CN116414075A - 一种基于物联网的实验室设备控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的实验室设备控制方法及系统，属于物联网技术领域，方法包括：构建预置数据库，并将预置数据库存储至边缘端；将请求信息上传至边缘端；判断边缘端的预置数据库中是否含有请求信息对应的执行信息；将请求信息上传至中心云端；中心云端对请求信息进行解析，得到执行信息；中心云端将执行信息发送至第二设备，控制第二设备按执行信息对请求信息进行处理；将第二设备得到的执行结果发送至第一设备；将请求信息和请求信息对应的执行信息作为历史交互数据发送至预置数据库，对预置数据库进行更新。

Description

一种基于物联网的实验室设备控制方法及系统

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网的实验室设备控制方法及系统。

背景技术

物联网（Internet of Things，简称IoT）是一种通过互联网连接和通信的物理设备和对象的网络。物联网通过嵌入传感器、软件和网络连接等技术，使物体能够相互连接和交互，并与云计算系统进行数据交换和分析。其中，云边协同是物联网的一个重要概念和应用领域之一。云边协同是指将云计算和边缘计算相结合，实现云端和边缘设备之间的协同工作和数据交互。实验室设备是用于进行科学研究、实验和测试的各种工具和设备。实验室设备的种类繁多，根据不同领域和实验目的的不同，设备种类也会有所差异。

有些敏感实验室，为了保护实验环境和实验人员的人身安全，往往长时间的处于无人操控状态，物联网技术的引入使得无人实验室的实验环境成为可能，然而，受限于网络传输不稳定和硬件传输距离较远等各种因素的影响，物联网技术的数据传输延迟率较高，不能满足实验室精密控制的要求，而且，现有的物联网技术在数据传输过程中，容易受到数据劫持，对于实验室数据的安全传输影响严重。

发明内容

为了解决现有技术存在的受限于网络传输不稳定和硬件传输距离较远等各种因素的影响，物联网技术的数据传输延迟率较高，不能满足实验室精密控制的要求，而且，现有的物联网技术在数据传输过程中，容易受到数据劫持，对于实验室数据的安全传输影响严重的技术问题，本发明提供一种基于物联网的实验室设备控制方法及系统。

第一方面

本发明提供一种基于物联网的实验室设备控制方法，应用于物联网控制系统，物联网控制系统包括中心云端、边缘端、数据采集模块和多个实验室设备，边缘端包括数据存储模块和数据处理模块，中心云端与边缘端连接，数据采集模块包括统一通信单元，边缘端通过数据采集模块的统一通信单元与多个实验室设备连接，多个实验室设备包括第一设备和第二设备，基于物联网的实验室设备控制方法包括：

S101：获取第一设备和第二设备的硬件标识码，根据实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将预置数据库存储至边缘端，其中，硬件标识码为供应商提供的设备唯一识别码，历史交互数据包括第一设备产生的请求信息和第二设备产生的执行信息；

S102：通过数据采集模块获取第一设备的请求信息，将请求信息上传至边缘端；

S103：判断边缘端的预置数据库中是否含有请求信息对应的执行信息，在边缘端的预置数据库中含有请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104；

S104：将请求信息上传至所述中心云端；

S105：中心云端对请求信息进行解析，得到请求信息对应的执行信息；

S106：中心云端将执行信息发送至第二设备，控制第二设备按执行信息对请求信息进行处理；

S107：将第二设备得到的执行结果返回至中心云端；

S108：中心云端将执行结果返回至边缘端；

S109：边缘端将请求信息和请求信息对应的执行信息作为历史交互数据发送至预置数据库，对预置数据库进行更新，并将执行结果返回至第一设备。

第二方面

本发明提供一种基于物联网的实验室设备控制系统，包括：

第一获取模块，用于获取第一设备和第二设备的硬件标识码，根据实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将预置数据库存储至边缘端，其中，硬件标识码为供应商提供的设备唯一识别码，历史交互数据包括第一设备产生的请求信息和第二设备产生的执行信息；

第二获取模块，用于通过数据采集模块获取第一设备的请求信息，将请求信息上传至边缘端；

判断模块，用于判断边缘端的预置数据库中是否含有请求信息对应的执行信息，在边缘端的预置数据库中含有请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104；

上传模块，用于请求信息上传至所述中心云端；

解析模块，用于中心云端对请求信息进行解析，得到请求信息对应的执行信息；

控制模块，用于中心云端将执行信息发送至第二设备，控制第二设备按执行信息对请求信息进行处理；

第一返回模块，用于将第二设备得到的执行结果返回至中心云端；

第二返回模块，用于将中心云端将执行结果返回至边缘端；

更新模块，用于边缘端将请求信息和请求信息对应的执行信息作为历史交互数据发送至预置数据库，对预置数据库进行更新，并将执行结果返回至第一设备。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

在本发明中，通过在中心云端和实验室设备之间建立紧邻实验室设备的具有数据处理功能的边缘端，不仅提高了请求信息的处理速度，而且保证了复杂的和未知的请求信息可以上传至中心云端进行处理，充分发挥各个终端的优势，降低数据传输延迟，提高实验室设备的控制精确度。另外，本发明将设置更新策略，将中心云端处理过的第一设备的请求信息和第二设备的执行信息存入边缘端，更新预置数据库，在之后出现相同请求信息的情况时，可以通过边缘端快速的发出相应的执行信息，控制第二设备快速的做出反应，降低与中心云端数据传输的安全性风向和延迟率风险，增加本发明的可持续性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制方法的流程示意图；

图2是本发明提供的一种物联网控制系统的结构示意图；

图3是本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在一个实施例中，参考说明书附图1，本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制方法的流程示意图。

参考说明书附图2，本发明提供的一种物联网控制系统的结构示意图。

由图2可知，物联网控制系统的边缘端与实验室设备通过数据采集模块直接本地连接，中心云端的数据处理能力虽然很强，但是数据传输的过程严重的影响了实验室设备精密控制的要求，在出现边缘端不能处理的请求信息的情况下，将请求信息上报至数据处理能力极强的中心云端进行处理，之后处理结果下发至边缘端进行存储，以方便下次出现相同情况直接通过边缘端进行处理，极大的提升了实验室设备的控制精度，降低数据传输造成的安全性低和延迟性高的风险，实验室设备包括多个设备，在图2中，第一设备和第二设备分别用实验室设备表示，在整个物联网控制系统中，多个实验室设备与边缘端通过数据采集模块连接，完成数据的实时采集与交互，最大程度的降低数据通过远距离传输至中心云端的情况，提升数据处理效率。

本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制方法，应用于物联网控制系统，物联网控制系统包括中心云端、边缘端、数据采集模块和多个实验室设备，边缘端包括数据存储模块和数据处理模块，中心云端与边缘端连接，数据采集模块包括统一通信单元，边缘端通过数据采集模块的统一通信单元与多个实验室设备连接，多个实验室设备包括第一设备和第二设备，基于物联网的实验室设备控制方法包括：

S101：获取第一设备和第二设备的硬件标识码，根据实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将预置数据库存储至边缘端。

其中，硬件标识码为供应商提供的设备唯一识别码，历史交互数据包括第一设备产生的请求信息和第二设备产生的执行信息。

其中，硬件标识码是设备的唯一标识码或序列，用于区分不同设备之间的身份，硬件标识码通常由设备制造商提供或分配，可以是数字、字母或其组合。它用于唯一地标识设备，以便在系统中进行识别、跟踪和管理。实验室设备是在实验室环境中使用的设备或工具，可能是各种科学、技术或研究领域使用的仪器、设备或系统。历史交互数据是指第一设备和第二设备之间过去的交互记录或信息，它可以是请求信息（由第一设备生成）和执行信息（由第二设备生成）的对应关系。预置数据库是构建的数据库，用于存储实验室设备的历史交互数据。这个数据库通常包含了请求信息和执行信息之间的映射关系，以便后续能够根据请求信息快速查找对应的执行信息。边缘端是边缘计算环境中的设备或节点，边缘计算是一种分布式计算模型，将数据处理和存储功能放置在接近数据源的边缘设备上。

需要说明的是，预置数据库在后续的步骤中可以用于快速匹配和检索请求信息对应的执行信息，从而提高系统的响应速度和效率。它可以用于边缘计算场景中的实时数据处理、决策和控制，使得数据在边缘端进行本地处理，减少了对中心云端的数据传输和延迟。

举例来说，获取温度传感器和空调控制器的硬件标识码，这可以是它们的唯一识别码。然后，根据这两个设备之间的历史交互数据构建一个预置数据库。在这个数据库中，我们记录了温度传感器生成的请求信息（例如当前温度、设定温度等）和实验室空调控制器生成的执行信息（例如调整空调功率、风速等）。这些信息的对应关系被存储在预置数据库中。接下来，我们将这个预置数据库存储在边缘端，也就是在实验室的边缘计算设备中。这样做的好处是，预置数据库就近存储在实验室内部，减少了对中心云端的依赖和数据传输延迟。

在一种可能的实施方式中，S101具体包括：

S1011：创建关系型数据库，其中，关系型数据库包括数据库表格和数据库字段；

S1012：在关系型数据库中，创建关于第一设备的请求信息表。

其中，请求信息表包括第一设备的硬件标识码、时间戳、数据类型和数据值；

S1013：在关系型数据库中，创建关于第二设备的执行信息表。

其中，执行信息表包括第二设备的硬件标识码和执行方案；

S1014：以硬件标识码作为关联键，将信息表和执行信息表建立关联；

S1015：获取第一设备和第二设备之间的历史交互数据；

S1016：将第一设备产生的请求信息存储至请求信息表，将第二设备产生的与请求信息对应的执行信息存储至执行信息表，得到预置数据库。

S102：通过数据采集模块获取第一设备的请求信息，将请求信息上传至边缘端。

其中，请求信息可以是实验室设备中的烘箱需求室温、各种化学成分的注入比例、实验室湿度等等，可以理解的是，通过数据采集模块获取各实验室设备的运行数据，以实现对设备状态的实时监测、基于数据的维护和决策，以及故障的预警和预测维护。这有助于提高实验室设备的可靠性、效率和维护效果，促进实验室运行的优化和持续改进。

S103：判断边缘端的预置数据库中是否含有请求信息对应的执行信息，在边缘端的预置数据库中含有请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104。

其中，执行信息可以是根据请求信息所触发的操作或任务的详细说明。具体来说，执行信息提供了关于如何处理请求或执行特定任务的指令、参数或指导。比如，执行信息可能包含控制设备或系统的具体命令，例如启动、停止、调整参数、改变状态等。执行信息可能包含需要设置的参数值，例如温度设定值、速度、频率、压力等。执行信息可以包含有关如何处理请求中的数据的指令，例如数据过滤、转换、计算或分析的方法和算法。执行信息可能包含计划或时间表，指示何时执行特定操作或任务。执行信息可能包含处理异常情况或错误的指示，例如报警、错误代码或故障处理指南。

具体来说，根据实际应用场景，执行信息的内容和形式会有所不同。它取决于设备、系统或应用程序的特定需求和功能。执行信息的目的是确保请求能够被正确地执行和处理，以满足用户的需求或系统的要求。

需要说明的是，判断边缘端的预置数据库中是否包含与请求信息对应的执行信息。这个步骤的作用是为了避免将请求信息传输到中心云端进行处理，而是在边缘端直接获取执行信息进行处理。这样可以减少对云端资源的依赖，提高响应速度，并减少数据传输的成本和延迟。如果预置数据库中存在请求信息对应的执行信息，则直接获取执行信息进行处理。反之，如果预置数据库中没有请求信息对应的执行信息，则通过其他方式生成执行信息，例如随机生成参数来进行数据处理或控制操作。

S104：将请求信息上传至所述中心云端。

在一种可能的实施方式中，在S104之前还包括：

对请求信息进行加密；

其中，对请求信息进行加密的具体方式为：

随机生成一组第一常数序列H ₁={h ₁,h ₂,…,h _i}，h _i为数值在1至9之间的随机数，i=1, 2,…,N；

根据第一常数序列计算标识码分解参数序列P={p ₁,p ₂,…,p _i}：

；

对第一常数序列H ₁={h ₁,h ₂,…,h _i}进行错位相减计算绝对值，得到第二常数序列

；

将第二常数序列H ₂中的数值0替换成1，得到第三常数序列

；

根据第三常数序列计算数据分解参数序列Q={q ₁,q ₂,…,q _i}：

；

将p ₁比例的硬件标识码作为第一个子标识码，将p ₂比例的硬件标识码作为第二个子标识码，将p _i比例的硬件标识码作为第i个子标识码，以将所述硬件标识码分解为N个子标识码；

将q ₁比例的请求信息作为第一个数据单元，将q ₂比例的请求信息作为第二个数据单元，将q _i比例的请求信息作为第i个数据单元，以将所述请求信息分解为N个数据单元；

通过第一个子标识码构建第一个加密密钥，通过第一个加密密钥对第一个数据单元进行加密，运行第一个数据单元，将第一个数据单元的运行函数的函数名依次记录在运行信息向量中，作为第一个数据单元的运行信息；

通过第i个子标识码和第i-1个数据单元的运行信息构建第i个加密密钥K _i：

K _i=Hash(α _i, Hash(Y _i-1))；

其中，Hash()表示哈希运算，Y _i-1表示第i-1个数据单元的运行信息；

通过第i个加密密钥K _i对第i个数据单元进行加密，运行第i个数据单元，将第i个数据单元的运行函数的函数名依次记录在运行信息向量中，作为第i个数据单元的运行信息。

其中，标识码分解参数序列是一个用于分解设备硬件标识码的参数序列。通过使用标识码分解参数序列，可以将设备的硬件标识码分解为多个子标识码。数据分解参数序列是一个用于分解请求信息的参数序列，通过使用数据分解参数序列，可以将传输的数据分解为多个数据单元。子标识码是设备硬件标识码分解后得到的分解标识码，用于代表设备的某个特定部分或属性。数据单元是请求信息分解后得到的单个数据片段，用于在异步传输过程中进行处理或传输。

需要说明的是，通过分解和加密操作，增加数据的安全性，同时减少数据传输的延迟和成本，并确保设备和数据的唯一标识性。这有助于保护实验室设备的隐私和安全，并提高数据传输和处理的效率。

需要说明的是，利用子标识码和数据单元对请求信息进行加密，将数据分散成多个部分进行加密处理。这种分散性的加密方式可以提高数据的安全性，即使部分数据被获取，也无法还原整个数据内容。通过将实验室设备的硬件标识码分解为多个子标识码，并与数据单元一起进行加密，可以有效保护设备的隐私信息。加密后的数据在传输过程中只能被授权的接收方解密，从而减少了未经授权的访问和窃取敏感信息的风险。另外，基于子标识码和数据单元的加密方式可以根据具体需求和场景进行定制。通过生成不同的子标识码和数据单元，可以实现针对不同设备和数据的定制化加密方案。这种灵活性使得加密方式能够更好地适应不同实验室设备和数据的安全需求。采用基于子标识码和数据单元的加密方式，可以在加密和解密过程中提高效率，由于数据被分解成多个部分进行加密，可以更快地对数据进行加密和解密操作，这种加密方式可以提高数据传输和处理的效率，同时保持数据的可靠性。

在一种可能的实施方式中， S104具体为：

将加密后的请求信息、所述第一设备的设备标识码和标识码分解参数序列采用异步传输模式上传至中心云端。

S105：中心云端对请求信息进行解析，得到请求信息对应的执行信息。

需要说明的是，解析是指将复杂的数据进行分析和处理，以提取出所需的信息或理解数据的含义。

可选地，中心云端先对加密的请求信息进行解密，之后解密后的请求信息会被解析，以获取其中包含的执行信息。执行信息是指解析后得到的关于如何处理请求信息的具体指令或任务描述。它可能包含了操作步骤、参数设置、算法要求、时间计划等信息，用于指导第二设备对请求信息进行处理。通过对解密后的请求信息进行解析，可以理解和提取出其中的执行信息，从而为后续的处理和控制提供指导和依据。执行信息的内容可能因具体应用场景而异，可以是启动某项操作、调整设备参数、执行特定算法或其他相关指令。对解密后的请求信息进行解析，以提取出其中的执行信息，为后续的数据处理和控制操作提供准确的指导和依据。这有助于确保第二设备能够正确处理请求信息，并根据执行信息进行相应的操作。

在一种可能的实施方式中，S105具体包括：

S1051：获取第一设备的供应商提供的设备使用说明书。

其中，设备使用说明书是由设备的供应商或制造商提供的详细说明文档，其中包含了设备的功能、操作指南、参数设置和其他相关信息。

S1052：提取设备使用说明书的执行参数，其中，执行参数包括硬件标识码、操作模式、速度、温度、时间和压力以及相应的执行参数值。

其中，执行参数是设备使用说明书中定义的参数，用于指导设备的操作和执行。这些参数包括硬件标识码（用于设备的唯一识别）、操作模式（如自动模式、手动模式）、速度、温度、时间、压力等。执行参数值是这些参数的具体取值或范围。

S1053：基于执行参数和硬件标识码，建立映射表。

其中，映射表是一个数据结构，用于将执行参数和硬件标识码进行关联。通过建立映射表，可以在后续的请求信息解析过程中根据硬件标识码和执行参数找到相应的执行信息。

举例来说，第一设备是烘箱，根据烘箱内的化学品类型，根据执行参数建立的映射表，生成相应的烘箱工作室温，将指定的烘箱工作室温和硬件标识码作为请求信息发送至第二设备，第二设备即空调接收到请求信息后，调整空调温度至烘箱要求的工作室温，以保证第一设备能够正常运行。

S1054：利用映射表解析请求信息，获取相应的执行信息。

需要说明的是，利用映射表解析请求信息，获取相应的执行信息。在请求信息中，可能包含了设备的硬件标识码和执行参数。通过映射表，可以根据请求信息中的硬件标识码和执行参数找到对应的执行信息。这些执行信息可以包括操作指令、任务描述、参数设定等，用于指导设备的处理过程。根据设备使用说明书中定义的执行参数和硬件标识码，建立映射表并解析请求信息，从而获取设备的相应执行信息。这有助于根据设备的特定参数和标识进行定制化的请求处理和任务分配。

S106：中心云端将执行信息发送至第二设备，控制第二设备按执行信息对请求信息进行处理。

需要说明的是，第二设备是与第一设备进行交互的另一个设备，它负责根据执行信息对请求信息进行处理，并生成相应的执行结果。解析后的执行信息会被发送至第二设备，通常通过网络或其他通信方式进行传输。第二设备接收到执行信息后，根据其中的指令和要求，对请求信息进行相应的操作和处理。这可能涉及执行特定的算法、修改设备参数、启动特定的功能等。可以实现将解析后的执行信息传递给第二设备，从而确保第二设备能够按照预期的方式对请求信息进行处理。这有助于实现设备之间的协作和任务分配，确保请求信息能够得到正确的处理和响应。

S107：将第二设备得到的执行结果返回至第一设备。

在实际应用过程中，第一设备向第二设备发出的请求信息可以是第一设备处理得到的待处理数值或者是需求的实验环境等等，第二设备接收到请求信息相应的执行信息后，根据执行信息对数值或者环境进行计算或者调整，进而完成第一设备和第二设备之间的数据传输和相应的控制。

S108：中心云端将执行结果返回至边缘端。

S109：边缘端将请求信息和请求信息对应的执行信息作为历史交互数据发送至预置数据库，对预置数据库进行更新，并将执行结果返回至第一设备。

需要说明的是，第一设备的请求信息和第二设备的执行信息是一组历史交互数据，为了避免下次遇到相同的请求信息也需要发送至中心云端进行处理的情况，将该组历史交互数据存储至边缘端的预置数据库，以便于第一设备发送相同的请求信息时可以直接通过紧邻的边缘端向第二设备直接发送相应的执行信息，提升设备之间的数据交互速度，优化实验环境，提升实验准确性。

在一种可能的实施方式中，在S109之后还包括：

S110：对预置数据库进行定期清理。

在一种可能的实施方式中，S110具体包括：

S1101：获取预置数据库的最大存储容量。

需要说明的时，预置数据库的容量是一定的，在多个设备进行交互的过程中，产生的历史交互数据会实时的进行存储，为了避免预置数据库存储容量不足的情况，获取其最大存储容量，在快达到最大存储容量的情况下，执行信息清理，保证系统的正常运行。

S1102：在预置数据库的存储容量达到最大存储容量的预设比例的情况下，获取第一预设时长内历史交互数据中的使用频率。

其中，使用频率为第一设备发出的请求信息在预设时长内，被调用的次数，如果长时间的未调用，或者调用频率极低，则可以考虑将该请求信息和请求信息的执行信息进行清理。

S1103：将低于预设使用频率的历史交互数据作为待清理数据，存储至备用的低速存储介质，并记录二次存储时刻。

其中，低速存储介质通常是指传输速度相对较慢或存储容量较小的介质。如一些机械硬盘或者光盘，以降低存储大量数据的成本代价。

S1104：判断在大于二次存储时刻的第二预设时长内，待清理数据是否被调用，如果被调用，则将待清理数据重新存入预置数据库，否则，将历史交互数据进行清理释放。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要设定预设比例、预设使用频率、第一预设时长和第二预设时长的大小，本发明对此不做限定。

可以理解的是，清理不常用的数据，可以提高数据库的效率和性能，同时，在第一次清理过程中，将使用频率较低的请求信息存入低速存储介质，在降低数据存储成本的同时，对请求信息进行暂时保留，对待清理数据的二次调用判断，可以确保仍然有价值的数据得到保留，不会被错误地清理释放。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

在本发明中，通过在中心云端和实验室设备之间建立紧邻实验室设备的具有数据处理功能的边缘端，不仅提高了请求信息的处理速度，而且保证了复杂的和未知的请求信息可以上传至中心云端进行处理，充分发挥各个终端的优势，降低数据传输延迟，提高实验室设备的控制精确度。另外，本发明将设置更新策略，将中心云端处理过的第一设备的请求信息和第二设备的执行信息存入边缘端，更新预置数据库，在之后出现相同请求信息的情况时，可以通过边缘端快速的发出相应的执行信息，控制第二设备快速的做出反应，降低与中心云端数据传输的安全性风向和延迟率风险，增加本发明的可持续性。

实施例2

在一个实施例中，参考说明书附图3，本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制系统的结构示意图。

本发明提供的一种基于物联网的实验室设备控制系统20，包括：

第一获取模块201，用于获取第一设备和第二设备的硬件标识码，根据实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将预置数据库存储至边缘端，其中，历史交互数据包括第一设备产生的请求信息和第二设备产生的执行信息；

第二获取模块202，用于通过数据采集模块获取第一设备的请求信息，将请求信息上传至边缘端；

判断模块203，用于判断边缘端的预置数据库中是否含有请求信息对应的执行信息，在边缘端的预置数据库中含有请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104；

上传模块204，用于将请求信息上传至中心云端；

解析模块205，用于中心云端对请求信息进行解析，得到请求信息对应的执行信息；

控制模块206，用于中心云端将执行信息发送至第二设备，控制第二设备按执行信息对请求信息进行处理；

第一返回模块207，用于将第二设备得到的执行结果返回至中心云端；

第二返回模块208，用于将中心云端将执行结果返回至边缘端；

更新模块209，用于边缘端将请求信息和请求信息对应的执行信息作为历史交互数据发送至预置数据库，对预置数据库进行更新，并将执行结果返回至第一设备。

在一种可能的实施方式中，基于物联网的实验室设备控制系统还包括：

清理模块210，用于对预置数据库进行定期清理。

本发明提供的基于物联网的实验室设备控制系统20能够实现上述方法实施例中实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

本发明提供的虚拟系统可以是系统，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

在本发明中，通过在中心云端和实验室设备之间建立紧邻实验室设备的具有数据处理功能的边缘端，不仅提高了请求信息的处理速度，而且保证了复杂的和未知的请求信息可以上传至中心云端进行处理，充分发挥各个终端的优势，降低数据传输延迟，提高实验室设备的控制精确度。另外，本发明将设置更新策略，将中心云端处理过的第一设备的请求信息和第二设备的执行信息存入边缘端，更新预置数据库，在之后出现相同请求信息的情况时，可以通过边缘端快速的发出相应的执行信息，控制第二设备快速的做出反应，降低与中心云端数据传输的安全性风向和延迟率风险，增加本发明的可持续性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于物联网的实验室设备控制方法，应用于物联网控制系统，其特征在于，所述物联网控制系统包括中心云端、边缘端、数据采集模块和多个实验室设备，所述边缘端包括数据存储模块和数据处理模块，所述中心云端与所述边缘端连接，所述数据采集模块包括统一通信单元，所述边缘端通过所述数据采集模块的统一通信单元与多个所述实验室设备连接，多个所述实验室设备包括第一设备和第二设备，所述基于物联网的实验室设备控制方法包括：

S101：获取所述第一设备和所述第二设备的硬件标识码，根据所述实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将所述预置数据库存储至所述边缘端，其中，所述硬件标识码为供应商提供的设备唯一识别码，所述历史交互数据包括所述第一设备产生的历史请求信息和所述第二设备产生的历史执行信息；

S102：通过所述数据采集模块获取所述第一设备的请求信息，将所述请求信息上传至所述边缘端；

S103：判断所述边缘端的预置数据库中是否含有所述请求信息对应的执行信息，在所述边缘端的预置数据库中含有所述请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104；

S104：将所述请求信息上传至所述中心云端；

S105：所述中心云端对所述请求信息进行解析，得到所述请求信息对应的执行信息；

S106：所述中心云端将所述执行信息发送至所述第二设备，控制所述第二设备按所述执行信息对所述请求信息进行处理；

S107：将所述第二设备得到的执行结果返回至所述中心云端；

S108：所述中心云端将所述执行结果返回至所述边缘端；

S109：所述边缘端将所述请求信息和所述请求信息对应的执行信息作为所述历史交互数据发送至所述预置数据库，对所述预置数据库进行更新，并将所述执行结果返回至所述第一设备。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室设备控制方法，其特征在于，所述S101具体包括：

S1011：创建关系型数据库，其中，所述关系型数据库的包括数据库表格和数据库字段；

S1012：在所述关系型数据库中，创建关于所述第一设备的请求信息表，其中，所述请求信息表包括所述第一设备的硬件标识码、时间戳、数据类型和数据值；

S1013：在所述关系型数据库中，创建关于所述第二设备的执行信息表，其中，所述执行信息表包括所述第二设备的硬件标识码和执行方案；

S1014：以所述硬件标识码作为关联键，将所述信息表和所述执行信息表建立关联；

S1015：获取所述第一设备和所述第二设备之间的所述历史交互数据；

S1016：将所述第一设备产生的请求信息存储至所述请求信息表，将所述第二设备产生的与所述请求信息对应的执行信息存储至所述执行信息表，得到所述预置数据库。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室设备控制方法，其特征在于，所述S104之前还包括：

对所述请求信息进行加密；

其中，对所述请求信息进行加密的具体方式为：

随机生成一组第一常数序列H ₁={h ₁, h ₂,…, h _i}，h _i为数值在1至9之间的随机数，i=1,2,…, N；

根据所述第一常数序列计算所述标识码分解参数序列P={p ₁, p ₂,…, p _i}：

；

对所述第一常数序列H ₁={h ₁, h ₂,…, h _i}进行错位相减计算绝对值，得到第二常数序列

；

将所述第二常数序列H ₂中的数值0替换成1，得到第三常数序列

；

根据所述第三常数序列计算数据分解参数序列Q={q ₁, q ₂,…, q _i}：

；

将p ₁比例的所述硬件标识码所述作为第一个子标识码，将p ₂比例的所述硬件标识码作为第二个子标识码，将p _i比例的所述硬件标识码作为第i个子标识码，以将所述硬件标识码分解为N个子标识码；

将q ₁比例的所述请求信息作为第一个数据单元，将q ₂比例的所述请求信息作为第二个数据单元，将q _i比例的所述请求信息作为第i个数据单元，以将所述请求信息分解为N个数据单元；

通过第一个子标识码构建第一个加密密钥，通过所述第一个加密密钥对第一个数据单元进行加密，运行所述第一个数据单元，将所述第一个数据单元的运行函数的函数名依次记录在运行信息向量Y中，作为所述第一个数据单元的运行信息；

通过所述第i个子标识码和所述第i-1个数据单元的运行信息构建第i个加密密钥K _i：

K _i=Hash(α _i, Hash(Y _i-1))；

其中，Hash()表示哈希运算，Y _i-1表示第i-1个数据单元的运行信息；

通过所述第i个加密密钥K _i对所述第i个数据单元进行加密，运行所述第i个数据单元，将所述第i个数据单元的运行函数的函数名依次记录在所述运行信息向量中，作为所述第i个数据单元的运行信息。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的实验室设备控制方法，所述S104具体为：

将加密后的请求信息、所述第一设备的设备标识码和所述标识码分解参数序列采用异步传输模式上传至所述中心云端。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室设备控制方法，其特征在于，所述S105具体包括：

S1051：获取所述第一设备的供应商提供的设备使用说明书；

S1052：提取所述设备使用说明书的执行参数，其中，所述执行参数包括硬件标识码、操作模式、速度、温度、时间和压力以及相应的执行参数值；

S1053：基于所述执行参数和所述硬件标识码，建立映射表；

S1054：利用所述映射表解析所述请求信息，获取相应的执行信息。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的实验室设备控制方法，其特征在于，还包括：

S110：对所述预置数据库进行定期清理。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的实验室设备控制方法，其特征在于，所述S110具体包括：

S1101：获取所述预置数据库的最大存储容量；

S1102：在所述预置数据库的存储容量达到所述最大存储容量的预设比例的情况下，获取第一预设时长内所述历史交互数据中的使用频率；

S1103：将低于预设使用频率的历史交互数据作为待清理数据，存储至备用的低速存储介质，并记录二次存储时刻；

S1104：判断在大于所述二次存储时刻的第二预设时长内，所述待清理数据是否被调用，如果被调用，则将所述待清理数据重新存入所述预置数据库，否则，将所述历史交互数据进行清理释放。

8.一种基于物联网的实验室设备控制系统，其特征在于，所述基于物联网的实验室设备控制系统包括：

第一获取模块，用于获取第一设备和第二设备的硬件标识码，根据实验室设备的历史交互数据，构建预置数据库，并将所述预置数据库存储至边缘端，其中，所述硬件标识码为供应商提供的设备唯一识别码，所述历史交互数据包括所述第一设备产生的请求信息和所述第二设备产生的执行信息；

第二获取模块，用于通过数据采集模块获取所述第一设备的请求信息，将所述请求信息上传至所述边缘端；

判断模块，用于判断所述边缘端的预置数据库中是否含有所述请求信息对应的执行信息，在所述边缘端的预置数据库中含有所述请求信息对应的执行信息的情况下，进入S106，否则，进入S104；

上传模块，用于将所述请求信息上传至中心云端；

解析模块，用于所述中心云端对所述请求信息进行解析，得到所述请求信息对应的执行信息；

控制模块，用于所述中心云端将所述执行信息发送至所述第二设备，控制所述第二设备按所述执行信息对所述请求信息进行处理；

第一返回模块，用于将所述第二设备得到的执行结果返回至所述中心云端；

第二返回模块，用于所述中心云端将所述执行结果返回至所述边缘端；

更新模块，用于所述边缘端将所述请求信息和所述请求信息对应的执行信息作为所述历史交互数据发送至所述预置数据库，对所述预置数据库进行更新，并将所述执行结果返回至所述第一设备。

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