CN116527446B - 一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法 - Google Patents

一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，通过物联网中间件下发包含边缘规则的配置文件，将规则条件与点位的实时数据拉通，根据实时数据判断规则条件是否成立，再根据对所有规则条件的逻辑运算结果更新边缘规则的状态，决定执行规则触发动作或规则消除动作。本发明中边缘规则引擎在数据源头进行及时决策处理，能够避免网络延时或断网导致的功能故障，也能够保证数据的安全性；同时，数据上报模块会根据边缘规则的状态决定是否上报数据，这样可以有效过滤无用数据，避免上报无效数据。

Description

一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法
技术领域
本发明涉及一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，属于工业物联网关数据上报技术。
背景技术
现有的物联网系统中多采用云端规则引擎，工业物联网关将数据传输到云平台，云平台根据接收到的数据做出决策，再将决策命令发送给工业物联网关，工业物联网关根据接收到的决策命令组装成协议帧以控制工业设备；该过程中，若存在网络延时或者断网情况，就会使得云端规则引擎失效，除此之外，云端规则引擎至少还存在如下缺陷：
1、在云端规则引擎中，工业物联网关需要上报采集到的所有数据，无法只上报应用需要的有效数据，导致网络传输量巨大，对网络带宽要求稿，网络流量消耗大；
2、在云端规则引擎中，大量数据在云平台上进行计算，导致云端负载压力大；
3、在云端规则引擎中，云平台的计算结果要先下发到物联网中间件，再下发到工业物联网关，若在数据传输过程中出现网络断链的情况，可能会造成核心业务受到影响；
4、在云端规则引擎中，工业物联网关的应用场景比较固定，无法按规则自定义业务逻辑，很多场景下需要定制开发，增加了物联网系统的应用成本和难度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，在解决已知问题的同时还能够丰富规则引擎的应用，由于边缘规则引擎在数据源头（即靠近工业设备的一侧）进行及时决策处理，因而能够避免网络延时或断网导致的功能故障；同时本发明还支持边缘规则上报，工业物联网关的数据上报模块会根据边缘规则的状态决定是否上报数据，这样可以有效过滤无用数据，避免上报无效数据，能够节省流量消耗，并提高数据传输的安全性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，包括以下步骤：
S1、通过物联网中间件的规则配置模块对边缘规则进行配置生成配置文件；
S2、物联网中间件通过消息队列协议（MQTT协议）将配置文件下发给工业物联网关，工业物联网关将配置文件保存在本地；
S3、工业物联网关解析配置文件，将解析出的边缘规则发送给规则引擎模块和数据上报模块；
S4、启动规则引擎模块，规则引擎模块遍历每个边缘规则，更新每个边缘规则的状态，并根据更新后的边缘规则的状态执行规则触发动作或规则消除动作（即实现对点位的反向控制，也即改写工业设备中寄存器的数值）；
S5、启动数据上报模块，判断边缘规则的状态是否为触发状态：若为触发状态，则上报数据；否则，不上报数据。
具体的，所述步骤S4中，规则引擎模块遍历每个边缘规则，更新每个边缘规则的状态，具体包括如下步骤：
S41、对某一个边缘规则，判断是否存在规则条件：若存在规则条件，则进入步骤S42；否则，进入步骤S44；
S42、依次遍历该边缘规则下的所有规则条件，依据以下方法判断各规则条件是否成立：① 若某一条规则条件为假且逻辑与下一条规则条件，则判断该规则条件不成立且跳过对下一条规则条件的判断；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件不成立；② 若某一条规则条件为假且逻辑或下一条规则条件，则判断该规则条件不成立且判断下一条规则条件；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件不成立；③ 若某一条规则条件为真且逻辑与下一条规则条件，则判断该规则条件成立且判断下一条规则条件；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件成立；④ 若某一条规则条件为真且逻辑或下一条规则条件，则判断该规则条件成立且跳过对下一条规则条件的判断，若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件成立；
S43、根据步骤S42的遍历结果，对所有有判断结果的规则条件进行逻辑运算：若运算结果为真，则判定条件成立，进入步骤S44；否则，判定条件不成立，进入步骤S45；
S44、在条件成立的前提下：若边缘规则的状态为空闲，则更新状态为首次触发；若边缘规则的状态为首次触发，则更新状态为已触发；若边缘规则的状态为已触发，则维持已触发；若边缘规则的状态为已消除或首次消除，则更新状态为首次触发；进入步骤S46；
S45、在条件不成立的前提下：若边缘规则的状态为空闲，则维持空闲；若边缘规则的状态为首次触发，则更新状态为首次消除；若边缘规则的状态为已触发，则更新状态为首次消除；若边缘规则的状态为首次消除，则更新状态为已消除；若边缘规则的状态为已消除，则维持已消除；进入步骤S46；
S46、若更新后的边缘规则的状态为首次消除，则执行规则消除动作；若更新后的边缘规则的状态为首次触发，则执行规则触发动作。
具体的，所述步骤S4中，边缘规则不包括规则条件或者包括一条以上规则条件；对于包括两条以上规则条件的边缘规则，不同规则条件之间通过逻辑与或逻辑或关联，对所有规则条件进行逻辑运算，运算结果作为更新边缘规则的状态的依据；每一条规则条件主要由点位的实时数据、条件比较数值和逻辑运算符（>、<、==、>=等）三要素组成，使用逻辑运算符关联点位的实时数据和条件比较数值，得出规则条件成立或不成立的判断。
具体的，物联网中间件将配置文件下发给工业物联网关后，工业物联网关先将配置文件保存到本地，然后启动配置解析模块解析配置文件得到边缘规则，最后将边缘规则发送给规则引擎模块和数据上报模块。
具体的，所述配置解析模块先通过调用cjson库以获取协议类型，再基于协议类型获取包括连接端口、寄存器地址在内的参数，然后再通过规则引擎解析模块解析出边缘规则，接着接口配置解析模块解析出点位数据的上报方式，最后设备协议模块从工业设备中采集点位的实时数据，然后根据边缘规则状态上报点位的实时数据。
具体的，所述步骤S4中，规则触发动作和规则消除动作的本质都是反向控制，只是执行的时机不同，规则触发动作是在边缘规则为触发的状态执行的动作，规则消除动作是在边缘规则为消除的状态执行的动作。
有益效果：本发明提供的基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，相对于现有技术，具有如下优势：1、边缘规则引擎在数据源头（即靠近工业设备的一侧）进行及时决策处理，不需要将与规则条件绑定的实时数据上传到云端，也不需要云端下发控制信息，也即边缘规则引擎的运行不需要网络，因而不受网络状态影响，能够避免网络延时或断网导致的功能故障；2、边缘规则引擎能够避免数据上传和下发过程导致的数据暴露风险，在数据源头而非在云端进行规则计算能够提高数据的安全性；3、支持边缘规则上报，工业物联网关的数据上报模块会根据边缘规则的状态决定是否上报数据，这样可以有效过滤无用数据，避免上报无效数据，能够节省流量消耗，降低应用处理的复杂程度，并提高数据传输的安全性；4将工业设备中点位的实时数据作为规则条件，共同决定边缘规则的状态，可以将原本各自独立的、不同点位的实时数据拉通到一起进行联动，以提高边缘计算的决策能力。
附图说明
图1为工业物联网关与物联中间件信息交互示意图；
图2为边缘规则中的规则条件的逻辑运算示意图；
图3为边缘规则的状态切换逻辑示意图；
图4为规则触发动作和规则消除动作的执行逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示为一种通过物联网中间件下发包含边缘规则的配置文件，将规则条件与点位的实时数据拉通，根据实时数据判断规则条件是否成立，再根据对所有规则条件的逻辑运算结果更新边缘规则的状态，决定执行规则触发动作或规则消除动作。
下面以一个实例来具体说明本发明方案的具体实施过程。
步骤一、通过物联网中间件的数据配置模块对工业物联网关所要采集的数据相关信息进行配置，形成配置文件；结合图1，配置文件的形成过程如下：
S11、在物联网中间件的配置页面中：选择网关配置，然后选择设备配置，再选择添加设备；选择连接端口，然后选择LAN口，再选择设备型号modbusTCP，设置IP地址为“192.168.2.123”，设置端口号为502，设置站号为1；
S12、选择添加变量，添加X、Y、Z三个变量，设置操作类型为只读，设置数据类型为16位无符号数，设置小数位为0，设置读功能码为读保持寄存器，设置保持寄存器地址为1；
S13、选择规则配置模块，设置边缘规则的名称为“规则1”，选择类型为“报警规则”，报警级别选择“级别1”，条件1选择变量X，条件比较数值设置为10，死区设置为0，触发动作选择变量Y，联动输出值设置为20，消除动作选择变量Z，联动输出设置为30；
S14、选择接口配置，实时数据上报方式选择“规则上报，规则刷新上报”，选择规则为“规则1”；
S15、物联网中间件向工业物联网关下发配置文件。
步骤二、物联网中间件将配置文件下发给工业物联网关后，工业物联网关先将配置文件保存到本地，然后启动配置解析模块解析配置文件得到边缘规则，最后将边缘规则发送给规则引擎模块和数据上报模块。配置解析模块的工作过程如下：
S21、调用cjson库API获取协议的类型为modbusTCP协议；
S22、调用modbusTCP设备协议解析模块解析出连接参数、连接端口号；
S23、调用modbusTCP变量配置解析API获取寄存器地址、字节序等通信参数；
S24、调用规则引擎解析模块解析出规则配置；
S25、调用接口配置解析模块解析出数据上报方式。
步骤三、启动设备协议模块，让工业物联网关和工业设备进行实时数据的交互，并将采集数据保存到数据保存模块，具体过程如下：
S31、调用协议库API与工业设备建立连接；
S32、调用modbusTCP协议库API读取工业设备点位的实时数据；
S33、调用数据保存模块保存点位的实时数据。
步骤四、启动规则引擎模块，规则引擎模块负责切换边缘规则的状态，并根据更新后边缘规则的状态执行规则触发动作或规则消除动作，结合图3和图4所示，过程如下：
S51、检测“规则1”的条件是否成立，调用数据保存模块取出变量X数值，若变量X数值大于10，则规则条件成立，则条件成立，将边缘规则的状态迁移为首次触发或已触发，将首次触发状态和已触发状态均称为触发状态；
S52、若“规则1”为触发状态且条件成立，则执行规则触发动作，调用设备协议模块组装设备协议帧对变量Y进行反向控制写20；若“规则1”为触发状态但是条件不成立，则迁移边缘规则状态为首次消除，执行规则消除动作，调用设备协议模块组装设备协议帧对变量Z进行反向控制写30。
步骤五、启动数据上报模块，根据边缘规则的状态确定是否上报数据，结合图4，过程如下：
S41、查看“规则1”当前（更新后）的状态是否为触发状态（首次触发或已触发）；
S42、若“规则1”为触发状态，判断数据采集时间内的点位实时数据是否更新，若点位实时数据更新，则上报数据；若“规则1”为未触发状态，则不做任何事情；
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过物联网中间件的规则配置模块对边缘规则进行配置生成配置文件；
S2、物联网中间件通过消息队列协议将配置文件下发给工业物联网关，工业物联网关将配置文件保存在本地；
S3、工业物联网关启动配置解析模块解析配置文件得到边缘规则，将解析出的边缘规则发送给规则引擎模块和数据上报模块；
S4、启动规则引擎模块，规则引擎模块遍历每个边缘规则，更新每个边缘规则的状态，并根据更新后的边缘规则的状态执行规则触发动作或规则消除动作；
S5、启动数据上报模块，判断边缘规则的状态是否为触发状态：若为触发状态，则上报数据；否则，不上报数据。
2.根据权利要求1所述的基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，其特征在于：所述步骤S4中，规则引擎模块遍历每个边缘规则，更新每个边缘规则的状态，具体包括如下步骤：
S41、对某一个边缘规则，判断是否存在规则条件：若存在规则条件，则进入步骤S42；否则，进入步骤S44；
S42、依次遍历该边缘规则下的所有规则条件，依据以下方法判断各规则条件是否成立：
①若某一条规则条件为假且逻辑与下一条规则条件，则判断该规则条件不成立且跳过对下一条规则条件的判断；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件不成立；
②若某一条规则条件为假且逻辑或下一条规则条件，则判断该规则条件不成立且判断下一条规则条件；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件不成立；
③若某一条规则条件为真且逻辑与下一条规则条件，则判断该规则条件成立且判断下一条规则条件；若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件成立；
④若某一条规则条件为真且逻辑或下一条规则条件，则判断该规则条件成立且跳过对下一条规则条件的判断，若该规则条件为最后一条规则条件，则直接判断该规则条件成立；
S43、根据步骤S42的遍历结果，对所有有判断结果的规则条件进行逻辑运算：若运算结果为真，则判定条件成立，进入步骤S44；否则，判定条件不成立，进入步骤S45；
S44、在条件成立的前提下：若边缘规则的状态为空闲，则更新状态为首次触发；若边缘规则的状态为首次触发，则更新状态为已触发；若边缘规则的状态为已触发，则维持已触发；若边缘规则的状态为已消除或首次消除，则更新状态为首次触发；进入步骤S46；
S45、在条件不成立的前提下：若边缘规则的状态为空闲，则维持空闲；若边缘规则的状态为首次触发，则更新状态为首次消除；若边缘规则的状态为已触发，则更新状态为首次消除；若边缘规则的状态为首次消除，则更新状态为已消除；若边缘规则的状态为已消除，则维持已消除；进入步骤S46；
S46、若更新后的边缘规则的状态为首次消除，则执行规则消除动作；若更新后的边缘规则的状态为首次触发，则执行规则触发动作。
3.根据权利要求1所述的基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，其特征在于：所述步骤S4中，边缘规则不包括规则条件或者包括一条以上规则条件；对于包括两条以上规则条件的边缘规则，不同规则条件之间通过逻辑与或逻辑或关联，对所有规则条件进行逻辑运算，运算结果作为更新边缘规则的状态的依据；每一条规则条件主要由点位的实时数据、条件比较数值和逻辑运算符三要素组成，使用逻辑运算符关联点位的实时数据和条件比较数值，得出规则条件成立或不成立的判断。
4.根据权利要求1所述的基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，其特征在于：所述配置解析模块先通过调用cjson库以获取协议类型，再基于协议类型获取包括连接端口、寄存器地址在内的参数，然后再通过规则引擎解析模块解析出边缘规则，接着接口配置解析模块解析出点位数据的上报方式，最后设备协议模块从工业设备中采集点位的实时数据，然后根据边缘规则状态上报点位的实时数据。
5.根据权利要求1所述的基于工业物联网关的边缘规则引擎方法，其特征在于：所述步骤S4中，规则触发动作是在边缘规则为触发的状态执行的动作，规则消除动作是在边缘规则为消除的状态执行的动作。
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