本發(fā)明涉及工業(yè)通信，特別涉及一種基于dtu的自適應(yīng)邊緣計(jì)算無(wú)線(xiàn)傳感器中繼系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展和廣泛應(yīng)用，傳感器的種類(lèi)和數(shù)量都在迅速增長(zhǎng)，這帶來(lái)了多樣化的傳感器技術(shù)，能夠滿(mǎn)足各種監(jiān)測(cè)和測(cè)量的需求。然而，這種多樣化也帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)，尤其是在系統(tǒng)集成和兼容性方面。

2、由于缺乏統(tǒng)一的傳感器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在集成各類(lèi)傳感器時(shí)需要大量的前置工作，適配不同的硬件接口和通信協(xié)議、不同的采集指令、不同的數(shù)據(jù)格式，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在拓展新的傳感器種類(lèi)時(shí)，需要持續(xù)的維護(hù)和升級(jí)，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)硬件設(shè)備，這會(huì)導(dǎo)致每次拓展新種類(lèi)的傳感器時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的兼容性和物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的固件升級(jí)過(guò)程會(huì)更加復(fù)雜。

3、目前絕大部分的傳感器能夠支持modbus通信協(xié)議，但由于不同的廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)規(guī)范不同，以及傳感器種類(lèi)的區(qū)別，依然有很大的差異，需要做單獨(dú)適配。

4、現(xiàn)有的方式中每次適配傳感器都需要客戶(hù)端、云服務(wù)器、設(shè)備端固件同步開(kāi)發(fā)，軟硬件聯(lián)調(diào)測(cè)試，最后再進(jìn)行客戶(hù)端上架、云服務(wù)器更新、設(shè)備端固件升級(jí)的操作，過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生諸如多方版本沖突、多固件版本設(shè)備共存等問(wèn)題，這種方式產(chǎn)生了巨大的時(shí)間和人力物力成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于dtu的自適應(yīng)邊緣計(jì)算無(wú)線(xiàn)傳感器中繼系統(tǒng)，旨在解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中傳感器集成和兼容性的挑戰(zhàn)，本系統(tǒng)利用云服務(wù)器、dtu（data?transferunit，數(shù)據(jù)傳輸單元）和modbus等技術(shù)，降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中系統(tǒng)集成和持續(xù)維護(hù)的復(fù)雜度，使得系統(tǒng)可以更彈性的拓展新類(lèi)型的傳感器，避免對(duì)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備不斷的升級(jí)維護(hù)，還可以使系統(tǒng)對(duì)傳感器種類(lèi)的支持保持一致性至少能夠解決上述問(wèn)題之一。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于dtu的自適應(yīng)邊緣計(jì)算無(wú)線(xiàn)傳感器中繼系統(tǒng)，包括智能網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)傳感器中繼、傳感器、云服務(wù)器和客戶(hù)端，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼分別連接傳感器和智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)和客戶(hù)端均與云服務(wù)器通信配合；

3、云服務(wù)器負(fù)責(zé)維護(hù)和管理一個(gè)傳感器支持列表，該列表至少包含了所有支持的傳感器類(lèi)型、modbus配置參數(shù)、指令集、數(shù)據(jù)類(lèi)型、采集頻率和計(jì)算方法這些信息；

4、客戶(hù)端在啟動(dòng)時(shí)會(huì)從云服務(wù)器獲取最新的傳感器支持列表，并允許用戶(hù)根據(jù)實(shí)際接入的傳感器類(lèi)型進(jìn)行配置，配置完成后，客戶(hù)端會(huì)將配置參數(shù)發(fā)送到智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)再將這些配置參數(shù)應(yīng)用到相應(yīng)的無(wú)線(xiàn)傳感器中繼，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼根據(jù)從智能網(wǎng)關(guān)接收到的配置參數(shù)，持續(xù)監(jiān)測(cè)和采集傳感器數(shù)據(jù)；

5、無(wú)線(xiàn)傳感器中繼和智能網(wǎng)關(guān)均具備dtu的功能，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼能夠?qū)鞲衅鞑杉降脑紨?shù)據(jù)進(jìn)行初步的邊緣計(jì)算處理，智能網(wǎng)關(guān)能夠?qū)?jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器中繼處理后的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的邊緣計(jì)算處理，并將進(jìn)一步處理后的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器；

6、當(dāng)需要增加新的傳感器類(lèi)型時(shí)，只需在云服務(wù)器的傳感器支持列表中添加相應(yīng)的參數(shù)和配置。

7、本發(fā)明提供了一種全新結(jié)構(gòu)的無(wú)線(xiàn)傳感器中繼系統(tǒng)，當(dāng)需要增加新的傳感器類(lèi)型時(shí)，只需在云服務(wù)器的傳感器支持列表中添加相應(yīng)的參數(shù)和配置，無(wú)需對(duì)硬件設(shè)備固件或客戶(hù)端軟件進(jìn)行任何升級(jí)或修改，整套系統(tǒng)既可以完成對(duì)新類(lèi)型傳感器的拓展維護(hù)。

8、通過(guò)這種設(shè)計(jì)，本發(fā)明不僅提高了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性，還大大降低了系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)的成本，為用戶(hù)提供了一種高效、可靠且易于擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

9、在一些實(shí)施方式中，客戶(hù)端包括app應(yīng)用終端和web后臺(tái)終端，用戶(hù)可以通過(guò)app應(yīng)用終端和web后臺(tái)終端的交互界面與系統(tǒng)進(jìn)行交互。

10、在一些實(shí)施方式中，智能網(wǎng)關(guān)包括第一mcu主控模塊、第一電源模塊、第一存儲(chǔ)模塊、第一rtc模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊、第一lora模塊以及4g模塊或wifi模塊，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼包括第二mcu主控模塊、第二電源模塊、第二存儲(chǔ)模塊、第二rtc模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、第二lora模塊以及rs485模塊，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼通過(guò)rs485接口與傳感器建立連接，共同構(gòu)成一個(gè)dtu數(shù)據(jù)終端單元，第一lora模塊與第二lora模塊相配合，智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)4g模塊或wifi模塊與云服務(wù)器通信連接。由此，客戶(hù)端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與云服務(wù)器建立連接，用于用戶(hù)或者管理維護(hù)人員的交互操作；智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)4g模塊或wifi模塊與云服務(wù)器建立連接，是系統(tǒng)中的分布式物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)；無(wú)線(xiàn)傳感器中繼通過(guò)lora模塊與智能網(wǎng)關(guān)共同構(gòu)建本地lora網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)通過(guò)rs485有線(xiàn)連接的方式與傳感器建立連接，共同構(gòu)成的dtu數(shù)據(jù)終端單元，是系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)次級(jí)節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)中通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)傳感器中繼這些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主次節(jié)點(diǎn)，利用節(jié)點(diǎn)端的邊緣計(jì)算能力，均衡的分配算力和存力，在節(jié)點(diǎn)端對(duì)源數(shù)據(jù)處理，得到有效數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在上傳到云服務(wù)器，使得服務(wù)器能夠直接使用數(shù)據(jù)做業(yè)務(wù)邏輯或綜合的數(shù)據(jù)處理，而不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單一處理，提高了服務(wù)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率以及降低了服務(wù)器的資源負(fù)載。

11、在一些實(shí)施方式中，第一電源模塊和第二電源模塊用于給各自設(shè)備中的其他模塊供電；

12、第一rtc模塊和第二rtc模塊用于給各自設(shè)備提供準(zhǔn)確的真實(shí)世界時(shí)間、執(zhí)行時(shí)序任務(wù)和處理時(shí)序型數(shù)據(jù)，所述智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)所述第一rtc模塊向所述云服務(wù)器獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)也會(huì)將獲取的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間下發(fā)至所述無(wú)線(xiàn)傳感器中繼用于時(shí)間校準(zhǔn)；

13、第一存儲(chǔ)模塊和第二存儲(chǔ)模塊至少用于存儲(chǔ)各自設(shè)備中的業(yè)務(wù)邏輯代碼和數(shù)據(jù)、采集到傳感器數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)核算以及操作記錄和日志；

14、第一數(shù)據(jù)處理模塊和第二數(shù)據(jù)處理模塊至少用于對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過(guò)濾、整合、計(jì)算、校準(zhǔn)以及算法處理，并按照預(yù)定規(guī)則構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，形成系統(tǒng)所需的有效數(shù)據(jù)；

15、4g模塊或wifi模塊用于實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)4g或者wifi網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而與云服務(wù)器建立持續(xù)的連接；

16、第一lora模塊和第二lora模塊用于構(gòu)建一個(gè)本地的lora主從網(wǎng)絡(luò)，智能網(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼作為從設(shè)備，從而形成一個(gè)一對(duì)多的本地lora網(wǎng)絡(luò)；

17、rs485模塊用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器中繼與傳感器的有線(xiàn)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)還可以為傳感器提供工作電源。

18、在一些實(shí)施方式中，云服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著傳感器支持列表的信息，該信息至少包括每一種傳感器的在本物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中所需要的全部參數(shù)信息，參數(shù)信息至少包括每一種傳感器在系統(tǒng)內(nèi)部自定義的標(biāo)識(shí)信息、modbus的串口通信配置參數(shù)、傳感器采集數(shù)據(jù)的信息、自定義命令信息。

19、在一些實(shí)施方式中，每一種傳感器在系統(tǒng)內(nèi)部自定義的標(biāo)識(shí)信息至少包括編號(hào)、類(lèi)型、名稱(chēng)、品牌和對(duì)應(yīng)圖片資源，modbus的串口通信配置參數(shù)至少包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)位，傳感器采集數(shù)據(jù)的信息至少包括屬性類(lèi)型、中英文名稱(chēng)、中英文品牌、中英文單位、數(shù)值類(lèi)型、字節(jié)序類(lèi)型、換算公式、采樣時(shí)間間隔、對(duì)應(yīng)的modbus指令信息，自定義命令信息至少包括用于適配不符合modbus標(biāo)準(zhǔn)的自定義協(xié)議指令。

20、在一些實(shí)施方式中，云服務(wù)器還包括http接口，http接口與數(shù)據(jù)庫(kù)相配合，通過(guò)http接口能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，web后臺(tái)終端利用http接口構(gòu)建了用戶(hù)交互界面，系統(tǒng)管理員經(jīng)授權(quán)后能夠登入web后臺(tái)終端，對(duì)傳感器支持列表的信息進(jìn)行管理，管理至少包括對(duì)數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改和查詢(xún)。例如，如果需要調(diào)整一款傳感器的參數(shù)，可以在web后臺(tái)終端的用戶(hù)交互界面修改參數(shù)，點(diǎn)擊保存，通過(guò)http接口向服務(wù)器發(fā)送修改請(qǐng)求；同理，可通過(guò)該方法新增或刪除一款傳感器；此外，涉及到傳感器固有特性的部分參數(shù)，可以通過(guò)查找傳感器產(chǎn)品文檔獲取。

21、在一些實(shí)施方式中，無(wú)線(xiàn)傳感器中繼配置所述傳感器的具體過(guò)程至少包括以下步驟：

22、s1、客戶(hù)端啟動(dòng)后，后臺(tái)將自動(dòng)從云服務(wù)器獲取傳感器支持列表信息，并同步存儲(chǔ)到客戶(hù)端本地，并在合適的時(shí)機(jī)同步更新列表，以保證客戶(hù)端的備份信息和云服務(wù)器始終保持一致；

23、s2、用戶(hù)操作客戶(hù)端進(jìn)入傳感器類(lèi)型設(shè)置頁(yè)面，交互頁(yè)面會(huì)展示系統(tǒng)支持的傳感器選擇列表，用戶(hù)可以根據(jù)無(wú)線(xiàn)傳感器中繼連接的傳感器實(shí)際類(lèi)型做出選擇并確認(rèn)，此時(shí)客戶(hù)端將會(huì)向云服務(wù)器發(fā)送對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器中繼的配置請(qǐng)求；

24、s3、云服務(wù)器收到配置請(qǐng)求后，一方面將會(huì)保存此無(wú)線(xiàn)傳感器中繼的特征信息到數(shù)據(jù)庫(kù)，另一方面會(huì)將此請(qǐng)求的全部信息通過(guò)mqtt服務(wù)進(jìn)程下發(fā)至指定的智能網(wǎng)關(guān)；

25、s4、智能網(wǎng)關(guān)收到請(qǐng)求信息后將會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并保存所需的特征信息到自身存儲(chǔ)模塊用于識(shí)別和管理無(wú)線(xiàn)傳感器中繼，同時(shí)將整合好的有效的配置信息通過(guò)自定義協(xié)議下發(fā)至無(wú)線(xiàn)傳感器中繼；

26、s5、無(wú)線(xiàn)傳感器中繼收到有效的配置信息后，將會(huì)保存至自身存儲(chǔ)模塊，并按照配置信息持續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行數(shù)據(jù)的定時(shí)采樣和處理。

27、在一些實(shí)施方式中，如果無(wú)線(xiàn)傳感器中繼需要更換其他類(lèi)型的傳感器，只需要在客戶(hù)端的傳感器類(lèi)型設(shè)置頁(yè)面重新選擇相應(yīng)的種類(lèi)，保存即可覆蓋原有的配置信息，適配新的傳感器。

28、本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明提供一種全新的基于dtu的自適應(yīng)邊緣計(jì)算無(wú)線(xiàn)傳感器中繼系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)傳感器中繼這些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主次節(jié)點(diǎn)，利用節(jié)點(diǎn)端的邊緣計(jì)算能力，均衡的分配算力和存力，在節(jié)點(diǎn)端對(duì)源數(shù)據(jù)處理，得到有效數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在上傳到云服務(wù)器，使得服務(wù)器能夠直接使用數(shù)據(jù)做業(yè)務(wù)邏輯或綜合的數(shù)據(jù)處理，而不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單一處理，提高了服務(wù)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率以及降低了服務(wù)器的資源負(fù)載。

30、本系統(tǒng)中通過(guò)將傳感器配置信息作為動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)列表存儲(chǔ)在云服務(wù)器中，并使用web后臺(tái)終端的后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，對(duì)于傳感器的適配有很高的靈活性和便利性。而且這種架構(gòu)方式可以惠及到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，所有的維護(hù)變化都是同時(shí)適用于整個(gè)系統(tǒng)中的，系統(tǒng)中全部的智能網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)傳感器中繼設(shè)備可以無(wú)縫的支持最新的傳感器列表。

31、與傳統(tǒng)方式相比，本系統(tǒng)可以極大降低整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)成本和適配復(fù)雜度，同時(shí)提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容性和一致性。