TW202231023A - Iot gateway with configurable data transmission mode - Google Patents
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Abstract
Description
本發明相關於一種物聯網閘道器,尤指一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器。The present invention relates to an IoT gateway, in particular to an IoT gateway with an adjustable data transmission mode.
物聯網(Internet of Things)泛指由實體的”物”連結起來的網路,這些”物”一般都伴隨著感應器、軟體和其他技術,經由網際網路(Internet)網路的連結彼此傳送資料或是將資料傳送到伺服器。The Internet of Things generally refers to a network connected by physical "things", which are generally accompanied by sensors, software and other technologies, and are transmitted to each other through the connection of the Internet network. data or send data to a server.
物聯網閘道(IoT Gateway)是物聯網應用中的重要成員,其通常包含一資料閘道器、一網路閘道器和一安全閘道器,可提供裝置至雲端通訊。資料閘道器可採集在地端無聯網能力的感應器所偵測到的資料,再將採集到的資料傳送到雲端以進行後續資料處理和分析。網路閘道器可應用在封閉式網路以提供互操作性,其通常包含協議翻譯器、阻抗匹配器、速率轉換器、錯誤隔離器,或訊號翻譯器等。舉例來說,網路閘道器可讓物聯網閘道透過存取4G行動網路以提供網際網路的接取服務。由於傳統資料採集端通常不具備認證以及安全機制,為了防止這些傳統設備暴露於網路駭客攻擊,物聯網閘道可透過安全閘道器將其隔離。IoT Gateway is an important member of IoT applications, which usually includes a data gateway, a network gateway, and a security gateway, which can provide device-to-cloud communication. The data gateway can collect the data detected by the sensors that have no networking capability on the ground, and then transmit the collected data to the cloud for subsequent data processing and analysis. Network gateways can be used in closed networks to provide interoperability, and typically include protocol translators, impedance matchers, rate converters, error isolators, or signal translators. For example, a gateway allows an IoT gateway to provide Internet access by accessing a 4G mobile network. Since traditional data collection terminals usually do not have authentication and security mechanisms, in order to prevent these traditional devices from being exposed to cyber hacker attacks, IoT gateways can be isolated through security gateways.
將在地端的資料往雲端傳送是物聯網閘道器最重要的功能之一,因此隨著應用情境的不同、資料類別、網路傳輸頻寬限制或網路傳輸成本的考量,物聯網閘道器需要有相對應的規劃和設計,例如決定向在地端採集資料的時間點和將採集到的資料傳送到雲端的時間點。下列表1至表4顯示了幾種物聯網應用的專案內容,依據應用需求、資料類別、傳輸頻寬限制或傳輸成本等考量會有不同的資料採集和資料上傳設定。
第1圖為先前技術中一種物聯網閘道器100之示意圖。物聯網閘道器100包含一資料處理器20,耦接於資料提供端10和資料接收端80之間,用來依據預定時間設定來從資料提供端10採集資料,並立即將採集到的資料傳送至資料接收端80。FIG. 1 is a schematic diagram of an
第2圖為先前技術中另一種物聯網閘道器200之示意圖。物聯網閘道器200包含一資料採集者30和一資料上傳者50,耦接於資料提供端10和資料接收端80之間。資料收集採集者30和資料上傳者50可依據特定通訊協定來執行資料傳輸,其中資料收集者30之採集時間和資料上傳者50之上傳時間可個別地加以設定。FIG. 2 is a schematic diagram of another
物聯網閘道器往往需要處理不同的應用情境,例如包含無急迫性的長時間資料採集以及緊急事件的資料上報,而佈署在不同區域的物聯網閘道器可能會有不同的資料採集與傳輸需求。在應用需求變更時,先前技術之物聯網閘道器100和200需要修改程式原始碼(例如資料採集者30的程式或資料上傳者50的程式),原始碼經過編譯、驗證和測試後才能佈署到現場物聯網閘道器100和200上以調整資料採集時間和資料上傳時間,使得物聯網應用系統難以開展與維護。因此,需要一種具可調整的資料傳送模式之物聯網閘道器,以在不需要修改程式原始碼的狀況下因應不同應用。IoT gateways often need to deal with different application scenarios, such as long-term data collection without urgency and data reporting of emergencies, and IoT gateways deployed in different regions may have different data collections and transmission requirements. When application requirements change, the prior
本發明另提供一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器,其包含一資料採集者、一資料擷取者和一資料上傳者。該資料採集者用來依據一第一資料政策來採集一資料提供端所提供的資料。該資料擷取者用來依據一第二資料政策來擷取該資料採集者所採集的資料。該資料上傳者用來依據一第三資料政策來處理該資料擷取者所擷取之資料,其中該第一至該第三資料政策係依據不同物聯網的應用需求來個別地調整。The present invention further provides an IoT gateway with an adjustable data transmission mode, which includes a data collector, a data capturer and a data uploader. The data collector is used for collecting data provided by a data provider according to a first data policy. The data collector is used to retrieve the data collected by the data collector according to a second data policy. The data uploader is used to process the data captured by the data capturer according to a third data policy, wherein the first to the third data policies are individually adjusted according to different application requirements of the Internet of Things.
本發明另提供一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器,其包含一資料採集者、一第一資料擷取者、一第二資料擷取者、一第一資料上傳者和一第二資料上傳者。該資料採集者用來採集至少兩資料提供端所提供的資料。該第一資料擷取者用來依據一第一資料政策來擷取該資料採集者所採集的資料,而該第二資料擷取者用來依據一第二資料政策來擷取該資料採集者所採集的資料。該第一資料上傳者用來依據一第三資料政策來處理該第一資料擷取者所擷取之資料,而該第四資料上傳者用來依據一第四資料政策來處理該第二資料擷取者所擷取之資料。其中,該第一資料政策和該第三資料政策係依據一第一物聯網的應用需求來個別地調整,而該第二資料政策和該第四資料政策係依據一第二物聯網的應用需求來個別地調整。The present invention further provides an IoT gateway with an adjustable data transmission mode, which includes a data collector, a first data capturer, a second data capturer, a first data uploader, and a first data uploader. Two data uploaders. The data collector is used to collect data provided by at least two data providers. The first data extractor is used to extract the data collected by the data collector according to a first data policy, and the second data extractor is used to extract the data collector according to a second data policy collected data. The first data uploader is used to process the data captured by the first data extractor in accordance with a third data policy, and the fourth data uploader is used to process the second data in accordance with a fourth data policy The data captured by the retriever. The first data policy and the third data policy are individually adjusted according to the application requirements of a first Internet of Things, and the second data policy and the fourth data policy are adjusted according to the application requirements of a second Internet of Things to adjust individually.
第3圖為本發明實施例中一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器300的示意圖。物聯網閘道器300包含一資料採集者30、一資料擷取者40、一資料上傳者50,一資料儲存區60,以及一資料緩衝區70,耦接於一資料提供端10和一資料接收端80之間。資料採集者30可依據資料政策S1並使用一預定通訊協定來採集資料提供端10所提供的資料,並將採集到的資料傳送至資料儲存區60加以存放。資料擷取者40可依據資料政策S2來擷取存放在資料儲存區60內的資料,並使用一預定通訊協定來將擷取到之資料傳送至資料上傳者50。資料上傳者50可接收資料擷取者40傳來之資料,並依據資料政策S3來判斷是否符合傳送條件。當判定不符合傳送條件時,資料上傳者50會將從資料擷取者40接收到之資料傳送至資料緩衝區70加以存放;當判定符合傳送條件時,資料上傳者50會讀取存放在資料緩衝區70內之資料,並使用一預定通訊協定來將讀取到之資料傳送至資料接收端80。FIG. 3 is a schematic diagram of an
在本發明一實施例中,資料採集者30可使用Modbus通訊協定來採集資料提供端10所提供的資料。Modbus通訊協定是基於主/從(master/slave)設備或用戶端/伺服器架構的通訊協定,其為工業領域最被廣泛使用的通訊協定的業界標準。在本發明其它實施例中,資料採集者30可使用開放平台通訊統一架構(Open Platform Communication Unified Architecture, OPC-UA)、乙太網路/網際網路協定(EtherNet/IP)、自動化控制技術乙太網路(EtherNet for control automation technology, EtherCAT)、分散式網路協定(Distributed Network Protocol, DNP3)或建築自動化控制網路(Building Automation and Control Networks, BACNet)等通訊協定來採集資料提供端10所提供的資料。然而,資料採集者30在採集資料時所使用之通訊協定並不限定本發明之範疇。In an embodiment of the present invention, the
在本發明一實施例中,資料擷取者40可使用傳輸控制協定(Transmission Control Protocol, TCP)來將擷取到之資料傳送至資料上傳者50。在本發明其它實施例中,資料擷取者40可使用行程間通訊(inter process communication, IPC)、遠端程序呼叫(Remote Procedure Call, RPC)、端點連接(socket connection)或發訊協定(messaging protocol) 等通訊協定來將擷取到之資料傳送至資料上傳者50。然而,資料擷取者40所使用之通訊協定並不限定本發明之範疇。In an embodiment of the present invention, the
在本發明一實施例中,資料上傳者50可使用訊息佇列遙測傳輸(Message Queuing Telemetry Transport, MQTT)訊息服務來將讀取到之資料傳送至資料接收端80。MQTT是一種輕量級的訊息發佈與訂閱服務(Publish & Subscribe),其為目前物聯網應用中最常使用的訊息傳送技術。在本發明其它實施例中,資料上傳者50可使用高級訊息佇列協議(Advanced Message Queuing Protocol, AMQP)、約束應用協定(Constrained Application Protocol, CoAP)或超文件傳輸協定(Hypertext Transfer Protocol, HTTP)等通訊協定來將存取到之資料傳送至資料上傳者50。然而,資料上傳者50所使用之通訊協定並不限定本發明之範疇。In an embodiment of the present invention, the
在本發明中,資料提供端10可為一電錶或一Modbus從裝置,資料採集者30可為一Modbus主裝置,資料上傳者50可為一訊息佇列遙測傳輸發佈者(MQTT Publisher),而資料接收端80可為一雲端伺服器或一訊息序列遙測傳輸訊息佇列遙測傳輸代理者(MQTT Broker)。然而,資料提供端10、資料採集者30、資料上傳者50和資料接收端80之種類並不限定本發明之範疇。In the present invention, the
在第3圖所示之實施例中,資料政策S1代表資料採集者30在從資料提供端10採集資料時所依據的採集政策,資料政策S2代表資料擷取者40在擷取資料儲存區60內存資料時所依據的擷取政策,而資料政策S3代表資料上傳者50在處理資料擷取者40所擷取資料時所依據的處理政策。在本發明中,物聯網閘道器300會在不同節點(例如資料採集者30、資料擷取者40、資料上傳者50)置入可調整的變數(例如資料政策S1-S3),以因應應用程式的需求來調整不同的資料傳送模式。如此一來,透過調整變數即可彈性地控制物聯網閘道器300之資料傳送模式,而不需要修改原始程式碼。In the embodiment shown in FIG. 3 , the data policy S1 represents the collection policy according to which the
在本發明一實施例中,資料政策S1可包含一個或多個採集準則,例如採集資料的定址/長度、採集資料的頻率和採集資料的條件。舉例來說,針對資料提供端10所提供之資料,資料採集者30可依據資料政策S1來採集具特定位址(例如位址為0200)的資料、採集具特定長度(例如長度為2位元組)的資料、以一特定頻率(例如每間隔一秒)採集資料、在符合一特定環境條件(例如溫度高於攝氏38度時,或在溫度高於攝氏20度且每分鐘風速大於2000轉時)採集資料。接著,資料採集者30會將依據資料政策S1所採集到的資料存入資料儲存區60。上述採集準則僅為舉例說明,資料政策S1所包含採集準則之數量和內容並不限定本發明之範疇。In an embodiment of the present invention, the data policy S1 may include one or more collection criteria, such as the address/length of the collected data, the frequency of the collected data, and the conditions of the collected data. For example, for the data provided by the
在本發明一實施例中,資料政策S2可包含一個或多個擷取準則,例如擷取資料的名稱、擷取資料的頻率和擷取資料的條件。舉例來說,針對存放在資料儲存區60內的資料,資料擷取者40可依據資料政策S2來擷取包含特定名稱(例如名稱中包含”溫度”及/或”風速”)之資料,以一特定頻率(例如每間隔30秒)擷取資料、在符合一特定環境條件時(例如在溫度高於攝氏60度時)擷取資料,或在一特定環境數據更新時(例如每次更新溫度時)擷取資料。接著,資料擷取者40會將依據資料政策S2擷取到的資料傳送至資料上傳者50。上述擷取準則僅為舉例說明,資料政策S2所包含擷取準則之數量和內容並不限定本發明之範疇。In an embodiment of the present invention, the data policy S2 may include one or more retrieval criteria, such as the name of the retrieved data, the frequency of retrieved data, and the conditions of retrieved data. For example, for the data stored in the
第4圖為本發明實施例物聯網閘道器300中資料擷取者40和資料接收端80之間詳細資料流動之示意圖。資料政策S3可包含一個或多個上傳準則S31-S34,資料上傳者50可依此處理存放在資料緩衝區70內的資料。下列上傳準則僅為舉例說明,資料政策S3所包含上傳準則之數量和內容並不限定本發明之範疇。FIG. 4 is a schematic diagram of detailed data flow between the data acquirer 40 and the
上傳準則S31相關於資料篩選,用來決定是否該將資料擷取者40傳來之資料存入資料緩衝區70。資料篩選條件可相關資料值或資料順序。舉例來說,在資料擷取者40傳來的多筆資料中,資料上傳者50可依據資料政策S3中之上傳準則S31來將具最大值之一筆資料、具最小值之一筆資料、具特定值之一筆資料、介於一特定範圍之一筆或多筆資料,或具一特定比數的資料(例如最後一筆資料)存入資料緩衝區70。The uploading criterion S31 is related to data screening, and is used to determine whether to store the data from the data fetcher 40 into the
上傳準則S32相關於資料格式轉換,當資料擷取者40傳來之資料具一第一格式時,資料上傳者50可將其轉換成相容於資料接收端80之一第二格式。舉例來說,資料上傳者50可將資料擷取者40傳來之資料從JSON格式轉換成XML格式,或從JSON陣列格式轉換成JSON物件格式。The uploading criterion S32 is related to data format conversion. When the data transmitted from the
上傳準則S33相關於資料緩衝,當一個或多個傳送條件皆未符合時,資料上傳者50可將現有資料上傳至資料緩衝區70,並與既有資料合併。上傳準則S34相關於資料送出運作和送出控制,當符合一個或多個傳送條件時,資料上傳者50可將現有資料上傳至資料接收端80。The upload criterion S33 is related to data buffering. When one or more transmission conditions are not met, the
在上傳準則S33和S34中,一個或多個傳送條件可包含”當資料緩衝區70內有存放資料時”、”當資料緩衝區70內所存放的資料量大於一預定值時”、”當資料緩衝區70內有存放資料且資料存放時間不超過一預定值時”,或”當資料緩衝區70內有存放資料且收到一資料傳輸指令時”。舉例來說,當資料緩衝區70內有存放資料時、當資料緩衝區70內所存放的資料量大於4KB時、當資料緩衝區70內有存放資料且資料存放時間不超過10分鐘時,或當資料緩衝區70內有存放資料且收到傳送資料命令時,資料上傳者50可立刻將存放在資料緩衝區70內的資料上傳至資料接收端80。反之,當判定未符合上述任何傳送條件時,資料上傳者50會將現有資料擷取者40傳來之資料先上傳至資料緩衝區70,並與既有資料合併,直到符合上述任何一個傳送條件時在一併上傳至資料接收端80。In the upload criteria S33 and S34, one or more transmission conditions may include "when there is data stored in the
第5圖為本發明實施例中一種物聯網閘道器400之示意圖。物聯網閘道器400包含一資料採集者30、第一至第N資料擷取者40_1-40_N、第一至第N資料上傳者50_1-50_N,一資料儲存區60,以及第一至第N資料緩衝區70_1-70_N,耦接於資料提供端10_1-10_M和資料接收端80之間,其中M和N為大於1之整數。為了說明目的,第5圖顯示了M=3和N=2的實施例,然而M和N之值並不限定本發明之範疇。FIG. 5 is a schematic diagram of an
資料提供端10_1可包含一個或多個電錶或Modbus從裝置,資料提供端10_2可包含一個或多個工具機(machine tool)或伺服器,而資料提供端10_3可包含一個或多個BACNet火災警示系統。物聯網閘道器400可使用兩個訊息組來處理不同物聯網應用專案:第一資料擷取者40_1、第一資料上傳者50_1和第一資料緩衝區70_1組成一第一訊息組,其針對第一物聯網應用專案之應用需求、資料類別、傳輸頻寬限制或傳輸成本等考量來設定;第二資料擷取者40_2、第二資料上傳者50_2和第二資料緩衝區70_2組成一第二訊息組,其針對第二物聯網應用專案之應用需求、資料類別、傳輸頻寬限制或傳輸成本等考量來設定。The data provider 10_1 may include one or more electricity meters or Modbus slave devices, the data provider 10_2 may include one or more machine tools or servers, and the data provider 10_3 may include one or more BACNet fire alarms system. The
舉例來說,當客戶想要分析使用工具機製造不同產品的電力耗能差異,以及工具機是否有異常的耗電情況時,需要長期的蒐集產品生產與耗電資料,建立正常的產品與耗能對照表,此時可設定第一訊息組。第一訊息組的資料擷取者40_1和資料上傳者50_1所依據資料政策可針對分析長期變化的需求來設定,例如第一資料擷取者40_1每分鐘從資料提供端10_2周邊系統取得工具機型號、產品編號、生產批次號、生產時間及/或數量,以及每分鐘從資料提供端10_1取得電表耗電量,而資料上傳者50_1每天上傳一次資料到資料接收端80。For example, when a customer wants to analyze the difference in the power consumption of different products manufactured by the machine tool, and whether the machine tool has abnormal power consumption, it is necessary to collect product production and power consumption data for a long time, and establish normal product and consumption data. The table can be compared, and the first message group can be set at this time. The data policy based on the data capturer 40_1 and the data uploader 50_1 of the first message group can be set according to the needs of analyzing long-term changes, for example, the first data capturer 40_1 obtains the machine tool model from the peripheral system of the data provider 10_2 every minute , product number, production batch number, production time and/or quantity, and the power consumption of the electric meter obtained from the data provider 10_1 every minute, while the data uploader 50_1 uploads the data to the
舉例來說,第二訊息組的資料擷取者40_2和資料上傳者50_2所依據資料政策可針對災害監控的需求來設定,例如第二資料擷取者40_2會即時地從資料提供端10_3取得警報訊息,而資料上傳者50_2會在事件發生時立即上傳資料到資料接收端80。For example, the data policy according to the data capturer 40_2 and the data uploader 50_2 of the second message group can be set according to the needs of disaster monitoring, for example, the second data capturer 40_2 will immediately obtain an alarm from the data provider 10_3 message, and the data uploader 50_2 will immediately upload the data to the
綜上所述,在本發明之物聯網閘道器中,資料採集者、資料擷取者、資料上傳者會依據個別的資料政策來運作,而每一資料政策可因應應用程式的需求來彈性調整以提供不同的資料傳送模式,而不需要修改原始程式碼。 以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。 To sum up, in the IoT gateway of the present invention, the data collector, the data extractor, and the data uploader operate according to individual data policies, and each data policy can be flexibly adapted to the needs of the application Adjusted to provide different data transfer modes without modifying the source code. The above descriptions are only preferred embodiments of the present invention, and all equivalent changes and modifications made according to the scope of the patent application of the present invention shall fall within the scope of the present invention.
10、10_1、10_2、10_3:資料提供端
20:資料處理器
30:資料採集者
40、40_1、40_2:資料擷取器
50、50_1、50_2:資料上傳者
60:資料儲存區
70、70_1、70_2:資料緩衝區
80:資料接收端
S1、S2、S3:資料政策
S31、S32、S33、S34:上傳準則
100、200、300、400:物聯網閘道器
10, 10_1, 10_2, 10_3: Data provider
20: Data Processor
30:
第1圖為先前技術中一種物聯網閘道器之示意圖。 第2圖為先前技術中另一種物聯網閘道器之示意圖。 第3圖為本發明實施例中一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器的示意圖。 第4圖為本發明實施例物聯網閘道器中資料擷取者和資料接收端之間詳細資料流動之示意圖。 第5圖為本發明實施例中一種具備可調整資料傳送模式之物聯網閘道器的示意圖。 FIG. 1 is a schematic diagram of an IoT gateway in the prior art. FIG. 2 is a schematic diagram of another IoT gateway in the prior art. FIG. 3 is a schematic diagram of an IoT gateway with an adjustable data transmission mode according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of detailed data flow between a data collector and a data receiver in an IoT gateway according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of an IoT gateway with an adjustable data transmission mode according to an embodiment of the present invention.
10:資料提供端 10: Data provider
20:資料處理器 20: Data Processor
30:資料採集者 30: Data Collector
40:資料擷取器 40:Data Extractor
50:資料上傳者 50: Data uploader
60:資料儲存區 60: Data storage area
70:資料緩衝區 70:Data buffer
80:資料接收端 80: Data receiving end
S1、S2、S3:資料政策 S1, S2, S3: Data Policy
300:物聯網閘道器 300: IoT Gateway
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