一种基于DTU的自适应边缘计算无线传感器中继系统的制作方法

本发明涉及工业通信，特别涉及一种基于dtu的自适应边缘计算无线传感器中继系统。

背景技术：

1、随着物联网技术的日益发展和广泛应用，传感器的种类和数量都在迅速增长，这带来了多样化的传感器技术，能够满足各种监测和测量的需求。然而，这种多样化也带来了一系列的挑战，尤其是在系统集成和兼容性方面。

2、由于缺乏统一的传感器行业标准，使得物联网系统在集成各类传感器时需要大量的前置工作，适配不同的硬件接口和通信协议、不同的采集指令、不同的数据格式，物联网系统在拓展新的传感器种类时，需要持续的维护和升级，物联网节点通常是一个硬件设备，这会导致每次拓展新种类的传感器时，物联网系统的兼容性和物联网节点设备的固件升级过程会更加复杂。

3、目前绝大部分的传感器能够支持modbus通信协议，但由于不同的厂家的设计规范不同，以及传感器种类的区别，依然有很大的差异，需要做单独适配。

4、现有的方式中每次适配传感器都需要客户端、云服务器、设备端固件同步开发，软硬件联调测试，最后再进行客户端上架、云服务器更新、设备端固件升级的操作，过程中还会产生诸如多方版本冲突、多固件版本设备共存等问题，这种方式产生了巨大的时间和人力物力成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于dtu的自适应边缘计算无线传感器中继系统，旨在解决物联网领域中传感器集成和兼容性的挑战，本系统利用云服务器、dtu（data transferunit，数据传输单元）和modbus等技术，降低物联网系统中系统集成和持续维护的复杂度，使得系统可以更弹性的拓展新类型的传感器，避免对物联网节点设备不断的升级维护，还可以使系统对传感器种类的支持保持一致性至少能够解决上述问题之一。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于dtu的自适应边缘计算无线传感器中继系统，包括智能网关、无线传感器中继、传感器、云服务器和客户端，无线传感器中继分别连接传感器和智能网关，智能网关和客户端均与云服务器通信配合；

3、云服务器负责维护和管理一个传感器支持列表，该列表至少包含了所有支持的传感器类型、modbus配置参数、指令集、数据类型、采集频率和计算方法这些信息；

4、客户端在启动时会从云服务器获取最新的传感器支持列表，并允许用户根据实际接入的传感器类型进行配置，配置完成后，客户端会将配置参数发送到智能网关，智能网关再将这些配置参数应用到相应的无线传感器中继，无线传感器中继根据从智能网关接收到的配置参数，持续监测和采集传感器数据；

5、无线传感器中继和智能网关均具备dtu的功能，无线传感器中继能够对传感器采集到的原始数据进行初步的边缘计算处理，智能网关能够对经过无线传感器中继处理后的数据做进一步的边缘计算处理，并将进一步处理后的数据上传到云服务器；

6、当需要增加新的传感器类型时，只需在云服务器的传感器支持列表中添加相应的参数和配置。

7、本发明提供了一种全新结构的无线传感器中继系统，当需要增加新的传感器类型时，只需在云服务器的传感器支持列表中添加相应的参数和配置，无需对硬件设备固件或客户端软件进行任何升级或修改，整套系统既可以完成对新类型传感器的拓展维护。

8、通过这种设计，本发明不仅提高了物联网系统的灵活性和可维护性，还大大降低了系统升级和维护的成本，为用户提供了一种高效、可靠且易于扩展的物联网解决方案。

9、在一些实施方式中，客户端包括app应用终端和web后台终端，用户可以通过app应用终端和web后台终端的交互界面与系统进行交互。

10、在一些实施方式中，智能网关包括第一mcu主控模块、第一电源模块、第一存储模块、第一rtc模块、第一数据处理模块、第一lora模块以及4g模块或wifi模块，无线传感器中继包括第二mcu主控模块、第二电源模块、第二存储模块、第二rtc模块、第二数据处理模块、第二lora模块以及rs485模块，无线传感器中继通过rs485接口与传感器建立连接，共同构成一个dtu数据终端单元，第一lora模块与第二lora模块相配合，智能网关通过4g模块或wifi模块与云服务器通信连接。由此，客户端通过互联网与云服务器建立连接，用于用户或者管理维护人员的交互操作；智能网关通过4g模块或wifi模块与云服务器建立连接，是系统中的分布式物联网节点；无线传感器中继通过lora模块与智能网关共同构建本地lora网络，同时通过rs485有线连接的方式与传感器建立连接，共同构成的dtu数据终端单元，是系统中的物联网次级节点。本系统中通过智能网关和无线传感器中继这些物联网系统中的主次节点，利用节点端的边缘计算能力，均衡的分配算力和存力，在节点端对源数据处理，得到有效数据和统计数据，在上传到云服务器，使得服务器能够直接使用数据做业务逻辑或综合的数据处理，而不需要再对数据进行单一处理，提高了服务器的运转效率以及降低了服务器的资源负载。

11、在一些实施方式中，第一电源模块和第二电源模块用于给各自设备中的其他模块供电；

12、第一rtc模块和第二rtc模块用于给各自设备提供准确的真实世界时间、执行时序任务和处理时序型数据，所述智能网关通过所述第一rtc模块向所述云服务器获取标准时间进行校准，同时也会将获取的标准时间下发至所述无线传感器中继用于时间校准；

13、第一存储模块和第二存储模块至少用于存储各自设备中的业务逻辑代码和数据、采集到传感器数据、历史数据的统计核算以及操作记录和日志；

14、第一数据处理模块和第二数据处理模块至少用于对采集到的数据进行筛选、过滤、整合、计算、校准以及算法处理，并按照预定规则构建相应的数据集，形成系统所需的有效数据；

15、4g模块或wifi模块用于实现智能网关通过4g或者wifi网络接入互联网，进而与云服务器建立持续的连接；

16、第一lora模块和第二lora模块用于构建一个本地的lora主从网络，智能网关作为主设备，无线传感器中继作为从设备，从而形成一个一对多的本地lora网络；

17、rs485模块用于实现无线传感器中继与传感器的有线连接，进行数据传输的同时还可以为传感器提供工作电源。

18、在一些实施方式中，云服务器包括数据库，数据库中存储着传感器支持列表的信息，该信息至少包括每一种传感器的在本物联网系统中所需要的全部参数信息，参数信息至少包括每一种传感器在系统内部自定义的标识信息、modbus的串口通信配置参数、传感器采集数据的信息、自定义命令信息。

19、在一些实施方式中，每一种传感器在系统内部自定义的标识信息至少包括编号、类型、名称、品牌和对应图片资源，modbus的串口通信配置参数至少包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验位，传感器采集数据的信息至少包括属性类型、中英文名称、中英文品牌、中英文单位、数值类型、字节序类型、换算公式、采样时间间隔、对应的modbus指令信息，自定义命令信息至少包括用于适配不符合modbus标准的自定义协议指令。

20、在一些实施方式中，云服务器还包括http接口，http接口与数据库相配合，通过http接口能够对数据库中的数据进行管理，web后台终端利用http接口构建了用户交互界面，系统管理员经授权后能够登入web后台终端，对传感器支持列表的信息进行管理，管理至少包括对数据的增加、删除、修改和查询。例如，如果需要调整一款传感器的参数，可以在web后台终端的用户交互界面修改参数，点击保存，通过http接口向服务器发送修改请求；同理，可通过该方法新增或删除一款传感器；此外，涉及到传感器固有特性的部分参数，可以通过查找传感器产品文档获取。

21、在一些实施方式中，无线传感器中继配置所述传感器的具体过程至少包括以下步骤：

22、s1、客户端启动后，后台将自动从云服务器获取传感器支持列表信息，并同步存储到客户端本地，并在合适的时机同步更新列表，以保证客户端的备份信息和云服务器始终保持一致；

23、s2、用户操作客户端进入传感器类型设置页面，交互页面会展示系统支持的传感器选择列表，用户可以根据无线传感器中继连接的传感器实际类型做出选择并确认，此时客户端将会向云服务器发送对无线传感器中继的配置请求；

24、s3、云服务器收到配置请求后，一方面将会保存此无线传感器中继的特征信息到数据库，另一方面会将此请求的全部信息通过mqtt服务进程下发至指定的智能网关；

25、s4、智能网关收到请求信息后将会进行数据解析，并保存所需的特征信息到自身存储模块用于识别和管理无线传感器中继，同时将整合好的有效的配置信息通过自定义协议下发至无线传感器中继；

26、s5、无线传感器中继收到有效的配置信息后，将会保存至自身存储模块，并按照配置信息持续运行，进行数据的定时采样和处理。

27、在一些实施方式中，如果无线传感器中继需要更换其他类型的传感器，只需要在客户端的传感器类型设置页面重新选择相应的种类，保存即可覆盖原有的配置信息，适配新的传感器。

28、本发明的有益效果为：

29、本发明提供一种全新的基于dtu的自适应边缘计算无线传感器中继系统，该系统通过智能网关和无线传感器中继这些物联网系统中的主次节点，利用节点端的边缘计算能力，均衡的分配算力和存力，在节点端对源数据处理，得到有效数据和统计数据，在上传到云服务器，使得服务器能够直接使用数据做业务逻辑或综合的数据处理，而不需要再对数据进行单一处理，提高了服务器的运转效率以及降低了服务器的资源负载。

30、本系统中通过将传感器配置信息作为动态的数据列表存储在云服务器中，并使用web后台终端的后台管理系统进行维护，对于传感器的适配有很高的灵活性和便利性。而且这种架构方式可以惠及到整个物联网系统，所有的维护变化都是同时适用于整个系统中的，系统中全部的智能网关和无线传感器中继设备可以无缝的支持最新的传感器列表。

31、与传统方式相比，本系统可以极大降低整个系统维护成本和适配复杂度，同时提升了系统的稳定性、兼容性和一致性。