[发明专利]一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法

说明书

一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法，所属物联网技术领域，物联网平台分为云、边、端三层，云层为物联网平台云端，边层为操作系统边缘侧，端层为最底层的设备；操作系统边缘侧与物联网平台云端通过websocket/MQTT连接方式进行消息交互，达到数据协同、应用协同和管理协同；操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件；容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块。本发明平台、设备及方法实现了边云的数据协同、应用协同和管理协同，利用云边的可靠消息传递降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间，提高服务质量。

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及提供支持海量异构设备快速接入、设备管理、数据分析及边缘智能等全场景服务的物联网平台、设备和管理方法。

背景技术

现代物联网技术已经深度融入社会的方方面面，例如市政、燃气、水务、建筑等行业。物联网技术是通过信息传感设备进行物体之间的信息交换和传输，物联网不仅能够进行智能识别，还能够达到有效定位和追踪，实时监控，在安全管理中有着不可忽视的作用。尤其，是在机械设备数量规模庞大、现场管理难度极高，很难保证高效率施工作业的建筑行业中；以及燃气管网管线架构越来越密集，越来越复杂，更新越来越频繁，管道易发生堵塞、泄漏的燃气行业中，以物联网技术赋能全生命周期管控系统适时出现，使得管理者更加“耳聪目明”，成为破题利器。物联网技术能够有效预防和应对各类突发事件的能力，以符合行业发展需要，为城市经济、社会发展保驾护航。

但是，物联网平台的适用性因各行各业场景复杂，特性需求多，物联网平台设计还面临以下问题：

(1)设备多元性问题：物联网行业下属厂家设备、仪器仪表众多。同样的设备应用在不同的场景采集参数存在差异，集成装备的厂家定制化自有设备和协议，增加了设备的多元性和复杂度。设备多元性给设备接入以及设备建模带来挑战。因此，如何快速设备接入、建立设备模型并统一纳管是物联网平台必须解决的问题。

(2)协议复杂性问题：物联网协议覆盖物理层、链路层、传输层、应用层等不同层次，行业里常用的包括CoAP、LwM2M、MQTT等标准物联网协议，也涉及OPC-UA、OPC-DA、ModbusRTU和Modbus TCP等工业协议，低功耗和无线还有BLE、NB-IoT和LoRa等。由于设备种类较多、连接介质多样、低功耗和多复杂场景，通讯包括无线、有线等多种形态，设备也存在大量的基于TCP/UDP定制的协议。因此，如何在平台灵活配置和管理多个规则和策略，快速、便捷并保证数据安全的完成协议转换，协议解析出有效数据并准确及时有序上报具有很高的难度。

(3)海量数据存储问题：设备和传感器实时监控数据每天可达TB甚至更多，如何采集、传输、存储和数据分析计算涉及高并发的读写TPS和QPS需求；随着数据因时间累积(比如默认存储半年以上)达到1000亿条级别，对云硬盘的IOPS参数和数据库服务器的性能要求也会随之提升；实时监测对数据的准确性和时效性有秒级要求，因此，性能、安全和可靠是物联网平台必须应对的难点。

(4)远程和自动控制问题：业务覆盖的区域、位置以及业务形态需要物联网支撑远程控制以及无人值守。随着行业对安全运营和管理精细化的提升，智慧场站和智能应用对远程和自动控制也提出更高要求；低功耗场景面临信号干扰，设备睡眠和离线等复杂情况，因此，对远程控制的精确性和及时性也是需要考虑的问题。

(5)业务应用的安全控制问题：在无人值守场站和有安全等级要求的业务和应用领域，需要同时考虑链路和通讯的冗余和切换。公网和内网、有线和无线以及双无线在实际现场中都存在，APN和普通2/3/4G卡，电信、移动、联通多个运营商，因此，固定ip和动态ip等多种形式给平台的链路管理和安全控制带来配置和管理的巨大压力。

发明内容

针对上述现有物联网平台技术存在的五大方面的技术瓶颈，本发明提供一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法，平台及设备能够同时兼顾集中采集、远程控制和边云协同，特别能够在长连接和低功耗的条件下，实现统一连接管理，达到高效协议解析。