一种基于5G的分布式IOT远程监控系统技术方案

一种基于5G的分布式IOT远程监控系统，其特征在于包括有分布式终端、云服务器、数据库、大数据分析系统、Socket局域网端口监听、Servlet广域网接口请求响应、广域网远程控制终端、中央控制室、以太网交换机及分布式摄像机群。分布式终端，采用5GDTU模块穿透公网搭建局域网，采用Socket定向通讯。上位机运行自适应滤波系数一阶低通滤波算法过滤现场噪声干扰与蜂刺，获得稳定且具备故障诊断价值的连续数据点。分布式终端向云服务器推送数据采用消息队列进行多线程异步消费存入数据库中。云服务器执行大数据分析，判定异常及时报警及自动下达逻辑控制器修正指令。云服务器开放Servlet接口，允许任意广域网远程监控终端设备发送请求，实现远程监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G的分布式IOT远程监控系统
本专利技术涉及数据采集、指令交互、远程监控领域，具体涉及基于5G的分布式IOT远程监控系统。
技术介绍
随着通信技术的发展及物联网IOT的普及，信息交互的速率与滞后现象得到了极大的改善，使得数据高并发量下的工业分布式远程监控模式成为了可能。传统的工业组态是通过串行、Profibus等总线形式，将传感器数据传送逻辑控制器工控机中进行组态，逻辑控制器可根据采集到的数据进行预定义的逻辑性控制，却无法实现大数据分析等更为复杂的数据处理。常规做法是将逻辑控制器作为下位机，将本地客户端电脑作为上位机。通过RS485的Modbus-RTC协议进行通信报文数据请求、或是通过Profibus完成上下位机的数据交互。因此，在此种模式下，下位机逻辑控制器起到的是基本的数据组态、逻辑动作控制、指令承接，上位机完成的是大数据分析等计算工作。5G通讯技术的问世，给物联网IOT远程控制领域带来了新的可能，相比4G而言更充裕的带宽，更小的滞后。但是在高数据并发量的模式下，为确保多线程并发时造成的数据丢失问题，云服务器会采用消息队列的模式对数据进行消费。但是消息队列进行多线程的数据异步消费时，会加大数据处理的滞后现象。对于远距离分布式设备而言，为控制设备成本、维护费用、以及环境限制条件，不会选择将大数据分析的计算压力施加于分布式设备上，分布式设备仅作为现场数据的承接节点。大数据分析在云服务器端完成，最后将计算结果转化为远程控制指令下达给分布式设备。尤其分布式设备布置于室外电箱之内时，因环境因素导致无法布置本地大数据处理客户端高性能PC。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于5G的分布式IOT远程监控系统方案。分布式终端，由上位机、逻辑控制器、各类传感器构成、5GDTU模块构成。逻辑控制器与上位机采用Profinet网线连接，在云服务器上运行DTU模块的虚拟网卡，登录DTU设备管理网站，将项目中所有DTU的设备号设置为同一网段分组下，即可实现自建公网穿透的VPN局域网通讯。，即所有逻辑控制器与PC均处于同一个网段下，或根据设备MAC地址进行终端识别通讯。各上位机之间，通过Socket协议进行数据交互。Socket是端口监听的模式，在无数据请求时不会产生遍历所造成的流量浪费。各分布式客户端均开启Client与Server端，Server端口用于承接同网段下其他分布式设备的数据或请求，Client端用于发送本机的数据或请求给其他同网段下的设备，采用报文通讯请求响应模式。工业现场的情况较为复杂，在温度、电磁、振动等干扰下，传感器采集到数据通过二线制电流/电压输出至逻辑控制器模拟量模块时，会产生不同频率、振幅的噪声。为获取精确且平滑的传感器数据，需对输入信号进行上位机数字滤波处理，且分布式终端的上位机具备小规模的数据处理能力，使用滤波系数自适应优化算法可实现较好的滤波效果。面对大量并发数据的采集，若仍采用关系型数据库和并行数据库，难以保证其并发性与扩展性，因此采取了消息队列的异步消费模式。云服务器Socket监听端，在获取到分布式终端上传的实时传数据后，推送至消息队列中，再由多线程异步拉取数据写入数据库。最后将分析的结果转化为指令，通过Socket发送至上位机中，再转化为逻辑控制器执行指令。远程监控的数据通过请求云服务器的Servlet接口，读取数据库的实时数据。由于分布式客户端的数据需经过分布式终端—Socket监听端—消息队列—数据库的数据中转，存在数据滞后现象，纯远程监视而言是可接受的。远程监控人员可通过winform、App、微信小程序、WEB网页等广域网终端控制设备实现远程监控，以及远程控制指令的下达。远程控制指令下达的流程为：远程广域网监控终端—云服务器Servlet接口—转化为Socket指令—分布式终端上位机—下位机逻辑控制器执行。专利技术的作用与效果通过基于5G的分布式IOT远程监控系统部署方案，可实现：1.各分布式逻辑控制器间的局域网的超低延时主从站通讯；2.分布式上位机采用Socket端口监听模式，避免无数据请求时遍历请求造成的流量损耗。3.分布式数据上传，云大数据分析计算，远程控制指令自动下达。4.多样化的远程监控平台与指令下达。每个分布式上位机均开启Client与Server端，Server端口用于承接同网段下其他分布式设备的数据（或请求），Client端用于发送本机的数据（或请求）给其他同网段下的设备。原始信号经过传统一阶低通滤波算法后，依然存在较大数量的峰刺。采用自适应滤波算法，通过判断信号变化方向与速率两个因素。在信号连续两次的采样值都大于前一次滤波结果时，方向判定为一致。在信号变化速率方面，判断采样值与上一次滤波结果之间的差值，将差值与上次滤波结果相除，通过判定结果的百分数来评判信号的变化速率。最后，按照变化方向和变化速率，设定消抖系数、阀值比较，若低于阀值则逐步少量提高滤波系数，反之则较大幅提高滤波系数，大幅度提高滤波系数时滤波计数器×0.1幅度增加，滤波系数最高为1。自适应优化算法流程如图3所示。原始信号效果图如图4所示。一阶低通滤波效果图如图5所示。自适应优化算法滤波效果图如图6所示。附图说明图1是本专利技术实例的分布式终端系统结构图；图2是本专利技术实例的系统网络结构图；图3是本专利技术实例的自适应优化算法流程图；图4是本专利技术实例的原始信号效果图；图5是本专利技术实例的一阶低通滤波效果图；图6是本专利技术实例的自适应优化算法滤波效果图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术基于5G的分布式IOT远程监控系统作具体阐述。实施例>分布式选矿设备远程监控系统对于工业现场加工生产设备来说，远程监控系统的主要作用在于将现场设备所需要监测的目标参数进行收集汇总，并进行云大数据分析。可以极大的节省人力物力，方便管理者或者技术人员及时对设备进行远程控制。系统拥有数据采集功能、设备异常报警功能、远程控制功能，实现异地实时掌握现场生产运作状况，降低生产管理成本。案例特点：1.选矿设备均为室外露天布置，震动大、烟尘弥漫，环境较为恶劣劣。工控设备均为工业级产品，无法在本地机箱内安装高性能计算机。2.选矿设备根据矿区，按照就近原则，分布广泛。且当地条件若通过光纤通讯，因露天布线易损坏。且重山峻岭，不便于布线安装。3.选矿设备区域安装有移动式5G通讯基站，给5G通讯带来了可能。4.选矿设备厂区烟尘大，对设备管理人员造成严重的身体伤害。且选矿设备的冲击力大，易损坏。出现损坏趋势时必须及时停机维护。因此，需对现场设备传感器数据进行大数据故障诊断。5.允许管理人员对设备进行远程控制，且选矿设备呈一字型布置，首位跨度远，考虑到布线成本，采用分布式主从逻辑控制器1控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G的分布式IOT远程监控系统，其特征在于包括分布式终端（10）、云服务器（4）、数据库（6）、Socket局域网端口监听（5）、Servlet广域网接口请求响应（8）、广域网远程控制终端（9）、中央控制室（12）、以太网交换机（11）及分布式摄像机群（13）；所述分布式终端包含逻辑控制器（1）、上位机（2）、5GDTU模块（3），上位机间通过Socket（5）通讯报文定向数据交互、上位机（2）执行基于滤波系数的一阶低通自适应优化算法；所述云服务器（4）包括消息队列多线程异步数据消费、大数据分析（7）、5GDTU模块（3）虚拟网卡、Servlet（8）接口与广域网监控端（9）。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于5G的分布式IOT远程监控系统，其特征在于包括分布式终端（10）、云服务器（4）、数据库（6）、Socket局域网端口监听（5）、Servlet广域网接口请求响应（8）、广域网远程控制终端（9）、中央控制室（12）、以太网交换机（11）及分布式摄像机群（13）；所述分布式终端包含逻辑控制器（1）、上位机（2）、5GDTU模块（3），上位机间通过Socket（5）通讯报文定向数据交互、上位机（2）执行基于滤波系数的一阶低通自适应优化算法；所述云服务器（4）包括消息队列多线程异步数据消费、大数据分析（7）、5GDTU模块（3）虚拟网卡、Servlet（8）接口与广域网监控端（9）。


2.根据权利要求1所述的一种基于5G的分布式IOT远程监控系统，其特征在于分布式终端（10）设备IP地址独立，逻辑控制器（1）间通过5GDTU模块（3）搭建局域网，构成逻辑控制器（1）间的主、从站通讯方式，逻辑控制器间（1）不借助上位机（2）直接通过IP地址实现超低延时5G数据请求。


3.根据权利要求1所述的一种基于5G的分布式IOT远程监控...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪静，仲梁维，朱逸，
申请(专利权)人：苏州颂康智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32