[发明专利]云边端协同工业物联网数据采集控制系统及异构设备网关

说明书

本发明涉及云边端协同工业物联网数据采集控制系统及异构设备网关，属于工业物联网领域。针对日益发展的物联网数据量变大、实时性要求变高和数据安全要求变高的问题，物联网开发中频繁的设备适配问题，以及如何保证系统的高可用性、可维护性和可扩展性的问题，本发明通过在云端和设备端之间引入一个或多个边缘端，利用边缘计算，将部分数据及计算放到边缘端进行处理，降低处理延迟，减轻云端的压力，降低开发运维成本和增加效率。

技术领域

本公开涉及工业物联网领域，尤其涉及一种云边端协同工业物联网数据采集控制系统及异构设备网关。

背景技术

目前针对工业物联网中的数据采集和控制主要有两种方案，一种是基于PLC(可编程逻辑控制器)来处理，由工控机的设备尝试提供设备的远程镜像功能，将设备显示的画面通过HTTP的方式进行展示；另一种是让设备直接将数据上报到云端进行处理，由云端的服务提供数据上报接口，设备适配云端接口来进行数据上报。

对于第一种远程镜像的方式，包括：端设备、远程转发服务器和客户端。端设备是多种0T设备，包括所属的工控机。端设备需要具有访问网络的能力，但是一般不具有直接被网络访问的能力，需要通过远程转发服务器将端设备上的WEB服务映射到公网上，用户通过客户端访问远程转发服务器的公网地址和端口访问到对应设备的状态。此时会直接传输工控机的画面到客户端，支持用户进行远程操作。优点是不需要针对具体的设备进行适配，远程可以直接提供工控机的画面，具有很好的统一性，操作界面一致。缺点有两方面，一方面是对于网络的依赖程度比较高，由于直接传输的是设备工控机上的画面，因此对设备上行网络速率有要求，一般应用于特定工业环境中，具有较好的网络条件。而对于某些工业物联网场景而言，由于车间在地理上是分散的，部分处于城市的边缘甚至农村，网络条件相比要差很多；两一方面是设备管理适配上的问题，对于这种技术来说，提供商往往是工控机的厂家，而使用工控机和传感器等设备进行开发的工业物联网设备提供商不具备定制化的能力，因此只能按照固定的方式进行访问，缺少一个集中管理设备的平台，往往需要开发另一个平台来管理相关的设备信息，并接入远程进行画面，降低了开发的效率。

第二种设备直连云计算的方式，通过设备适配云端的协议，在设备端提供网络访问的能力，基于设备端的SDK进行设备程序的开发，同时需要在云端开发对应的服务程序，设备通过TCP/IP接入到网络中，连接云端服务，定时对数据进行上报；在云端的服务中，会对设备数据进行清洗、过滤、处理和存储；用户通过对应的前端界面(网页、APP等)来查看对应的设备数据。优点是通过解耦，将数据的处理及展示放到云端完成，能够利用云端的算力，同时更加方便对业务逻辑进行修改，而不需要修改设备上的程序。缺点有两方面，一方面是资源利用上的缺点，在这种设计中，会将设备上的所有数据都传输到云端进行处理，不管这些数据是否有变化，或者是否有价值，伴随着传感器等多种设备越来越多，会导致占用大量的云计算网络资源及存储资源，对于按量计费的云计算来说，会增加更多的成本，对于工业物联网中数据来说，大部分具有周期性的特点，短时间的变化比较小，不需要将所有的数据都上报进行分析，一般会在大的时间尺度上进行数据的分析；两一方面是实时性上的缺点，由于数据的流向是设备通过移动网络到达核心网，然后从核心网到达云计算中心，在云上进行计算，下发的反馈控制再通过相反的路径到达设备端，这会导致比较大的延迟，从而错过动作的触发时机，在工业物联网中，关键设备的控制是对延迟敏感的。

发明内容

针对日益发展的物联网数据量变大、实时性要求变高和数据安全要求变高的问题，物联网开发中频繁的设备适配问题，以及如何保证系统的高可用性、可维护性和可扩展性的问题，本发明的目的在于提供一种云边端协同的工业物联网数据采集控制系统及异构设备网关，通过在云端和设备端之间引入一个或多个边缘端，利用边缘计算，将部分数据及计算放到边缘端进行处理，降低处理延迟，减轻云端的压力，降低开发运维成本和增加效率。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下。

第一方面，本发明提出一种云边端协同工业物联网数据采集控制系统，所述系统在云端和设备端之间引入一个或多个边缘端；