一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，该系统包括一个或多个独立的边缘云终端、通过远距离通信网络与边缘云终端通信的云服务器端以及一个或多个访问云服务器端的远程用户终端，所述的边缘云终端为挂载传感设备的监测云终端、采集室外天气数据的云气象站、挂载执行机构的控制云终端、采集现场视频数据的视频云终端和/或没有任何挂载的单独云终端。与现有技术相比，本发明专利技术具有通信高效性、数据共享性、数据安全性、功能独立性、部署和拓展灵活性等优点。署和拓展灵活性等优点。署和拓展灵活性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统


[0001]本专利技术涉及温室物联网
，尤其是涉及一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统。

技术介绍

[0002]温室大棚能够通过传感器网络收集并传输环境信息实现所需要的远程数据监控和决策，将更加先进、完备的物联网技术融入温室智能控制系统，能够有效提升农产品种植经济效益。
[0003]目前在传统温室物联网控制系统通常将各种传感器形成数据采集网络，经由无线网关上传至现场控制器作为输入指导执行机构动作，大部分系统一般通过局域网将数据上传至基站服务器后通过上位机进行数据局域网内访问，再进一步上传物联网云平台进行云端数据存储和远程访问。
[0004]这种传统温室物联网系统在信息采集过程中经由多个网关，涉及多种无线通信技术的应用，且每个控制节点的决策往往都依赖于温室内采集的环境数据和室外气候信息，需要在每个终端分别挂载庞大的传感器网络获取环境数据，这种系统架构在采集数据逐渐多样化、控制方案逐渐复杂化的发展过程中将愈发显现出结构庞杂性；另一方面，不同控制系统的决策所需要的信息可能有重叠，但控制节点作为下位机不易实现不同终端传感器网络中的数据共享，在一定程度上形成了网络中数据的冗余，降低了网络中信息利用率，增加了终端控制系统的开发和部署成本。
[0005]例如公开号为CN210445075U的中国专利公开了一种基于物联网的农业智能温室大棚监控系统，此系统通过蓝牙、wifi、ZigBee、GPRS等无线通信技术进行数据传输，可实现短距离和远距离传输，此系统涉及多种通信技术，组网结构较为复杂，且现场终端软件封闭，用户无法访问现场终端进行具体可视化配置。
[0006]再例如公开号为CN102981484B的中国专利公开了一种基于物联网的温室智能控制系统，该系统信息采集过程经由多个网关，涉及多种无线通信技术的应用，终端挂载庞大的传感器网络且通过独立本地服务器对其进行访问、配置以及与云端的交互，这种系统架构难以实现不同终端的数据共享，且结构庞杂、终端功能不易移植和拓展，随数据量增加，通信负载和计算压力将增大。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，该系统包括一个或多个独立的边缘云终端、通过远距离通信网络与边缘云终端通信的云服务器端以及一个或多个访问云服务器端的远程用户终端，所述的边缘云终端为挂载传感设备的监测云终端、采集室外天气
数据的云气象站、挂载执行机构的控制云终端、采集现场视频数据的视频云终端和/或没有任何挂载的单独云终端。
[0010]所述的边缘云终端包括嵌入式控制器、底层感知/执行模块、数据传输模块、终端配置模块、数据安全模块和远程通信模块，所述的底层感知/执行模块包括一种或多种传感设备和/或执行机构，并且通过数据传输模块与嵌入式控制器通信，所述的嵌入式控制器用以接收底层感知/执行模块采集的数据并基于请求的云端数据和本地数据进行边云协同决策，所述的终端配置模块通过TCP/IP为基础的通信协议和网页前后端技术嵌入到嵌入式控制器内部，实现本地用户通过浏览器访问并进行配置。
[0011]所述的数据安全模块的功能包括数据加密、数据解密和数据校验，所述的数据加密具体为保证对边缘云终端上传至云端服务器过程的数据安全性，所述的数据解密具体为对边缘云终端从云端服务器获取的数据进行解密，所述的数据校验具体为根据数据格式和数据时间戳进行安全性和实时性校验，保证参与计算的数据安全可靠，所述的远程通信模块用以将数据安全模块处理后的数据本地数据上传至云服务器端，并且请求位于云端服务器的数据和接收指令。
[0012]所述的边缘云终端作为一个MQTT客户端，用以完成终端控制现场数据采集以及实现基于MQTT协议的数据实时上传。
[0013]所述的云端服务器包括MQTT代理服务器、数据安全校验层、云端数据库、数据分析处理层、后台服务层和用户应用层，所述的MQTT代理服务器用以完成对各MQTT客户端发布和订阅主题消息，实现对边缘云终端上传信息的汇总，所述的数据安全校验层用以实现数据加密/解密、安全性校验以及实时性校验，所述的数据加密具体为保证云端服务器向边缘云终端下传数据过程的安全性，所述的数据解密具体为对来自边缘云终端的加密数据进行解码，所述的安全性校验和实时性校验具体为通过数据格式和数据时间戳验证数据安全性和实时性，保证云端服务器入库及参与计算的数据安全可靠，所述的云端数据库用以存储各温室的边缘云终端节点的历史数据。
[0014]所述的数据分析处理层包括大数据分析模块、生长预测及模型训练模块，用以对数据进行处理，利用云端服务器的计算能力和数据进行数据处理和模型训练，为后台服务和用户应用提供数据计算基础，所述的后台服务层包含安全管理、接口服务和用户后台服务，包括用户权限管理模块、安全服务模块、日志记录模块和接口管理模块，所述的用户应用层与后台服务层连接，用以面向用户实现温室实时可视化信息展示与控制，提供可视化服务界面，并且与远程用户访问终端相交互，用以实现Web Service及应用程序前端界面，用户根据不同权限设置访问各类后台服务，实现包括查看实时数据、历史数据、警报/提示消息推送、远程控制执行机构、配置系统参数的应用。
[0015]所述的远程用户访问终端通过互联网访问云端服务器的用户应用层前端，实现对不同温室云终端系统进行远程监控。
[0016]当边缘云终端为挂载传感设备的监测云终端时，其采集的温室气候数据包括室内空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和室内光照数据；当边缘云终端为采集室外天气数据的云气象站时，其采集的天气数据包括室外温度、降雨量、室外光照及风向风速数据，同一地区的不同温室通过向云段服务器请求数据的方式共享一个云气象站数据；当边缘云终端为挂载执行机构的控制云终端时，执行机构包括灌溉系统、卷帘系统、风机系统、补光系统和
遮阳系统。
[0017]当温室环境控制物联网系统进行扩展时，通过增加不同的温室系统及边缘云终端节点实现，新增的边缘云终端独立的与原云端服务器建立连接，实现用户扩展和数据共享。
[0018]所述的边缘云终端和云端服务器通过NB
‑
Iot网络或4G无线传输网络建立数据通道，并基于HTTP和MQTT协议完成数据传输，实现本地数据上传至云端以及请求位于云端服务器的数据和接收云端指令。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]一、通信高效性：云终端设备集成现场控制和Web服务器功能，利用远距离通信技术实现了其直接独立与云端通信的功能，简化了物联网结构；边缘云终端可以通过对自己控制下的部分设备数据进行实时计算和本地短期存储工作减轻云端数据中心负担，不将庞大的数据全部上传至云端中心处理再返回，而在边缘处进行计算也节省了与云端通信的时间；解决了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，其特征在于，该系统包括一个或多个独立的边缘云终端、通过远距离通信网络与边缘云终端通信的云服务器端以及一个或多个访问云服务器端的远程用户终端，所述的边缘云终端为挂载传感设备的监测云终端、采集室外天气数据的云气象站、挂载执行机构的控制云终端、采集现场视频数据的视频云终端和/或没有任何挂载的单独云终端。2.根据权利要求1所述的一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，其特征在于，所述的边缘云终端包括嵌入式控制器、底层感知/执行模块、数据传输模块、终端配置模块、数据安全模块和远程通信模块，所述的底层感知/执行模块包括一种或多种传感设备和/或执行机构，并且通过数据传输模块与嵌入式控制器通信，所述的嵌入式控制器用以接收底层感知/执行模块采集的数据并基于请求的云端数据和本地数据进行边云协同决策，所述的终端配置模块通过TCP/IP为基础的通信协议和网页前后端技术嵌入到嵌入式控制器内部，实现本地用户通过浏览器访问并进行配置。3.根据权利要求2所述的一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，其特征在于，所述的数据安全模块的功能包括数据加密、数据解密和数据校验，所述的数据加密具体为保证对边缘云终端上传至云端服务器过程的数据安全性，所述的数据解密具体为对边缘云终端从云端服务器获取的数据进行解密，所述的数据校验具体为根据数据格式和数据时间戳进行安全性和实时性校验，保证参与计算的数据安全可靠，所述的远程通信模块用以将数据安全模块处理后的数据本地数据上传至云服务器端，并且请求位于云端服务器的数据和接收指令。4.根据权利要求1所述的一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，其特征在于，所述的边缘云终端作为一个MQTT客户端，用以完成终端控制现场数据采集以及实现基于MQTT协议的数据实时上传。5.根据权利要求4所述的一种基于边云协同的温室环境控制物联网系统，其特征在于，所述的云端服务器包括MQTT代理服务器、数据安全校验层、云端数据库、数据分析处理层、后台服务层和用户应用层，所述的MQTT代理服务器用以完成对各MQTT客户端发布和订阅主题消息，实现对边缘云终端上传信息的汇总，所述的数据安全校验层用以实现数据加密/解密、安全性校验以及实时性校验，所述的数据加密具体为保证云端服务器向边缘云终端下传数据过程的安全性，所述的数据解密具体为对来自边缘云终端的加密数据进行解码，所述的安全性校验和实时性校验具...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚瑞华，徐立鸿，陈立涵，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：