基于云边协同的智能网关制造技术

本发明专利技术公开了基于云边协同的智能网关，其特征在于，包括云端技术构架、网关技术构架和终端节点技术构架；所述云端技术构架和网关技术构架之间通过网线或者WIFI进行网络连接，通过网关内置的EMQXEdge桥接到云端的MQTT服务器，进行网关——云端数据的交互，可以通过EMQXEdge将控制指令下发到终端节点，其拥有网关断开与云端连接时将数据落盘持久化的能力；网关内置lorawan

【技术实现步骤摘要】
基于云边协同的智能网关


[0001]本专利技术涉及网关
，具体为基于云边协同的智能网关。

技术介绍

[0002]近年来，物联网技术得以不断累积与升级，产业链也逐渐的完善和成熟，再加上基础设施建设、基础行业转型和消费升级等周期性因素的驱动，处于不同发展水平的领域和行业交替式地不断推进物联网的发展，带动了全球物联网行业整体爆发式增长态势，物联网的高效发展，必然会导致设备的不断增加，设备增加到一定程度，会给云端带来很大的数据压力，所以边缘计算就变成了现如今发展的关键，将设备的数据在最近的“云端”进行数据处理，这样会大大的减少云端的数据处理压力，而结合边缘计算和云计算两者优点的云边协同也备受广大技术人员的关注，云边协同能实现对不同应用场景下各类需求的良好契合和高效匹配，并推动边缘计算涉及的相关应用最大化程度上发挥其价值功能，在云边协同过程中，边缘计算主要为云端实时处理并提供高价值的数据，云计算负责周期长、非实时的数据，从云服务角度，可以将云边协同技术分为六种：资源协同、数据协同、智能协同、业务编排协同、应用管理协同、服务协同，在本产品中我们主要是将资源协同技术应用到了物联网网关中，解决边缘节点资源受限问题，解决边缘云资源的扩张与收缩问题，以及最大程度地减少中央云集群的开销；
[0003]目前该产品的主要
技术实现思路
是节点与网关通过lora无线通信连接，实现无线通信，并且减少资源消耗，现阶段实现了节点与网关之间的成功交互，数据的成功接收，上位机可以成功接收到下位机的数据，并且进行对数据的处理，从而可以实现用户对节点进行操作控制；
[0004]当前的工业互联网云边协同中，对于数据协同，缺少一个统一的数据采集标准，以形成统一的行业生态，生成高质量的数据，对于设备异构的特性的考虑也是十分欠缺，相同的方法应用于不同的设备时，将会出现不可预计的结果，云边协同过程中的技术实现原理往往也被忽略，故云边协同的底层实现原理亟待研究，边缘计算领域中，缺少体系化的标准，现有的标准重叠化现象严重，存在已发布的标准与厂商的产品实现存在脱节等诸多问题。
[0005]所以我们提出了基于云边协同的智能网关，以便于解决上述中提出的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供基于云边协同的智能网关，以解决上述
技术介绍
提出的目前市场上缺少一个统一的数据采集标准的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于云边协同的智能网关，其特征在于，包括云端技术构架、网关技术构架和终端节点技术构架；
[0008]所述云端技术构架和网关技术构架之间通过网线或者WIFI进行网络连接，通过网关内置的EMQX Edge桥接到云端的MQTT服务器，进行网关——云端数据的交互，可以通过
EMQX Edge将控制指令下发到终端节点，其拥有网关断开与云端连接时将数据落盘持久化的能力，如果发生网关断网的情况，EMQX Edge待连接恢复后重新发送，使用网关内部的MQTT客户端B，通过EMQX Edge可以将终端节点采集的数据取出进行处理；
[0009]网关内置lorawan
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server充当LoraWan协议中的NS，与终端节点进行交互；
[0010]lorawan
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server拥有lorawan节点组网的能力，能够做到将数据下发至指定节点，亦能够将同一数据下发到一组节点，lorawan
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server接收到的节点数据通过lorawan
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server内置的客户端A上传到网关内部的EMQX Edge中；
[0011]终端节点分为采集节点和控制节点，采集节点被设置为LoraWan协议中的classA类型，此类型平时处于接收关闭状态，只有在进行一次上行链路发送后打开两个短暂的接收窗口用于接收数据，因此功耗最低，适用于采集传感器数据并上传云端的节点。控制节点被设置为LoraWan协议中的classC类型，此类型平时处于全功率接收状态，只有在发送数据时，关闭接收窗口，因此实时性最好，也是LoraWan协议中功耗最高的终端类型，控制节点对实时性要求较高，因而采用classC类型终端节点。
[0012]优选的，所述网关技术构架基于如下硬件环境：树莓派4B、M
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GW1302S模组。
[0013]优选的，所述云端技术构架、网关技术构架和终端节点技术构架基于如下软件环境：Linux raspberrypi 4.19.118
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v7l+#1311SMP Mon Apr 27 14:26:42BST 2020armv7l GNU/Linux、lorawan
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server、EMQX
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Edge。
[0014]优选的，所述网关技术构架内数据决策如下：
[0015]采集节点采用LoraWan协议中的classA类型，向网关发送数据。网关对数据进行数据处理后，如果需要进行设备控制，可以直接从网关向控制节点下发指令，而无需通过云端进行指令下发，减少向云端上传的数据量，降低终端——边缘网关的时延，提高响应速度，一些需要上传到服务器的数据也会自动上传至云端，例如需要展示的数据、设备的状态；
[0016]用户可以通过展示页面向网关下发数据，如果接收节点为采集节点，展示页面向网关下发的数据将会进入lorawan
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server的下行链路队列中等待下发，接收节点下次上行链路后打开两个短暂的接收窗口，待下发的数据会在这两个短暂的接收窗口中被下发，如果接收节点为控制节点，则会实时发送，实时接收，而无需进入下行链路队列等待下发。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术结合云计算与边缘计算技术，进行云边协同，在边缘侧的网关对数据进行本地化的快速处理，可提高整个系统的响应速度，减少向云端上传的数据量，大大减轻网络带宽的压力，减轻网络负载，减少增加节点的费用，而且采用低功耗的Lora传输，更加节能，便于扩充节点，在网关中运行智能的数据处理算法，不仅可以快速地处理数据，还可根据这些数据生成高质量的数据，从而在这些数据中挖掘更有价值的数据；
[0018]1.摒弃传统的使用云端进行数据处理的模式，改用算力强大的网关将所有数据进行本地化处理，根据数据处理结果进行设备控制，提高整个系统的即时响应速度，减少向云端传输的数据量，降低网关——云端的网络负载，减轻云端的压力；
[0019]2.通过少量的传感器，可以对节点进行区域化的控制，大幅度降低系统成本；
[0020]3.使用Lora和LoraWan协议栈连接网关与节点，具有可扩充性好、组网方便。
附图说明
[0021]图1为本专利技术系统框架图；
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于云边协同的智能网关，其特征在于，包括云端技术构架、网关技术构架和终端节点技术构架；所述云端技术构架和网关技术构架之间通过网线或者WIFI进行网络连接，通过网关内置的EMQX Edge桥接到云端的MQTT服务器，进行网关——云端数据的交互，可以通过EMQX Edge将控制指令下发到终端节点，其拥有网关断开与云端连接时将数据落盘持久化的能力，如果发生网关断网的情况，EMQX Edge待连接恢复后重新发送，使用网关内部的MQTT客户端B，通过EMQX Edge可以将终端节点采集的数据取出进行处理；网关内置lorawan
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server充当LoraWan协议中的NS，与终端节点进行交互；lorawan
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server拥有lorawan节点组网的能力，能够做到将数据下发至指定节点，亦能够将同一数据下发到一组节点，lorawan
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server接收到的节点数据通过lorawan
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server内置的客户端A上传到网关内部的EMQX Edge中；终端节点分为采集节点和控制节点，采集节点被设置为LoraWan协议中的classA类型，此类型平时处于接收关闭状态，只有在进行一次上行链路发送后打开两个短暂的接收窗口用于接收数据，因此功耗最低，适用于采集传感器数据并上传云端的节点。控制节点被设置为LoraWan协议中的classC类型，此类型平时处于全功率接收状态，只有在发送数据时，关闭接收窗口，因此实时性最好，也是LoraWan协议中功耗最高的终端类型，控制节点对实时性要求较高，因...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，褚云霞，
申请(专利权)人：石家庄学院，
类型：发明
国别省市：