CN117978834A - 一种基于物联网的通信分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的通信分析方法，包括：进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理；对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制；进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理；进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制；所述进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理包括：将工业物联网通信分析系统智能生产线网络通信体系结构分为四部分，从底层到上层分别为工业现场设备层、数据感知层、通信网关层与应用管理层，使各层根据OPC UA协议进行数据传输，保证设备数据的高效传输。本发明，具有分析处理效率高及稳定性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体为一种基于物联网的通信分析方法。
背景技术
目前，工业物联网迎来了与传统产业融合发展的新时期，各类工业物联网应用案例在相关行业领域层出不穷，这也为工业物联网的广泛应用夯实了基础。在工业物联网环境中，如智能传感器、智能制造设备等基础设施的泛在连通是工业物联网部署与应用的前提，但是由于工业设备厂商众多，而且各厂商均采用不同通信标准，使得工业现场存在大量不同网络体系结构和传输协议的通信网络，导致在复杂的异构网络中信息孤岛问题难以有效解决。与此同时，工业物联网设备在运行过程中会产生大量数据，当工业资源彼此连接或与互联网相连时，面对海量数据的传输和越来越高的工业服务需求，工业网络对于不同时延容忍度数据区分服务能力较差，尤其是对于高时延敏感数据难以满足传输实时性要求。因此，设计分析处理效率高及稳定性强的一种基于物联网的通信分析方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的通信分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的通信分析方法，包括：
进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理；
对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制；
进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理；
进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制；
所述进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理包括：
将工业物联网通信分析系统智能生产线网络通信体系结构分为四部分，从底层到上层分别为工业现场设备层、数据感知层、通信网关层与应用管理层，使各层根据OPC UA协议进行数据传输，保证设备数据的高效传输。
根据上述技术方案，所述对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制包括：
对OPC UA的工业无线网络模型进行优化管理，采用支持低功耗协议的硬件设备作为底层基础通信设施，使其中数据链路层采用基于时隙和信道跳频（TSCH）方案，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行动态分配与调度，实现时隙的高效分配；
完成OPC UA的工业无线网络模型的优化管理后，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行调度，将底层设备数据和传感数据采集到无线网关并进行分类存储，同时建立三种不同优先级类型的消息队列，分别存储高、中、低三种优先级数据，使模型根据已定义的优先级类型，完成数据调度处理，实现对于上层应用推送数据，保证实时数据的可靠传输。
根据上述技术方案，所述进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理包括：
将工业物联网通信分析系统中的节点状态分为活跃态与休眠态，活跃态表示节点有数据发送，休眠态表示节点没有数据发送，并感知各节点状态与负载情况后，将工业网络拓扑结构中的活跃态节点映射为实体设备节点，并将实体设备节点添加到待分配列表中，然后根据设备节点中队列等待发送数据量大小对待分配列表中的设备进行排序，将各节点按队列数据缓存量由大及小重新定义排队序列。
根据上述技术方案，所述进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理进一步包括：
完成节点状态的感知处理后，根据待分配列表中节点顺序分析得到不相交的传输增广路径，并对其中高负载节点首先进行着色，剩余节点分为无干扰节点组与干扰节点组，并且使无干扰节点组与干扰节点组内节点都按照负载由高及低进行排序，且使用同一颜色对无干扰节点组第一个节点进行着色，以此完成迭代分析处理，得到在时隙内同一信道偏移的链路集合；
使用通配符建立路由规则，当数据所携带的路由键和绑定键满足设定的路由规则时，则将其投递到对应的消息队列中。
根据上述技术方案，所述进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制包括：
采集到工业物联网通信分析系统的运行数据信息后，根据设定的规则将其转换为图表的形式；
将图表转换结果传输至工作台处，供管理人员进行分析查阅，利于其对系统的监控维护。
根据上述技术方案，一种基于物联网的通信分析系统，包括：
管理控制模块，用于进行工业物联网通信分析系统的管理控制；
分析处理模块，用于进行工业物联网通信分析系统的分析优化处理；
管理传输模块，用于进行数据信息的传输管理。
根据上述技术方案，所述管理控制模块包括：
通信结构模块，用于进行工业物联网通信结构优化设计；
模型管理模块，用于进行工业物联网通信模型管理；
优先级模块，用于进行工业物联网通信分析系统的优先级设定。
根据上述技术方案，所述分析处理模块包括：
状态感知模块，用于进行工业物联网通信节点状态感知管理；
时隙调度模块，用于进行工业物联网通信时隙调度控制；
数据交换模块，用于进行工业物联网通信分析系统的数据交换控制。
根据上述技术方案，所述管理传输模块包括：
可视化模块，用于进行数据信息的可视化转换处理；
传输控制模块，用于进行数据信息的传输控制管理。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有管理控制模块、分析处理模块与管理传输模块，可对系统进行统一化管理，提供感知设备运行状态、预测故障概率以及初步诊断故障原因等功能，同时能够对设定设备传递控制信息，实现生产线装置的实时控制，并对网络中负载较大的节点优先分配其时隙，保证高负载节点在多时隙帧模式下的优先分配与传输。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一提供的一种基于物联网的通信分析方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种基于物联网的通信分析系统的模块构成图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：图1为本发明实施例一提供的一种基于物联网的通信分析方法的流程图，本实施例可应用于工业物联网通信分析系统中，该方法可以由本发明实施例提供的一种基于物联网的通信分析系统来执行，该系统由多个软硬件模块组成，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
S101、进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理；
示例性的，在本发明实施例中，将工业物联网通信分析系统智能生产线网络通信体系结构分为四部分，从底层到上层分别为工业现场设备层、数据感知层、通信网关层与应用管理层，使各层根据OPC UA协议进行数据传输，保证设备数据的高效传输；该步骤中，数据感知层包括集成在生产线设备中的OPC UA通信、数据分类器、执行器以及无线收发器，为系统提供数据采集与信号传递等功能，能够将PLC、伺服电机和机械臂等设备中报警信息、设备状态信息、实际加工状态信息统一采集，并发送到系统上层进行处理，同时实现互联网应用程序与底层无线传感器网络的连接与通信；通信网关层通过访问工业设备中嵌入式OPC UA服务器的地址空间，完成对数据感知层设备信息的采集与接收；应用管理层由管理智能生产线设备的各种应用级系统构成，通过所采集的数据对系统进行统一化管理，提供感知设备运行状态、预测故障概率以及初步诊断故障原因等功能，同时能够对设定设备传递控制信息，实现生产线装置的实时控制。
S102、对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制；
示例性的，在本发明实施例中，对OPC UA的工业无线网络模型进行优化管理，采用支持低功耗协议的硬件设备作为底层基础通信设施，使其中数据链路层采用基于时隙和信道跳频（TSCH）方案，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行动态分配与调度，实现时隙的高效分配；该步骤中，控制模型中网络层采用集中控制图路由，提高网络传输效率，传输层利用TCP协议传输数据，以OPC UA安全模型为基础来提供数据的安全传输服务，应用层采用OPC UA协议完成数据采集和集中会话管理，模型各层协同工作，完成智能产线系统的设备无线通信任务。
完成OPC UA的工业无线网络模型的优化管理后，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行调度，将底层设备数据和传感数据采集到无线网关并进行分类存储，同时建立三种不同优先级类型的消息队列，分别存储高、中、低三种优先级数据，使模型根据已定义的优先级类型，完成数据调度处理，实现对于上层应用推送数据，保证实时数据的可靠传输。
S103、进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理；
示例性的，在本发明实施例中，将工业物联网通信分析系统中的节点状态分为活跃态与休眠态，活跃态表示节点有数据发送，休眠态表示节点没有数据发送，并感知各节点状态与负载情况后，将工业网络拓扑结构中的活跃态节点映射为实体设备节点，并将实体设备节点添加到待分配列表中，然后根据设备节点中队列等待发送数据量大小对待分配列表中的设备进行排序，将各节点按队列数据缓存量由大及小重新定义排队序列；该步骤中，在设计单个周期时隙调度表时，对网络中负载较大的节点优先分配其时隙，保证高负载节点在多时隙帧模式下的优先分配与传输。
完成节点状态的感知处理后，根据待分配列表中节点顺序分析得到不相交的传输增广路径，并对其中高负载节点首先进行着色，剩余节点分为无干扰节点组与干扰节点组，并且使无干扰节点组与干扰节点组内节点都按照负载由高及低进行排序，且使用同一颜色对无干扰节点组第一个节点进行着色，以此完成迭代分析处理，得到在时隙内同一信道偏移的链路集合；该步骤中，将链路集合中的链路分配给时隙拥有信道数量符合设定要求的多时隙调度表，从而获得时隙下的调度方案。
使用通配符建立路由规则，当数据所携带的路由键和绑定键满足设定的路由规则时，则将其投递到对应的消息队列中；该步骤中，当多消费者/多应用需要有选择地接收消息时，可提供更为方便的匹配和传输方法。
S104、进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制；
示例性的，在本发明实施例中，采集到工业物联网通信分析系统的运行数据信息后，根据设定的规则将其转换为图表的形式；
将图表转换结果传输至工作台处，供管理人员进行分析查阅，利于其对系统的监控维护。
实施例二：本发明实施例二提供了一种基于物联网的通信分析系统，图2为本实施例二提供的一种基于物联网的通信分析系统的模块构成示意图，如图2所示，该系统包括：
管理控制模块，用于进行工业物联网通信分析系统的管理控制；
分析处理模块，用于进行工业物联网通信分析系统的分析优化处理；
管理传输模块，用于进行数据信息的传输管理。
在本发明的一些实施例中，管理控制模块包括：
通信结构模块，用于进行工业物联网通信结构优化设计；
模型管理模块，用于进行工业物联网通信模型管理；
优先级模块，用于进行工业物联网通信分析系统的优先级设定。
在本发明的一些实施例中，分析处理模块包括：
状态感知模块，用于进行工业物联网通信节点状态感知管理；
时隙调度模块，用于进行工业物联网通信时隙调度控制；
数据交换模块，用于进行工业物联网通信分析系统的数据交换控制。
在本发明的一些实施例中，管理传输模块包括：
可视化模块，用于进行数据信息的可视化转换处理；
传输控制模块，用于进行数据信息的传输控制管理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于物联网的通信分析方法，其特征在于：包括：
进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理；
对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制；
进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理；
进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制；
所述进行工业物联网通信分析系统的通信结构管理包括：
将工业物联网通信分析系统智能生产线网络通信体系结构分为四部分，从底层到上层分别为工业现场设备层、数据感知层、通信网关层与应用管理层，使各层根据OPC UA协议进行数据传输，保证设备数据的高效传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的通信分析方法，其特征在于：所述对工业物联网通信分析系统进行模型管理及优先级控制包括：
对OPC UA的工业无线网络模型进行优化管理，采用支持低功耗协议的硬件设备作为底层基础通信设施，使其中数据链路层采用基于时隙和信道跳频（TSCH）方案，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行动态分配与调度，实现时隙的高效分配；
完成OPC UA的工业无线网络模型的优化管理后，按照各节点网络拓扑结构和流量负载对时隙进行调度，将底层设备数据和传感数据采集到无线网关并进行分类存储，同时建立三种不同优先级类型的消息队列，分别存储高、中、低三种优先级数据，使模型根据已定义的优先级类型，完成数据调度处理，实现对于上层应用推送数据，保证实时数据的可靠传输。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的通信分析方法，其特征在于：所述进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理包括：
将工业物联网通信分析系统中的节点状态分为活跃态与休眠态，活跃态表示节点有数据发送，休眠态表示节点没有数据发送，并感知各节点状态与负载情况后，将工业网络拓扑结构中的活跃态节点映射为实体设备节点，并将实体设备节点添加到待分配列表中，然后根据设备节点中队列等待发送数据量大小对待分配列表中的设备进行排序，将各节点按队列数据缓存量由大及小重新定义排队序列。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的通信分析方法，其特征在于：所述进行工业物联网通信分析系统的分析控制处理进一步包括：
完成节点状态的感知处理后，根据待分配列表中节点顺序分析得到不相交的传输增广路径，并对其中高负载节点首先进行着色，剩余节点分为无干扰节点组与干扰节点组，并且使无干扰节点组与干扰节点组内节点都按照负载由高及低进行排序，且使用同一颜色对无干扰节点组第一个节点进行着色，以此完成迭代分析处理，得到在时隙内同一信道偏移的链路集合；
使用通配符建立路由规则，当数据所携带的路由键和绑定键满足设定的路由规则时，则将其投递到对应的消息队列中。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的通信分析方法，其特征在于：所述进行工业物联网通信分析系统的管理传输控制包括：
采集到工业物联网通信分析系统的运行数据信息后，根据设定的规则将其转换为图表的形式；
将图表转换结果传输至工作台处，供管理人员进行分析查阅，利于其对系统的监控维护。
6.一种基于物联网的通信分析系统，其特征在于：包括：
管理控制模块，用于进行工业物联网通信分析系统的管理控制；
分析处理模块，用于进行工业物联网通信分析系统的分析优化处理；
管理传输模块，用于进行数据信息的传输管理。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的通信分析系统，其特征在于：所述管理控制模块包括：
通信结构模块，用于进行工业物联网通信结构优化设计；
模型管理模块，用于进行工业物联网通信模型管理；
优先级模块，用于进行工业物联网通信分析系统的优先级设定。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网的通信分析系统，其特征在于：所述分析处理模块包括：
状态感知模块，用于进行工业物联网通信节点状态感知管理；
时隙调度模块，用于进行工业物联网通信时隙调度控制；
数据交换模块，用于进行工业物联网通信分析系统的数据交换控制。
9.根据权利要求6所述的一种基于物联网的通信分析系统，其特征在于：所述管理传输模块包括：
可视化模块，用于进行数据信息的可视化转换处理；
传输控制模块，用于进行数据信息的传输控制管理。
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