一第一数据政策来采集一数据提供端所提供的数据。数据撷取者用来依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据。数据上传者用来依据一第三数据政策来处理该数据撷取者所撷取的数据，其中第一至该第三数据政策依据不同物联网的应用需求来个别地调整。

Description

具备可调整数据传送模式的物联网网关
【技术领域】
本发明相关于一种物联网网关，尤指一种具备可调整数据传送模式的物联网网关。
【背景技术】
物联网(Internet of Things)泛指由实体的“物”链接起来的网络，这些“物”一般都伴随着传感器、软件和其他技术，经由因特网(Internet)网络的链接彼此传送数据或是将数据传送到服务器。
物联网网关(IoT Gateway)是物联网应用中的重要成员，其通常包含一数据网关、一网络网关和一安全网关，可提供装置至云端通信。数据网关可采集在地端无联网能力的传感器所侦测到的数据，再将采集到的数据传送到云端以进行后续数据处理和分析。网络网关可应用在封闭式网络以提供互操作性，其通常包含协议翻译器、阻抗匹配器、速率转换器、错误隔离器，或信号翻译器等。举例来说，网络网关可让物联网网关透过存取4G行动网络以提供因特网的接取服务。由于传统数据采集端通常不具备认证以及安全机制，为了防止这些传统设备暴露于网络黑客攻击，物联网网关可透过安全网关将其隔离。
将在地端的数据往云端传送是物联网网关最重要的功能之一，因此随着应用情境的不同、数据类别、网络传输带宽限制或网络传输成本的考虑，物联网网关需要有相对应的规划和设计，例如决定向在地端采集数据的时间点和将采集到的数据传送到云端的时间点。下列表1至表4显示了几种物联网应用的项目内容，依据应用需求、数据类别、传输带宽限制或传输成本等考虑会有不同的数据采集和数据上传设定。
作业 频率 说明
数据采集 每小时1次 分析长期变化
数据上传 一天1次 无急迫性
表1
Figure BDA0003266396130000021
表2
Figure BDA0003266396130000022
表3
Figure BDA0003266396130000023
表4
图1为现有技术中一种物联网网关100的示意图。物联网网关100包含一数据处理器20，耦接于数据提供端10和数据接收端80之间，用来依据预定时间设定来从数据提供端10采集数据，并立即将采集到的数据传送至数据接收端80。
图2为现有技术中另一种物联网网关200的示意图。物联网网关200包含一数据采集者30和一数据上传者50，耦接于数据提供端10和数据接收端80之间。数据收集采集者30和数据上传者50可依据特定通信协议来执行数据传输，其中数据收集者30的采集时间和数据上传者50的上传时间可个别地加以设定。
物联网网关往往需要处理不同的应用情境，例如包含无急迫性的长时间数据采集以及紧急事件的数据上报，而布署在不同区域的物联网网关可能会有不同的数据采集与传输需求。在应用需求变更时，现有技术的物联网网关100和200需要修改程序原始码(例如数据采集者30的程序或数据上传者50的程序)，原始码经过编译、验证和测试后才能布署到现场物联网网关100和200上以调整数据采集时间和数据上传时间，使得物联网应用系统难以开展与维护。因此，需要一种具可调整的数据传送模式的物联网网关，以在不需要修改程序原始码的状况下因应不同应用。
【发明内容】
本发明另提供一种具备可调整数据传送模式的物联网网关，其包含一数据采集者、一数据撷取者和一数据上传者。该数据采集者用来依据一第一数据政策来采集一数据提供端所提供的数据。该数据撷取者用来依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据。该数据上传者用来依据一第三数据政策来处理该数据撷取者所撷取的数据，其中该第一至该第三数据政策依据不同物联网的应用需求来个别地调整。
本发明另提供一种具备可调整数据传送模式的物联网网关，其包含一数据采集者、一第一数据撷取者、一第二数据撷取者、一第一数据上传者和一第二数据上传者。该数据采集者用来采集至少两数据提供端所提供的数据。该第一数据撷取者用来依据一第一数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据，而该第二数据撷取者用来依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据。该第一数据上传者用来依据一第三数据政策来处理该第一数据撷取者所撷取的数据，而该第四数据上传者用来依据一第四数据政策来处理该第二数据撷取者所撷取的数据。其中，该第一数据政策和该第三数据政策依据一第一物联网的应用需求来个别地调整，而该第二数据政策和该第四数据政策依据一第二物联网的应用需求来个别地调整。
【附图说明】
图1为现有技术中一种物联网网关的示意图。
图2为现有技术中另一种物联网网关的示意图。
图3为本发明实施例中一种具备可调整数据传送模式的物联网网关的示意图。
图4为本发明实施例物联网网关中数据撷取者和数据接收端之间详细数据流动的示意图。
图5为本发明实施例中一种具备可调整数据传送模式的物联网网关的示意图。
【具体实施方式】
图3为本发明实施例中一种具备可调整数据传送模式的物联网网关300的示意图。物联网网关300包含一数据采集者30、一数据撷取者40、一数据上传者50，一数据存储区60，以及一数据缓冲区70，耦接于一数据提供端10和一数据接收端80之间。数据采集者30可依据数据政策S1并使用一预定通信协议来采集数据提供端10所提供的数据，并将采集到的数据传送至数据存储区60加以存放。数据撷取者40可依据数据政策S2来撷取存放在数据存储区60内的数据，并使用一预定通信协议来将撷取到的数据传送至数据上传者50。数据上传者50可接收数据撷取者40传来的数据，并依据数据政策S3来判断是否符合传送条件。当判定不符合传送条件时，数据上传者50会将从数据撷取者40接收到的数据传送至数据缓冲区70加以存放；当判定符合传送条件时，数据上传者50会读取存放在数据缓冲区70内的数据，并使用一预定通信协议来将读取到的数据传送至数据接收端80。
在本发明一实施例中，数据采集者30可使用Modbus通信协议来采集数据提供端10所提供的数据。Modbus通信协议是基于主/从(master/slave)设备或客户端/服务器架构的通信协议，其为工业领域最被广泛使用的通信协议的业界标准。在本发明其它实施例中，数据采集者30可使用开放平台通信统一架构(Open Platform Communication UnifiedArchitecture,OPC-UA)、以太网络/因特网协议(EtherNet/IP)、自动化控制技术以太网络(EtherNet for control automation technology,EtherCAT)、分布式网络协议(Distributed Network Protocol,DNP3)或建筑自动化控制网络(Building Automationand Control Networks,BACNet)等通信协议来采集数据提供端10所提供的数据。然而，数据采集者30在采集数据时所使用的通信协议并不限定本发明的范畴。
在本发明一实施例中，数据撷取者40可使用传输控制协议(TransmissionControl Protocol,TCP)来将撷取到的数据传送至数据上传者50。在本发明其它实施例中，数据撷取者40可使用行程间通信(inter process communication,IPC)、远程过程调用(Remote Procedure Call,RPC)、端点连接(socket connection)或发信协议(messagingprotocol)等通信协议来将撷取到的数据传送至数据上传者50。然而，数据撷取者40所使用的通信协议并不限定本发明的范畴。
在本发明一实施例中，数据上传者50可使用消息队列遥测传输(Message QueuingTelemetry Transport,MQTT)信息服务来将读取到的数据传送至数据接收端80。MQTT是一种轻量级的信息发布与订阅服务(Publish&Subscribe)，其为目前物联网应用中最常使用的信息传送技术。在本发明其它实施例中，数据上传者50可使用高级消息队列协议(Advanced Message Queuing Protocol,AMQP)、约束应用协议(Constrained ApplicationProtocol,CoAP)或超文件传输协议(Hypertext Transfer Protocol,HTTP)等通信协议来将存取到的数据传送至数据上传者50。然而，数据上传者50所使用的通信协议并不限定本发明的范畴。
在本发明中，数据提供端10可为一电表或一Modbus从装置，数据采集者30可为一Modbus主装置，数据上传者50可为一消息队列遥测传输发布者(MQTT Publisher)，而数据接收端80可为一云端服务器或一信息序列遥测传输消息队列遥测传输代理者(MQTTBroker)。然而，数据提供端10、数据采集者30、数据上传者50和数据接收端80的种类并不限定本发明的范畴。
在图3所示的实施例中，数据政策S1代表数据采集者30在从数据提供端10采集数据时所依据的采集政策，数据政策S2代表数据撷取者40在撷取数据存储区60内存数据时所依据的撷取政策，而数据政策S3代表数据上传者50在处理数据撷取者40所撷取数据时所依据的处理政策。在本发明中，物联网网关300会在不同节点(例如数据采集者30、数据撷取者40、数据上传者50)置入可调整的变量(例如数据政策S1-S3)，以因应应用程序的需求来调整不同的数据传送模式。如此一来，透过调整变量即可弹性地控制物联网网关300的数据传送模式，而不需要修改源代码。
在本发明一实施例中，数据政策S1可包含一个或多个采集准则，例如采集数据的寻址/长度、采集数据的频率和采集数据的条件。举例来说，针对数据提供端10所提供的数据，数据采集者30可依据数据政策S1来采集具特定地址(例如地址为0200)的数据、采集具特定长度(例如长度为2字节)的数据、以一特定频率(例如每间隔一秒)采集数据、在符合一特定环境条件(例如温度高于摄氏38度时，或在温度高于摄氏20度且每分钟风速大于2000转时)采集数据。接着，数据采集者30会将依据数据政策S1所采集到的数据存入数据存储区60。上述采集准则仅为举例说明，数据政策S1所包含采集准则的数量和内容并不限定本发明的范畴。
在本发明一实施例中，数据政策S2可包含一个或多个撷取准则，例如撷取数据的名称、撷取数据的频率和撷取数据的条件。举例来说，针对存放在数据存储区60内的数据，数据撷取者40可依据数据政策S2来撷取包含特定名称(例如名称中包含”温度”及/或”风速”)的数据，以一特定频率(例如每间隔30秒)撷取数据、在符合一特定环境条件时(例如在温度高于摄氏60度时)撷取数据，或在一特定环境数据更新时(例如每次更新温度时)撷取数据。接着，数据撷取者40会将依据数据政策S2撷取到的数据传送至数据上传者50。上述撷取准则仅为举例说明，数据政策S2所包含撷取准则的数量和内容并不限定本发明的范畴。
图4为本发明实施例物联网网关300中数据撷取者40和数据接收端80之间详细数据流动的示意图。数据政策S3可包含一个或多个上传准则S31-S34，数据上传者50可依此处理存放在数据缓冲区70内的数据。下列上传准则仅为举例说明，数据政策S3所包含上传准则的数量和内容并不限定本发明的范畴。
上传准则S31相关于数据筛选，用来决定是否该将数据撷取者40传来的数据存入数据缓冲区70。数据筛选条件可相关数据值或数据顺序。举例来说，在数据撷取者40传来的多笔数据中，数据上传者50可依据数据政策S3中的上传准则S31来将具最大值的一笔数据、具最小值的一笔数据、具特定值的一笔数据、介于一特定范围的一笔或多笔数据，或具一特定比数的数据(例如最后一笔数据)存入数据缓冲区70。
上传准则S32相关于数据格式转换，当数据撷取者40传来的数据具一第一格式时，数据上传者50可将其转换成兼容于数据接收端80的一第二格式。举例来说，数据上传者50可将数据撷取者40传来的数据从JSON格式转换成XML格式，或从JSON数组格式转换成JSON对象格式。
上传准则S33相关于数据缓冲，当一个或多个传送条件皆未符合时，数据上传者50可将现有数据上传至数据缓冲区70，并与既有数据合并。上传准则S34相关于数据送出运作和送出控制，当符合一个或多个传送条件时，数据上传者50可将现有数据上传至数据接收端80。
在上传准则S33和S34中，一个或多个传送条件可包含”当数据缓冲区70内有存放数据时”、”当数据缓冲区70内所存放的数据量大于一预定值时”、”当数据缓冲区70内有存放数据且数据存放时间不超过一预定值时”，或”当数据缓冲区70内有存放数据且收到一数据传输指令时”。举例来说，当数据缓冲区70内有存放数据时、当数据缓冲区70内所存放的数据量大于4KB时、当数据缓冲区70内有存放数据且数据存放时间不超过10分钟时，或当数据缓冲区70内有存放数据且收到传送数据命令时，数据上传者50可立刻将存放在数据缓冲区70内的数据上传至数据接收端80。反的，当判定未符合上述任何传送条件时，数据上传者50会将现有数据撷取者40传来的数据先上传至数据缓冲区70，并与既有数据合并，直到符合上述任何一个传送条件时在一并上传至数据接收端80。
图5为本发明实施例中一种物联网网关400的示意图。物联网网关400包含一数据采集者30、第一至第N数据撷取者40_1-40_N、第一至第N数据上传者50_1-50_N，一数据存储区60，以及第一至第N数据缓冲区70_1-70_N，耦接于数据提供端10_1-10_M和数据接收端80之间，其中M和N为大于1的整数。为了说明目的，图5显示了M＝3和N＝2的实施例，然而M和N的值并不限定本发明的范畴。
数据提供端10_1可包含一个或多个电表或Modbus从装置，数据提供端10_2可包含一个或多个工具机(machine tool)或服务器，而数据提供端10_3可包含一个或多个BACNet火灾警示系统。物联网网关400可使用两个信息组来处理不同物联网应用项目：第一数据撷取者40_1、第一数据上传者50_1和第一数据缓冲区70_1组成一第一信息组，其针对第一物联网应用项目的应用需求、数据类别、传输带宽限制或传输成本等考虑来设定；第二数据撷取者40_2、第二数据上传者50_2和第二数据缓冲区70_2组成一第二信息组，其针对第二物联网应用项目的应用需求、数据类别、传输带宽限制或传输成本等考虑来设定。
举例来说，当客户想要分析使用工具机制造不同产品的电力耗能差异，以及工具机是否有异常的耗电情况时，需要长期的搜集产品生产与耗电数据，建立正常的产品与耗能对照表，此时可设定第一信息组。第一信息组的数据撷取者40_1和数据上传者50_1所依据数据政策可针对分析长期变化的需求来设定，例如第一数据撷取者40_1每分钟从数据提供端10_2周边系统取得工具机型号、产品编号、生产批次号、生产时间及/或数量，以及每分钟从数据提供端10_1取得电表耗电量，而数据上传者50_1每天上传一次数据到数据接收端80。
举例来说，第二信息组的数据撷取者40_2和数据上传者50_2所依据数据政策可针对灾害监控的需求来设定，例如第二数据撷取者40_2会实时地从数据提供端10_3取得警报信息，而数据上传者50_2会在事件发生时立即上传数据到数据接收端80。
综上所述，在本发明的物联网网关中，数据采集者、数据撷取者、数据上传者会依据个别的数据政策来运作，而每一数据政策可因应应用程序的需求来弹性调整以提供不同的数据传送模式，而不需要修改源代码。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
10、10_1、10_2、10_3： 数据提供端
20： 数据处理器
30： 数据采集者
40、40_1、40_2： 数据撷取器
50、50_1、50_2： 数据上传者
60： 数据存储区
70、70_1、70_2： 数据缓冲区
80： 数据接收端
S1、S2、S3： 数据政策
S31、S32、S33、S34： 上传准则
100、200、300、400： 物联网网关

Claims (22)

1.一种具备可调整数据传送模式的物联网网关(IoT Gateway)，其包含：
一数据采集者，用来依据一第一数据政策来采集一数据提供端所提供的数据；
一数据撷取者，用来依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据；以及
一数据上传者，用来依据一第三数据政策来处理该数据撷取者所撷取的数据，其中该第一至该第三数据政策依据不同物联网的应用需求来个别地调整。
2.如权利要求1所述的物联网网关，其中该第一数据政策包含至少一个采集准则，而该数据采集者另用来依据该至少一个采集准则来从该数据提供端所提供的数据中采集具一特定地址的数据、从该数据提供端所提供的数据中采集具一特定长度的数据、以一特定频率采集该数据提供端所提供的数据，或在符合一特定环境条件时采集该数据提供端所提供的数据。
3.如权利要求1所述的物联网网关，其中该第二数据政策包含至少一个撷取准则，而该数据撷取者另用来依据该至少一个撷取准则来从该数据采集者所采集的数据中撷取包含一特定名称的数据、以一特定频率撷取该数据采集者所采集的数据、在符合一特定环境条件时撷取该数据采集者所采集的数据，或在一特定环境数据更新时撷取该数据采集者所采集的数据。
4.如权利要求1所述的物联网网关，其中该第三数据政策包含一第一上传准则，而该数据上传者另用来依据该第一上传准则来上传该数据撷取者所撷取的数据中具一最大值的一笔数据、具最小值的一笔数据、具一特定值的一笔数据、介于一特定范围的一笔或多笔数据，或具一特定比数的数据。
5.如权利要求4所述的物联网网关，其中该第三数据政策还包含一第二上传准则，而该数据上传者另用来依据该第二上传准则来将该数据撷取者所撷取的具一第一格式的数据转换成具一第二格式的数据。
6.如权利要求4所述的物联网网关，其还包含一数据缓冲区，其中该第三数据政策还包含一第三上传准则，而该数据上传者另用来依据该第三上传准则来将该数据撷取者所撷取的数据上传至该数据缓冲区。
7.如权利要求6所述的物联网网关，其中：
该第三上传准则包含至少一个传送条件，该至少一个传送条件包含当该数据缓冲区内有存放数据时、当该数据缓冲区内所存放的数据量大于一预定值时、当该数据缓冲区内有存放数据且数据存放时间不超过一预定值时，或当该数据缓冲区内有存放数据且收到一数据传输指令时；且
当判定未符合该至少一个传送条件时，该数据上传者另用来将该数据撷取者所撷取的数据上传至该数据缓冲区。
8.如权利要求6所述的物联网网关，其中该第三数据政策还包含一第四上传准则，而该数据上传者依据该第四上传准则来将放在该数据缓冲区内的数据上传至一数据接收端。
9.如权利要求8所述的物联网网关，其中：
该第四上传准则包含至少一个传送条件，该至少一个传送条件包含当该数据缓冲区内有存放数据时、当该数据缓冲区内所存放的数据量大于一预定值时、当该数据缓冲区内有存放数据且数据存放时间不超过一预定值时，或当该数据缓冲区内有存放数据且收到一数据传输指令时；且
而当判定符合该至少一个传送条件时，该数据上传者另用来将存放在该数据缓冲区内的数据上传至该数据接收端。
10.如权利要求1所述的物联网网关，其还包含：
一数据存储区，用来存放该数据采集者从该数据提供端所采集到的数据。
11.一种具备可调整数据传送模式的物联网网关，其包含：
一数据采集者，用来采集至少两数据提供端所提供的数据；
一第一数据撷取者，用来依据一第一数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据；
一第二数据撷取者，用来依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据；
一第一数据上传者，用来依据一第三数据政策来处理该第一数据撷取者所撷取的数据；以及
一第四数据上传者，用来依据一第四数据政策来处理该第二数据撷取者所撷取的数据，其中该第一数据政策和该第三数据政策依据一第一物联网的应用需求来个别地调整，而该第二数据政策和该第四数据政策依据一第二物联网的应用需求来个别地调整。
12.一种调整一物联网网关的数据传送模式的方法，其包含：该物联网网关中一数据采集者依据一第一数据政策来采集一数据提供端所提供的数据；
该物联网网关中一第一数据撷取者依据一第二数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据；以及
该物联网网关中一第一数据上传者依据一第三数据政策来处理该第一数据撷取者所撷取的数据，其中该第一至该第三数据政策系依据不同物联网的应用需求来个别地调整。
13.如权利要求12所述的方法，其中该第一数据政策包含至少一个采集准则，而该方法还包含：
该数据采集者依据该至少一个采集准则来从该数据提供端所提供的数据中采集具一特定地址的数据、从该数据提供端所提供的数据中采集具一特定长度的数据、以一特定频率采集该数据提供端所提供的数据，或在符合一特定环境条件时采集该数据提供端所提供的数据。
14.如权利要求12所述的方法，其中该第二数据政策包含至少一个撷取准则，而该方法还包含：
该第一数据撷取者依据该至少一个撷取准则来从该数据采集者所采集的数据中撷取包含一特定名称的数据、以一特定频率撷取该数据采集者所采集的数据、在符合一特定环境条件时撷取该数据采集者所采集的数据，或在一特定环境数据更新时撷取该数据采集者所采集的数据。
15.如权利要求12所述的方法，其中该第三数据政策包含一第一上传准则，而该方法还包含：
该第一数据上传者依据该第一上传准则来上传该第一数据撷取者所撷取的数据中具一最大值的一笔数据、具最小值的一笔数据、具一特定值的一笔数据、介于一特定范围的一笔或多笔数据，或具一特定比数的数据。
16.如权利要求15所述的方法，其中该第三数据政策还包含一第二上传准则，而该方法还包含：
该第一数据上传者依据该第二上传准则来将该数据撷取者所撷取的具一第一格式的数据转换成具一第二格式的数据。
17.如权利要求15所述的方法，其中该第三数据政策还包含一第三上传准则，而该方法还包含：
该第一数据上传者依据该第三上传准则来将该数据撷取者所撷取的数据上传至一数据缓冲区。
18.如权利要求17所述的方法，其中：
该第三上传准则包含至少一个传送条件，该至少一个传送条件包含当该数据缓冲区内有存放数据时、当该数据缓冲区内所存放的数据量大于一预定值时、当该数据缓冲区内有存放数据且数据存放时间不超过一预定值时，或当该数据缓冲区内有存放数据且收到一数据传输指令时；且
该方法还包含当判定未符合该至少一个传送条件时，该第一数据上传者将该第一数据撷取者所撷取的数据上传至该数据缓冲区。
19.如权利要求17所述的方法，其中该第三数据政策还包含一第四上传准则，而该方法还包含：
该第一数据上传者依据该第四上传准则来将放在该数据缓冲区内的数据上传至一数据接收端。
20.如权利要求19所述的方法，其中：
该第四上传准则包含至少一个传送条件，该至少一个传送条件包含当该数据缓冲区内有存放数据时、当该数据缓冲区内所存放的数据量大于一预定值时、当该数据缓冲区内有存放数据且数据存放时间不超过一预定值时，或当该数据缓冲区内有存放数据且收到一数据传输指令时；且
该方法还包含当判定符合该至少一个传送条件时，该数据上传者将存放在该数据缓冲区内的数据上传至该数据接收端。
21.如权利要求12所述的方法，其还包含：
该数据采集者将从该数据提供端所采集到的数据存放至一数据储存区。
22.如权利要求12所述的方法，其包含：
该数据采集者采集至少两数据提供端所提供的数据；
该物联网网关中一第二数据撷取者依据一第四数据政策来撷取该数据采集者所采集的数据；
该物联网网关中一第二数据上传者依据一第五数据政策来处理该第二数据撷取者所撷取的数据，其中该第二数据政策和该第四数据政策系依据一第一物联网的应用需求来个别地调整，而该第三数据政策和该第五数据政策系依据一第二物联网的应用需求来个别地调整。
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