一种云网关的通信实现方法技术

本发明专利技术提供了一种云网关，其特征在于，包括：注册处理单元；数据交互处理单元；通信保活处理单元；控制命令处理单元；数据采集控制单元。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的云网关的通信实现方法。本发明专利技术的目的在于提供一种云网关与云平台的通信方法，改变原先主站掌握网络主控权的通信方式，由云网关掌握主控权，实现本地设备与云平台的数据交互。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种云网关。本专利技术还涉及一种云网关与云平台间以及现场设备通过云网关与云平台间的通信方法。
技术介绍
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代的DCS(分散控制系统)，发展到九十年代流行的FCS(现场总线控制系统)，主流的现场总线如Profibus-DP、DeviceNet、CANopen等，组建的系统图如图1所示。主站为整个系统的灵魂，掌握主控权，负责管理网络内所有从站。以Profibus-DP为例，主站与从站的通信一般分为周期性通信与非周期性通信，用户根据实际需求，在上位机配置软件中选择配置多少个从站，从站的基本通信参数等信息，下载到主站中，主站即按照配置信息与每个从站通信。主站周期性(比如200ms)轮询所有从站，主站把输出数据(控制命令)传递给从站，从站把输入数据(采集数据)传递给主站。当主站轮询完所有从站后，会查看是否有给某个从站的非周期读写需求，如果有，则发送相应非周期报文，交互相应数据。若有些设备本体具有通信接口，则可直接连接到该通信网络。有些设备本体只有Modbus、或其它通信接口，若要连接到指定网络，如Profibus-DP网络，则需要通过网关实现协议的中转，一个网关可连接多个设备。2000年前后，Internet迅速发展，线缆和接口设备价格相对较低、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展潜力大，工业以太网应运而生，在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到广泛应用，同时已向下延伸直接应用于工业控制现场，如Modbus/TCP、EtherNet/IP、Profinet等，但系统架构也如图1所示，只是通信速率大幅度提升、通信数据量大幅提高，通信的机制、本质没有改变。而近年来，随着互联网、物联网、云计算、大数据等新技术的发展，工业自动化也发生了变革，慢慢走向“广域自动化”。工业现场的数据需要与云平台发生交互，而云平台的数据处理能力、管理能力有了本质的飞跃，可能管理成千上万台设备，且可以随着服务器的扩展不断灵活增加。这些设备可以部署在全国各地，乃至全世界，如果采用传统的通信方式，则需要云平台去与每台设备连接，这就需要事先知道每台设备的配置信息，如IP地址，数据定义等，这极大增加了系统配置、组网的难度；且传统的工业控制系统，主站定期轮询所有从站设备，无论从站设备数据有没有发生改变，主站都会定期接收这些数据，当设备数据没有发生改变的时候，这些数据毫无意义，却占用了通信带宽，提高了主站、从站设备的运行处理负荷，而云平台需要管理的从站设备众多，无谓的数据会极大降低云平台的通信处理实时性。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现设备与云平台的数据交互。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种云网关，其特征在于，包括：注册处理单元，用于依据获得的云平台的授权码完成注册，注册时，云平台向注册处理单元发送所需交互数据内容，注册处理单元依据所需交互数据内容相云平台反馈相应的包含有授权码的交互数据，从而完成注册；数据交互处理单元，用于将接收自数据采集控制单元的数据发送给云平台；通信保活处理单元，用于确保当前云网关与云平台之间保持正常的数据通信，通信保活处理单元定期向云平台发送保活请求，云平台收到后反馈相应状态，通信保活处理单元根据接收到的状态信息判断当前云网关与云平台之间是否保持正常的数据通信；控制命令处理单元，用于处理发送自云平台的用于远程控制现场设备的控制命令，并把控制命令发送给数据采集控制单元；数据采集控制单元，一方面用于采集与当前云网关相连的各个现场设备的数据，并判断采集到的数据是否发生变化，仅在数据发生变化时将采集到的数据发送给数据交互处理单元，另一方面将接受控制命令处理单元的控制命令发送至相应的现场设备。优选地，所述通信保活处理单元定期向云平台发送保活请求，云平台收到后反馈相应状态，所述通信保活处理单元根据接收到的状态信息判断当前云网关与云平台之间是否保持正常的数据通信。优选地，所述控制命令处理单元周期性地向云平台发送控制命令查询信息，云平台如果有控制命令要下发，则把控制命令数据发送给所述控制命令处理单元，云平台如果没有控制命令要下发，则反馈给控制命令处理单元无控制命令。优选地，所述数据采集控制单元采用Modbus现场总线协议与各个现场设备交互数据。优选地，所述数据采集控制单元与所述数据交互处理单元之间通过mysql数据库中转数据。优选地，所述通信保活处理单元及所述控制命令处理单元都依赖系统时间片轮转的方式进行调度。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的云网关的通信实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、云网关将授权码发送到云平台，等待云平台回复激活信息，若在设定的时间内未获得激活信息，则云网关重复发送授权码至云平台，若云网关获得激活信息，则开启设备数据采集线程、命令线程、云数据发送线程、云命令处理线程；云平台收到授权码后，若确认此云网关合法，则云平台把激活信息发送给此云网关；步骤2、执行数据采集线程：根据用户配置的设备信息、通信参数，逐个轮询现场设备，把收到的采集数据存放到相应的采集数据库中，再查看采集数据库，检索数据是否有变化，如果有，则压入采集数据更新消息队列；执行命令线程：查看控制指令消息队列，看是否有新的控制命令产生，如果有，则向相应的现场设备直接发送控制命令；步骤3、执行云数据发送线程：首先，查询采集数据更新消息队列是否有更新，如果有更新，则对更新的数据进行打包处理，压入数据包队列，其次，判断保活时间是否到，如果到了，则组保活数据包，压入数据包队列；同时开始轮询数据包队列，如果数据包队列中有数据，则发送数据，并接收云平台的反馈信息，判断发送是否成功，如果没有成功，则压入待重发队列，如果成功，则循环发送数据包队列的数据，直至队列空，最后轮询待重发队列，若有重发数据且重发时间间隔到，则取相应数据包处理，同时判断数据包重发次数，若超过规定次数，则丢弃数据。步骤4：执行云命令处理线程，定期发送轮询云端指令数据的报文，根据云平台反馈的信息判断是否有新的控制命令，如果有则压入控制指令消息队列，如果没有，则定期轮询。优选地，在所述步骤1中，所述的激活信息包括所需交互的数据类型、数据定义。本专利技术的目的在于提供一种云网关与云平台的通信方法，改变原先主站掌握网络主控权的通信方式，由云网关掌握主控权，实现本地设备与云平台的数据交互，其具有如下优点：1)云平台无需配置组网，只需注册认证，减少了系统配置、组网的难度。2)只有在采集数据发生改变的时候才向云平台传递，极大减少了网络数据流量，极大提升了云平台数据的整体处理能力和数据反馈的实时性。3)保活机制确保了云网关与云平台双方都能确定彼此通信是否正常，能及时发现异常情况，并报警处理。4)云平台无法向云网关发送数据，通过轮询的方式解决云平台向本地设备发出控制指令，远程控制设备。5)通过注册认证机制确保无关或有某些威胁的设备无法与云平台交互数据，提升云平台与云网关数据通信的安全性。6)从应用角度，云网关与云平台实现通信交互，用户通过云平台能够随时了解设备所处位置、实时运行参数等信息；特别是设备发生故障时，设备维护人员不必马上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种云网关，其特征在于，包括：注册处理单元，用于依据获得的云平台的授权码完成注册，注册时，云平台向注册处理单元发送所需交互数据内容，注册处理单元依据所需交互数据内容相云平台反馈相应的包含有授权码的交互数据，从而完成注册；数据交互处理单元，用于将接收自数据采集控制单元的数据发送给云平台；通信保活处理单元，用于确保当前云网关与云平台之间保持正常的数据通信，通信保活处理单元定期向云平台发送保活请求，云平台收到后反馈相应状态，通信保活处理单元根据接收到的状态信息判断当前云网关与云平台之间是否保持正常的数据通信；控制命令处理单元，用于处理发送自云平台的用于远程控制现场设备的控制命令，并把控制命令发送给数据采集控制单元；数据采集控制单元，一方面用于采集与当前云网关相连的各个现场设备的数据，并判断采集到的数据是否发生变化，仅在数据发生变化时将采集到的数据发送给数据交互处理单元，另一方面将接受控制命令处理单元的控制命令发送至相应的现场设备。

【技术特征摘要】
1.一种云网关，其特征在于，包括：注册处理单元，用于依据获得的云平台的授权码完成注册，注册时，云平台向注册处理单元发送所需交互数据内容，注册处理单元依据所需交互数据内容相云平台反馈相应的包含有授权码的交互数据，从而完成注册；数据交互处理单元，用于将接收自数据采集控制单元的数据发送给云平台；通信保活处理单元，用于确保当前云网关与云平台之间保持正常的数据通信，通信保活处理单元定期向云平台发送保活请求，云平台收到后反馈相应状态，通信保活处理单元根据接收到的状态信息判断当前云网关与云平台之间是否保持正常的数据通信；控制命令处理单元，用于处理发送自云平台的用于远程控制现场设备的控制命令，并把控制命令发送给数据采集控制单元；数据采集控制单元，一方面用于采集与当前云网关相连的各个现场设备的数据，并判断采集到的数据是否发生变化，仅在数据发生变化时将采集到的数据发送给数据交互处理单元，另一方面将接受控制命令处理单元的控制命令发送至相应的现场设备。2.如权利要求1所述的一种云网关，其特征在于，所述控制命令处理单元周期性地向云平台发送控制命令查询信息，云平台如果有控制命令要下发，则把控制命令数据发送给所述控制命令处理单元，云平台如果没有控制命令要下发，则反馈给控制命令处理单元无控制命令。3.如权利要求1所述的一种云网关，其特征在于，所述数据采集控制单元采用Modbus现场总线协议与各个现场设备交互数据。4.如权利要求1所述的一种云网关，其特征在于，所述数据采集控制单元与所述数据交互处理单元之间通过mysql数据库中转数据。5.如权利要求1所述的一种云网关，其特征在于，所述通信保活处理单元及所述控制命令处理单元都依赖系统时间片轮转的方式进行调...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛吉，田由甲，翁祖昊，张浩，鞠晨，
申请(专利权)人：上海电器科学研究院，上海电器科学研究所集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31