CN215378952U

CN215378952U - 基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统

Info

Publication number: CN215378952U
Application number: CN202022916180.1U
Authority: CN
Inventors: 肖建伟; 张皖军; 张晓静; 徐祖永
Original assignee: State Power Investment Group Information Technology Co ltd
Current assignee: State Power Investment Group Information Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2030-12-08

Abstract

本实用新型公开了一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统，引入边缘计算技术，在处理模块中根据应用规则即可本地进行数据格式的统一，该应用规则是由云端物联网平台生成的，通过云端物联网平台可以对处理模块进行参数配置，无需本地对处理模块进行配置，实现了边缘网关终端设备的远程维护，且降低了维护成本；边缘技术与云端技术协同工作，有效提高了工作效率，能适用于不同物联网应用场景；该边缘网关终端设备还可以本地实时监测采集设备状态，并定期与云端物联网平台同步更新采集设备状态信息，从而实现对设备远程维护管理和故障诊断。

Description

基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统

技术领域

本实用新型属于网关技术领域，尤其涉及一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统。

背景技术

随着能源互联网建设的持续推进，大量的传感器接入到系统中，获取的感知数据是海量级的，导致系统传输压力大，主站计算负荷重。传统的传感信息获取处理方式存在数据良莠不齐，数据缺失，格式不统一的问题。

目前改善这些问题的常用手段有：

(1)通过配置工具配置通信管理机，对协议和数据进行转发。这种方式虽然能够在一定程度上解决数据格式不统一的问题，但是这种方式必须本地对通信管理机进行配置，无法进行远程维护，无法达到理想的效果。

(2)通过服务器对数据进行接收和处理，能够在一定程度上减轻系统传输压力大，主站计算负荷重的问题，但是这种方式需要部署服务器，增加运维难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统，以解决数据格式不统一、无法远程维护以及远程维护难度大的问题。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备，包括：

第一收发模块、第二收发模块以及处理模块；所述处理模块通过所述第一收发模块与用于采集能源观测数据的采集设备电连接；所述处理模块通过所述第二收发模块与云端物联网平台电连接。

进一步地，所述第一收发模块为CAN通信模块、串口通信模块、ZigBee通信模块、LoRaWAN通信模块、以太网通信模块中的至少一种。

进一步地，所述第二收发模块为以太网通信模块、4G/5G通信模块、NB-IOT模块中的至少一种。

进一步地，所述处理模块包括主处理器、协处理器以及存储器，所述协处理器、所述存储器分别与所述主处理器电连接；部分所述第一收发模块、所述第二收发模块分别与所述主处理器电连接，部分所述第一收发模块与协处理器电连接；

所述主处理器，配置为根据所述第二收发模块传输的所述应用规则对部分所述第一收发模块传输的所述能源观测数据在本地进行数据预处理与数据融合，实现数据格式的统一，并将融合后的数据传输给第二收发模块；以及配置为将所述应用规则传输给协处理器，将经协处理器融合后的数据传输给第二收发模块；

所述协处理器，配置为根据所述主处理器传输的所述应用规则对部分所述第一收发模块传输的所述能源观测数据在本地进行数据预处理与数据融合，实现数据格式的统一。

通过主处理器和协处理器共同完成数据处理，降低了主处理器的计算负荷，提高了数据处理效率。

进一步地，所述主处理器通过AHB总线访问所述协处理器，所述主处理器与所述协处理器之间的接口方式包括第一接口方式和第二接口方式；

所述第一接口方式是指主处理器向协处理器发送操作指令、启动指令和操作数，协处理器根据所述启动指令执行所述操作指令，并在完成所述操作指令后供主处理器查询；

所述第二接口方式是指主处理器向协处理器发送操作指令、启动指令和操作数，协处理器根据所述启动指令执行操作指令中指定的操作，并在完成所述指定的操作后，主处理器读取协处理器的执行结果。

通过选择不同的接口方式来降低终端设备功耗或提高总线资源的利用率。

进一步地，所述存储器包括DRAM、FLASH以及SD卡。

本实用新型还提供一种数据处理系统，包括云端物联网平台、多个采集设备以及如上所述的边缘网关终端设备；所述云端物联网平台与所述边缘网关终端设备电连接；所述边缘网关终端设备分别与多个所述采集设备电连接。

进一步地，多个所述采集设备包括CAN节点设备、串口节点设备、ZigBee节点设备、LoRaWAN节点设备以及以太网节点设备。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备及数据处理系统，引入边缘计算技术，在处理模块中根据应用规则即可本地进行数据格式的统一，该应用规则是由云端物联网平台生成的，通过云端物联网平台可以对处理模块进行参数配置，无需本地对处理模块进行配置，实现了边缘网关终端设备的远程维护，且降低了维护成本；边缘技术与云端技术协同工作，有效提高了工作效率，能适用于不同物联网应用场景；该边缘网关终端设备还可以本地实时监测采集设备状态，并定期与云端物联网平台同步更新采集设备状态信息，从而实现对设备远程维护管理和故障诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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的附图。

图1是本实用新型实施例中一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备的原理框图；

图2是本实用新型实施例中主处理器原理图；

图3是本实用新型实施例中协处理器原理图；

图4是本实用新型实施例中FLASH原理图；

图5是本实用新型实施例中DRAM原理图；

图6是本实用新型实施例中CAN通信模块原理图；

图7是本实用新型实施例中串口通信模块原理图；

图8是本实用新型实施例中LoRaWAN通信模块原理图；

图9是本实用新型实施例中ZigBee通信模块原理图；

图10是本实用新型实施例中4G/5G通信模块原理图；

图11是本实用新型实施例中数据处理系统原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的保护。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例中，“多个”可以表示至少两个，例如可以是两个、三个或者更多个，本申请实施例不做限制。另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，本实用新型所提供的一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备，包括：

第一收发模块，配置为接收采集设备采集的能源观测数据，并将能源观测数据传输给处理模块；配置为将调度指令发送给对应的采集设备，实现采集设备的调度。

第二收发模块，配置为接收云端物联网平台发送的根据采集设备能源观测数据的应用模型生成的应用规则，并将应用规则传输给处理模块；以及配置为接收云端物联网平台发送的根据应用要求生成的资源负载在采集设备之间、采集设备与该边缘网关终端设备之间的调度规则；配置为将融合后的数据上传给云端物联网平台进行应用。

处理模块，配置为根据第二收发模块传输的应用规则对第一收发模块传输的能源观测数据在本地进行数据预处理与数据融合，实现数据格式的统一，并将融合后的数据传输给第二收发模块；以及配置为根据第二收发模块传输的调度规则生成与采集设备对应的调度指令，以便采集设备根据调度指令进行调度。

第一收发模块包括但不限于CAN通信模块、串口通信模块、ZigBee通信模块、LoRaWAN通信模块、以太网通信模块；第二收发模块包括但不限于以太网通信模块、4G/5G通信模块和NB-IOT模块。处理模块包括主处理器、协处理器以及存储器；ZigBee通信模块、LoRaWAN通信模块、以太网通信模块、4G/5G通信模块和NB-IOT模块分别与主处理器电连接，CAN通信模块、串口通信模块分别与协处理器电连接。主处理器与云端物联网平台通过以太网通信模块、4G/5G通信模块和NB-IOT模块进行数据交互；协处理器支持RS232和RS485等串口通信方式，可接入大量具有串口通信节点的采集设备；协处理器还支持CAN总线通信方式，可接入大量具有CAN总线通信节点的采集设备；主处理器支持LoRaWAN通信方式，可接入大量具有LoRaWAN通信节点的采集设备；主处理器还支持ZigBee通信方式，可接入大量具有ZigBee通信节点的采集设备；主处理器还支持以太网通信方式，可接入大量具有以太网通信节点的采集设备。

本实施例边缘网关终端设备采用Linux系统，具备路由功能，支持以太网通信，支持5G网络通信等，可通过以太网通信或5G网络通信和云端物联网平台数据交互，向上提供云端API，实现对终端设备的远程控制。通过CAN通信、串口通信、ZigBee通信、LoRaWAN通信以及以太网通信将海量采集设备或传感器接入到边缘网关终端设备，并且将采集设备或传感器采集的数据部分在主处理器中完成处理，部分在协处理器中完成处理，降低了主处理器的数据处理负荷；通过云端物联网平台实现协议、端口以及点表等远程配置，能够实现远程维护，降低了维护成本；边缘技术与云端技术协同工作，有效提高了工作效率，能适用于不同物联网应用场景。

为了降低主处理器的计算负荷、提高处理效率，数据处理由主处理器和协处理器共同完成，主处理器，配置为根据第二收发模块传输的应用规则对部分第一收发模块传输的能源观测数据在本地进行数据预处理与数据融合，实现数据格式的统一，并将融合后的数据传输给第二收发模块；以及配置为将应用规则传输给协处理器，将经协处理器融合后的数据传输给第二收发模块；协处理器，配置为根据主处理器传输的应用规则对部分第一收发模块传输的能源观测数据在本地进行数据预处理与数据融合，实现数据格式的统一。

主处理器通过AHB总线访问所述协处理器，所述主处理器与所述协处理器之间的接口方式包括第一接口方式和第二接口方式。所述第一接口方式是指主处理器向协处理器发送操作指令、启动指令和操作数，协处理器根据所述启动指令执行所述操作指令，并在完成所述操作指令后供主处理器查询；所述第二接口方式是指主处理器向协处理器发送操作指令、启动指令和操作数，协处理器根据所述启动指令执行操作指令中指定的操作，并在完成所述指定的操作后，主处理器读取协处理器的执行结果。通过选择不同的接口方式来降低终端设备功耗或提高总线资源的利用率。

本实施例中，存储器包括DRAM、FLASH以及SD卡，DRAM用于临时存储运行程序和临时数据；FLASH用于存储永久数据、可存储程序文件、数据文件，掉电保持；SD卡存储永久数据、可存储程序文件、数据文件，掉电保持。如图2～10所示各模块的原理图，如图2所示，主处理器选用型号为MT7621AT；如图3所示，协处理器选用型号为STM32F407VET6；如图4所示，FLASH选用型号为W25Q512JVEIQ，通过SPI与主处理器进行数据交互；如图5所示，DRAM选用型号为IS43TR16256BL；如图6所示，CAN通信模块选用型号为NSI1050DDBR；如图7所示，串口通信模块选用型号为NSI83085；如图8所示，LoRaWAN通信模块选用型号为E106-470G27P，通过SPI与主处理器通信；如图9所示，ZigBee通信模块选用型号为Mini_PCI-E4.0H，通过串口与主处理器通信；如图10所示，4G/5G通信模块选用型号为FM150-AE，通过USB与主处理器连接，负责无线通信链路建立和保持，数据传输。

如图11所示，本实用新型还提供一种数据处理系统，包括云端物联网平台、多个采集设备以及如上所述的边缘网关终端设备；云端物联网平台与边缘网关终端设备电连接；边缘网关终端设备分别与多个采集设备电连接。为了方便运维，引入云端物联网平台进行边缘网关终端设备的参数配置，降低了运维难度，可扩展性大大提高。另外增加5G通信，速率高，时延低，应用场景丰富。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种基于云边协同技术的边缘网关终端设备，其特征在于，包括：第一收发模块、第二收发模块以及处理模块；所述处理模块通过所述第一收发模块与用于采集能源观测数据的采集设备电连接；所述处理模块通过所述第二收发模块与云端物联网平台电连接。

2.如权利要求1所述的边缘网关终端设备，其特征在于：所述第一收发模块为CAN通信模块、串口通信模块、ZigBee通信模块、LoRaWAN通信模块、以太网通信模块中的至少一种。

3.如权利要求1所述的边缘网关终端设备，其特征在于：所述第二收发模块为以太网通信模块、4G/5G通信模块、NB-IOT模块中的至少一种。

4.如权利要求1～3中任一项所述的边缘网关终端设备，其特征在于：所述处理模块包括主处理器、协处理器以及存储器，所述协处理器、所述存储器分别与所述主处理器电连接；部分所述第一收发模块、所述第二收发模块分别与所述主处理器电连接，部分所述第一收发模块与协处理器电连接。

5.如权利要求4所述的边缘网关终端设备，其特征在于：所述主处理器通过AHB总线访问所述协处理器，所述主处理器与所述协处理器之间的接口方式包括第一接口方式和第二接口方式；

6.如权利要求4所述的边缘网关终端设备，其特征在于：所述存储器包括DRAM、FLASH以及SD卡。

7.一种数据处理系统，其特征在于：包括云端物联网平台、多个采集设备以及如权利要求1～6中任一项所述的边缘网关终端设备；所述云端物联网平台与所述边缘网关终端设备电连接；所述边缘网关终端设备分别与多个所述采集设备电连接。

8.如权利要求7所述的数据处理系统，其特征在于：多个所述采集设备包括CAN节点设备、串口节点设备、ZigBee节点设备、LoRaWAN节点设备以及以太网节点设备。