CN116599983A - 一种物联网中台操作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种物联网中台操作系统，包括：设备源、数据源、设备接入管理模块、数据存储共享模块、开放接口模块、实时计算分析模块、应用工作台构建模块和应用部署扩展模块；设备源与设备接入管理模块连接，设备接入管理模块与应用工作台构建模块连接，数据源与数据存储共享模块连接，数据存储共享模块与实时计算分析模块和开放接口模块连接，实时计算分析模块与应用工作台构建模块和开放接口模块连接，开放接口模块与应用部署扩展模块连接，应用工作台构建模块与应用部署扩展模块连接。本发明提供从数据获取到行业应用的一体化物联网解决方案，为智慧城市、智能工业、智能家居、智慧交通等行业建设提供重要技术和系统支撑。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种物联网中台操作系统。
背景技术
自物联网概念被提出以来，物联网技术一直在持续高速发展，以实现“万物互联”为目标的物联网已经对社会生产和生活方式产生了巨大影响。现阶段，社会各行业的发展与物联网技术密不可分，物联网技术是各行各业数据化、信息化、智能化发展的必要保证，具有广泛的应用需求。
尽管物联网在各个领域的应用越来越广泛，产生了较多的物联网商业平台和行业应用案例，但是由于系统不够开放，应用开发周期长，设备接入兼容性差，数据服务能力弱等原因，市场碎片化较为严重。无法满足不断增长的终端规模、数据规模、服务规模需求，阻碍了物联网在多行业的灵活应用。解决这些问题需要大量的人力、财力、时间等成本，是大部分企业无法承担的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种物联网中台操作系统，包括：设备源、数据源、设备接入管理模块、数据存储共享模块、开放接口模块、实时计算分析模块、应用工作台构建模块和应用部署扩展模块；
设备源与设备接入管理模块连接，设备接入管理模块与应用工作台构建模块连接，数据源与数据存储共享模块连接，数据存储共享模块与实时计算分析模块和开放接口模块连接，实时计算分析模块与应用工作台构建模块和开放接口模块连接，开放接口模块与应用部署扩展模块连接，应用工作台构建模块与应用部署扩展模块连接；
设备接入管理模块用于设备源的统一接入和集中管理，通过设备数据生成设备分发管理信息，并将设备分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
数据存储共享模块用于接收数据源中的多源数据，将多源数据进行解析、存储、交互和共享，并将多源数据传输至实时计算分析模块；
开放接口模块用于提供和扩展各类数据、功能及服务的接口，并将各类接口信息传输至实时计算分析模块供其使用；
实时计算分析模块用于对多源数据进行融合和协同计算，获得数据分发管理信息，并将数据分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
应用工作台构建模块用于用以实现数据、用户、终端的有效管理，以及各类可扩展的业务功能逻辑的设计和搭建；
应用部署扩展模块用于对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布，实现多样化部署应用。
优选的，设备源中的设备包括：传感设备、机电设备、执行器件、智能硬件和物联网网关。
优选的，数据源中的数据种类包括：基础地理数据、基础设施数据、模型组件数据、物联感知数据和算法模型数据。
优选的，设备接入管理模块包括：开放设备对接单元、统一编程接口单元和集中控制管理单元；
开放设备对接单元用于实现多种类型通信协议设备的接入，主动获取和被动接收设备接入数据，将设备接入数据传输至统一编程接口单元；
统一编程接口单元用于对不同协议类型进行统一编程接口设计，实现数据采集和数据上传，并将各设备接入和采集数据上传至集中控制管理单元；
集中控制管理单元用于根据各设备数据生成设备分发管理信息。
优选的，数据存储共享模块包括：数据解析单元、数据存储单元、数据交互单元和数据开放单元；
数据解析单元用于多源数据的处理和解析；
数据存储单元用于多源数据的分布式存储；
数据交互单元和数据开放单元用于多源数据与外接设备进行交互和开放共享。
优选的，开放接口模块包括：API接口单元、SDK接口单元和算法服务接口单元；
API接口单元用于与外接API输入进行对接；
SDK接口单元用于与外接SDK输入进行对接；
算法服务接口单元用于与外接算法服务模块进行对接。
优选的，实时计算分析模块包括：数据融合单元、协同计算单元、数据挖掘单元和智能分析单元；
数据融合单元用于通过数据清洗、数据转换、坐标转换、语义映射、关联分析，实现多源数据的融合，生成融合数据；
数据挖掘单元用于根据大数据挖掘框架实现多源数据的关联、分类和聚类，生成挖掘数据；
智能分析单元用于根据嵌入的业务智能分析模型和人工智能通用模型对多源数据进行时空预测、空间分析、业务优化和智能决策，生成决策数据；
协同计算单元用于设备端、边端、网端和云端的协同计算，实现数据监测获取、实时处理计算、边云信息同步、云端管理服务，生成协同计算结果数据；
将融合数据、挖掘数据、决策数据、协同计算结果数据打包生成数据分发管理信息。
优选的，应用工作台构建模块包括：数据分发管理单元、用户组织管理单元、终端接入管理单元和业务逻辑搭建单元；
数据分发管理单元用于接收数据分发管理信息，实现数据的统一管理；
终端接入管理单元用于接收设备分发管理信息，实现设备的统一管理；
用户组织管理单元用于生成用户组织管理信息，实现用户的统一管理；
业务逻辑搭建单元用于设计对应语言和框架的代码生成模板，实现代码自动生成、编译和部署；根据低代码应用构建平台，实现多类型业务逻辑搭建。
优选的，应用部署扩展模块包括：系统部署单元、资源调度单元和应用扩展单元；
系统部署单元用于通过云端技术对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布；
资源调度单元用于利用资源弹性伸缩技术实现局域网、公有云、私有云、混合云多样化部署应用；
应用扩展单元通过业务逻辑搭建单元生成的多类型业务逻辑进行部署调度和扩展应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的物联网中台操作系统将多种功能模块进行整合，通过实时计算分析模块对多端数据进行协同计算，提升了系统整体的数据处理泛用性；通过应用工作台构建模块将设备源和数据源进行统一处理和业务逻辑搭建，实现设备物理端和数据端的协同管理；通过应用部署扩展模块将业务逻辑部署至对应行业应用，提供从数据获取到行业应用的一体化物联网解决方案，为智慧城市、智能工业、智能家居、智慧交通等行业建设提供重要技术和系统支撑。
附图说明
图1为物联网中台操作系统的结构图；
图2为统一编程接口单元的工作原理图；
图3为协同计算单元的工作原理图；
图4为业务逻辑搭建单元的工作原理图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
参照图1，本发明提供一种物联网中台操作系统，通过融合云计算、物联网、人工智能、边缘计算等前沿技术，提供一体化解决方案的物联网平台，除了支持数据分析、处理、交易等数据服务外，还涉及数据采集、通信以及模块化业务服务，实现多行业智慧化管理，助力物联网智能生态圈建设；
包括：设备源、数据源、设备接入管理模块、数据存储共享模块、开放接口模块、实时计算分析模块、应用工作台构建模块和应用部署扩展模块；
设备源与设备接入管理模块连接，设备接入管理模块与应用工作台构建模块连接，数据源与数据存储共享模块连接，数据存储共享模块与实时计算分析模块和开放接口模块连接，实时计算分析模块与应用工作台构建模块和开放接口模块连接，开放接口模块与应用部署扩展模块连接，应用工作台构建模块与应用部署扩展模块连接；
设备接入管理模块用于设备源的统一接入和集中管理，通过设备数据生成设备分发管理信息，并将设备分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
数据存储共享模块用于接收数据源中的多源数据，将多源数据进行解析、存储、交互和共享，并将多源数据传输至实时计算分析模块；
开放接口模块用于提供和扩展各类数据、功能及服务的接口，并将各类接口信息传输至实时计算分析模块供其使用；
实时计算分析模块用于对多源数据进行融合和协同计算，获得数据分发管理信息，并将数据分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
应用工作台构建模块用于用以实现数据、用户、终端的有效管理，以及各类可扩展的业务功能逻辑的设计和搭建；
应用部署扩展模块用于对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布，实现多样化部署应用。
进一步的，设备源中的设备包括：传感设备、机电设备、执行器件、智能硬件和物联网网关；根据实际需求，设备源中还可添加额外的设备。
进一步的，数据源中的数据种类包括：基础地理数据、基础设施数据、模型组件数据、物联感知数据和算法模型数据；根据实际需求，数据源中还可添加额外的数据种类。
进一步的，设备接入管理模块包括：开放设备对接单元、统一编程接口单元和集中控制管理单元；
开放设备对接单元用于实现多种类型通信协议设备的接入，主动获取和被动接收设备接入数据，将设备接入数据传输至统一编程接口单元；
具体的，开放设备对接单元对不同设备数据的设备(如仪表、传感器、SCADA平台、组态软件、数据库、网络接口等)，利用多种类型的通信协议(如Modbus、OPC、HTTP、CoAP、LoRa等)，进行数据的主动获取和被动接收；
统一编程接口单元用于对不同协议类型进行统一编程接口设计，实现数据采集和数据上传，并将各设备接入和采集数据上传至集中控制管理单元；
具体的，参考图2，统一编程接口单元包括采集执行器编程接口和平台传输服务接口，实现系统数据采集和数据上传，并支持自定义开发和扩展；采集执行器编程接口依照采集执行器开发的基础模型和规范，对采集执行器进行配置，采集通道通过参数验证器进行配置，采集单元继承采集单元基础配置；采集执行器结构包括采集执行器工厂抽象类、采集执行器接口类、通用采集器抽象类、采集单元基础配置类等；平台传输服务接口支持使用MQTT协议连接平台传输服务并进行数据上传，平台服务根据网关凭证连接管理器，进行权限校验，对于权限校验失败的网关返回连接失败信息，权限校验通过后平台服务向网关下发采集信息，网关接收到采集信息后进行数据采集工作，将采集的数据经过结构化和加密处理，被平台服务所接收；
集中控制管理单元用于根据各设备数据生成设备分发管理信息；
具体的，集中控制管理单元基于混合逻辑状态建模和优化控制算法，实现大规模终端的规范化表达和优化调度，保证设备源有序、可靠运行。
进一步的，数据存储共享模块包括：数据解析单元、数据存储单元、数据交互单元和数据开放单元；
数据解析单元用于多源数据的处理和解析；
数据存储单元用于多源数据的分布式存储；
数据交互单元和数据开放单元用于多源数据与外接设备进行交互和开放共享。
进一步的，开放接口模块包括：API接口单元、SDK接口单元和算法服务接口单元；
API接口单元用于与外接API输入进行对接；
SDK接口单元用于与外接SDK输入进行对接；
算法服务接口单元用于与外接算法服务模块进行对接。
进一步的，实时计算分析模块包括：数据融合单元、协同计算单元、数据挖掘单元和智能分析单元；
数据融合单元用于通过数据清洗、数据转换、坐标转换、语义映射、关联分析，实现多源数据的融合，生成融合数据；
具体的，数据融合单元首先通过数据清洗、数据转换、坐标投影转换等多源时空数据规整实现多源数据的时空对齐，形成统一时空基准数据集，然后运用时空数据特征-语义映射机制，实现多模态时空数据的规范化语义表达，最后分析异构数据关联性，构建神经网络模型，提取数据间非线性映射关系，实现多源数据融合，为数据计算和分析提供数据基础；
数据挖掘单元用于根据大数据挖掘框架实现多源数据的关联、分类和聚类，生成挖掘数据；
智能分析单元用于根据嵌入的业务智能分析模型和人工智能通用模型对多源数据进行时空预测、空间分析、业务优化和智能决策，生成决策数据；
协同计算单元用于设备端、边端、网端和云端的协同计算，实现数据监测获取、实时处理计算、边云信息同步、云端管理服务，生成协同计算结果数据；
具体的，参考图3，协同计算单元提供设备端、边端、网端、云端的协同计算能力，凭借各自的运算和处理能力，智能地处理计算任务，提升对不同状态做出响应的准确度和效率；在设备端，利用终端设备进行实时监测，基于物联网协议接入边缘计算节点；在边端，通过边缘计算技术实现数据的实时处理与分析计算；在网端，采用多点无缝漫游通信技术，实现高效可靠的边云信息同步；在云端，提供边缘节点管理以及为边缘应用提供核心业务逻辑处理相关服务，利用强大的存储能力和计算能力对复杂模型进行分析计算；
将融合数据、挖掘数据、决策数据、协同计算结果数据打包生成数据分发管理信息。
进一步的，应用工作台构建模块包括：数据分发管理单元、用户组织管理单元、终端接入管理单元和业务逻辑搭建单元；
数据分发管理单元用于接收数据分发管理信息，实现数据的统一管理；
终端接入管理单元用于接收设备分发管理信息，实现设备的统一管理；
用户组织管理单元用于生成用户组织管理信息，实现用户的统一管理；
业务逻辑搭建单元用于设计对应语言和框架的代码生成模板，实现代码自动生成、编译和部署；根据低代码应用构建平台，实现多类型业务逻辑搭建；
具体的，参考图4，业务逻辑搭建单元的工作流程为：通过数据资产生成代码，通过代码和场景组件构建平台，将平台部署至SaaS端，具体过程如下：
业务逻辑搭建单元根据描述信息设计特定语言和框架的代码生成模板，由代码定制化开发模式向低代码自由构建模式转变，实现代码自动生成、编译和部署。根据低代码应用构建平台，实现表单设计器、工艺组态、二维地图、三维地图、报表搭建、视频监控、数据大屏等多类型业务逻辑搭建，满足多行业业务应用需求及多类型系统表现需求；根据描述信息设计特定语言和框架的代码生成模板，实现代码自动生成、编译和部署，并且通过云端技术对构建完成的平台进行多终端应用模式快速发布，实现跨端(移动端、PC端、大屏端)的适配应用。
进一步的，应用部署扩展模块包括：系统部署单元、资源调度单元和应用扩展单元；
系统部署单元用于通过云端技术对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布；
资源调度单元用于利用资源弹性伸缩技术实现局域网、公有云、私有云、混合云多样化部署应用；
应用扩展单元通过业务逻辑搭建单元生成的多类型业务逻辑进行部署调度和扩展应用。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种物联网中台操作系统，其特征在于，包括：设备源、数据源、设备接入管理模块、数据存储共享模块、开放接口模块、实时计算分析模块、应用工作台构建模块和应用部署扩展模块；
设备源与设备接入管理模块连接，设备接入管理模块与应用工作台构建模块连接，数据源与数据存储共享模块连接，数据存储共享模块与实时计算分析模块和开放接口模块连接，实时计算分析模块与应用工作台构建模块和开放接口模块连接，开放接口模块与应用部署扩展模块连接，应用工作台构建模块与应用部署扩展模块连接；
设备接入管理模块用于设备源的统一接入和集中管理，通过设备数据生成设备分发管理信息，并将设备分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
数据存储共享模块用于接收数据源中的多源数据，将多源数据进行解析、存储、交互和共享，并将多源数据传输至实时计算分析模块；
开放接口模块用于提供和扩展各类数据、功能及服务的接口，并将各类接口信息传输至实时计算分析模块供其使用；
实时计算分析模块用于对多源数据进行融合和协同计算，获得数据分发管理信息，并将数据分发管理信息传输至应用工作台构建模块；
应用工作台构建模块用于用以实现数据、用户、终端的有效管理，以及各类可扩展的业务功能逻辑的设计和搭建；
应用部署扩展模块用于对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布，实现多样化部署应用。
2.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，设备源中的设备包括：传感设备、机电设备、执行器件、智能硬件和物联网网关。
3.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，数据源中的数据种类包括：基础地理数据、基础设施数据、模型组件数据、物联感知数据和算法模型数据。
4.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，设备接入管理模块包括：开放设备对接单元、统一编程接口单元和集中控制管理单元；
开放设备对接单元用于实现多种类型通信协议设备的接入，主动获取和被动接收设备接入数据，将设备接入数据传输至统一编程接口单元；
统一编程接口单元用于对不同协议类型进行统一编程接口设计，实现数据采集和数据上传，并将各设备接入和采集数据上传至集中控制管理单元；
集中控制管理单元用于根据各设备数据生成设备分发管理信息。
5.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，数据存储共享模块包括：数据解析单元、数据存储单元、数据交互单元和数据开放单元；
数据解析单元用于多源数据的处理和解析；
数据存储单元用于多源数据的分布式存储；
数据交互单元和数据开放单元用于多源数据与外接设备进行交互和开放共享。
6.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，开放接口模块包括：API接口单元、SDK接口单元和算法服务接口单元；
API接口单元用于与外接API输入进行对接；
SDK接口单元用于与外接SDK输入进行对接；
算法服务接口单元用于与外接算法服务模块进行对接。
7.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，实时计算分析模块包括：数据融合单元、协同计算单元、数据挖掘单元和智能分析单元；
数据融合单元用于通过数据清洗、数据转换、坐标转换、语义映射、关联分析，实现多源数据的融合，生成融合数据；
数据挖掘单元用于根据大数据挖掘框架实现多源数据的关联、分类和聚类，生成挖掘数据；
智能分析单元用于根据嵌入的业务智能分析模型和人工智能通用模型对多源数据进行时空预测、空间分析、业务优化和智能决策，生成决策数据；
协同计算单元用于设备端、边端、网端和云端的协同计算，实现数据监测获取、实时处理计算、边云信息同步、云端管理服务，生成协同计算结果数据；
将融合数据、挖掘数据、决策数据、协同计算结果数据打包生成数据分发管理信息。
8.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，应用工作台构建模块包括：数据分发管理单元、用户组织管理单元、终端接入管理单元和业务逻辑搭建单元；
数据分发管理单元用于接收数据分发管理信息，实现数据的统一管理；
终端接入管理单元用于接收设备分发管理信息，实现设备的统一管理；
用户组织管理单元用于生成用户组织管理信息，实现用户的统一管理；
业务逻辑搭建单元用于设计对应语言和框架的代码生成模板，实现代码自动生成、编译和部署；根据低代码应用构建平台，实现多类型业务逻辑搭建。
9.根据权利要求1所述的物联网中台操作系统，其特征在于，应用部署扩展模块包括：系统部署单元、资源调度单元和应用扩展单元；
系统部署单元用于通过云端技术对构建完成的应用进行多终端应用模式快速发布；
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应用扩展单元通过业务逻辑搭建单元生成的多类型业务逻辑进行部署调度和扩展应用。
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