CN116389610A - 基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法，属于数据采集及数据处理技术领域，本发明要解决的技术问题为如何基于边缘计算实现信创环境下数据采集的安全性，满足国产操作平台在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、隐私保护等各个方面的关键需求，采用的技术方案为：该系统包括云端服务器、数据预处理子系统、边缘计算子系统及若干边缘设备子系统，边缘设备子系统通过以太网和串口与数据预处理子系统连接，数据预处理子系统通过TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议连接边缘计算子系统，边缘计算子系统通过统一通信协议连接云端服务器。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集及数据处理技术领域，具体地说是一种基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法。
背景技术
边缘计算是工业互联网体系中连接现场设备所在的物理系统和网络体系、平台体系的桥梁。网络体系在边缘计算中能实现工厂全要素的深度互联，平台体系是边缘计算中构建现场数据分析的应用载体。由于云端服务器和终端硬件物理距离较远，数据采集终端将数据发送到云端分析处理后再把指令反馈到执行末端，数据需要在网络中传输较远，传输过程中不仅消耗大量的网络带宽，还会导致延时较高。在工业互联网中，通过边缘计算的形式可以充分使用靠近工业现场边缘的网络资源、存储资源和计算资源进行数据处理，充分保证了服务的实时性、高健壮性以及整体的工作效率和安全系数。由此可见边缘计算对工业互联网体系架构来说是一项较为基础和重要的组成部分。
故如何基于边缘计算实现信创环境下数据采集的安全性，满足国产操作平台在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、隐私保护等各个方面的关键需求是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法，来解决如何基于边缘计算实现信创环境下数据采集的安全性，满足国产操作平台在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、隐私保护等各个方面的关键需求的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，该系统包括云端服务器、数据预处理子系统、边缘计算子系统及若干边缘设备子系统，边缘设备子系统通过以太网和串口与数据预处理子系统连接，数据预处理子系统通过TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议连接边缘计算子系统，边缘计算子系统通过统一通信协议连接云端服务器；
边缘设备子系统通过以太网或串口向数据预处理子系统发送数据，数据预处理子系统检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，将预处理后的数据传送到边缘计算子系统，边缘计算子系统将接受到的数据进行解包及提取数据，再将提取出的数据进行打包后，上传到云端服务器。
作为优选，所述边缘设备子系统包括实时控制单元和数据变量管理单元，实时控制单元和数据变量单元对数据进行实时管控；
其中，实时控制单元部署在边缘侧对数据进行定时采样，缩短延时时间，实现快速响应，为能更好地对大量数据进行处理；
数据变量管理单元用于对数据绑定的变量进行管理，选取合适的方式对变量进行存储，从而减少内存浪费，便于数据查找。
更优地，所述数据预处理子系统包括信道功能测试单元和数据解调单元；
其中，信道功能测试单元用于检测当前信道的状态；
数据解调单元用于将接收到的数据中的乱码和重复部分去除，并将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算子系统进行边缘计算。
更优地，所述边缘计算子系统包括通信适配单元、云端服务器接入单元、协议转换单元、边缘分析单元和数据处理单元；
其中，通信适配单元用于实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口、网络接口和根据网络协议提供各种协议接口；协议接口包括TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议接口，包含所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口；
数据处理单元包括一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放，进而减少后续区域工作负担；
边缘分析单元包括一个数据缓冲区，由于同样的信息在不同通信协议下所形成的报文的数据端不同，因此必须要对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后发送给边缘分析单元的数据锁存区；
协议转换单元包括数据缓冲区，在当前的转换完成后，去除数据缓冲区中存放的数据，协议转换单元对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装；
云端服务器接入单元用于将处理好的数据上传到云端服务器。
更优地，所述数据处理单元的工作过程具体如下：
首先，判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据；
然后，去除报文中其他数据；
最后，将整理好的数据先送给数据处理单元内部的数据锁存区，以减小后续单元的处理数据的压力。
作为优选，MODBUS总线是一种主从通信方式，包括主站(Master)和从站(Slave)两部分；基于RS485总线通信时，上位机作为主站先发出查询指令，从站收到指令后判断是否为发给自己的指令，若是则向主站进行响应；主站必须先发送命令，才能得到对应从站的数据；Modbus协议报文基本结构包括地址号、功能码、数据内容及校验码，每个从站的地址码是唯一的，功能码包括对从站的读取、查询及设置操作；数据内容在Modbus RTU模式下以二进制表示，在RTU模式下使用CRC校验；在较多的工业设备常预留RS485总线接口，而常见的单片机需要具备485功能芯片或者可以进行串口通信，具备串口通信接口的设备还需要再扩展RS485通信接口。
一种基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，该方法具体如下：
采用有线通信和无线通信技术作为终端层进行数据采集：对已经连通可编程控制器(PLC)并能进行程序更新的设备，采用PLC作为终端；对于未连接可编程控制且无法进行程序更新的设备，使用嵌入式设备作为采集终端进行数据采集；
通过边缘计算层进行数据处理：将终端层采集的数据通过RS485通信或MODBUS发送到边缘计算层，使用ZigBee无线传感网络节点进行数据处理，将处理后的数据发送给ZigBee解调器，ZigBee解调器通过串口通信把数据发送给接入上层工控设备中。
作为优选，边缘计算层的工作过程具体如下：
(1)、边缘设备子系统通过以太网或串口向数据预处理子系统发送数据；
(2)、数据预处理子系统检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，将预处理后的数据传送到边缘计算子系统；
(3)、边缘计算子系统将接受到的数据进行解包及提取数据，再将提取出的数据进行打包后，上传到云端服务器。
更优地，边缘设备子系统包括实时控制单元和数据变量管理单元，实时控制单元和数据变量单元对数据进行实时管控；
其中，实时控制单元部署在边缘侧对数据进行定时采样，缩短延时时间，实现快速响应，为能更好地对大量数据进行处理；
数据变量管理单元用于对数据绑定的变量进行管理，选取合适的方式对变量进行存储，从而减少内存浪费，便于数据查找；
所述数据预处理子系统包括信道功能测试单元和数据解调单元；
其中，信道功能测试单元用于检测当前信道的状态；
数据解调单元用于将接收到的数据中的乱码和重复部分去除，并将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算子系统进行边缘计算。
更优地，所述边缘计算子系统包括通信适配单元、云端服务器接入单元、协议转换单元、边缘分析单元和数据处理单元；
其中，通信适配单元用于实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口、网络接口和根据网络协议提供各种协议接口；协议接口包括TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议接口，包含所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口；
数据处理单元包括一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放，进而减少后续区域工作负担；其中，数据处理单元的工作过程具体如下：
首先，判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据；
然后，去除报文中其他数据；
最后，将整理好的数据先送给数据处理单元内部的数据锁存区，以减小后续单元的处理数据的压力；
边缘分析单元包括一个数据缓冲区，由于同样的信息在不同通信协议下所形成的报文的数据端不同，因此必须要对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后发送给边缘分析单元的数据锁存区；
协议转换单元包括数据缓冲区，在当前的转换完成后，去除数据缓冲区中存放的数据，协议转换单元对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装；
云端服务器接入单元用于将处理好的数据上传到云端服务器。
本发明的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法具有以下优点：
(一)本发明充分基于国产环境，不同操作系统的兼容性；
(二)本发明能够支撑万级设备接入，可采集并处理大量数据；
(三)通过边缘设备子系统、数据预处理子系统和边缘计算子系统实现了对大量的不同协议数据的集中采集和处理，极大提高了数据向云端的传输速度，同时减轻了大量数据传输给云端的压力；
(四)本发明通过在网络边缘提供融合计算、存储和网络等资源，满足国产操作平台在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求；
(五)本发明基于发展工业互联网的需求，以传感器等硬件设备需要采集的关键数据为出发点，设计能面向数据采集和处理的边缘计算子系统，此边缘计算子系统主要存在以下意义:
①该边缘计算子系统可直接应用于制造现场连接众多数据采集的终端设备，对各种设备提供的复杂的数据通信协议和异构性数据进行读取，并目与云端起到连接作用将重要数据进行传输；
②边缘计算子系统处于云计算中心和终端设备之间，需具备对采集数据处理、数据临时存储等功能，降低网络负载的压力和云端计算的压力，和体现边缘计算中的计算能力；
③边缘计算子系统的软件功能部署于现场提供和硬件设备，设备计算结构和系统环境依赖存在一定差异，而边缘计算模块软件功能必须能可跨硬件平台部署和运行，具有可持续开发和交付能力。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为基于信创环境的数据采集及边缘计算系统的结构示意图；
附图2为Modbus主从通讯示意图；
附图3为边数据采集通信模式示意图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法作以下详细地说明。
实施例1
如附图1所示，本实施例提供了一种基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，该系统包括云端服务器、数据预处理子系统、边缘计算子系统及若干边缘设备子系统，边缘设备子系统通过以太网和串口与数据预处理子系统连接，数据预处理子系统通过TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议连接边缘计算子系统，边缘计算子系统通过统一通信协议连接云端服务器；
边缘设备子系统通过以太网或串口向数据预处理子系统发送数据，数据预处理子系统检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，将预处理后的数据传送到边缘计算子系统，边缘计算子系统将接受到的数据进行解包及提取数据，再将提取出的数据进行打包后，上传到云端服务器。
本实施例中的边缘设备子系统包括实时控制单元和数据变量管理单元，实时控制单元和数据变量单元对数据进行实时管控；
其中，实时控制单元部署在边缘侧对数据进行定时采样，缩短延时时间，实现快速响应，为能更好地对大量数据进行处理；
数据变量管理单元用于对数据绑定的变量进行管理，选取合适的方式对变量进行存储，从而减少内存浪费，便于数据查找。
本实施例中的数据预处理子系统包括信道功能测试单元和数据解调单元；
其中，信道功能测试单元用于检测当前信道的状态；
数据解调单元用于将接收到的数据中的乱码和重复部分去除，并将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化，便于边缘计算子系统进行边缘计算。
本实施例中的边缘计算子系统包括通信适配单元、云端服务器接入单元、协议转换单元、边缘分析单元和数据处理单元；
其中，通信适配单元用于实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口、网络接口和根据网络协议提供各种协议接口；协议接口包括TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议接口，包含所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口；
数据处理单元包括一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放，进而减少后续区域工作负担；
边缘分析单元包括一个数据缓冲区，由于同样的信息在不同通信协议下所形成的报文的数据端不同，因此必须要对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后发送给边缘分析单元的数据锁存区；
协议转换单元包括数据缓冲区，在当前的转换完成后，去除数据缓冲区中存放的数据，协议转换单元对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装；
云端服务器接入单元用于将处理好的数据上传到云端服务器。
本实施例中的数据处理单元的工作过程具体如下：
首先，判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据；
然后，去除报文中其他数据；
最后，将整理好的数据先送给数据处理单元内部的数据锁存区，以减小后续单元的处理数据的压力。
本实施例中的MODBUS总线是一种主从通信方式，包括主站(Master)和从站(Slave)两部分；基于RS485总线通信时，上位机作为主站先发出查询指令，从站收到指令后判断是否为发给自己的指令，若是则向主站进行响应；主站必须先发送命令，才能得到对应从站的数据；Modbus协议报文基本结构包括地址号、功能码、数据内容及校验码，每个从站的地址码是唯一的，功能码包括对从站的读取、查询及设置操作；数据内容在Modbus RTU模式下以二进制表示，在RTU模式下使用CRC校验；在较多的工业设备常预留RS485总线接口，而常见的单片机需要具备485功能芯片或者可以进行串口通信，具备串口通信接口的设备还需要再扩展RS485通信接口。
实施例2
本实施例提供了一种基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，该方法具体如下：
S1、采用有线通信和无线通信技术作为终端层进行数据采集：对已经连通可编程控制器(PLC)并能进行程序更新的设备，采用PLC作为终端；对于未连接可编程控制且无法进行程序更新的设备，使用嵌入式设备作为采集终端进行数据采集；
S2、通过边缘计算层进行数据处理：将终端层采集的数据通过RS485通信或MODBUS发送到边缘计算层，使用ZigBee无线传感网络节点进行数据处理，将处理后的数据发送给ZigBee解调器，ZigBee解调器通过串口通信把数据发送给接入上层工控设备中。
传统工业数据采集的模式在现场使用终端设备采集数据，之后将数据通过网络通信上传到云服务器上进行数据处理。不同工业场景需要选用合适的通信方式,如485通信、ZigBee通信、LoRa通信、工业总线通信技术等实现数据互联。其中，仅常用的工业总线技术就包括PPI通信、Modbus通信、PROFIBUS通信、CC-Link通信、控制器局域网CAN总线通信等二十余种。复杂的采集通信协议导致在不同的应用行业具有不同的优点和最佳使用范围，但也导致对工业数据采集和处理的应用实施增加较大的复杂度。本发明使用有线通信和无线通信技术进行数据采集，部分依据来自如表1所示。
表1工业数据采集常见通信技术对照表
对已经连通可编程控制器(PLC)并能进行程序更新的设备，优先考虑采用PLC作为终端。然而工厂实际生产中大部分PLC功能已经固化难以进行二次开发，可考虑使用嵌入式设备进行数据采集。在电路连接方便、稳定性要求高、同源数据采集较多的情况一般通过工业总线通信，离散分布的、接线不便、低功耗的数据源常采用无线通信将数据接入边缘计算模块。
ZigBee无线通信：无线传感网络是工业数据采集中常见的技术之一，不仅能够灵活进行节点设置，设备容量大，且耗能低。ZigBee无线传感网络是一种在中短距离内使用的低功耗、高可靠性、长期运行的双工无线通信，是一种大容量的群体网络通信技术，常见网络拓扑包括星型网络、树状网络和环型网络。ZigBee无线传感网络在制造业应用的优点如下:1、低功耗；2、高稳定。
根据官方标准，ZigBee无线传感节点主要分为协调器和终端两种:
协调器:协调器是ZigBee网络拓扑的核心，即发挥着网络管理的作用又起着设备和数据的控制作用。在一个ZigBee网络中协调器往往是唯一的，无论网络拓扑是星型结构、环形结构等还是其他，一个ZigBee协调器可以控制该区域内所有终端节点，包括终端网络地址、数据指令等，多个协调器可以相互组合，也可以协调器可以和上位机组合，形成更庞大的无线网络系统。
终端节点：终端设节点是ZigBee网络的末档单元，不能像协调器一样转发通信消息，仅有基本的ZigBee通信和入式单片机的基本能力，因此可以进行二次开发取得对应的数据采集功能。ZigBee通信是一种低功率、中低带宽的无线传输方式。也是因为这种低功耗的特性,ZigBee节点具有较长的工作时间，维护成本较低，在智慧工业和智能家居上都是较好的选择。
RS485通信：常见有线通信类型分为串行通信和并行通信两大类，常见有线通信协议包括IC，SPI，RS485等。其中RS485通信是一个在工业中目前被广泛使用的面向硬件的物理层的通信收发标准，使用RS485通信标准的数字通信具有较远的传输效果以及抗干扰通信效果。
Modbus协议：Modbus协议是一种主从通信方式，因此包括主站(Master)和从站(Slave)两部分。基于RS485总线通信时，上位机作为主站先发出查询指令，从站收到指令后判断是否为发给自己的指令，如果是则向主站进行响应。主站必须先发送命令，才能得到对应从站的数据。如附图2所示，Modbus协议报文基本结构包括四部分:地址号、功能码数据内容、校验码，每个从站的地址码是唯一的，功能码包括对从站的读取、查询、设置等操作，数据内容在Modbus RTU模式下以二进制表示，在RTU模式下使用CRC校验。在较多的工业设备常预留RS485总线接口，而常见的单片机需要具备485功能芯片或者可以进行串口通信，具备串口通信接口的设备还需要再扩展RS485通信接口。
数据采集和处理：如附图3所示,无线采集部分使用ZigBee无线传感网络节点进行数据采集和数值计算，计算后的数据发送给ZigBee协调器，协调器通过串口通信把数据发送给接入上层工控设备中。利用RS485总线不仅可以实现大范围数据采集，也能稳定地进行兼容多种通信协议进行数据采集。有线部分使用RS485总线可支持Modbus等多种报文协议，也同时可用于PLC和嵌入式设备，支持多种数据采集协议。
在采集系统物理层和数据链路层采用RS485通信，为更好地进行数据通信，还要采用应用层协议作为消息报文。其中Modbus协议为工业领域通信标准应用上的报文传输协议，也是工业数据采集中最常见的通讯协议。其数据通信方式为主从通信方式，主站通过发出数据请求指令，从站接收请求并成功匹配后向主站发送数据反馈，以此实现双向通信。
如附图1所示，本实施例中的通信适配单元主要实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口，网络接口和根据网络协议提供各种协议接口，包括目前最通用的TCP/IP协议，CAN总线，MODBUS总线，HART协议等，必须包含用户所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口。
数据处理单元必先包含一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放，进而减小后续区域工作的负担。首先判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据，然后去除报文中其他数据，之后将整理好的数据先送给该单元内部的数据锁存区，以减小后续单元的处理数据的压力。
边缘分析单元同样必须包含一个数据缓冲区，由于同样的信息在不同通信协议下所形成的报文的数据端不同，因此必须要对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后送给该单元的数据锁存区。
协议转换单元也要包含数据缓冲区，在当前的转换完成后，再去除数据缓冲区中存放的数据，该单元主要对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装。
所述云端服务器接入单元的作用是将处理好的数据上传至云端服务器。
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。
Claims (10)
1.一种基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，该系统包括云端服务器、数据预处理子系统、边缘计算子系统及若干边缘设备子系统，边缘设备子系统通过以太网和串口与数据预处理子系统连接，数据预处理子系统通过TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议连接边缘计算子系统，边缘计算子系统通过统一通信协议连接云端服务器；
边缘设备子系统通过以太网或串口向数据预处理子系统发送数据，数据预处理子系统检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，将预处理后的数据传送到边缘计算子系统，边缘计算子系统将接受到的数据进行解包及提取数据，再将提取出的数据进行打包后，上传到云端服务器。
2.根据权利要求1所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，所述边缘设备子系统包括实时控制单元和数据变量管理单元，实时控制单元和数据变量单元对数据进行实时管控；
其中，实时控制单元部署在边缘侧对数据进行定时采样，实现快速响应；
数据变量管理单元用于对数据绑定的变量进行管理，选取合适的方式对变量进行存储。
3.根据权利要求1或2所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，所述数据预处理子系统包括信道功能测试单元和数据解调单元；
其中，信道功能测试单元用于检测当前信道的状态；
数据解调单元用于将接收到的数据中的乱码和重复部分去除，并将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化。
4.根据权利要求3所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，所述边缘计算子系统包括通信适配单元、云端服务器接入单元、协议转换单元、边缘分析单元和数据处理单元；
其中，通信适配单元用于实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口、网络接口和根据网络协议提供各种协议接口；协议接口包括TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议接口，包含所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口；
数据处理单元包括一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放；
边缘分析单元包括一个数据缓冲区，对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后发送给边缘分析单元的数据锁存区；
协议转换单元包括数据缓冲区，在当前的转换完成后，去除数据缓冲区中存放的数据，协议转换单元对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装；
云端服务器接入单元用于将处理好的数据上传到云端服务器。
5.根据权利要求4所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，所述数据处理单元的工作过程具体如下：
首先，判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据；
然后，去除报文中其他数据；
最后，将整理好的数据先送给数据处理单元内部的数据锁存区。
6.根据权利要求1所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算系统，其特征在于，MODBUS总线是一种主从通信方式，包括主站和从站两部分；Modbus协议报文基本结构包括地址号、功能码、数据内容及校验码，每个从站的地址码是唯一的，功能码包括对从站的读取、查询及设置操作；数据内容在Modbus RTU模式下以二进制表示，在RTU模式下使用CRC校验。
7.一种基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，其特征在于，该方法具体如下：
采用有线通信和无线通信技术作为终端层进行数据采集：对已经连通可编程控制器并能进行程序更新的设备，采用PLC作为终端；对于未连接可编程控制且无法进行程序更新的设备，使用嵌入式设备作为采集终端进行数据采集；
通过边缘计算层进行数据处理：将终端层采集的数据通过RS485通信或MODBUS发送到边缘计算层，使用ZigBee无线传感网络节点进行数据处理，将处理后的数据发送给ZigBee解调器，ZigBee解调器通过串口通信把数据发送给接入上层工控设备中。
8.根据权利要求7所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，其特征在于，边缘计算层的工作过程具体如下：
(1)、边缘设备子系统通过以太网或串口向数据预处理子系统发送数据；
(2)、数据预处理子系统检查当前信道状态并对接收到的数据进行预处理，将预处理后的数据传送到边缘计算子系统；
(3)、边缘计算子系统将接受到的数据进行解包及提取数据，再将提取出的数据进行打包后，上传到云端服务器。
9.根据权利要求8所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，其特征在于，边缘设备子系统包括实时控制单元和数据变量管理单元，实时控制单元和数据变量单元对数据进行实时管控；
其中，实时控制单元部署在边缘侧对数据进行定时采样，实现快速响应；
数据变量管理单元用于对数据绑定的变量进行管理，选取合适的方式对变量进行存储；
所述数据预处理子系统包括信道功能测试单元和数据解调单元；
其中，信道功能测试单元用于检测当前信道的状态；
数据解调单元用于将接收到的数据中的乱码和重复部分去除，并将不同通信协议下的数据转化为唯一的用户规定的通信协议下的数据，实现数据的标准化。
10.根据权利要求8所述的基于信创环境的数据采集及边缘计算方法，其特征在于，所述边缘计算子系统包括通信适配单元、云端服务器接入单元、协议转换单元、边缘分析单元和数据处理单元；
其中，通信适配单元用于实现数据预处理子系统与边缘计算子系统之间的软件接口、网络接口和根据网络协议提供各种协议接口；协议接口包括TCP/IP协议、CAN总线、MODBUS总线或HART协议接口，包含所使用的所有通信协议的接口并在通信适配单元增加接口和接口电路或网络接口；
数据处理单元包括一个数据缓冲区，将外设送来的数据进行暂时存放；其中，数据处理单元的工作过程具体如下：
首先，判断传送来的报文属于何种通信协议，并将不同通信协议的报文进行解包，提取其中的设备或用户数据；
然后，去除报文中其他数据；
最后，将整理好的数据先送给数据处理单元内部的数据锁存区；
边缘分析单元包括一个数据缓冲区，对数据处理单元发送来的数据进行转化，依据目的通信协议数据区的格式，将原数据区的数据格式进行改写，完成后发送给边缘分析单元的数据锁存区；
协议转换单元包括数据缓冲区，在当前的转换完成后，去除数据缓冲区中存放的数据，协议转换单元对边缘分析单元处理完成的数据进行打包、封装；
云端服务器接入单元用于将处理好的数据上传到云端服务器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310371140.9A CN116389610A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310371140.9A CN116389610A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116389610A true CN116389610A (zh) | 2023-07-04 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310371140.9A Pending CN116389610A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 基于信创环境的数据采集及边缘计算系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116389610A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117201627A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-08 | 安徽祥源科技股份有限公司 | 一种边缘计算加速预处理系统及预处理方法 |
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2023
- 2023-04-10 CN CN202310371140.9A patent/CN116389610A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117201627A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-08 | 安徽祥源科技股份有限公司 | 一种边缘计算加速预处理系统及预处理方法 |
| CN117201627B (zh) * | 2023-09-08 | 2024-03-05 | 安徽祥源科技股份有限公司 | 一种边缘计算加速预处理系统及预处理方法 |
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