[发明专利]一种基于边缘计算集群的建筑物传感物联网系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘计算集群的建筑物传感物联网系统，包括：传感器、集群控制器、功能设施；所述传感器连接所述集群控制器，用于采集建筑物内的相关数据，并将所述相关数据发送给所述集群控制器；所述集群控制器连接所述传感器与所述功能设施，用于根据所述传感器和所述功能设施传输的相关数据，执行计算、分析和决策，并且对所述功能设施下达控制指令；所述功能设施连接所述集群控制器，用于采集建筑物内的相关数据，将所述相关数据发送给所述集群控制器，并根据所述集群控制器下达的所述控制指令进行相应的操作。该系统对边缘计算集群采取冗余备份的机制，提高集群控制器对数据的获取能力与计算分析能力。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体是一种基于边缘计算集群的建筑物传感物联网系统及其方法。

背景技术

物联网又被称为“万物互联的网络“，随着物联网技术的发展，不久的将来，建筑物中的方方面面的”物“——包括各种类型的传感器，以及各种类型的功能设施(例如消防设施、空调供暖设施、空气净化设施、照明设施、门禁设施、闸机设施、显示屏、扬声器、智能家具等)——都可以基于统一的物联网协议而实现彼此通信和信息互通。

这种互通可以带来很多有益的功能，例如空调供暖设施、照明设施、智能家具等可以共同作用而为用户从温度、光照、家具状态等多方面营造有利于工作、休闲或者睡眠的室内环境；又例如，一旦发生火情，消防设施、门禁和闸机设施、显示屏、扬声器可以共同作用而对用户发出告警、引导逃生以及取消各种通行限制从而提供畅通的通行道路。

不过，物联网条件下，如果继续采用传统的C-S模式(客户端-服务器)，客户端全部的数据都上传到中心的服务器，由中心服务器进行计算、分析和决策，然后再将控制指令下达到各个客户端，以及由服务器为客户端进行信息的中转；由于作为客户端的传感器和功能设施的数量极多，彼此互通的需求旺盛，这样必然会造成通信开销显著增大，中心服务器的处理负荷也难以承受，决策响应的及时性明显降低。

所以物联网条件下越来越多的采用基于边缘计算的集群架构来组织建筑物中的传感器以及功能设施；这种架构也就是基于一定的组织规则，将前端的一定数量的传感器和功能设施组织为集群，建筑物中具有一定数量的具备不同功能或者是位于不同空间的集群(例如同一个楼层或者同一个房间的全部传感器和功能设施组织为一个集群；或者，将上文提到的营造用户环境这个功能相关的传感器和功能设施组织为一个集群)；同一个集群的传感器和功能设施基于物联网协议可以彼此直接进行通信，或者是由本集群的其它传感器和功能设施作为中转而通信(例如A和B不能直接通信，但是通过C中转实现A-B之间的通信，A、B、C都处于同一个集群)；同一个集群里面确定一个集群控制器，负责根据本集群的传感器和功能设施提供的数据，执行计算、分析和决策，并且向本集群的功能设施下达控制指令；集群控制器可以专门设置，也可以由具有一定信息计算能力的功能设施来兼任；这样绝大部分数据和指令都在本集群内部传输而不需要与中心服务器通信(中心服务器还是保留的，用于处理集群无法处理或者没有权限处理的任务，或者进行跨集群之间的数据和指令中转，以及对各个集群的运行状态进行监控，调整集群的组织，例如向集群增减传感器或者功能设施、合并集群、撤销集群等)，降低了通信开销，提高了及时性，降低了负荷。

不过基于边缘计算集群架构的物联网系统也会存在一定的短板，因为集群控制器对数据的获取能力、计算分析能力都远远比不上中心服务器(因为不可能按照中心服务器的标准去配置集群控制器的软硬件，成本不允许)，可能发生错误的概率明显增大，例如，集群中的一部分传感器无法提供数据或者提供的数据不可靠，就容易造成集群控制器做出错误的决策从而带来错误的控制指令；集群控制器也有可能因为自身的计算分析能力有限而产生错误的决策胡或者具有较大的决策延迟，导致错误或者滞后的控制指令；甚至集群控制器自身有可能停止工作；这就可能造成建筑物的一些功能不能发挥正常作用，特别是涉及消防、安保、照明、空调供暖等方面的问题有可能带来严重的影响。

因此，如何提高集群控制器对数据的获取能力与计算分析能力，降低错误率是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容