【技术实现步骤摘要】
一种面向存储完整性的智能网关系统、装置及其控制方法
本专利技术属于智能网关
，尤其涉及一种面向存储完整性的智能网关系统、装置及其控制方法。
技术介绍
目前，随着物联网的发展，物联网开始深入到人类生活的方方面面，小至一盏灯，都可能作为网络的一个节点。人们可以通过终端设备去控制物联网设备以及随时随地获取信息。而物联网网关在整个物联网体系中，扮演着重要的角色，它是沟通感知网络和通信网络的桥梁。在家庭环境中，网关是管理整个家庭物联网的中枢系统。网关下属的节点只需负责数据的获取、将数据传输至网关以及提供控制的接口，通过网关获取整个家庭物联网的数据以及控制所有物联网设备。社会正越来越关注老人的健康问题。得益于深度学习与智能穿戴设备的发展，我们可以通过传感器获取特定的数据，再使用工具从数据中获取有关老人健康相关的信息。如通过深度镜头获取深度图像数据，识别出老人姿态；通过雷达获取点云数据，再提取出老人的步态、步速等信息；通过智能手表获取心率、加速度和气压等数据，综合分析后获取老人的健康信息。云服务与云存储的应用越来越广泛，将算力从本地转移到云上正成为趋势。这降低了本地的性能需求，本地只需负责将数据完整地上传至云端，并在数据完成处理后下载数据至本地。在这个过程中，数据的存储完整性至关重要。数据不完整，数据获取间隔不稳定，将导致后续数据处理时无法得到正确的健康信息。严重地，可能导致大范围的数据丢失，从而无法进行数据分析。物联网在全球范围内得到了广泛应用。而随着物联网的扩展，企业发现自己面临着集成众多设备和协...
【技术保护点】
1.一种面向存储完整性的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述面向存储完整性的智能网关系统的控制方法包括：/n通过WebApp模块提供API与Web页面，实现可视化界面与应用程序接口；其中，所述API为服务老人健康系统提供接口，所述接口包括设备控制、数据相关、基本信息、网关管理及其他接口；所述Web页面包括概览、数据、视频、上传、日志、设置、计划任务和关机；/n通过综合管理模块实现对设备与网关的管理，提供WLAN管理、设备管理、网关管理、缓存管理及计划任务管理；/n通过故障恢复模块提供硬件或者软件异常后程序保护数据的策略，通过一系列恢复策略恢复程序的正常运行，实现数据存储的完整性；/n通过数据管理模块实现数据获取及数据处理；其中，数据获取包括从云上获取数据与从设备获取数据；数据处理用于对数据进行简单处理；/n通过云模块提供上传中心和下载中心；最后对智能网关程序的每个模块进行功能测试与故障测试。/n
【技术特征摘要】
1.一种面向存储完整性的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述面向存储完整性的智能网关系统的控制方法包括：
通过WebApp模块提供API与Web页面，实现可视化界面与应用程序接口；其中，所述API为服务老人健康系统提供接口，所述接口包括设备控制、数据相关、基本信息、网关管理及其他接口；所述Web页面包括概览、数据、视频、上传、日志、设置、计划任务和关机；
通过综合管理模块实现对设备与网关的管理，提供WLAN管理、设备管理、网关管理、缓存管理及计划任务管理；
通过故障恢复模块提供硬件或者软件异常后程序保护数据的策略，通过一系列恢复策略恢复程序的正常运行，实现数据存储的完整性；
通过数据管理模块实现数据获取及数据处理；其中，数据获取包括从云上获取数据与从设备获取数据；数据处理用于对数据进行简单处理；
通过云模块提供上传中心和下载中心；最后对智能网关程序的每个模块进行功能测试与故障测试。
2.如权利要求1所述的面向存储完整性的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述面向存储完整性的智能网关系统的控制方法还包括：通过物联网设备获取老人的各项体征数据，包括心率、步速、步态、姿态；使用深度学习的方法从原始数据中提取信息，最终分析老人的健康状况。
3.如权利要求1所述的面向存储完整性的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述WebApp模块中，API为服务老人健康系统提供的接口，包括：
(1)设备控制：包括基本控制与ROS相关控制；基本控制是指对设备进行关机、重启、停止服务、启动服务的基本操作；ROS相关控制是指对设备上的ROS程序进行重启、停止、启动的操作；
(2)数据相关：包括数据获取、数据处理与数据管理；数据获取是指根据Topic名称、MAC地址、起始时间、持续时间、是否解码以及数据频率从网关获取符合条件的数据；数据处理是指对数据进行初步加工后再获取数据，如将原始彩色图像数据转换为视频、对图像数据进行解码；数据管理是指对本地或者云上的数据进行管理，如查看云存储数据的文件列表与上传时间，删除云上特定时间段的数据；
(3)基本信息：基本信息包括网关基本信息、设备基本信息、缓存基本信息与日志；网关基本信息包括网关当前的CPU使用率，已使用的内存容量，总内存容量，已使用的磁盘容量，总磁盘容量，当前网络速度，网关网络相关信息，包括网关MAC地址，网关IP，网关名称，已连接到网关的设备列表；设备基本信息有设备IP地址，设备MAC地址，设备名，设备无线网络连接时间，设备无线网络连接速度，设备当前是否已连接，设备拥有的Topic列表，包括Topic名，Topic类型，Topic帧率，Topic压缩类型以及是否订阅；ROS主服务是否正常运行；缓存基本信息包括网关已订阅Topic对应的缓存当前使用量以及预设最大容量；此外，基本信息还包括上传队列当前使用量，云上的Topic配置列表，计划任务中网管程序睡眠与唤醒的时间；
所述API均需通过访问对应的URL与对应的GET/POST方法，带上所需的参数，如无误，则以文件形式或者Json字符串格式返回结果；
所述WebApp模块中，所述Web页面包括：
(1)概览：实时显示网关基本信息，CPU使用率，硬盘使用率，硬盘已使用的容量与总容量，内存使用率，内存已使用的容量与总容量，实时网速；以动态折现图的形式，显示7分钟内所有缓存的使用情况，并支持简单管理，如删除缓存；
(2)数据：提供数据下载与简单数据管理功能，以可视化的形式显示所有Topic及其基本信息，包括名称、类型、帧率以及压缩类型；选中需要的Topic后，选择日期以及起始时间与结束时间，选择是否解码后，开始多线程下载，并在同个页面显示下载列表；每个下载项都显示进度条，下载支持暂停/恢复下载，取消下载；下载完成后，保存文件到当前客户端，还可以直接删除云端对应的数据；
(3)视频：提供图像数据转为为视频的功能；选择日期、起始时间与结束时间后，程序将下载对应的彩色图像数据并转化为视频，该过程同数据中一致，在同页面显示任务进度条；任务完成后，选择下载视频或者直接在网页内嵌播放器中播放该视频；
(4)上传：提供数据上传功能；该功能为处理后的数据上传到服务器提供上传接口；选择Topic、日期以及文件列表即可上传所有文件到网关；网关将所有文件线保存到磁盘并加入上传队列；
(5)日志：提供日志查看功能；显示网关实时的日志或者历史日志；历史日志需要选择时间，选择时间后，将显示半小时内的日志，该过程网关程序将从服务器获取数据；
(6)设置：提供Topic设置功能；在该页面，对网关对应的Topic配置表进行增删改，修改后，点击确认按钮，网关检查无误后，上传配置至云；
(7)计划任务：提供睡眠时间和唤醒时间的设置功能；
(8)关机：提供关闭网关树莓派的功能；关闭网关之前，网关将尝试关闭所有的下属设备。
4.如权利要求1所述的面向存储完整性的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述综合管理模块的处理方法包括：
(1)WLAN管理
WLAN管理模块负责WLAN相关的活动管理以及对WiFI进行控制；WLAN管理器支持扫描已连接网关树莓派热点的WiFI设备，获取网络基本信息，包括设备MAC地址、设备IP地址、设备名、网络连接时间与网络连接速度；对扫描到的新设备，WLAN管理器将其保存到WLAN表中，其他模块可以通过MAC地址、IP地址中的一项获取整个设备的网络信息；
WLAN管理器还支持重启Hostapd程序，即热点控制程序，完成对热点的的重启；另外，WLAN管理器还支持根据MAC屏蔽某些设备，使其无法连接到网关树莓派热点；当然，也支持解封设备；
(2)设备管理
设备管理负责管理网关下属设备；支持对设备进行重启、关机、暂停服务、启动服务、通过SSH获取设备信息、控制ROS的启动与关闭、检查ROS服务运行的状态、为设备设置故障恢复策略的功能；
设备管理模块是网关程序的核心模块，通过周期性的WiFi扫描来获取已连接的设备列表，对旧设备进行检查，为新设备分配监视程序与开启新的订阅数据的线程，并使设备管理模块与程序中其他模块解耦合；
(3)网关管理
网关管理模块负责管理网关树莓派本身，包括对网关进行重启，对网关程序进行重启，以及获取CPU使用率的基本信息；
(4)缓存管理
缓存管理模块负责管理所有缓存；其他模块通过向缓存管理器注册来新建缓存，或者通过MAC与Topic类型获取对应的缓存；
每个缓存都支持根据条件从缓存中获取数据，包括数据的起始时间，频率，持续时间；
(5)计划任务管理
计划任务模块负责管理网关程序的休眠时间与唤醒时间；可以在休眠之后与唤醒之后设定任务；本程序中，在休眠之后，将上传本地配置至云，结束所有数据接收的进程，暂停下载，暂停缓存写入文件到本地磁盘，但不停止上传；程序唤醒之后，将会重启网管程序，程序启动后，将从云端下载配置，然后检查已连接的设备，对每个设备进行Topic订阅以及分配监视进程；
所述故障恢复模块中的数据存储完整性包括：
(1)缓存设计
缓存是网关程序的核心功能，实时接收来自设备的数据，并将数据写入磁盘中，客户端通过API从缓存中获取最新的数据；
采用双缓存结构，新接收的数据将会加入到新缓存中，而新缓存中较旧的数据将被转移到旧缓存中，旧缓存的数据量达到阈值就会触发文件写入机制，将一定数量的数据写入到文件中，并在旧缓存中删除这些数据；
对于写入文件的数据，新来数据添加到新缓存的队尾；旧缓存每隔一段时间，从新缓存的队头获取新数据，新缓存则删除对应内容，旧缓存满后，将一定数量的数据从其队头依次删除并写入到磁盘中；
(2)上传队列设计
网关程序接收到的所有数据、网关与设备的信息与日志都需要上传到云端；不同的线程会产生不同的文件，为统一控制，需要有一个统一管理上传的机制；为此程序设定了一个上载中心，管理所有上传任务；上载中心的核心是维护一个上传队列，该队列的每个元素都是一个文件单元，其属性包括文件的名称，文件的本地路径，文件的云端路径；其他模块只需向上载中心注册一个文件上传任务，后续就由上载中心完成该任务；上载中心接收到新任务后会将文件单元添加到上传队列队尾，并更新上传队列的总存储容量；程序设定了一个阈值，当待上传容量超出该阈值后，删除队头的部分数据；
上载中心不断从上传队列的队首获取文件单元，尝试上传对应的文件，成功则从队列中删除该文件，并删除对应的本地文件；失败则将该元素从队头删除，并重新添加到队尾；同时，上载中心在程序休眠...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡鑫，涂志莹，李春山，李政佐，朱赛辉，初佃辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37
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