CN117097589B - 一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，涉及野外工程数据采集技术领域，能支持各种数据传输协议，可快速接入各类传感器设备，并且能灵活的配置数据缓存、上报、汇聚和计算功能，能满足边缘计算的安全防护要求，适合于野外工程结构安全监测。

Description

一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关

技术领域

本发明涉及野外工程数据采集技术领域，具体涉及一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关。

背景技术

当前这种部署在现场的设备接入网关的工作原理是将物联网设备与云端网络连接起来，形成一个物联网系统。物联网设备通过传感器采集环境数据，将数据传输到边缘接入网关，边缘接入网关将数据进行处理和分析，并将处理后的数据传输到云端。云端对数据进行存储、分析和处理，从而实现对物联网设备的远程控制和管理。在智能家居、智能工厂、智慧城市等领域有广泛应用。

现有接入网关有如下缺陷：

1、安全性：大部分接入网关因各种原因，安全防护措施有限，且升级维护不方便。

2、传感器的数据协议杂乱：物联网传感器设备用的协议很多，例如TCP、UDP、RS485、RS232、MQTT、CAN等等。而且每个厂家的协议各不相同，要将设备的数据转换成系统自身的以及归一化的数据，设备协议的适配是繁琐且耗费人力的。

3、对于采样频率高的传感器，数据量是相当大的，而云端对于数据的使用是有各种不同的需求的，如定时保存指定时间段的原始数据，保存计算后的数据，现有的设备接入网关的缓存方式不够灵活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，解决了现有技术中存在的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，包括：设备认证与授权模块、设备接入模块、设备协议分发模块、设备协议快速接入模块以及数据存储同步模块；

所述设备认证与授权模块用于，对第一目标设备进行认证，获取设备认证结果；当设备认证结果为认证通过时，则允许第一目标设备的接入，并进入设备接入模块的处理流程；当设备认证结果为认证失败时，则结束第一目标设备的接入流程；其中，所述设备认证结果包括认证通过或者认证失败；

所述设备接入模块用于，针对设备认证结果为认证通过的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述设备协议分发模块用于，生成设备接入协议，并将设备接入协议分发给连接池中所有的第一目标设备，以使连接池中的第一目标设备根据设备接入协议将数据传输至数据存储同步模块中；

所述设备协议快速接入模块用于，针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，并将数据解析结果传输至数据存储同步模块中；

所述数据存储同步模块用于，根据第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果，进行数据保存以及同步操作。

在一种可能的实时方式中，所述设备接入模块包括第一接入单元以及第二接入单元；

所述第一接入单元用于，针对使用TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述第二接入单元用于，针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入。

在一种可能的实时方式中，针对使用TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

建立TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的目标服务，并指定该目标服务对应的目标端口；以所述目标服务为基础，等待第一目标设备向目标端口发送的第一连接请求；所述第一连接请求中包括第一目标设备的IP地址、端口号以及注册码；

根据第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中进行匹配，确定第一目标设备的连接情况；所述连接情况包括第一目标设备已连接或者第一目标设备未连接；

当连接情况为第一目标设备已连接时，则第一目标设备已完成接入；当连接情况为第一目标设备未连接时，则以第一连接请求中的注册码为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第一目标设备的第一历史认证结果，所述第一历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者情况未知；

当第一历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第一目标设备的第一历史认证结果为情况未知时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第二历史认证结果，所述第二历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者第一目标设备认证未通过；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证未通过时，则拒绝第一目标设备的接入。

在一种可能的实时方式中，针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，所述第一目标设备的接入请求包括设备基本配置信息；

以第一目标设备的接入请求中的设备基本配置信息为基础，为第一目标设备创建MQTT Client对象，并通过MQTT Client对象建立与第一目标设备中MQTT服务的连接，将该MQTT Client对象添加至连接池，完成第一目标设备的接入。

在一种可能的实时方式中，所述设备接入协议包括{起始标志、数据包长度、设施id 、设备id 、命令码、数据块个数、每个数据块的时间戳、每个数据块的数据个数、每个数据块的数据、结束标志}。

在一种可能的实时方式中，针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，包括：

录入不同的设备信息以及不同设备信息对应的设备协议转换器；

针对未使用设备接入协议的第二目标设备，以第二目标设备的设备信息为键值，在录入的设备信息中进行匹配，得到目标设备信息，从而得到目标设备信息对应的设备协议转换器；

采用目标设备信息对应的设备协议转换器对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块包括本地数据库以及数据同步单元；

所述本地数据库用于，将第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果保存至本地；

所述数据同步单元用于，将本地数据库中的数据即时或者定时同步至服务器中。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括采样配置单元，所述采样配置单元用于配置采样属性，所述采样属性包括定时任务、周期任务、采样频率、采样算法以及报警事件同步。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括断网监测单元；

所述断网监测单元用于监测数据同步单元与服务器之间的网络连接是否断开，若是，则确定网络连接断开的时间段，否则继续监测；

在本地数据库中确定网络连接断开的时间段内的所有新增数据，并在网络连接恢复之后，将确定的所有新增数据同步至服务器中。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括规则链单元，所述规则链单元用于存储多条规则链，并根据规则链限制数据存储以及同步过程；

多条规则链包括：

第一规则链：配置采样频率超过1Hz的设备，读取设备采样属性的采样任务，定时同步；

第二规则链：针对以采样频率采集到的数据，抽取预设比例的数据进行同步；

第三规则链：按预设的算法对数据进行处理后，再进行数据同步；

第四规则链：定时删除历史数据；

第五规则链：发生突发事件时，同步突发事件前后指定时间内的数据。

本发明提供的一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，能支持各种数据传输协议，可快速接入各类传感器设备，并且能灵活的配置数据缓存、上报、汇聚和计算功能，能满足边缘计算的安全防护要求，适合于野外工程结构安全监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：

图1为本发明提供的一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关的结构示意图。

图2为本发明提供的设备协议快速接入模块的工作流程示意图。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，包括：设备认证与授权模块、设备接入模块、设备协议分发模块、设备协议快速接入模块以及数据存储同步模块；

所述设备认证与授权模块用于，对第一目标设备进行认证，获取设备认证结果；当设备认证结果为认证通过时，则允许第一目标设备的接入，并进入设备接入模块的处理流程；当设备认证结果为认证失败时，则结束第一目标设备的接入流程；其中，所述设备认证结果包括认证通过或者认证失败；

所述设备接入模块用于，针对设备认证结果为认证通过的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述设备协议分发模块用于，生成设备接入协议，并将设备接入协议分发给连接池中所有的第一目标设备，以使连接池中的第一目标设备根据设备接入协议将数据传输至数据存储同步模块中；

所述设备协议快速接入模块用于，针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，并将数据解析结果传输至数据存储同步模块中；

所述数据存储同步模块用于，根据第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果，进行数据保存以及同步操作。

在一种可能的实时方式中，所述设备接入模块包括第一接入单元以及第二接入单元；

所述第一接入单元用于，针对使用TCP协议（Transmission Control Protocol ，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）以及Modbus协议（串行通信协议）的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述第二接入单元用于，针对使用MQTT（Message Queuing TelemetryTransport，消息队列遥测传输）协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入。

在一种可能的实时方式中，针对使用TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

建立TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的目标服务，并指定该目标服务对应的目标端口；以所述目标服务为基础，等待第一目标设备向目标端口发送的第一连接请求；所述第一连接请求中包括第一目标设备的IP地址、端口号以及注册码；

根据第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中进行匹配，确定第一目标设备的连接情况；所述连接情况包括第一目标设备已连接或者第一目标设备未连接；

当连接情况为第一目标设备已连接时，则第一目标设备已完成接入；当连接情况为第一目标设备未连接时，则以第一连接请求中的注册码为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第一目标设备的第一历史认证结果，所述第一历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者情况未知；

当第一历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第一目标设备的第一历史认证结果为情况未知时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第二历史认证结果，所述第二历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者第一目标设备认证未通过；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证未通过时，则拒绝第一目标设备的接入。

例如：

A.边缘网关建立TCP/UDP server（服务），指定端口，等待设备的连接请求。

B.设备向指定端口发起连接请求。由于设备的IP（Internet Protocol，网络之间互连的协议）和端口不一定是固定的，因此也支持注册码的方式。

C.根据设备配置的IP+端口或注册码查找设备：

遍历模块中的已连接设备表，以IP+端口为键值查找是否存在，存在则找到对应设备，数据则转发到设备对应的converter进行处理；

若没有，则以IP：port（端口）或注册码为键，遍历设备管理下的哈希表，若IP+端口匹配，以IP：port为键，将对应链接保存到已连接设备表中。若是注册码匹配，则以本次链接的IP：port为键保存，直到该链接中断，则已有连接中删除连接。

在表中的连接上传的数据都认为是传输给对应设备的。

在一种可能的实时方式中，针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，所述第一目标设备的接入请求包括设备基本配置信息；

以第一目标设备的接入请求中的设备基本配置信息为基础，为第一目标设备创建MQTT Client对象，并通过MQTT Client（MQTT客户端）对象建立与第一目标设备中MQTT服务的连接，将该MQTT Client对象添加至连接池，完成第一目标设备的接入。

在一种可能的实时方式中，所述设备接入协议包括{起始标志、数据包长度、设施id 、设备id 、命令码、数据块个数、每个数据块的时间戳、每个数据块的数据个数、每个数据块的数据、结束标志}。

本实施例提供了一套可以满足各类传感设备传输遥测数据的设备接入协议。该设备接入协议的协议数据内容采用二进制的传输方式，尤其对于采样频率高的设备，1个数据包中包含了1秒内的多个数据。同样的数据，该设备接入协议的负载有效率较json（JavaScript Object Notation，数据交换格式）、字符串高很多。而且数据的物理量类型也已经包含数据中，不需要严格区分多个物理量的数据的先后顺序。若现场调整设备的顺序、更换设备等，也不需要修改协议或者配置。

而且包含了设施和设备的id（Industrial Design，身份证标识号），也可同时处理多设施的数据，设备id在同一设施下保持唯一即可。

更具体的，本实施例提供的设备接入协议如表1所示。

表1 设备接入协议

名字	数据类型	备注
			起始标志	char	S_Start\0
数据包长度	int	完整采样包长度
			设施id	char	多个设施的情况下，用于区分不同设施
设备id	char	边缘网关内唯一
			命令码	Int	01表示上报采样数据
数据块个数(m)	short	数据块个数（如下蓝色部分）
			数据块0 时间戳ts	int64	精度可到毫秒
数据块0 数据类型	short	数据类型枚举常见的数据类型
			数据块0 数据个数	short	数据个数
数据块0 数据 0	float	-
			数据块0 数据 1	float	-
…	…	-
			数据块0数据 n-1	float	-
...	...	-
			数据块m-1 时间戳ts	int64	精度可到毫秒
数据块m-1 数据类型	short	数据类型见表2
			数据块m-1 数据个数	short	数据个数
数据块m-1 数据 0	float	-
			数据块m-1 数据 1	float	-
…	…	-
			数据块m-1数据 n-1	float	-
结束标志	char	S_End\0

以本实施例提供的设备接入协议为基础，可以采集野外公路工程的多种数据，具体如表2所示。

表2 采样数据类型

编号	采样数据类型	编号	采样数据类型	编号	采样数据类型	编号	采样数据类型
								1	环境温度	19	裂缝张开量	37	速度_竖向	55	电池电压
2	环境湿度	20	高差	38	视频事件	56	电池容量
								3	降雨量	21	照度	39	土压力	57	电池后备时间
4	加速度-轴向横向	22	经度	40	应变_纵桥向	58	垂直风速
								5	加速度-轴向纵向	23	纬度	41	应变_横桥向	59	水平风速
6	加速度-轴向竖向	24	海拔	42	应变_竖向	60	水平风向
								7	倾角-纵桥向	25	水压	43	电压	61	加速度
8	倾角-横桥向	26	高程	44	距离	62	速度
								9	车速	27	位移_纵桥向	45	电流	63	倾角
10	车型	28	位移横桥向	46	UPS	64	位移
								11	左车轴重	29	位移_竖向	47	瞬时流速	65	应变
12	右车轴重	30	方位角	48	瞬时流量	66	应力
								13	车总重	31	沉降	49	供电状态	67	净空高度
14	车轮距	32	顺桥向位移	50	网络状态	68	频率
								15	车道号	33	横桥向位移	51	ups状态	69	动态称重
16	车辆编号	34	水面高度	52	输入电压	70	倾角-竖向
								17	索力	35	速度_纵桥向	53	输出电压	71	振动位移
18	压强	36	速度_横桥向	54	负载百分比	72	微形变

采样频率大于1Hz的设备，1秒内的数据可以组成一个数据块；若一个设备有多个不同含义的数据，则可以组成多个数据块。首先检查起始标志，用于标志数据包的起始，也作为检验。若不正确则抛弃。读出整个数据包长度，该长度包含起始标志到结束标志整个包，用于确认数据包的完整性。一个设施下设备众多，在各设备的属性里配置设施下具备唯一性的设备id。收到数据包则可根据设备id，找到上报数据属于哪个设备。读取数据块个数，数据块个数表示设备的物理量个数。如温湿度计有温度和湿度，数据块个数则为2。读取第一个数据块的数据头。数据头包含了设备该物理量的基本信息：时间戳（精度到毫秒）、数据类型和数据个数。采样频率超过1Hz的，例如10Hz的设备，这个数据个数即为10。接下来就是10个float的遥测数据，为对应时间戳这一秒的数据。接下来读第二个数据块，同上。直到完成所有数据块的处理。

如图2所示，针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，包括：

录入不同的设备信息以及不同设备信息对应的设备协议转换器；

针对未使用设备接入协议的第二目标设备，以第二目标设备的设备信息为键值，在录入的设备信息中进行匹配，得到目标设备信息，从而得到目标设备信息对应的设备协议转换器；

采用目标设备信息对应的设备协议转换器对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果。

例如，设备厂家也可以通过配置和协议解析，快速接入。

设备接入网关中，基于python（计算机编程语言）开发的一有套数据协议解析的软件，可以根据数据类型（如TCP或MQTT）框架，实现协议的解析，同时配置协议所需的通道号、数据中的序号以及设备id等信息。

（1）在网关配置界面创建设备，指定设备的类型(如DTU（Data Transfer unit，数据传输单元）、GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）、磁电式加速度传感器等）、设备生产厂家、设备型号、设备的安装属性（如设备连接采集仪的通道号、设备在上报数据中的设备名或序号等）等。这些信息在步骤（6）中用来查找解析所用converter以及converter从何处解析该设备的数据。

（2）创建边缘网关设备。

（3）在界面上创建拓扑图，根据实际安装情况，连接到边缘网关设备下，若直连到某个DTU或采集仪的传感器设备，则连接到对应DTU或采集仪下。拓扑图标明了传感器和数采之前的物理和逻辑关联关系：数采上报的数据包中包含了哪些传感器的遥测数据。

（4）启动监控。

（5）边缘网关将所有设备加入到设备管理中。

（6）边缘网关接收到遥测数据，在链接管理模块中查找对应设备。再根据设备的信息，以“设备厂家名_model（型号）”为键值，找到对应的converter。不同的converter按照各自的数据协议进行解析。

例如：设备初始化时，建立mqtt客户端，连接到mqtt server（mqtt服务）并订阅指定的topic（标题）。但mqtt server发布数据到该topic时，设备对应的mqtt客户端收到发布的数据。如设备配置的键值属性：{“key”:“data[id=dev_0001]”}，则从JSON中解析data（数据）下的dev_0001的数据，具体为：

对json数据格式有效性进行检查；

从json中获取对象data；

对象data为数组，遍历数组，寻找键值id为dev_0001的数据，获得对应的数据。

设备采样频率低于1Hz的，以{“ts”:时间戳，“values（值）”:{“物理量”：value}}的格式保存。

设备采样频率高于1Hz的，缓存1秒的数据，以{“ts”:时间戳，“values”:{“物理量”：[value1,value2,...,valueN]}}的格式保存。

TCP、UDP类型的数据，根据设备的注册码或指定ip+端口，接收该链接上传的数据（设备注册码或ip+端口需在该边缘网关上唯一）；如设备配置的键值属性：{“channel（信道）”：1}

若厂家数据是二进制的，数据头指定通道个数，数据头后为数据段：每个通道对应一个4字节是浮点数。

查找厂家的converter，解析数据头，获取通道个数。在数据段，依次获取各通道的数据，在DTU下查找键值属性等于各通道号的传感器设备，保存在设备的缓存中。

设备采样频率低于1Hz的，以{“ts”:时间戳，“values”:{“物理量”：value}}的格式保存。

设备采样频率高于1Hz的，缓存1秒的数据，以{“ts”:时间戳，“values”:{“物理量”：[value1,value2,...,valueN]}}的格式保存。

（7）边缘网关将解析后的数据统一成步骤（6）中的JSON格式上传。

（8）从界面的拓扑上，可下发设备私有命令到设备。例如配置设备遥测系数、采样周期、频率等等。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块包括本地数据库以及数据同步单元；

所述本地数据库用于，将第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果保存至本地；

所述数据同步单元用于，将本地数据库中的数据即时或者定时同步至服务器中。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括采样配置单元，所述采样配置单元用于配置采样属性，所述采样属性包括定时任务、周期任务、采样频率、采样算法以及报警事件同步。报警事件同步用于表征设备遥测数据超过阈值，触发报警事件。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括断网监测单元；

所述断网监测单元用于监测数据同步单元与服务器之间的网络连接是否断开，若是，则确定网络连接断开的时间段，否则继续监测；

在本地数据库中确定网络连接断开的时间段内的所有新增数据，并在网络连接恢复之后，将确定的所有新增数据同步至服务器中。

设备上报的原始数据保存到本地数据库中，若与云服务器的网络连接中断后恢复，中断这个期间的数据可自动同步到云服务器。

原始数据的同步则有多种灵活的方式，可通过配置，选择性的同步到云服务器侧。

在一种可能的实时方式中，所述数据存储同步模块还包括规则链单元，所述规则链单元用于存储多条规则链，并根据规则链限制数据存储以及同步过程；

多条规则链包括：

第一规则链：配置采样频率超过1Hz的设备，读取设备采样属性的采样任务，定时同步；如每天0点-1点，12点到13点进行同步。或按采样属性，周期性的同步，如每间隔1个小时，采样10分钟。

第二规则链：针对以采样频率采集到的数据，抽取预设比例的数据进行同步；即降低采样频率后的数据，如原始数据是50Hz，抽取后按10Hz上报。

第三规则链：按预设的算法对数据进行处理后，再进行数据同步；例如，按预设的算法将多个索力设备的数据计算成一个索力值。

第四规则链：定时删除历史数据；如删除超过半年的加速度数据。

第五规则链：发生突发事件时，同步突发事件前后指定时间内的数据。如发生了地震等地质灾害，同步灾害发生前后半小时数据。

设备接入需认证和授权。接入网关向设备厂家提供安全证书，设备接入时：向接入网关发送一个随机数、加密方法和版本等信息；接入网关向设备回一个随机数、加密方法和版本、证书。设备验证证书合法性后，生成一个用证书的公钥加密后的随机数，发送给接入网关；接入网关生成公钥并发送给设备，之后数据用公钥加密。如此，对设备的接入进行了认证，对设备的数据进行了加密和校验。

本发明提供了一种适用于桥梁隧道监测的设备接入协议，该设备接入协议可应用在各类设备上。可支持多个设施、多个设备，可同时支持动态设备（采样频率高于1Hz）和采样频率低的设备。设备接入时，可采用设备接入协议接入，也可使用自己已有的协议。对后者，可根据一些数据协议以及设备属性的定义，来快速完成设备协议的接入。并且可在现场实时的查看数据接入的效果，大幅降低了接入难度，减少了设备接入的工作量。

保存在接入网关本地的原始数据，可根据配置，实现各种灵活的数据同步模式，减少了云服务器的数据保存压力，也减轻了云服务器侧的网络压力，而同时原始数据依然保存在可随时获取的接入网关本地。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，其特征在于，包括：设备认证与授权模块、设备接入模块、设备协议分发模块、设备协议快速接入模块以及数据存储同步模块；

所述设备认证与授权模块用于，对第一目标设备进行认证，获取设备认证结果；当设备认证结果为认证通过时，则允许第一目标设备的接入，并进入设备接入模块的处理流程；当设备认证结果为认证失败时，则结束第一目标设备的接入流程；其中，所述设备认证结果包括认证通过或者认证失败；

所述设备接入模块用于，针对设备认证结果为认证通过的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述设备协议分发模块用于，生成设备接入协议，并将设备接入协议分发给连接池中所有的第一目标设备，以使连接池中的第一目标设备根据设备接入协议将数据传输至数据存储同步模块中；

所述设备协议快速接入模块用于，针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，并将数据解析结果传输至数据存储同步模块中；

所述数据存储同步模块用于，根据第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果，进行数据保存以及同步操作；

所述设备接入模块包括第一接入单元以及第二接入单元；

所述第一接入单元用于，针对使用TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

所述第二接入单元用于，针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入；

针对使用TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

建立TCP协议、UDP协议以及Modbus协议的目标服务，并指定该目标服务对应的目标端口；以所述目标服务为基础，等待第一目标设备向目标端口发送的第一连接请求；所述第一连接请求中包括第一目标设备的IP地址、端口号以及注册码；

根据第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中进行匹配，确定第一目标设备的连接情况；所述连接情况包括第一目标设备已连接或者第一目标设备未连接；

当连接情况为第一目标设备已连接时，则第一目标设备已完成接入；当连接情况为第一目标设备未连接时，则以第一连接请求中的注册码为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第一目标设备的第一历史认证结果，所述第一历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者情况未知；

当第一历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第一目标设备的第一历史认证结果为情况未知时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在历史设备认证结果中进行匹配，确定第二历史认证结果，所述第二历史认证结果包括第一目标设备认证通过或者第一目标设备认证未通过；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证通过时，则以第一连接请求中的IP地址以及端口号为键值，在连接池中建立第一目标设备对应的链接；

当第二历史认证结果为第一目标设备认证未通过时，则拒绝第一目标设备的接入；

针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，并根据该接入请求将第一目标设备加入连接池中，完成第一目标设备的接入，包括：

针对使用MQTT协议的第一目标设备，接收第一目标设备的接入请求，所述第一目标设备的接入请求包括设备基本配置信息；

以第一目标设备的接入请求中的设备基本配置信息为基础，为第一目标设备创建MQTTClient对象，并通过MQTT Client对象建立与第一目标设备中MQTT服务的连接，将该MQTTClient对象添加至连接池，完成第一目标设备的接入；

所述设备接入协议包括{起始标志、数据包长度、设施id 、设备id 、命令码、数据块个数、每个数据块的时间戳、每个数据块的数据个数、每个数据块的数据、结束标志}；

针对未使用设备接入协议的第二目标设备，对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果，包括：

录入不同的设备信息以及不同设备信息对应的设备协议转换器；

针对未使用设备接入协议的第二目标设备，以第二目标设备的设备信息为键值，在录入的设备信息中进行匹配，得到目标设备信息，从而得到目标设备信息对应的设备协议转换器；

采用目标设备信息对应的设备协议转换器对第二目标设备所述传输的数据进行解析，得到数据解析结果。

2.根据权利要求1所述的应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，其特征在于，所述数据存储同步模块包括本地数据库以及数据同步单元；

所述本地数据库用于，将第一目标设备传输的数据以及第二目标设备传输的数据所对应的数据解析结果保存至本地；

所述数据同步单元用于，将本地数据库中的数据即时或者定时同步至服务器中。

3.根据权利要求2所述的应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，其特征在于，所述数据存储同步模块还包括采样配置单元，所述采样配置单元用于配置采样属性，所述采样属性包括定时任务、周期任务、采样频率、采样算法以及报警事件同步。

4.根据权利要求2所述的应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，其特征在于，所述数据存储同步模块还包括断网监测单元；

所述断网监测单元用于监测数据同步单元与服务器之间的网络连接是否断开，若是，则确定网络连接断开的时间段，否则继续监测；

在本地数据库中确定网络连接断开的时间段内的所有新增数据，并在网络连接恢复之后，将确定的所有新增数据同步至服务器中。

5.根据权利要求2所述的应用于野外公路工程的多通道多协议设备接入网关，其特征在于，所述数据存储同步模块还包括规则链单元，所述规则链单元用于存储多条规则链，并根据规则链限制数据存储以及同步过程；

多条规则链包括：

第一规则链：配置采样频率超过1Hz的设备，读取设备采样属性的采样任务，定时同步；

第二规则链：针对以采样频率采集到的数据，抽取预设比例的数据进行同步；

第三规则链：按预设的算法对数据进行处理后，再进行数据同步；

第四规则链：定时删除历史数据；

第五规则链：发生突发事件时，同步突发事件前后指定时间内的数据。