CN210457042U - 一种基于m2m平台的物联网电梯监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统，包括：电梯M2M终端设备、网络传输模块、网络服务器和应用服务器，电梯M2M终端设备包括采集电梯运行参数和图像信息的感知模块，且感知模块接入该M2M网关；网络服务器通过适配口与M2M网关连接，网络服务器包括存储器和处理器，存储器用于存储采集的电梯运行参数和图像信息，处理器用于对采集电梯运行参数和图像信息进行分析处理，得到分析处理结果。本实用新型能够满足兼容多种智能终端的需求，且覆盖范围广。

Description

一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统

技术领域

本申请属于电梯监控技术领域，具体涉及一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统。

背景技术

近年来，随着公建项目的大力发展以及高层楼宇的普及，我国对电梯的需求呈现指数型增长，同时电梯事故的频发也引发了社会的广泛关注。各大电梯厂商及监控厂商纷纷推出了各自的电梯远程监控系统。

从目前情况来看，电梯物联网平台常用的架构为基于JAVA的B/S架构技术，随着近些年物联网技术的飞速发展，尤其是AI算法、大数据抓取及分析、云服务等新兴技术，原有架构中的Web Sever技术已经不能很好地兼容各式各样的智能终端。而传统的网络制式，目前常用的是4G通信，存在着覆盖面不全，部分偏远地区存在信号盲区，同时资费较高，对于长期使用物联网的企业及用户，担负的成本压力过大。

M2M业务平台通过搭建终端和应用之间的管理和服务平台，可以为业务的开发、接入、发布与订阅提供便利。M2M业务平台的架构涉及三部分：终端侧， M2M业务平台，应用侧。终端侧又包括感知节点、终端和网关。应用侧为各种网络服务，包括个人应用、企业应用和公共基础设施服务等。M2M业务平台作为其中核心部分，其功能包括为终端侧和应用侧提供统一的接入接口，为业务执行提供承载链路，对终端、应用及链路资源进行统一管理及保障业务执行的安全性。

M2M业务平台可以为电梯物联网平台提供良好的通信基础，以改善电梯物联网平台的缺陷，因此有必要将M2M业务平台融入电梯物联网中。

实用新型内容

本申请的一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统，满足兼容多种智能终端的需求，且覆盖范围广。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统，包括：

电梯M2M终端设备，包括射频标签，以及采集电梯运行参数和图像信息的感知模块；

网络传输模块，包括M2M网关，所述M2M网关设有广域IP网络接口，所述广域IP网络接口用于接入广域IP通信网络，且所述感知模块接入该M2M 网关；

网络服务器，设有标准WSN应用开发接口以及适配口，所述网络服务器通过所述适配口与所述M2M网关连接，所述网络服务器通过所述M2M网关与所述电梯M2M终端设备数据通信，所述网络服务器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储采集的电梯运行参数和图像信息，所述处理器用于对采集电梯运行参数和图像信息进行分析处理，得到分析处理结果；

应用服务器，所述应用服务器通过所述标准WSN应用开发接口与所述网络服务器连接，所述应用服务器包括预警单元和信息展示单元，所述预警单元根据所述分析处理结果进行电梯预警，所述信息展示单元用于显示所述分析处理结果。

作为优选，所述感知模块包括安装在电梯轿厢内的摄像头，以及分布安装在电梯上的加速度传感器、拉力传感器。

作为优选，所述电梯M2M终端设备还包括LoRa模块，所述LoRa模块与所述感知模块连接。

作为优选，所述M2M网关为LoRaWAN网关，所述LoRaWAN网关与所述 LoRa模块通信连接。

作为优选，具有接入所述电梯M2M终端设备的移动设备，所述移动设备包括与所述射频标签通信的读写器。

本申请提供的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，采用M2M平台可以很好地实现各式电梯采集终端对终端的即时通信，满足了兼容多种电梯智能终端的需求。

附图说明

图1为本申请的基于M2M平台的物联网电梯监控系统的体系架构图；

图2为本申请的感知及控制层的电梯射频识别系统的组成结构图；

图3为本申请的网络层的LoRa网络架构的ClassA的收发模式图；

图4为本申请的平台服务层的M2M网关方案图；

图5为本申请的平台服务层的基于中间件的无线传感网络系统架构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

在一实施例中，提供一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统，包括：

电梯M2M终端设备，包括射频标签，以及采集电梯运行参数和图像信息的感知模块；

网络传输模块，包括M2M网关，所述M2M网关设有广域IP网络接口，所述广域IP网络接口用于接入广域IP通信网络，且所述感知模块接入该M2M 网关；

网络服务器，设有标准WSN应用开发接口以及适配口，所述网络服务器通过所述适配口与所述M2M网关连接，所述网络服务器通过所述M2M网关与所述电梯M2M终端设备数据通信，所述网络服务器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储采集的电梯运行参数和图像信息，所述处理器用于对采集电梯运行参数和图像信息进行分析处理，得到分析处理结果；

应用服务器，所述应用服务器通过所述标准WSN应用开发接口与所述网络服务器连接，所述应用服务器包括预警单元和信息展示单元，所述预警单元根据所述分析处理结果进行电梯预警，所述信息展示单元用于显示所述分析处理结果。

本实施例提供的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，采用M2M平台可以很好地实现各式电梯采集终端对终端的即时通信，满足了兼容多种电梯智能终端的需求。

如图1所示，从整体的体系架构而言，在一实施例中，本申请的基于M2M 平台的物联网电梯监控系统的体系架构主要分为四层，分别是感知及控制层、网络层、平台服务层和应用服务层。

1、感知及控制层

感知及控制层(即电梯M2M终端设备)主要通过从电梯传感器、读写器等器件获取电梯运行环境、电梯运行状态等信息在进行适当的处理之后，通过网络层将数据传递至平台服务层；同时通过网络层接收控制指令信息，在本地传递给传感器、读写器等器件达到监控电梯状态及读取电梯维保记录等目的。

具体的，感知及控制层包括射频标签(RFID卡)、感知模块等电梯M2M终端设备。进一步的，在一实施例中，感知模块包括安装在电梯轿厢内的摄像头，以及分布安装在电梯上的加速度传感器、拉力传感器。通过摄像头获取电梯的图像信息，通过加速度传感器和拉力传感器等获取电梯加速度、钢丝绳的拉力等电梯运行参数，以便于对电梯进行监控。

为了采集射频标签的信息，基于M2M平台的物联网电梯监控系统还具有接入所述电梯M2M终端设备的移动设备，所述移动设备包括与所述射频标签通信的读写器。

本实施例通过射频标签和读写器实现RFID技术，即无线射频识别，也称为电子标签(E-Tag)，其工作原理是利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并对电梯部件及传感器信息等进行标记、登记、存储和管理，识别工作无须人工干预。

如图2所示，电梯射频识别系统由射频标签、读写器和应用系统三部分组成。其中射频标签由天线和芯片组成，每个芯片都含有唯一的识别码，一般保存约定的电子数据，如维保人员负责的电梯台数、电梯型号、电梯唯一设备合同号、物联网设备编码等。将电梯射频标签粘贴在电梯部件的表面。读写器是根据需要并使用响应协议进行读取和写入标签的信息的设备，通过网络系统进行通信，从而完成对射频标签信息的获取、解码、识别和数据管理。应用系统中的电梯数据库管理系统主要完成对数据信息的存储和管理，并可以对标签进行读写控制。

工作原理：RFID是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现的无接触式信息传递，并通过所传递的信息达到自动识别，射频标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(非接触)耦合。在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。以RFID卡片阅读器和电子标签之间的通信及能量感应方式来看，大致分为电感耦合及电磁反向散射耦合两种，该物联网电梯监控系统中的RFID卡片采用电感耦合空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

工作过程：维保人员或电梯操作员带有射频标签的电子设备，如手环或磁卡等在电梯轿厢内或者机房的读写器的可读范围内，读写器发出磁场，查询信号将会激活电梯相关传感器部件上的射频标签，射频标签根据接收到的查询信号要求反射信号，读写器接收到标签反射回的信号后，通过内部电路无接触地读取并识别射频标签中所以保存的电子数据，从而达到自动识别并绑定电梯的传感器，可收集电梯数据及整梯信息的目的，然后进一步通过服务器及服务器网络实现对物体识别信息的绑定、采集、处理及远程传输等管理功能。

2、网络层

网络层(即网络传输模块)通过公网或者专网以无线或者有线的通信方式将信息、数据与指令在感知及控制层、平台服务层之间传递。

网络层主要包括M2M网关，M2M网关设有广域IP网络接口，故网络层主要由运营商提供的各种广域IP通信网络组成，包括GPRS、3G、4G等移动通信网络无线技术。

然而，GPRS、3G、4G等移动通信网络无线技术无法兼顾远距离和低功耗。因此，在一实施例中，采用LoRaWAN网络架构作为基于M2M平台的物联网电梯监控系统的体系系架构的基础。以便最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。LoRa无线技术为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa无线技术主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。

为适应LoRaWAN网络架构的构建，在一实施例中，设置电梯M2M终端设备还包括LoRa模块，所述LoRa模块与所述感知模块连接，用于获取感知模块的电梯运行参数和图像信息。并且网络层的M2M网关包括LoRa网关，所述LoRa 网关与所述LoRa模块通信连接，用于从LoRa模块获取感知模块的电梯运行参数和图像信息。

在LoRaWAN网络架构中，LoRa的物理层和MAC层设计对电梯物联网有很强的适用性。LoRa物理层利用扩频技术可以提高接收机灵敏度，同时终端可以工作于不同的工作模式，以满足不同应用的省电需求。

LoRa为半双工系统上行、下行工作在同一频段。目前国内单芯片支持的LoRa系统带宽为2Mbps，包括8个固定带宽为125kbps的信道，每个固定带宽的信道之间需要125kHz的保护带，则至少需要2Mbps系统带宽。每个信道支持6种扩频因子SF7～SF12，扩频因子加1则增加2.5dB的接收机灵敏度。

LoRaWAN设计终端有三种不同的模式，即ClassA、ClassB和ClassC，但一段时间内终端只能工作于一个模式，每种模式可由软件加载，本实施例的物联网电梯监控系统使用ClassA类工作模式，以适应整个系统的省电及成本需求。

如图3所示，ClassA(双向终端设备)类工作模式：电梯M2M终端设备提供双向通信，但不能进行主动的下行发送。每个电梯物联网终端的发送过程会跟随两次很短的下行接收窗口，下行发送时隙是根据终端需要和很小的随机量决定的，因此采用ClassA类工作模式电梯M2M终端最省电。

感知及控制层电梯M2M终端设备在LoRaWAN网络架构中完成物理层、 MAC层和应用服务层的实现，M2M网关完成空口物理层的处理。

在整个基于M2M平台的物联网电梯监控系统中，M2M网关是一个通信分界点，它既属于网络域最边缘的节点，也属于设备域最高层的节点。服务器可以通过M2M网关与位于设备域中的电梯传感器、电梯轿厢RFID读写器等电梯 M2M终端设备之间进行交互，反之亦然。

如图4所示，在M2M分布式系统中，不同域中的数据在M2M网关处进行转换，如果是异构系统，则需要在M2M网关处进行通信协议的映射。当在单个领域中有大量的电梯M2M终端设备时，采取M2M网关就非常方便了。图中所示为在M2M方案中，许多电梯M2M终端设备通过公共通信网络可以分享单个连接。

在LoRaWAN网络架构中，网络服务器负责进行MAC层处理，包括自适应速率选择、网关管理和选择、MAC层模式加载等。应用服务器从网络服务器获取应用数据，进行应用状态展示、即时告警等。MAC层可遵循联盟标准的 LoRaWAN协议，也可以遵循各厂商制定的MAC协议。

3、平台服务层

平台服务层(即网络服务器)是电梯物联网网络架构和产业链条中的关键环节，包括接入网络、传输网络、核心网络等M2M通信网络对海量信息进行智能处理的部分。

平台服务层实现对终端设备和平台的“管、控、营”一体化集成，向下连接感知及控制层，向上连接应用服务层，为两者提供各自的接口。实现为电梯制造商和维保公司提供通用的基础服务能力，包括数据处理与挖掘、业务流程和应用整合、通信管理、应用开发、平台维护服务等，具体功能如接收电梯报警信息并做相应处理等。

平台服务层采用物联网中间件技术，可以实现将海量的、有着异构属性的物体无缝地接入并整合到复杂的信息网络中进行相互通信，由一个统一的技术架构和标准的软件体系对此进行支撑。

物联网中间件是位于操作系统层和应用程序层之间的软件层，能够屏蔽底层不同的服务细节。它是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助中间件可以在不同的技术之间进行共享资源。物联网中间件是位于数据采集节点之上、应用程序之下的一种软件层，为上层应用屏蔽底层设备因采用不同技术而带来的差异，使得上层应用可以集中于服务层面的开发，与底层的电梯 M2M终端实现良好的松散耦合。物联网中间件提供了一个变成抽象，方便应用程序开发，缩减应用程序和底层设备的间隙。物联网中间件主要解决异构网络环境下分布式应用软件的通信、互操作和协同问题，提高应用系统的易移植性、适应性和可靠性，屏蔽物联网底层基础服务网络通信，为上层应用程序的开发提供更为直接和有效的支撑。

物联网中间件是基于传统的无线传感网络实现的。图5所示为基于中间件的LoRa网络的无线传感网络系统架构，将网络硬件、操作系统、协议栈和应用程序相融合，通常包括一个运行环境以支持和协调多个应用，并提供诸如数据管理、数据融合、应用目标自适应控制策略等标准化服务，以延长无线传感网络的生命周期。

中间件主要采用M2M通信。M2M通信的接入网络、传输网络和核心网络分别是逻辑上相对独立且具有成熟技术和通信标准的网络。M2M通信以互联网为核心网络，以固定和移动IP为接入网络，实现IP终端互联的全IP网络结构，是该物联网电梯监控系统中现有各种组网方式中最直接、高效的方式。

由于M2M系统具有边界明晰的功能域划分，所以其通信特点主要反映在不同域的界面处，具体表现在连接设备域与网络域的M2M网关处，以及连接应用域与网络域的服务层。服务层是介于应用域和网络域之间起着承上启下作用的中间件层，它通过隐藏网络的异构性来简化和优化应用开发与部署，通过开放的接口为不同应用程序提供可共享的M2M功能，并充分发挥核心网络的功能。

M2M通信网络中的接入网络、传输网络和核心网络的功能如下：

1)接入网络：允许电梯M2M终端设备和核心网络进行通信的网络；

2)传输网络：允许电梯数据在网络内部和应用域之间进行传输的网络；

3)核心网络：提供有关连接性与服务功能、网络控制功能，以及与其他网络的互联功能。

4、应用服务层

应用服务层(即应用服务器)是将物联网电梯监控与平台对接相结合，实现电梯智能化应用的解决方案集。物联网电梯监控系统通过应用服务层最终实现信息技术与电梯监控平台的深度融合，实现电梯智能化监控。涉及特种设备质监局96333的政府平台，以及电梯制造厂商的企业平台、维保单位应用平台等第三方平台。

应用服务层主要用于对接各类政府96333、第三方安防企业平台，采用ESB 技术，它是电梯企业搭建面向服务架构(SOA)的基础，是一种基于网络的分布式总线。ESB能够集成不同类型的应用(如JAVA、Net)，屏蔽设备硬件、操作系统、数据库、编程语言的差异，通过提供数据格式转换、信息路由等功能，支持SOA的服务之间进行通信、协作和组合，消除才赢不同数据格式、通信协议的应用进行交互时存在的障碍。

应用服务层根据电梯企业需要，在平台服务层之上建立相关的物联网应用，主要为对接各大政企平台，实现具体的业务功能，如在政企平台上展示电梯运行状态监控、电梯视频监控、电梯故障自动报警等。

应用服务层具体的功能如下所述：

(1)通信：可提供电梯报警消息及状态信息的路由、服务器寻址，支持多种通信技术、协议或标准(如MQ、HTTP、HTTPS)，支持电梯维保服务的发布 /订阅、报警服务的请求/响应，以及同步、异步的报警消息传递。

(2)集成：支持对所有电梯的数据库和服务的聚合、服务的映射及协议的转换，支持不同的电梯维保应用服务器环境(如J2EE、Net)，提供不同语言(如 Java、C、C++、C#)的服务调用接口。

(3)服务交互：支持电梯公司的Web服务器接口的定义(如WSDL)，支持替代服务的实现，支持所需服务的消息传递模型(如SOAP、EAI中间件)。

(4)服务质量：对电梯事故事件的处理(如原子事务、匹配补偿、 WS-Transaction规范)，以及各种电梯报警消息传递方式(如 WS-ReliableMessaging、EAI中间件)。

(5)安全性：ESB包含标准的安全模型，用于维保员工身份认证、电梯管理员、业主授权和安全审计，支持不可抵赖性、机密性及相关的安全规范(如 Kerberos、WS-Security)。

(6)消息处理：支持电梯报警消息队列(当应用临时不可用时用来保存报警消息，起到中介作用)和电梯状态消息有效性管理，对象标识的映射，基于内容和业务逻辑的数据处理、数据压缩。

(7)服务级别：能够监视不同电梯用户的SLA的消息响应门限，以及在 SLA中定义的其他特性，向高或低优先级别用户做出适当响应，如按照物业、业主、电梯厂家的优先级别，满足处理性能、吞吐量、可用性或其他契约构成的要求或评估方法。

(8)管理和自治：支持电梯维保服务的注册、预置、记录和监控，以及维保服务的发现、系统管理工具的集成、自监控和自管理。

(9)基础设施的智能：对电梯维保服务级别、服务质量、安全性(如 WS-Policy)等策略驱动行为的支持，业务规则的定义，模式的识别等。

以上所述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实用新型专利范围的限制。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，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于M2M平台的物联网电梯监控系统，其特征在于，包括：

电梯M2M终端设备，包括射频标签，以及采集电梯运行参数和图像信息的感知模块；

网络传输模块，包括M2M网关，所述M2M网关设有广域IP网络接口，所述广域IP网络接口用于接入广域IP通信网络，且所述感知模块接入该M2M网关；

网络服务器，设有标准WSN应用开发接口以及适配口，所述网络服务器通过所述适配口与所述M2M网关连接，所述网络服务器通过所述M2M网关与所述电梯M2M终端设备数据通信，所述网络服务器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储采集的电梯运行参数和图像信息，所述处理器用于对采集电梯运行参数和图像信息进行分析处理，得到分析处理结果；

应用服务器，所述应用服务器通过所述标准WSN应用开发接口与所述网络服务器连接，所述应用服务器包括预警单元和信息展示单元，所述预警单元根据所述分析处理结果进行电梯预警，所述信息展示单元用于显示所述分析处理结果。

2.如权利要求1所述的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，其特征在于，所述感知模块包括安装在电梯轿厢内的摄像头，以及分布安装在电梯上的加速度传感器、拉力传感器。

3.如权利要求1所述的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，其特征在于，所述电梯M2M终端设备还包括LoRa模块，所述LoRa模块与所述感知模块连接。

4.如权利要求3所述的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，其特征在于，所述M2M网关包括LoRa网关，所述LoRa网关与所述LoRa模块通信连接。

5.如权利要求1所述的基于M2M平台的物联网电梯监控系统，其特征在于，具有接入所述电梯M2M终端设备的移动设备，所述移动设备包括与所述射频标签通信的读写器。

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