CN117176511A - 面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统及其汇聚方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统，包括操作系统、通用工具接口模块、硬件抽象模块、外设管理模块、连接状态管理模块和数据按需转发模块，适配的接入设备包括：无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机。本发明解决了复杂环境中多类型外设数据接入、汇聚和预处理的问题。

Description

面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统及其汇聚方法

技术领域

本发明涉及物联网平台技术领域，具体而言，涉及一种智慧园区场景下多源异构数据自动汇聚系统及其汇聚方法。

背景技术

由于部署方式和应用场景不同，各类物联网平台所接入的设备形式多样，加之缺乏统一的标准规范约束，各型号接入设备的接口、总线、协议各异，数据类型、结构日渐复杂，给数据的汇聚带来了新的挑战。

在智慧园区领域，接入设备未知性较强，各个设备的接入方式和通讯协议不一致，部分设备直接接入物联网平台，部分设备需要直连云平台或者通过多级网关接入，如何解决设备接入复杂多样化和碎片化难题，以尽量方便的方式接入各种不同的设备、应用系统，保持灵活性，更快匹配用户需求。

在智慧园区领域，目前多采用无差别的方式将不同来源的数据统一汇聚到大数据平台，这种架构无法根据处理规则、数据来源或数据内容进行高效本地处理，不能自动判断各类传感器数据的设备运行数据和设备采集数据中存在的异常情况，对可能发生的事件进行判断和提前预警，数据汇聚系统处理效率低，实时性不高。

中国发明专利CN111753007A公开了一种多系统下可插拔式组件数据汇聚系统及汇聚方法，汇聚系统中汇聚服务器采集的数据流来源于系统网络，仅支持网络协议，中国发明专利CN112883095A公开了多源异构数据汇聚的方法、系统、设备以及存储介质，所述数据接口中FTP接口、Web Service接口，均为基于网络的协议或组件。但是以上两种汇聚系统只完成了网络通信协议转换，不能处理和传输多种其他类型协议，不能适用于XX等通信接口复杂的应用场景。

中国发明专利CN114498927A公开了一种输电线路多参量感知数据汇聚系统、方法及装置，数据汇聚方面，主控单元接收远程通信单元以及本地通信单元发送的多参量感知数据；数据转发方面，远程通信单元进行各类远程感知终端数据的可靠转发。该专利虽然进行了通信协议的转换，但数据流汇聚、转发方向固定，无法实现外设间自定义数据转发。

因此，目前需要提供面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统及其汇聚方法以克服上述问题，可以突破接入设备和数据源之间接口总线、通信协议和数据格式限制，在设备边缘实现执行模型的推断和预测，从而提升用户边缘侧数据采集、处理、响应效率，重点提升接入设备和数据源之间互联互通、数据汇聚和计算能力。

发明内容

本发明的目的在于提出面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统及其汇聚方法，以解决复杂环境中多类型外设数据接入、汇聚和预处理的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统，包括操作系统、通用工具接口模块、硬件抽象模块、外设管理模块、连接状态管理模块和数据按需转发模块，适配的接入设备包括：无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机，其中：

操作系统，用于构建网络桥接设备，将多个有线、无线物理网口连接成一个虚拟网段，实现网络数据的转发和通信；将网络桥接设备设置为无线访问点，汇聚系统作为无线网关支持多台Wi-Fi设备的接入，并向这些Wi-Fi设备提供网络连接服务，支持WPA-PSK/WPA2-PSK认证和加密；以及向网络中的客户端分配IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器参数；

通用工具接口模块，用于提供启动参数读写方法，基于第三方集成库jsoncpp，提供json文件读取、json文件读写入接口；提供获取毫秒级时间戳、网络电缆连接检测、无线局域网扫描发现、获取网络接口配置、shell脚本执行成功检查的函数；以及提供ARP缓存设置、ARP缓存设置获取、外设连接状态设置、外设连接状态设置获取、外设文件句柄添加、外设文件句柄获取、外设文件句柄删除、数据队列添加、数据队列获取、数据队列删除、系统状态监控设置、系统状态监控获取的方法；

硬件抽象模块，用于提供串行接口库、网络库和显示管理库，其中串行接口库为串行接口类外设提供初始化参数配置，支持波特率、超时时间、数据位、奇偶校验位、停止位、流量控制配置，提供串行接口打开状态检测、串行接口输入缓存刷新、串行接口读取、串行接口写入、串行接口关闭的接口；网络库为网络类外设提供初始化参数配置，提供连接状态检测、网络套接字读取、网络套接字写入的接口；显示管理库为显示类外设提供分辨率、刷新率、旋转方式、坐标位置、指定输出端口的设置接口；

外设管理模块，用于解析外设白名单列表，根据外设名称键值对、外设是否使能键值对，加载无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机的业务逻辑；

连接状态管理模块，用于获取局域网内手持终端、PC机ARP信息，调用局域网扫描shell脚本，读取ARP缓存文件，丢弃异常数据，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置接口，保存ARP缓存列表，格式为标准json数据，其中ARP缓存列表每一个元素有三个键值对，其数值分别代表IP地址、在线状态和MAC地址；输出无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机连接状态到json文件，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将外设连接状态数据按定义的路径和名称生成json文件；以及输出局域网内手持终端、PC机ARP信息到json文件，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置获取方法，得到json格式的局域网内手持终端、PC机ARP信息数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将局域网内手持终端、PC机ARP信息按定义的路径和名称生成json文件；

数据按需转发模块，用于调用通用工具接口模块中数据队列获取方法，从双端队列队首获取一个标准的结构化数据元素，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，若目的外设键值对数值为空，则根据外设数据流方向列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据；根据目的外设关联的单个外设，调用对应的外设数据发送接口，将源数据作为参数传递给外设数据发送接口，将数据流发送到目的外设；调用通用工具接口模块中数据队列删除方法，从双端队列队首删除一个标准的结构化数据元素。

进一步的，无线全景摄像头通过Wi-Fi连接数据自动汇聚系统，无人机数传模块通过USB Type-A转TTL串行接口连接数据自动汇聚系统，语音播报器通过DB9 RS-232串行接口连接数据自动汇聚系统，AR眼镜通过USB Type-C Display Port接口连接数据自动汇聚系统，手持终端通过Wi-Fi连接数据自动汇聚系统，PC机通过以太网RJ45连接数据自动汇聚系统。

进一步的，在部署数据自动汇聚系统前，需对操作系统进行修改适配，主要包括内核适配、文件系统适配和系统应用适配，其中：

内核适配：获取外设驱动，编译驱动、生成驱动模块并集成到内核中，确保内核支持DHCP、防火墙的配置和管理和网络桥接；

文件系统适配：修改Linux、Android、Ubuntu根文件系统，配置用户名、账号密码、主机名、壁纸；

系统应用适配：部署dhcpd、hostapd、brctl、nginx网络服务并设置自启动，部署gcc、g++、cmake编译工具链，部署mjpg-streamer组件。

进一步的，通用工具接口模块初始化时，按定义的路径和文件名从标准json数据文件中读取系统默认启动参数，包括TCP服务器端口号、外设白名单列表、外设连接端口列表和外设数据流方向列表，当用户需要修改、新增或减少系统参数时，仅需修改json文件，不需要进行整体工程编译，其中：

以键值对的方式表示TCP服务器端口号，使用冒号分隔名称和数值；以数组的方式表示外设白名单列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设是否使能键值对；以数组的方式表示外设数据流列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了源外设键值对和目的外设键值对；以数组的方式表示外设连接端口列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设连接端口键值对。

进一步的，外设管理模块初始化时，解析通用工具接口模块中外设白名单列表，根据列表中每个元素的外设名称键值对、外设是否使能键值对数值，顺序执行白名单外设初始化序列，初始化无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机，若初始化失败，则提示出错外设并退出初始化序列，其中：

无线全景摄像头初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无线全景摄像头键值对，获取无线全景摄像头连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束；无线全景摄像头进入业务逻辑后，首先，调用通用工具接口模块无线局域网扫描发现接口，判断无线全景摄像头无线接入点是否已经建立，若无线接入点已建立，则控制无线全景摄像头连接网口连接到无线接入点，获取IP地址，配置网络防火墙，允许网络数据包从无线全景摄像头转发到自动汇聚系统，此时无线全景摄像头处于已连接状态；若无线接入未建立，则等待，此时无线全景摄像头处于未连接状态；调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置无线全景摄像头连接状态；

无人机数传模块初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无人机数传模块键值对，获取无人机数传模块连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象模块串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置无人机数传模块状态为已连接，否则提示出错并结束；进入无人机数传模块业务逻辑后，首先，调用硬件抽象模块串行接口库的读取接口并按无人机数传模块协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，最后，调用通用工具接口模块数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾；无人机数传模块同时提供数据发送接口，外设数据发送接口按无人机数传模块协议转换数据，再调用硬件抽象模块串行接口库的写入接口，实现向无人机数传模块发送数据；

语音播报器初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为语音播报器键值对，获取外设语音播报器连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象模块串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设语音播报器状态为已连接，否则提示出错并结束；语音播报器同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设语音播报器协议转换数据，再调用硬件抽象模块串行接口库的写入接口，实现向语音播报器发送数据；

AR眼镜初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为AR眼镜键值对，获取外设AR眼镜连接投屏端口键值对数值，若投屏端口合法，则调用硬件抽象模块显示库参数配置接口，动态调整和配置自动汇聚系统输出屏幕分辨率、屏幕位置和刷新率等参数，否则提示出错并结束；进入AR眼镜业务逻辑后，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设AR眼镜状态为已连接；

手持终端初始化时，解析通用工具接口模块中TCP服务器端口号键值对数值，调用硬件抽象模块网络库完成网络套接字服务初始化；进入手持终端业务逻辑后，创建两个子线程：外设连接状态发送线程和网络数据接收线程，并将创建的两个子线程分离，使得两个线程可以独立运行，外设连接状态发送线程，周期性调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用外设手持终端数据发送接口，将外设连接状态数据发送到手持终端设备；网络数据接收线程，首先，调用硬件抽象模块网络库的读取接口并按外设手持终端协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，最后，调用通用工具接口模块数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾；手持终端同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设手持终端协议转换数据，再调用硬件抽象模块网络库的写入接口，实现向外设手持终端发送数据；

外设PC机初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为PC机键值对，获取外设PC机连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束；进入外设PC机业务逻辑后，首先，调用通用工具接口模块网络电缆连接检测接口，判断PC机网口是否有网线接入，若网口有网线接入，则外设PC机处于已连接状态；若网口无网线接入，则等待，此时外设PC机处于未连接状态，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设PC机连接状态。

进一步的，数据按需转发模块初始化时，解析通用工具接口模块中用户自定义的外设数据流方向列表，根据列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据，格式为标准json数据，每一个元素有两个键值对，其数值分别代表源外设和目的外设；

在智慧园区场景下，自定义外设数据流方向列表如下：

源外设：无线全景摄像头，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：语音播报器；

源外设：无人机数传模块，目的外设：手持终端；

源外设：AR眼镜，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：无人机数传模块。

一种面向智慧园区的数据自动汇聚方法，基于所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，基于所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，基于所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）通用工具接口提供多功能、通用、与业务无关的数据接口，可以实现TCP服务器端口号配置、外设白名单配置、外设连接端口配置和外设数据流方向配置，当用户需要修改、新增或减少系统参数时，不需要进行整体工程编译，模块化设计，部署快速，实施条件简单。（2）采用多线程架构，可以兼容Ubuntu、Linux、Android等操作系统，也可以兼容32位、64位处理器平台，满足不同业务系统数据汇聚需求。

附图说明

图1是本发明多源异构数据自动汇聚系统面向智慧园区场景图；

图2是本发明通用工具接口模块系统默认启动参数；

图3是本发明外设数据接收、处理与转发业务逻辑。

实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统，包括操作系统层、通用工具接口层、硬件抽象层、外设管理层、连接状态管理层和数据按需转发层。适配的接入设备包括：无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机。如图1所示，面向智慧园区的数据自动汇聚系统，无线全景摄像头通过Wi-Fi连接自动汇聚系统，其中无线全景摄像头工作在无线接入点模式，自动汇聚系统工作在站点模式；无人机数传模块通过USB Type-A转TTL串行接口连接自动汇聚系统；语音播报器通过DB9 RS-232串行接口连接自动汇聚系统；AR眼镜通过USB Type-C Display Port接口连接自动汇聚系统，其中自动汇聚系统工作在输出模式，AR眼镜工作在输入模式；手持终端通过Wi-Fi连接自动汇聚系统，其中自动汇聚系统工作在无线接入点模式，手持终端工作在站点模式；PC机通过以太网RJ45连接自动汇聚系统。

（1）操作系统

操作系统作为汇聚系统的底座，屏蔽了应用和硬件之间的差异。在部署自动汇聚系统前，需对操作系统进行修改适配，主要包括内核适配、文件系统适配和系统应用（服务）适配，其中：

内核适配：与无人机数传模块等外设厂家紧密结合，获取无人机数传模块USBType-A转TTL串行接口驱动等外设驱动，编译驱动、生成驱动模块并集成到内核中，确保内核已支持DHCP、防火墙的配置和管理、网络桥接等网络特性。

文件系统适配：修改Linux、Android、Ubuntu等根文件系统，配置用户名、账号密码、主机名、壁纸等个性化参数。

系统应用（服务）适配：部署dhcpd、hostapd、brctl、nginx等网络服务并设置自启动，部署gcc、g++、cmake等编译工具链，部署mjpg-streamer组件。

操作系统启动后，新建一个网络桥接设备，将多个有线、无线物理网口连接成一个虚拟网段，实现网络数据的转发和通信；将网络桥接设备设置为无线访问点，汇聚系统作为无线网关支持多台Wi-Fi设备的接入，并向这些Wi-Fi设备提供网络连接服务，支持WPA-PSK/WPA2-PSK认证和加密；向网络中的客户端分配IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等网络参数，客户端在接入网络时获得正确的网络配置。

（2）通用工具接口层

通用工具接口模块初始化时，按定义的路径和文件名从标准json数据文件中读取系统默认启动参数，如图2所示，包括TCP服务器端口号、外设白名单列表、外设连接端口列表和外设数据流方向列表。当用户需要修改、新增或减少系统参数时，仅需修改json文件，不需要进行整体工程编译。其中自动汇聚系统与手持终端进行通信时，会通过TCP服务器端口号进行程序识别和定位。以键值对的方式表示TCP服务器端口号，使用冒号分隔名称和数值；以数组的方式表示外设白名单列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设是否使能键值对；以数组的方式表示外设数据流列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了源外设键值对和目的外设键值对；以数组的方式表示外设连接端口列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设连接端口键值对。

通用工具接口模块提供启动参数读写方法，基于第三方集成库jsoncpp，提供json文件读取、json文件读写入接口。提供获取毫秒级时间戳、网络电缆连接检测、无线局域网扫描发现、获取网络接口配置、shell脚本执行成功检查等公用、与业务无关的函数。提供ARP缓存设置、ARP缓存设置获取、外设连接状态设置、外设连接状态设置获取、外设文件句柄添加、外设文件句柄获取、外设文件句柄删除、数据队列添加、数据队列获取、数据队列删除、系统状态监控设置、系统状态监控获取等内部成员变量访问方法。

（3）硬件抽象层

硬件抽象模块提供串行接口库，网络库支持TCP/UDP协议、HTTP/Websocket协议等常用网络协议，以及显示管理库，其中：

串行接口库为无人机数传模块、语音播报器等串行接口类外设提供初始化参数配置，支持波特率、超时时间、数据位、奇偶校验位、停止位、流量控制配置，提供串行接口打开状态检测，提供串行接口输入缓存刷新、串行接口读取、串行接口写入、串行接口关闭等接口。

网络库支持TCP/UDP协议、HTTP/Websocket协议等常用网络协议，为手持终端、PC机等网络类外设提供初始化参数配置，提供连接状态检测、网络套接字读取、网络套接字写入等接口。

显示管理库，为AR眼镜等显示类外设提供分辨率、刷新率、旋转方式、坐标位置、指定输出端口等设置接口。

（4）外设管理层

外设管理模块初始化时，解析通用工具接口模块中外设白名单列表，根据列表中每个元素的外设名称键值对、外设是否使能键值对数值，顺序执行白名单外设初始化序列，初始化无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机等外设，若初始化失败，则提示出错外设并退出初始化序列。

进入外设管理模块业务逻辑后，解析通用工具接口模块中外设白名单列表，根据列表中每个元素的外设名称键值对、外设是否使能键值对数值，顺序加载无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机等外设业务逻辑。外设管理模块创建子线程（包括无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机的各业务子线程）并将创建的子线程从父线程中分离，使得该线程可以独立运行，不再依赖于父线程的存在。当一个线程被分离后，父线程不再等待子线程的完成，而是可以继续执行其他任务，子线程会在后台独立地运行，直到它自己完成。外设管理模块子线程进入周期性循环，在循环中采集、输出自动汇聚系统运行状态参数，包括CPU核心温度、CPU使用率和内存使用率。基于通用工具接口模块中定义的TCP服务器端口号，用户使用手持终端或PC机连接到自动汇聚系统后，即可接收到自动汇聚系统运行状态参数。

外设无线全景摄像头初始化，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无线全景摄像头键值对，获取外设无线全景摄像头连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束。

进入外设无线全景摄像头业务逻辑，创建无线全景摄像头周期循环子线程，并将新创建的无线全景摄像头周期循环子线程与无线全景摄像头业务线程分离，使得该子线程可以独立运行，外设无线全景摄像头创建的子线程进入周期循环。首先，调用通用工具接口模块无线局域网扫描发现接口，判断无线全景摄像头无线接入点是否已经建立，若无线接入点已建立，则控制外设无线全景摄像头连接网口连接到无线接入点，获取IP地址，配置网络防火墙，允许网络数据包从无线全景摄像头转发到自动汇聚系统，此时外设无线全景摄像头处于已连接状态；若无线接入未建立，则等待，此时外设无线全景摄像头处于未连接状态。调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设无线全景摄像头连接状态。

外设无人机数传模块初始化，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无人机数传模块键值对，获取外设无人机数传模块连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象层串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流等参数，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设无人机数传模块状态为已连接；否则提示出错并结束。

进入外设无人机数传模块业务逻辑，创建无人机数传模块阻塞式循环子线程，并将新创建的无人机数传模块阻塞式循环子线程与无人机数传模块业务线程分离，使得该子线程可以独立运行，外设无人机数传模块创建的子线程进入阻塞式循环。首先，调用硬件抽象层串行接口库的读取接口并按外设无人机数传模块协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设。最后，调用通用工具接口层数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾。

外设无人机数传模块同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设无人机数传模块协议转换数据，再调用硬件抽象层串行接口库的写入接口，实现向外设无人机数传模块发送数据。

外设语音播报器初始化，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为语音播报器键值对，获取外设语音播报器连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象层串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流等参数，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设语音播报器状态为已连接；否则提示出错并结束。

外设语音播报器同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设语音播报器协议转换数据，再调用硬件抽象层串行接口库的写入接口，实现向外设语音播报器发送数据。

外设AR眼镜初始化，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为AR眼镜键值对，获取外设AR眼镜连接投屏端口键值对数值，若投屏端口合法，则调用硬件抽象层显示库参数配置接口，动态调整和配置自动汇聚系统输出屏幕分辨率、屏幕位置和刷新率等参数，否则提示出错并结束。

进入外设AR眼镜业务逻辑，创建AR眼镜阻塞式循环子线程，并将新创建的AR眼镜阻塞式循环子线程与AR眼镜业务线程分离，使得该子线程可以独立运行，外设AR眼镜创建的子线程进入阻塞式循环。调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设AR眼镜状态为已连接。

外设手持终端初始化，解析通用工具接口模块中TCP服务器端口号键值对数值，调用硬件抽象层网络库完成网络套接字服务初始化。

进入外设手持终端业务逻辑，创建两个子线程：外设连接状态发送线程和网络数据接收线程，并将创建的两个子线程分离，使得两个线程可以独立运行。外设连接状态发送线程，周期性调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用外设手持终端数据发送接口，将外设连接状态数据发送到手持终端设备。网络数据接收线程，首先，调用硬件抽象层网络库的读取接口并按外设手持终端协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设。最后，调用通用工具接口层数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾。

外设手持终端同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设手持终端协议转换数据，再调用硬件抽象层网络库的写入接口，实现向外设手持终端发送数据。

外设PC机初始化，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为PC机键值对，获取外设PC机连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束。

进入外设PC机业务逻辑，创建PC机周期循环子线程，并将新创建的PC机周期循环子线程与PC机业务线程分离，使得该子线程可以独立运行，外设PC机创建的子线程进入周期循环。首先，调用通用工具接口模块网络电缆连接检测接口，判断PC机网口是否有网线接入，若网口有网线接入，则外设PC机处于已连接状态；若网口无网线接入，则等待，此时外设PC机处于未连接状态。调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设PC机连接状态。

（5）连接状态管理模块

连接状态管理模块无需初始化。进入连接状态模块业务逻辑，连接状态模块创建连接状态管理模块周期性循环子线程，并新创建的连接状态管理模块周期性循环子线程与连接状态管理模块业务线程分离，使得该子线程可以独立运行，连接状态管理模块子线程进入周期性循环，在循环中通用工具接口模块中获取毫秒级时间戳函数，配合系统延时函数，防止循环周期过短。

首先，获取局域网内手持终端、PC机ARP信息，调用局域网扫描shell脚本，读取ARP缓存文件，丢弃异常数据，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置接口，保存ARP缓存列表，格式为标准json数据，ARP缓存列表每一个元素有三个键值对，其数值分别代表IP地址、在线状态和MAC地址。

接着，输出外设无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机连接状态到json文件，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将外设连接状态数据按定义的路径和名称生成json文件。

最后，输出局域网内手持终端、PC机ARP信息到json文件，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置获取方法，得到json格式的局域网内手持终端、PC机ARP信息数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将局域网内手持终端、PC机ARP信息按定义的路径和名称生成json文件。

（6）数据按需转发层

数据按需转发模块初始化时，解析通用工具接口模块中用户自定义的外设数据流方向列表，根据列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据，格式为标准json数据，每一个元素有两个键值对，其数值分别代表源外设和目的外设。

在智慧园区场景下，用户可自定义如下的外设数据流方向列表：

源外设：无线全景摄像头，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：语音播报器；

源外设：无人机数传模块，目的外设：手持终端；

源外设：AR眼镜，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：无人机数传模块。

进入数据按需转发模块业务逻辑，数据按需转发模块创建子线程并将创建的子线程分离，使得该线程可以独立运行，数据按需转发模块子线程进入周期性循环。首先，调用通用工具接口模块中数据队列获取方法，从双端队列队首获取一个标准的结构化数据元素，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设。若目的外设键值对数值为空，则根据外设数据流方向列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据。

接着，根据目的外设关联的单个外设，调用对应的外设数据发送接口，将源数据作为参数传递给外设数据发送接口，将数据流发送到目的外设。

最后，调用通用工具接口模块中数据队列删除方法，从双端队列队首删除一个标准的结构化数据元素。

一种面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚方法，具体步骤如下：

初始化系统日志，基于第三方集成库plog，按定义的路径和名称生成日志文件，定义日志单个文件大小及数量上限，若超过定义的阈值则进行日志截取、日志文件滚动。

顺序执行工具接口模块、外设管理模块、连接状态管理模块、数据按需转发模块初始化序列，初始化无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机等外设模块，若单个模块初始化成功，则加载对应模块业务逻辑；否则，提示出错模块并退出初始化序列。

如图3所示，外设数据接收、处理与转发时，外设管理层中各个外设读取并按外设协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，将标准json数据存入双端队列队尾。数据按需转发层从双端队列队首获取一个标准的结构化数据元素，格式为标准json数据，若目的外设键值对数值为空，则使用外设数据流方向列表数据中源外设关联的目的外设。根据目的外设关联的单个外设，调用对应的外设数据发送接口，将源数据作为参数传递给外设数据发送接口，将数据流发送到目的外设。

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。

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

Claims (9)

1.一种面向智慧园区的多源异构数据自动汇聚系统，其特征在于，包括操作系统、通用工具接口模块、硬件抽象模块、外设管理模块、连接状态管理模块和数据按需转发模块，适配的接入设备包括：无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机，其中：

操作系统，用于构建网络桥接设备，将多个有线、无线物理网口连接成一个虚拟网段，实现网络数据的转发和通信；将网络桥接设备设置为无线访问点，汇聚系统作为无线网关支持多台Wi-Fi设备的接入，并向这些Wi-Fi设备提供网络连接服务，支持WPA-PSK/WPA2-PSK认证和加密；以及向网络中的客户端分配IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器参数；

通用工具接口模块，用于提供启动参数读写方法，基于第三方集成库jsoncpp，提供json文件读取、json文件读写入接口；提供获取毫秒级时间戳、网络电缆连接检测、无线局域网扫描发现、获取网络接口配置、shell脚本执行成功检查的函数；以及提供ARP缓存设置、ARP缓存设置获取、外设连接状态设置、外设连接状态设置获取、外设文件句柄添加、外设文件句柄获取、外设文件句柄删除、数据队列添加、数据队列获取、数据队列删除、系统状态监控设置、系统状态监控获取的方法；

硬件抽象模块，用于提供串行接口库、网络库和显示管理库，其中串行接口库为串行接口类外设提供初始化参数配置，支持波特率、超时时间、数据位、奇偶校验位、停止位、流量控制配置，提供串行接口打开状态检测、串行接口输入缓存刷新、串行接口读取、串行接口写入、串行接口关闭的接口；网络库为网络类外设提供初始化参数配置，提供连接状态检测、网络套接字读取、网络套接字写入的接口；显示管理库为显示类外设提供分辨率、刷新率、旋转方式、坐标位置、指定输出端口的设置接口；

外设管理模块，用于解析外设白名单列表，根据外设名称键值对、外设是否使能键值对，加载无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机的业务逻辑；

连接状态管理模块，用于获取局域网内手持终端、PC机ARP信息，调用局域网扫描shell脚本，读取ARP缓存文件，丢弃异常数据，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置接口，保存ARP缓存列表，格式为标准json数据，其中ARP缓存列表每一个元素有三个键值对，其数值分别代表IP地址、在线状态和MAC地址；输出无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机连接状态到json文件，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将外设连接状态数据按定义的路径和名称生成json文件；以及输出局域网内手持终端、PC机ARP信息到json文件，调用通用工具接口模块中ARP缓存设置获取方法，得到json格式的局域网内手持终端、PC机ARP信息数据，再调用通用工具接口模块中json文件读写入接口，将局域网内手持终端、PC机ARP信息按定义的路径和名称生成json文件；

数据按需转发模块，用于调用通用工具接口模块中数据队列获取方法，从双端队列队首获取一个标准的结构化数据元素，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，若目的外设键值对数值为空，则根据外设数据流方向列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据；根据目的外设关联的单个外设，调用对应的外设数据发送接口，将源数据作为参数传递给外设数据发送接口，将数据流发送到目的外设；调用通用工具接口模块中数据队列删除方法，从双端队列队首删除一个标准的结构化数据元素。

2.根据权利要求1所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，其特征在于，无线全景摄像头通过Wi-Fi连接数据自动汇聚系统，无人机数传模块通过USB Type-A转TTL串行接口连接数据自动汇聚系统，语音播报器通过DB9 RS-232串行接口连接数据自动汇聚系统，AR眼镜通过USB Type-C Display Port接口连接数据自动汇聚系统，手持终端通过Wi-Fi连接数据自动汇聚系统，PC机通过以太网RJ45连接数据自动汇聚系统。

3.根据权利要求1所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，其特征在于，在部署数据自动汇聚系统前，需对操作系统进行修改适配，主要包括内核适配、文件系统适配和系统应用适配，其中：

内核适配：获取外设驱动，编译驱动、生成驱动模块并集成到内核中，确保内核支持DHCP、防火墙的配置和管理和网络桥接；

文件系统适配：修改Linux、Android、Ubuntu根文件系统，配置用户名、账号密码、主机名、壁纸；

系统应用适配：部署dhcpd、hostapd、brctl、nginx网络服务并设置自启动，部署gcc、g++、cmake编译工具链，部署mjpg-streamer组件。

4.根据权利要求1所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，其特征在于，通用工具接口模块初始化时，按定义的路径和文件名从标准json数据文件中读取系统默认启动参数，包括TCP服务器端口号、外设白名单列表、外设连接端口列表和外设数据流方向列表，当用户需要修改、新增或减少系统参数时，仅需修改json文件，不需要进行整体工程编译，其中：

以键值对的方式表示TCP服务器端口号，使用冒号分隔名称和数值；以数组的方式表示外设白名单列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设是否使能键值对；以数组的方式表示外设数据流列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了源外设键值对和目的外设键值对；以数组的方式表示外设连接端口列表，数组元素数量可以扩充，数组中每个元素都是一个对象，包含了外设名称键值对和外设连接端口键值对。

5.根据权利要求1所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，其特征在于，外设管理模块初始化时，解析通用工具接口模块中外设白名单列表，根据列表中每个元素的外设名称键值对、外设是否使能键值对数值，顺序执行白名单外设初始化序列，初始化无线全景摄像头、无人机数传模块、语音播报器、AR眼镜、手持终端和PC机，若初始化失败，则提示出错外设并退出初始化序列，其中：

无线全景摄像头初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无线全景摄像头键值对，获取无线全景摄像头连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束；无线全景摄像头进入业务逻辑后，首先，调用通用工具接口模块无线局域网扫描发现接口，判断无线全景摄像头无线接入点是否已经建立，若无线接入点已建立，则控制无线全景摄像头连接网口连接到无线接入点，获取IP地址，配置网络防火墙，允许网络数据包从无线全景摄像头转发到自动汇聚系统，此时无线全景摄像头处于已连接状态；若无线接入未建立，则等待，此时无线全景摄像头处于未连接状态；调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置无线全景摄像头连接状态；

无人机数传模块初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为无人机数传模块键值对，获取无人机数传模块连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象模块串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置无人机数传模块状态为已连接，否则提示出错并结束；进入无人机数传模块业务逻辑后，首先，调用硬件抽象模块串行接口库的读取接口并按无人机数传模块协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，最后，调用通用工具接口模块数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾；无人机数传模块同时提供数据发送接口，外设数据发送接口按无人机数传模块协议转换数据，再调用硬件抽象模块串行接口库的写入接口，实现向无人机数传模块发送数据；

语音播报器初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为语音播报器键值对，获取外设语音播报器连接串行接口键值对数值，若串行接口合法，则调用硬件抽象模块串行接口库参数配置接口，设置波特率、数据位、停止位、校验位、控制流，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设语音播报器状态为已连接，否则提示出错并结束；语音播报器同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设语音播报器协议转换数据，再调用硬件抽象模块串行接口库的写入接口，实现向语音播报器发送数据；

AR眼镜初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为AR眼镜键值对，获取外设AR眼镜连接投屏端口键值对数值，若投屏端口合法，则调用硬件抽象模块显示库参数配置接口，动态调整和配置自动汇聚系统输出屏幕分辨率、屏幕位置和刷新率等参数，否则提示出错并结束；进入AR眼镜业务逻辑后，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设AR眼镜状态为已连接；

手持终端初始化时，解析通用工具接口模块中TCP服务器端口号键值对数值，调用硬件抽象模块网络库完成网络套接字服务初始化；进入手持终端业务逻辑后，创建两个子线程：外设连接状态发送线程和网络数据接收线程，并将创建的两个子线程分离，使得两个线程可以独立运行，外设连接状态发送线程，周期性调用通用工具接口模块中外设连接状态设置获取方法，得到json格式的外设连接状态数据，再调用外设手持终端数据发送接口，将外设连接状态数据发送到手持终端设备；网络数据接收线程，首先，调用硬件抽象模块网络库的读取接口并按外设手持终端协议解析数据，得到源数据和目的外设，外设的名称为源外设，再将源外设、源数据和目的外设封装成标准的结构化数据，格式为标准json数据，每一个元素有三个键值对，其数值分别代表源外设、源数据和目的外设，最后，调用通用工具接口模块数据队列添加方法，将标准json数据存入双端队列队尾；手持终端同时提供外设数据发送接口，外设数据发送接口按外设手持终端协议转换数据，再调用硬件抽象模块网络库的写入接口，实现向外设手持终端发送数据；

外设PC机初始化时，解析通用工具接口模块中外设连接端口列表中外设名称数值为PC机键值对，获取外设PC机连接网口键值对数值，若网口合法，则使能自动汇聚系统中该网口，否则提示出错并结束；进入外设PC机业务逻辑后，首先，调用通用工具接口模块网络电缆连接检测接口，判断PC机网口是否有网线接入，若网口有网线接入，则外设PC机处于已连接状态；若网口无网线接入，则等待，此时外设PC机处于未连接状态，调用通用工具接口模块中外设连接状态设置方法，设置外设PC机连接状态。

6.根据权利要求1所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，其特征在于，数据按需转发模块初始化时，解析通用工具接口模块中用户自定义的外设数据流方向列表，根据列表中每个元素的源外设键值对、目的外设键值对数值，得到外设数据流方向列表数据，格式为标准json数据，每一个元素有两个键值对，其数值分别代表源外设和目的外设；

在智慧园区场景下，自定义外设数据流方向列表如下：

源外设：无线全景摄像头，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：语音播报器；

源外设：无人机数传模块，目的外设：手持终端；

源外设：AR眼镜，目的外设：PC机；

源外设：手持终端，目的外设：无人机数传模块。

7.一种面向智慧园区的数据自动汇聚方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，基于权利要求1-6任一项所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，基于权利要求1-6任一项所述的面向智慧园区的数据自动汇聚系统，实现面向智慧园区的数据自动汇聚。