一种集云边端协同一体的智能网关系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体地，涉及一种集云边端协同一体的智能网关系统。

背景技术

在物联网领域，通信规约是网关设备与现场装置之间数据采集和控制的通信约定，其中，网关设备按照规约约定指令想现场装置发送数据收集指令或控制指令，现场装置通过数据包的形式返回数据或执行结果，网关设备接收到数据包后，按照规约约定解析数据包，并将解析后的数据封装为上行协议数据包，发送至物联网主站系统，从而使主站系统根据协议解析上行协议数据包，并将解析的数据包进行存储和展示等。

现有的网关设备大多数都内置有标准接入协议，仅支持主流协议，然而随着需求的增加，需要连接的设备品牌众多，协议、接口不统一，数据仅存在设备系统，应用系统采集不到，难以实现现场装置与网关设备的通信。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种集云边端协同一体的智能网关系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种集云边端协同一体的智能网关系统，包括设备、网关和平台，所述网关包括：网关通信接口、通信协议解析器、信息处理主板、存储模块和远程监控模块，其中：

所述通信协议解析器与所述网关通信接口连接，所述信息处理主板分别与所述通信协议解析器、所述存储模块和远程监控模块连接；

所述信息处理主板采用ARM嵌入式架构和嵌入式Linux操作系统，所述信息处理主板与所述网关通信接口通过CAN总线连接；

所述通信协议解析器对设备通信协议进行匹配、解析，解析成功的协议数据格式作为标准格式导入所述存储模块；

设备的通信协议通过维护工具批量导入所述信息处理主板，所述信息处理主板处理后导入所述存储模块，或通过通信协议解析器学习后导入所述存储模块。

进一步的，所述信息处理主板包括协议编码模块，所述协议编码模块区分设备的类型、统一编码协议数据格式。

进一步的，所述协议编码模块采取定长和不定长相结合的方式，将多种类型协议数据进行统一描述和格式转换。

进一步的，所述信息处理主板包括协议译码模块，所述协议译码模块接收用户统一编码的控制指令，通过与所述存储模块相辅生成目标设备的唯一控制指令，通过所述网关通信接口与目标设备进行交互。

进一步的，所述通信协议解析器识别XML或JSON文本格式，并通过解析XML或JSON文本的方式，进行协议解析和管理。

进一步的，所述通信协议解析器对传输数据进行协议解析，根据事先确定的协议规则和通信协议手册，提取数据包中的各个字段和状态信息，并且利用CRC、校验和等校验算法进行数据校验。

进一步的，所述平台包括设备状态监测模块、设备远程控制模块和分析运营模块，其中：

所述设备状态监测模块监测目标设备的实时状态，包括目标设备的使用情况和目标设备的关键数据；

所述设备远程控制模块远程控制目标设备状态，从而对目标设备进行远程运维；

所述分析运营模块统计目标设备的各类数据，通过配置分析公式，生成自定义报表，从而辅助形成战略决策。

进一步的，所述设备远程控制模块还用于远程控制目标设备解锁。

进一步的，所述网关与所述设备状态监测模块通信连接，所述网关通过与目标设备匹配进而获取目标设备的状态，将目标设备的状态数据发送至所述设备状态监测模块。

进一步的，所述智能网关系统还包括泛网络，所述泛网络包括Wi-Fi通信网络、ZigBee通信网络、蓝牙通信网络；

所述网关主动搜索发送Wi-Fi协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述Wi-Fi通信网络；所述网关主动搜索发送ZigBee协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述ZigBee通信网络；所述网关主动搜索发送蓝牙协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述蓝牙通信网络。

本发明的有益效果：

本发明公开的一种集云边端协同一体的智能网关系统通过在网关内同时设置通信协议解析器和信息处理主板，自动或半自动匹配、解析协议的格式信息，解决采用私有协议受控设备的协议交互问题；

同时也兼容各种泛网的通信协议，并将数据在两种协议中转换交互，实现泛网与主干网的接入，并能够有效地进行数据通信。区分受控设备用途类型设计了统一的协议交互格式标准，屏蔽了不同厂家的通信协议标准和数据格式差异，显著降低了设备学习和使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明一种集云边端协同一体的智能网关系统的总体流程示意图；

图2为本发明实施例中网关的工作原理示意图；

图3为本发明实施例中所述信息处理主板的内部工作原理示意图；

图4为本发明实施例中所述平台的工作原理示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种集云边端协同一体的智能网关系统，包括设备、网关和平台，如图2所示，所述网关包括：网关通信接口、通信协议解析器、信息处理主板、存储模块和远程监控模块，其中：

所述通信协议解析器与所述网关通信接口连接，所述信息处理主板分别与所述通信协议解析器、所述存储模块和远程监控模块连接；

如图3所示，所述信息处理主板采用ARM嵌入式架构和嵌入式Linux操作系统，所述信息处理主板与所述网关通信接口通过CAN总线连接；

所述通信协议解析器对设备通信协议进行匹配、解析，解析成功的协议数据格式作为标准格式导入所述存储模块；

设备的通信协议通过维护工具批量导入所述信息处理主板，所述信息处理主板处理后导入所述存储模块，或通过通信协议解析器学习后导入所述存储模块。

在本申请实施例中，网关通信接口兼容常规的RS232/RS422/RS485、继电器开关量、数字输入输出等有线接口、脉冲红外、2.4GHz蓝牙、433/315MHz射频无线电、WiFI 4类短距离无线通信接口；所述网关通信接口采用板卡式，提供多类型有、无线通信接口。每块接口板提供1种类型多个接口，均采用ARM嵌入式架构和嵌入式实时操作系统，提高协议处理并发性和实时性。本申请实施例中公开的网关通信接口采用共享无线信道的方式连接多个设备；WiFI无线接口1个，接入以太网实现互联。

通信网关包括至少一块信息处理主板，信息处理主板采用ARM嵌入式架构和嵌入式Linux操作系统，与接口板通过CAN总线连接。信息处理主板包括嵌入式数据库模块，存储设备通信协议。设备通信协议还可以通过维护工具批量导入数据模块，也可以通过协议分析模块学习后导入。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，如图3所示，所述信息处理主板包括协议编码模块，所述协议编码模块区分设备的类型、统一编码协议数据格式。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述协议编码模块采取定长和不定长相结合的方式，将多种类型协议数据进行统一描述和格式转换。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述信息处理主板包括协议译码模块，所述协议译码模块接收用户统一编码的控制指令，通过与所述存储模块相辅生成目标设备的唯一控制指令，通过所述网关通信接口与目标设备进行交互。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述通信协议解析器识别XML或JSON文本格式，并通过解析XML或JSON文本的方式，进行协议解析和管理。

在本申请实施例中，通信协议解析器可通过自动扫描或者在人工辅助下对设备通信协议进行匹配、解析，解析成功的协议数据格式可作为标准格式导入数据库，便于今后同类设备的通信；人工辅助需要借助人机界面进行。人机界面，提供了设备参数设置、设备运行状态、协议解析辅助等信息的人机接口。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述通信协议解析器对传输数据进行协议解析，根据事先确定的协议规则和通信协议手册，提取数据包中的各个字段和状态信息，并且利用CRC、校验和等校验算法进行数据校验。

所有设备正确连接后，启动协议分析扫描，根据数据存储模块已有协议的数据格式，逐个端口尝试建立通信。当收到设备反馈信息，或设备产生受控动作时，或数据库协议数据轮询完毕时，停止扫描。

扫描结束时若仍不能匹配正确的协议数据格式，则进入人工辅助模式下的协议分析。通过连接设备专用控制器获取指令数据，在人机界面引导下调整控制参数，比对分析参数差异，推测指令格式并验证。通过后，导入数据库。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，如图4所示，所述平台包括设备状态监测模块、设备远程控制模块和分析运营模块，其中：

所述设备状态监测模块监测目标设备的实时状态，包括目标设备的使用情况和目标设备的关键数据；平台通过网关获取设备使用情况、状态、关键数据信息、统计异常类型，从而进行指导维护、研发与销售。

所述设备远程控制模块远程控制目标设备状态，从而对目标设备进行远程运维；当设备有问题时，相关工程师可以进行远程解决，设备远程控制模块通过网关传输指令，从而实现对目标设备进行远程操控，降低出差成本且提升了运维效率。

所述分析运营模块统计目标设备的各类数据，通过配置分析公式，生成自定义报表，从而辅助形成战略决策。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述设备远程控制模块还用于远程控制目标设备解锁。根据约定时间授权，付费解锁，适用于将设备租赁时候用，设备远程控制模块具备授权下发与控制设备的功能。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述网关与所述设备状态监测模块通信连接，所述网关通过与目标设备匹配进而获取目标设备的状态，将目标设备的状态数据发送至所述设备状态监测模块。

在本申请的另一实施例中，所述设备远程控制模块还包括售后功能和配件销售功能，所述售后功能具体为用户可以一键申请报修，在线提交售后服务单，厂家通过平台将售后流程、人员管理、客户反馈进行标准化管理。

进一步的，在本申请的一种优选实施例中，所述智能网关系统还包括泛网络，所述泛网络包括Wi-Fi通信网络、ZigBee通信网络、蓝牙通信网络；

所述网关主动搜索发送Wi-Fi协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述Wi-Fi通信网络；所述网关主动搜索发送ZigBee协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述ZigBee通信网络；所述网关主动搜索发送蓝牙协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述蓝牙通信网络。

在本申请实施例中，所述智能网关系统中，所述设备包括单台或多台设备，所述网关包括连接单台或多台设备的单个或多个网关，泛网络用于多个网关之间的通信连接。

在泛网络中还包括一个协议转换网关，该网关一方面兼容主干网的通信协议，同时也兼容各种泛网的通信协议，并将数据在两种协议中转换交互，实现泛网与主干网的接入，并能够有效地进行数据通信。

在本申请实施例中，泛网络是由多个Wi-Fi通信设备、ZigBee通信设备、蓝牙通信设备通过同连接而构成的具有拓扑结构的网络。

在本申请实施例中，所述网关还包括通信汇聚单元，所述通信汇聚单元包括Wi-Fi协议通信汇聚单元、ZigBee协议通信汇聚单元和蓝牙协议通信汇聚单元，所述通信汇聚单元与泛网络连接，所述泛网络包括WIFI通信网络、ZigBee通信网络和蓝牙通信网络，设备上电后通过以下步骤执行：

所述Wi-Fi协议通信汇聚单元主动搜索发送Wi-Fi协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述Wi-Fi通信网络；

所述ZigBee协议通信汇聚单元主动搜索发送ZigBee协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述ZigBee通信网络；

所述蓝牙协议通信汇聚单元主动搜索发送蓝牙协议的通信设备，并逐一将其入网，形成所述蓝牙通信网络；

所述电力载波协议通信单元主动搜索发送电力载波协议的通信设备，并通过中心节点将其并入所述电力载波网络中；

所述微功率无线协议通信单元主动搜索发送微功率无线通信协议的通信设备，并通过所述中心节点将其并入所述微功率无线网络中。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。