CN108989093A - 一种物联网多维物理建模*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了物理层模块、模型层模块、例化层模块、配置层模块和任务层模块,述物理层模块接入***后对其业务特性进行描述,并通过所述物理层模块的描述语言进行物理层模块设备抽象建模形成所述模型层模块,述模型层模块的输出端通过模型化计算与所述例化层模块的输入端相连接,述例化层模块的输出端通过实时数据模块和非实时数据模块与所述配置层模块的输入端相连接,述配置层模块的输出端通过实时任务模块和非实时任务模块与所述任务层模块的输入端相连接。有益效果:本发明通过边缘计算操作***,能真正体现边缘计算在智慧工业、智慧农业和智慧城市中实时响应、数据优化、流量压缩和敏感数据安全加密的特性。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域,尤其涉及一种物联网多维物理建模***。
背景技术
物联网自诞生以来,其碎片化特性就始终暴露,体现在感知层上,那就是千万种不同的传感器、执行机构、数字仪表和工业类采集控制单元纷纷要求接入物联网平台进行业务和数据整合,但由于通讯方式、通讯协议和业务归口上没有统一的标准,造成平台端需要花较大的精力和资源去CASE BY CASE得整合这些碎片化的应用场景和协调各不同ICT/OT平台之间的相互不开放数据和接口的矛盾。
有没有一种较能让物联网感知层设备兼容接入,又能平衡好各方利益的方法存在呢。本发明定义了一种物联网多维物理建模***NECOS CONKIT对物联网感知层的碎片化和不兼容进行有效调解和整合,实现轻松接入,快速响应,智能分析,数据优化和模型云端更新和反哺。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种物联网多维物理建模***,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种物联网多维物理建模***,包括物理层模块、模型层模块、例化层模块、配置层模块和任务层模块。
所述物理层模块为物联网感知层接入,包括传感器模块、执行机构模块、数字仪表模块和采集控制模块。
所述物理层模块接入***后对其业务特性进行描述,并通过所述物理层模块的描述语言进行物理层模块设备抽象建模形成所述模型层模块。
所述模型层模块的输出端通过模型化计算与所述例化层模块的输入端相连接。
所述例化层模块的输出端通过实时数据模块和非实时数据模块与所述配置层模块的输入端相连接。
所述配置层模块的输出端通过实时任务模块和非实时任务模块与所述任务层模块的输入端相连接。
进一步的,所述传感器模块通过算法描述将所述传感器模块描述为专用设备和设备参数。
进一步的,所述传感器模块至少包括以下之一或其任意组合:温度传感器、湿度传感器和压力传感器模块。
进一步的,所述例化层模块包括变量计算模块、逻辑判断模块、时序判断模块、故障预判模块和警告处理模块。
进一步的,所述配置层包括TSDB时序数据库模块和MYSQL关系型数据库模块。
进一步的,所述实时数据模块与所述TSDB时序数据库模块相连接,并通过所述实时任务模块对强实时要求的任务就会分配到边缘计算操作***的实时域中进行处理,并配合时序型数据库TSDB进行数据实时记录,所述非实时数据模块与所述MYSQL关系型数据库模块相连接,并通过所述非实时任务模块对没有强实时要求的任务就会按照程序预设的模式进入边缘计算操作***的非实时中进行解析和存储。
本发明的有益效果是:本发明通过一种可复制并可全面推广的多维物理建模的方法,用自主研发的统一的物理描述语言,将感知层的传感器、执行机构、表计和采集控制模块描述成为统一格式,统一接口封装的物理模型,并按模型进行分类、管理和升级的,这种物理描述语言根据传感层的物理特性,采用不同的描述方式进行物理设备的精准转换,相比于传统的MATLab建模,只能用于数学算法的抽象来说,更符合物联网感知层各种通讯方式和各类通讯协议均要求接入的实际情况,通过统一建模,完成了物理向数字的第一次转换。
而模型层的新颖性主要体现在基础模型库能自动归类并演化升级,通过特征值的分类管理和检索,可以将模型按照不同的使用场景、不同的业务逻辑进行分类,并在基础属性上进化出二级、三级子属性,从而与各类物理接入产品本身的roadmap相吻合,彻底解决了传统模型库设计架构不科学,造成任何新型设备的接入均要全部重新建模的困扰。
例化层,通过对实际应用场景的例化,可将不同业务以沙盘形式进行融合和展现,如智能楼宇和智能公寓是两个完全不同客户属性和操作需求的SAAS应用场景,但均用到了智能照明、三表的集抄、智能门磁门锁的用户权限管理,因此在IAAS和PAAS层面,其例化业务属性有90%可共用,仅仅是客户面对的呈现形态发生了定制化的改变,这种例化方式,让应用场景的构建效率较传统项目构建方式有了质的飞跃。
依托于对边缘计算实时响应、数据优化、流量压缩和敏感数据安全加密的特性充分认知,在配置和任务层,根据实际业务的逻辑和实时性要求进行了灵活的分配,可实现硬实时任务毫秒级的响应。由于硬实时任务采用了静态内存分配,因此会对***的存储资源的运算能力提出较高要求,配置层和任务层,利用平衡负载算法,在***运算负荷、内存空闲数量和数据库查表效率上相较传统多任务、多线程和多优先级的实现手段了有更加智能和合理的调配,这也是本发明中核心技术,能真正体现边缘计算在智慧工业、智慧农业和智慧城市中实时响应、数据优化、流量压缩和敏感数据安全加密的特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种物联网多维物理建模***的结构示意图。
图中:
10、物理层模块;20、模型层模块;30、例化层模块;40、配置层模块;50、任务层模块;60、实时数据模块;70、非实时数据模块;80、实时任务模块;90、非实时任务模块;11、传感器模块;12、执行机构模块;13、数字仪表模块;14、采集控制模块;31、变量计算模块;32、逻辑判断模块;33、时序判断模块;34、故障预判模块;35、警告处理模块;41、TSDB时序数据库模块;42、MYSQL关系型数据库模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的实施例,提供了一种物联网多维物理建模***。
参照图1,根据本发明实施例的物联网多维物理建模***,包括物理层模块10、模型层模块20、例化层模块30、配置层模块40和任务层模块50。
所述物理层模块10为物联网感知层接入,包括传感器模块11、执行机构模块12、数字仪表模块13和采集控制模块14。
所述物理层模块10接入***后对其业务特性进行描述,并通过所述物理层模块10的描述语言进行物理层模块设备抽象建模形成所述模型层模块20。
所述模型层模块20的输出端通过模型化计算与所述例化层模块30的输入端相连接。
所述例化层模块30的输出端通过实时数据模块60和非实时数据模块70与所述配置层模块40的输入端相连接。
所述配置层模块40的输出端通过实时任务模块80和非实时任务模块90与所述任务层模块50的输入端相连接。
在一个实施例中,所述传感器模块11通过算法描述将所述传感器模块11描述为专用设备和设备参数。
在一个实施例中,所述传感器模块11至少包括以下之一或其任意组合:温度传感器、湿度传感器和压力传感器模块。
在一个实施例中,所述例化层模块30包括变量计算模块31、逻辑判断模块32、时序判断模块33、故障预判模块34和警告处理模块35。
在一个实施例中,所述配置层40包括TSDB时序数据库模块41和MYSQL关系型数据库模块42。
在一个实施例中,所述实时数据模块60与所述TSDB时序数据库模块41相连接,并通过所述实时任务模块80对强实时要求的任务就会分配到边缘计算操作***的实时域中进行处理,并配合时序型数据库TSDB进行数据实时记录,所述非实时数据模块70与所述MYSQL关系型数据库模块42相连接,并通过所述非实时任务模块90对没有强实时要求的任务就会按照程序预设的模式进入边缘计算操作***的非实时中进行解析和存储。
另外,在具体实施时,所述物理层模块,此层为物联网感知层接入,包含各类传感器、执行机构、表计和采集控制模块,所有此类物理层设备均通过自主研发的无线、有线物联网模块以授权认证的方式安全接入,如LoRa、WiFi、ZigBee、BLE、串口、以太网等,均带有加密芯片,保证物理接入是真实合法的;
物理层设备接入***后需要对其业务特性进行描述,通过物理层描述语言进行物理层设备抽象建模。
1)通过算法描述,将传感器描述为专用设备和设备参数,如设备类型:温湿度传感器,参数:温度、湿度等;
2)通过行为描述将执行机构描述为专用设备和设备参数,如设备类型:伺服电机,参数:驱动电压、转速等;
3)通过协议描述,将数字仪表描述为专用设备和设备参数,如设备类型:单相电表,参数:电压、电流,NECOS CONKIT支持解析和描述数百种通用和专用协议,如Modbus、DT/L 645、IEC101/103/104等;
4)通过采集描述,将采集控制模块表述为专用设备和设备参数,如设备类型:IO控制卡,参数:干接点IN、湿节点OUT;
其中,所述模型层模块20还可以根据需要的功能特性进行描述,通过别的描述方式对物理层进行抽象建模,再此不做一一列举。
所述模型层模块20建模完成后,所有模型进入模型层的模型库中,模型库中的物理层抽象模式,可根据设备类别、设备应用范围和品牌自动分组和存储,并可以进行模块化动态升级,即在同类产品公共参数列表里动态增加私有参数,从而最快速支持新的物理层设备接入,模型库精准定位和丰富是本发明的主要特征。
当单个设备被模型化后,就要进行应用场景的抽象化建模了,按照实际接入***的物理层模型二次建模为应用场景,并通过校本化编程语言进行场景例化。
所述例化层模块30,是进行应用场景例化的部分,也是边缘计算的核心组件,通过所述变量计算模块31进行业务场景的采集和数据的实时解析,并记录入数据库进行过程存储控制;通过所述逻辑判断模块32,对业务场景模型中预设的业务逻辑进行判断,并实时响应,最大程度体现边缘计算的迅捷性;通过所述时序判断模块33,对接入***的所有物理层设备进行精准时间同步校时和防止并发冲突的动态延时;通过所述故障预判模块34,建立失效模型,对业务模型中可能出现的故障进行概率和统计分析,并有多重不同优先级的故障的应急处理机制;通过所述警告处理模块35,对出现故障是需要将故障事件的严重程度、时间、应急处理方法和处理结果传输给云端和相关的最终用户。
所述配置层模块40与所述任务层模块50,当业务被例化后,就要根据实时性要就进行任务的分解和部署配置,对强实时要求的任务就会分配到边缘计算操作***的实时域中进行处理,并配合时序型数据库TSDB进行数据实时记录,对没有强实时要求的任务就会按照程序预设的模式进入边缘计算操作***的非实时中进行解析和存储。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,包括物理层模块10、模型层模块20、例化层模块30、配置层模块40和任务层模块50。
所述物理层模块10为物联网感知层接入,包括传感器模块11、执行机构模块12、数字仪表模块13和采集控制模块14。
所述物理层模块10接入***后对其业务特性进行描述,并通过所述物理层模块10的描述语言进行物理层模块设备抽象建模形成所述模型层模块20。
所述模型层模块20的输出端通过模型化计算与所述例化层模块30的输入端相连接。
所述例化层模块30的输出端通过实时数据模块60和非实时数据模块70与所述配置层模块40的输入端相连接。
本发明的有益效果:本发明通过一种可复制并可全面推广的多维物理建模的方法,用自主研发的统一的物理描述语言,将感知层的传感器、执行机构、表计和采集控制模块描述成为统一格式,统一接口封装的物理模型,并按模型进行分类、管理和升级的,这种物理描述语言根据传感层的物理特性,采用不同的描述方式进行物理设备的精准转换,相比于传统的MATLab建模,只能用于数学算法的抽象来说,更符合物联网感知层各种通讯方式和各类通讯协议均要求接入的实际情况,通过统一建模,完成了物理向数字的第一次转换。
而模型层的新颖性主要体现在基础模型库能自动归类并演化升级,通过特征值的分类管理和检索,可以将模型按照不同的使用场景、不同的业务逻辑进行分类,并在基础属性上进化出二级、三级子属性,从而与各类物理接入产品本身的roadmap相吻合,彻底解决了传统模型库设计架构不科学,造成任何新型设备的接入均要全部重新建模的困扰。
例化层,通过对实际应用场景的例化,可将不同业务以沙盘形式进行融合和展现,如智能楼宇和智能公寓是两个完全不同客户属性和操作需求的SAAS应用场景,但均用到了智能照明、三表的集抄、智能门磁门锁的用户权限管理,因此在IAAS和PAAS层面,其例化业务属性有90%可共用,仅仅是客户面对的呈现形态发生了定制化的改变,这种例化方式,让应用场景的构建效率较传统项目构建方式有了质的飞跃。
依托于对边缘计算实时响应、数据优化、流量压缩和敏感数据安全加密的特性充分认知,在配置和任务层,根据实际业务的逻辑和实时性要求进行了灵活的分配,可实现硬实时任务毫秒级的响应。由于硬实时任务采用了静态内存分配,因此会对***的存储资源的运算能力提出较高要求,配置层和任务层,利用平衡负载算法,在***运算负荷、内存空闲数量和数据库查表效率上相较传统多任务、多线程和多优先级的实现手段了有更加智能和合理的调配,这也是本发明中核心技术,能真正体现边缘计算在智慧工业、智慧农业和智慧城市中实时响应、数据优化、流量压缩和敏感数据安全加密的特性。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种物联网多维物理建模***,其特征在于,包括物理层模块(10)、模型层模块(20)、例化层模块(30)、配置层模块(40)和任务层模块(50);
所述物理层模块(10)为物联网感知层接入,包括传感器模块(11)、执行机构模块(12)、数字仪表模块(13)和采集控制模块(14);
所述物理层模块(10)接入***后对其业务特性进行描述,并通过所述物理层模块(10)的描述语言进行物理层模块设备抽象建模形成所述模型层模块(20);
所述模型层模块(20)的输出端通过模型化计算与所述例化层模块(30)的输入端相连接;
所述例化层模块(30)的输出端通过实时数据模块(60)和非实时数据模块(70)与所述配置层模块(40)的输入端相连接;
所述配置层模块(40)的输出端通过实时任务模块(80)和非实时任务模块(90)与所述任务层模块(50)的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种物联网多维物理建模***,其特征在于,所述传感器模块(11)通过算法描述将所述传感器模块(11)描述为专用设备和设备参数。
3.根据权利要求1或2所述的一种物联网多维物理建模***,其特征在于,所述传感器模块(11)至少包括以下之一或其任意组合:温度传感器、湿度传感器和压力传感器模块。
4.根据权利要求1所述的一种物联网多维物理建模***,其特征在于,所述例化层模块(30)包括变量计算模块(31)、逻辑判断模块(32)、时序判断模块(33)、故障预判模块(34)和警告处理模块(35)。
5.根据权利要求1所述的一种物联网多维物理建模***,其特征在于,所述配置层(40)包括TSDB时序数据库模块(41)和MYSQL关系型数据库模块(42)。
6.根据权利要求5所述的一种物联网多维物理建模***,其特征在于,所述实时数据模块(60)与所述TSDB时序数据库模块(41)相连接,并通过所述实时任务模块(80)对强实时要求的任务就会分配到边缘计算操作***的实时域中进行处理,并配合时序型数据库TSDB进行数据实时记录,所述非实时数据模块(70)与所述MYSQL关系型数据库模块(42)相连接,并通过所述非实时任务模块(90)对没有强实时要求的任务就会按照程序预设的模式进入边缘计算操作***的非实时中进行解析和存储。
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