CN115118745A - 演艺装备信息互联平台系统及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

演艺装备信息互联平台系统及其构建方法，属于异构移动剧场演艺装备的协同控制技术领域。平台系统包括依次交互连接的设备感知层、网络层、接入层、交换层、物联网平台业务层、展示层及访问层；其构建方法包括以下步骤：1）感知层采集数据；2）通过网络层和接入层把数据接入网关；3）交换层提供数据传输服务；4）业务层提供平台的主要功能；5）访问层和展示层提供用户与平台交互的功能；6）加深系统的可靠性；7）设置用户权限保障数据的安全；8）提供系统扩展空间。本发明平台系统集成信息系统数据，能够对数据进行快速查询、能够保证硬件设备和应用服务的可靠性、能够保证数据安全；同时本发明平台系统性能具有良好的扩展性。

Description

演艺装备信息互联平台系统及其构建方法
技术领域
本发明属于异构移动剧场演艺装备的协同控制技术领域，具体涉及演艺装备信息互联平台系统及其构建方法。
背景技术
全面提高文化科技创新能力，提升文化产业核心竞争力，对我国文化发展和科技进步具有十分重大的现实意义和长远的战略意义。随着我国人民物质生活的日益提高，对精神文化艺术生活上的追求也越来越高，演出艺术作为文化生活的重要组成部分，实现高水平高质量的演出艺术是民众的精神食量，可以促进精神文明建设，极大地提高国民素质，增进民族凝聚力，推动社会的发展进步。
当今演出艺术除了提高创作水平及演艺技能，还需要大量演出装备的有力支撑。随着娱乐场所、体育场馆、电视综艺节目的演播厅、户外演出场所种类不断增加，艺术演出的场次不断增多，演艺装备业随之快速发展。但是在文艺演出过程中，这些剧场装备并未形成有效联网，导致运营与管理较困难，同时装备运行过程中缺乏智能诊断与预警功能，演艺装备演出调度操控与维保等服务功能薄弱。
针对现代剧场异构演艺装备孤立运行、信息物联系统缺乏、综合维保管理缺失等难题，本发明旨在利用物联网、大数据和人工智能等方法，攻克实时多传感器运行数据获取、异构数据精准处理、演艺装备协同物联控制、信息可视化与多终端接入以及剧场运营信息互联等关键技术，构建一种具有现代剧场演艺装备运维与管理的物联云平台；研究基于剧场管理运营、演艺装备维保服务的个性化系统信息构建技术，研制基于多终端运行的用户系统；探索并逐步建立剧场演艺装备物联云平台构建技术标准与规范，形成演艺装备运维服务领域全链式专业服务解决方案，编研标准化服务规范，聚合剧院场馆、演出公司、演艺装备、装备维保人员等服务资源。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够快速查询数据、硬件设备和应用服务的可靠性好、数据安全，扩展性好的演艺装备信息互联平台系统及其构建方法。
本发明提供如下技术方案：演艺装备信息互联平台系统，包括依次交互连接的设备感知层、网络层、接入层、交换层、物联网平台业务层、展示层及访问层；
所述设备感知层用于对舞台机械设备、灯光设备、音响设备、环境安全监测设备的识别感知、信息采集；
所述网络层及接入层实现数据传输，把数据从感知层传输至交换层；
所述交换层用于承接设备信息、业务应用、数据交换的中间服务；
所述物联网平台业务层对接入的数据进行解析、分析、处理后，提供所需的业务功能；
所述展示层及访问层方便用户进入对数据进行查询操作。
进一步的，所述设备感知层中，通过RFID、传感器等设备实现对舞台机械设备、灯光设备、音响设备、环境安全监测设备的识别感知、信息采集。
进一步的，所述网络层分为物接入互联网、互联网传输两部分，分别用到通信协议和网络协议；接入层中设置IoT网关接口以应对不同传感器所使用的数据通信传输协议。
进一步的，所述交换层承载了标准流程的业务逻辑及核心数据算法模型，实现设备快速接入后的信号、数据传输交换服务，同时提供强大的数据存储处理能力，支撑业务应用场景下的各类需求。
进一步的，所述物联网平台业务层中，数据接入到物联网平台业务层后，平台对数据进行解析、分析、处理后，提供相应的服务与功能，主要包括剧场设备信息管理、剧院/剧场管理、设备健康评估、精准运维服务、故障智能诊断、设备巡检、维护管理及剧院运维大数据服务。
进一步的，所述展示层包括可视化大屏、设备管理APP和维保服务APP三个应用以满足不同的需要；用户通过访问层进入展示层对数据进行查询操作。
进一步的，为了保证平台系统运行的可靠性，需要对硬件平台和应用服务进行分别设计，具体如下：
1）通过采用双系统备份的方式来完成网络硬件层的平台可靠性保障，各独立的子系统间互为 Master 和 Slave ，当其中的一台机器出现故障时，作为 Slave 的设备自动接管变成 Master 设备来接管服务；
2）应用服务层扩展采用 Nginx + Tomcat 方式实现，其中 Nginx 实现系统访问的请求转发和反向代理，通过 Nginx + Keeplived 来实现系统的双活处理；Tomcat +Redis 实现系统应用访问层的横向扩展能力，处理能力的横向扩展；接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间实现负载均衡。
进一步的，平台系统的数据储存在平台数据库内，平台数据库的保障设计包括：
1）操作系统层面
1.1）平台系统拟采用Linux系统作为整个系统运行的操作系统支持，利用Linux用户分级权限的管理功能，使用普通的用户作为整个应用系统的服务用户，这样可通过精确配置系统用户的权限，来达到从操作系统层面来控制系统安全风险的要求；
1.2）用户权限方面：建立完善的系统访问控制机制，本系统从以下几个方面进行控制：一、操作权限：系统每个模块都有独自的操作权限，以此来控制用户的操作权限；二、用户角色和用户组权限：通过角色和用户组权限来方便的控制用户的操作权限；三、用户登录必须验证用户密码；
2）数据库层面
数据访问层面采用平台的多租户管理，实现对数据访问授权方式实现数据访问的安全性；
3）故障处理
设置数据备份频率，为保证系统数据安全，备份介质采用双份分开存放。
进一步的，由于各个剧场的大小、设备多少不一，需要考虑到系统的扩展性以针对某一剧场提高处理能力的需求，具体如下：
1）性能扩展：处理能力的纵向扩展；数据库服务器、应用服务器可以通过增加CPU、内存的方式来显著提升处理能力；处理能力的横向扩展；接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间要实现负载均衡；
2）业务数据扩展：通过元数据管理来实现接入数据的扩展, 通过大数据分析平台来实现系统业务逻辑的扩展；
3）系统功能扩展：系统采用模块化、组件化设计，通过Hook来实现新增功能的挂接；在平台的系统功能层面提供菜单管理、应用管理实现上述功能。
演艺装备信息互联平台系统的构建方法，包括以下步骤：
1）感知层采集数据；
2）通过网络层和接入层把数据接入网关；
3）交换层提供数据传输服务；
4）业务层提供平台的主要功能；
5）访问层和展示层提供用户与平台交互的功能；
6）加深系统的可靠性；
7）设置用户权限保障数据的安全；
8）提供系统扩展空间。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明平台系统能够快速查询数据：本系统集成信息系统数据，将各异构业务数据有机集成和关联存储，能够方便快捷地在信息仓库中查询所需信息，避免到各业务分系统中查询和人工处理；
2）本发明平台系统能够保证硬件设备和应用服务的可靠性：通过采用双系统备份的方式来保障网络硬件层的平台可靠性；各独立的子系统间互为Master和Slave，当其中的某台机器出现故障时，作为 Slave 的设备自动接管变成 Master 设备来接管服务，从而保障了网络硬件平台可靠性；应用服务层扩展采用 Nginx + Tomcat 方式实现，其中 Nginx实现系统访问的请求转发和反向代理，通过 Nginx + Keeplived 来实现系统的双活处理，从而保障了应用服务可靠性；
3）本发明平台系统能够保证数据安全：考虑到平台系统对于数通过设置数据备份频率，备份介质采用双份分开存放，以保证系统发生故障时的数据安全；在用户访问系统过程中，系统精确配置系统用户的权限，包括功能权限、机构权限、数据权限等，并对系统运行监控和用户监控，防止非法用户登录系统，由此保证不会发生用户对数据的破坏；
4）本发明平台系统性能具有良好的扩展性：硬件方面，数据库服务器、应用服务器可以通过增加CPU、内存的方式来显著提升处理能力，做到处理能力的纵向扩展；接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间要实现负载均衡，做到处理能力的横向扩展；软件方面，系统采用模块化、组件化设计，可以通过Hook来实现新增功能的挂接，实现系统功能扩展。
附图说明
图1为本发明的平台系统架构示意图；
图2为本发明的平台系统数据流架构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
请参阅图1-2，艺装备信息互联平台系统，包括依次交互连接的设备感知层、网络层、接入层、交换层、物联网平台业务层、展示层及访问层；每一模块层次只与上层或下层的模块层次进行交互（通过层次边界的接口），避免跨层的交互。
具体的，通过RFID、传感器等设备实现对舞台机械设备、灯光设备、音响设备、环境安全监测设备的识别感知、信息采集。
具体的，网络层和接入层两层中要实现数据传输，把数据从感知层传输至平台交换层。网络层又分为物接入互联网、互联网传输两部分，分别用到通信协议和网络协议。剧场内的各类设备有不同的数据需要采集，需要用到不一样的传感器。由于工业物联网领域里，传感器所使用的的数据通信传输协议并不统一，也很难做到统一，所以需要针对不同的协议，诸如MQTT、TCP、HTTP等编写好对接程序，做好IoT网关接口。
具体的，交换层作为承接设备信息、业务应用、数据交换的中间服务，它承载了标准流程的业务逻辑及核心数据算法模型，实现设备快速接入后的信号、数据传输交换服务，同时提供强大的数据存储处理能力，支撑业务应用场景下的各类需求。
具体的，数据接入到物联网平台业务层后，平台可对数据进行解析、分析、处理后，提供丰富的服务与功能，主要包括剧场设备信息管理、剧院/剧场管理、设备健康评估、精准运维服务、故障智能诊断、设备巡检、维护管理、剧院运维大数据服务。
具体的，在展示层，主要有可视化大屏、设备管理APP和维保服务APP三个应用来满足不同的需要。用户可以在访问层里通过移动终端、web端、信息显示屏、电视大屏等进入展示层对数据进行查询操作。
具体的，作为一个需要长期运行的平台，系统的可靠性是长期运行的保证。需要对硬件平台和应用服务分别设计：
1、网络平台可靠性通过对防火墙、入侵检测、路由器等均采用双系统备份的方式来完成网络硬件层的平台可靠性保障，各独立的子系统间互为 Master 和 Slave ，当其中的某台机器出现故障时，作为 Slave 的设备自动接管变成 Master 设备来接管服务。
2、应用服务层扩展采用 Nginx + Tomcat 方式实现，其中 Nginx 实现系统访问的请求转发和反向代理，通过 Nginx + Keeplived 来实现系统的双活处理。
Tomcat + Redis 实现系统应用访问层的横向扩展能力。处理能力的横向扩展。接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间实现负载均衡。
具体的，舞台设备数据储存在平台数据库内，数据库的安全需要得到保障，可以有如下操作：
1、用户层面：
1.1、操作系统层面：
平台系统拟采用Linux系统作为整个系统运行的操作系统支持，其中Linux对系统权限做了充分地考虑，同时，我们充分利用Linux用户分级权限的管理功能，使用普通的用户作为整个应用系统的服务用户，这样可通过精确配置系统用户的权限，来达到从操作系统层面来控制系统安全风险的要求。
利用 Linux 系统良好的服务控制功能，我们可关闭不必要的通讯端口和系统服务，这样有利于进一步保障系统的安全。
1.2、用户权限方面：
建立完善的系统访问控制机制，本系统从以下几个方面进行控制：1).操作权限：系统每个模块都有独自的操作权限，以此来控制用户的操作权限；2).用户角色和用户组权限：通过角色和用户组权限来方便的控制用户的操作权限；3).用户登录必须验证用户密码。
系统的权限控制，从功能、机构和数据三个维度来控制一个用户的权限，其中：1).功能权限：控制了系统菜单上的每个功能是否可以有权限访问；2).机构权限：控制一个用户访问数据的权限，这种数据权限以机构为单位。例如，下级机构用户，只能访问所属机构的相关数据；3).数据权限：数据权限从数据字段的级别和通过所属机构来控制一个用户对于数据的访问权限。
建立机制之后还需要对用户持续的监控，系统从两方面进行监控。1).运行监控：系统提供全方位的系统运行监控，主要包括登陆用户的监控、用户操作的监控、系统进程运行的监控。系统专门设计了监控模块，管理员可方便的监控系统运行状态；2).用户监控：系统可方便查看所有登陆用户信息和登陆IP，一旦发现非法用户登陆本系统，系统管理员可随时终止该非法用户使用本系统。
2、数据库层面：
数据访问层面，采用平台的多租户管理，实现对数据访问授权方式实现数据访问的安全性。
3、故障处理：
系统可靠性上要求故障修复时间不超过 2 小时，且数据丢失不超过24小时的数据，因此，建议的数据备份频率为全量数据备份为每日一次，增量数据备份为每 12 小时一次。为保证系统数据安全，备份介质采用双份分开存放。
具体的，系统扩展：
由于剧场的大小不一，设备多少也不一定，所以有时需要针对某一剧场提高处理能力，在系统设计时也考虑到了系统的扩展性，体现在以下三个部分：
性能扩展：处理能力的纵向扩展。数据库服务器、应用服务器可以通过增加CPU、内存的方式来显著提升处理能力；处理能力的横向扩展。接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间要实现负载均衡；
业务数据扩展：通过元数据管理来实现接入数据的扩展, 通过大数据分析平台来实现系统业务逻辑的扩展；3).系统功能扩展：系统采用模块化、组件化设计，通过Hook来实现新增功能的挂接。在平台的系统功能层面提供菜单管理、应用管理实现上述功能。
演艺装备信息互联平台系统的构建方法，包括以下步骤：
1）感知层采集数据；
2）通过网络层和接入层把数据接入网关；
3）交换层提供数据传输服务；
4）业务层提供平台的主要功能；
5）访问层和展示层提供用户与平台交互的功能；
6）加深系统的可靠性；
7）设置用户权限保障数据的安全；
8）提供系统扩展空间。
具体过程如下：
舞台机械设备、灯光设备、音响设备和环境安全监测设备等各种设备需要首先接入IoT网关，在这之前需要定义数据模型、确定设备权限、定义设备接入配置。在这里需要认识传感器里的数据传输协议，与IoT网关连接。接入平台的设备与平台之间实时存在指令下发-数据上报的信息交互。
用户可以从移动终端、web、信息显示屏、电视大屏等各类设备登录平台。平台有三个窗口：可视化大屏、设备管理APP和维保服务APP，用来处理不同的内容，满足不同的需要。可视化大屏用于日常对剧场信息的管理，对各个设备运行状况的有个大致的了解；设备管理APP则是对具体设备有具体的数据。具体的界面、功能需要用到的具体的软件来编程。
与传感器数据交互相关的功能总的有四大板块，实现单点结构趋势报警、多点结构关联报警、设备健康状况预警、触发联动预警、设备信息编辑、设备状态查询、设备巡检、设备健康评估、精准运维服务、设备维护管理、设备运行情况分析、历史维护记录分析等功能。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.演艺装备信息互联平台系统，其特征在于：包括依次交互连接的设备感知层、网络层、接入层、交换层、物联网平台业务层、展示层及访问层；
所述设备感知层用于对舞台机械设备、灯光设备、音响设备、环境安全监测设备的识别感知、信息采集；
所述网络层及接入层实现数据传输，把数据从感知层传输至交换层；
所述交换层用于承接设备信息、业务应用、数据交换的中间服务；
所述物联网平台业务层对接入的数据进行解析、分析、处理后，提供所需的业务功能；
所述展示层及访问层方便用户进入对数据进行查询操作。
2.根据权利要求1所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于所述设备感知层中，通过RFID、传感器等设备实现对舞台机械设备、灯光设备、音响设备、环境安全监测设备的识别感知、信息采集。
3.根据权利要求2所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于所述网络层分为物接入互联网、互联网传输两部分，分别用到通信协议和网络协议；接入层中设置IoT网关接口以应对不同传感器所使用的数据通信传输协议。
4.根据权利要求3所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于所述交换层承载了标准流程的业务逻辑及核心数据算法模型，实现设备快速接入后的信号、数据传输交换服务，同时提供强大的数据存储处理能力，支撑业务应用场景下的各类需求。
5.根据权利要求4所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于所述物联网平台业务层中，数据接入到物联网平台业务层后，平台对数据进行解析、分析、处理后，提供相应的服务与功能，主要包括剧场设备信息管理、剧院/剧场管理、设备健康评估、精准运维服务、故障智能诊断、设备巡检、维护管理及剧院运维大数据服务。
6.根据权利要求5所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于所述展示层包括可视化大屏、设备管理APP和维保服务APP三个应用以满足不同的需要；用户通过访问层进入展示层对数据进行查询操作。
7.根据权利要求6所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于为了保证平台系统运行的可靠性，需要对硬件平台和应用服务进行分别设计，具体如下：
1）通过采用双系统备份的方式来完成网络硬件层的平台可靠性保障，各独立的子系统间互为 Master 和 Slave ，当其中的一台机器出现故障时，作为 Slave 的设备自动接管变成 Master 设备来接管服务；
2）应用服务层扩展采用 Nginx + Tomcat 方式实现，其中 Nginx 实现系统访问的请求转发和反向代理，通过 Nginx + Keeplived 来实现系统的双活处理；Tomcat + Redis实现系统应用访问层的横向扩展能力，处理能力的横向扩展；接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间实现负载均衡。
8.根据权利要求7所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于平台系统的数据储存在平台数据库内，平台数据库的保障设计包括：
1）操作系统层面
1.1）平台系统拟采用Linux系统作为整个系统运行的操作系统支持，利用Linux用户分级权限的管理功能，使用普通的用户作为整个应用系统的服务用户，这样可通过精确配置系统用户的权限，来达到从操作系统层面来控制系统安全风险的要求；
1.2）用户权限方面：建立完善的系统访问控制机制，本系统从以下几个方面进行控制：一、操作权限：系统每个模块都有独自的操作权限，以此来控制用户的操作权限；二、用户角色和用户组权限：通过角色和用户组权限来方便的控制用户的操作权限；三、用户登录必须验证用户密码；
2）数据库层面
数据访问层面采用平台的多租户管理，实现对数据访问授权方式实现数据访问的安全性；
3）故障处理
设置数据备份频率，为保证系统数据安全，备份介质采用双份分开存放。
9.根据权利要求1所述的演艺装备信息互联平台系统，其特征在于由于各个剧场的大小、设备多少不一，需要考虑到系统的扩展性以针对某一剧场提高处理能力的需求，具体如下：
1）性能扩展
处理能力的纵向扩展；数据库服务器、应用服务器可以通过增加CPU、内存的方式来显著提升处理能力；处理能力的横向扩展；接入服务器、应用服务器可以通过增加台数，显著提升处理能力，并且接入服务器之间、应用服务器之间要实现负载均衡；
2）业务数据扩展
通过元数据管理来实现接入数据的扩展, 通过大数据分析平台来实现系统业务逻辑的扩展；
3）系统功能扩展：系统采用模块化、组件化设计，通过Hook来实现新增功能的挂接；在平台的系统功能层面提供菜单管理、应用管理实现上述功能。
10.根据权利要求1-9所述的演艺装备信息互联平台系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）感知层采集数据；
2）通过网络层和接入层把数据接入网关；
3）交换层提供数据传输服务；
4）业务层提供平台的主要功能；
5）访问层和展示层提供用户与平台交互的功能；
6）加深系统的可靠性；
7）设置用户权限保障数据的安全；
8）提供系统扩展空间。
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