CN110290185B - 一种基于Agent的物联网设备集成***及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于Agent的物联网设备集成***,包括应用子***、服务器、智能Agent模块、网络传输层和设备层;应用子***、智能Agent模块均与服务器网络连接;智能Agent模块通过所述网络传输层与设备层建立网络连接。还提供该***的应用方法,包括:对设备进行注册与配置;应用子***通过所述服务器向所述智能Agent模块发出服务请求;智能Agent模块根据服务请求对设备层进行操作,并将操作结果通过服务器反馈给应用子***。本发明提供的一种基于Agent的物联网设备集成***及其应用方法,具有设备注册、设备信息采集及控制指令下达等功能,解决了制造车间复杂的物联网环境及车间设备多样性导致的设备复杂集成的问题,使车间现场达到可视化,可操作化和可集成化。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术应用领域,更具体的,涉及一种基于Agent的物联网设备集成***,还涉及该***的应用方法。
背景技术
物联网在制造业的应用和发展,提高了制造业的设备管理和信息采集的能力,解决了传统的生产方式对人力的依赖程度高,车间设备管理难,信息的流通性差的问题。但是,现有的制造物联网只是从宏观上解决了信息采集的问题,没有针对制造车间复杂的物联网环境及车间设备的多样性,给出合理统一的使用标准及解决办法,使得企业需要对不同的车间设备开发不同的信息***。这又造成企业了对众多信息***的管理和运维的困难,且采集到的数据无法实现共融共享问题。
发明内容
本发明为克服现有的制造物联网没有针对制造车间复杂的物联网环境及车间设备的多样性制定相应的***,令企业存在信息管理、运维困难且采集到的数据无法实现共融共享的技术缺陷,提供一种基于Agent的物联网设备集成***。
本发明还提供该***的应用方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种基于Agent的物联网设备集成***,包括应用子***、服务器、智能Agent模块、网络传输层和设备层;其中:
所述应用子***、智能Agent模块均与所述服务器网络连接;
所述智能Agent模块通过所述网络传输层与所述设备层建立网络连接。
其中,所述应用子***通过所述服务器向所述智能Agent模块提交设备注册、设备状态数据实时采集和控制指令实时下达的服务请求。
其中,所述服务器为MQ服务器,所述MQ服务器采用Topic订阅/发布的方式传递消息体。
其中,所述智能Agent模块包括注册子模块、读写子模块、配置子模块和定时器;其中:
所述注册子模块用于设备层的设备注册,并将注册验证信息发送到所述服务器;
所述读写子模块用于读取设备层采集到的设备状态信息及向设备层下达实时的控制指令;
所述配置子模块用于服务器的认证信息配置及设备层的身份认证和属性配置;
所述定时器用于以一定的周期为间隔轮询服务器中由应用子***下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层实时采集到的设备状态信息。
其中,所述配置子模块采用xml文档方式进行配置,具体包括Agent注册器、服务器IP/端口和设备配置单元;其中:
所述Agent注册器用于向服务器申请合法接入;
服务器IP/端口,用于智能Agent模块主动向服务器发起连接请求,已配置MQ服务器和TCP服务器,同时为智能Agent模块与设备层的某些设备连接提供了接口;
所述设备配置单元用于允许合法已注册的设备接入智能Agent模块中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式。
一种基于Agent的物联网设备集成***的应用方法,包括以下步骤:
S1:对设备进行注册与配置,完成***连接;
S2:应用子***通过所述服务器向所述智能Agent模块发出服务请求;
S3:智能Agent模块根据服务请求对设备层进行操作,并将操作结果通过服务器反馈给应用子***。
其中,在步骤S1中所述的对设备进行注册与配置具体包括:
通过注册子模块进行设备注册;通过配置子模块将已注册的设备接入智能Agent模块中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式;
所述的完成***连接具体包括:智能Agent模块通过Agent注册器向服务器申请合法接入并通过服务器IP/端口主动发起连接请求;智能Agent模块通过读写子模块读取设备层采集到的设备状态信息及向设备层下达实时的控制指令,通过所述定时器以一定的周期为间隔轮询服务器中由应用子***下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层实时采集到的设备状态信息。
其中,所述设备注册的具体过程包括:
S11:应用子***将GateName与DeviceName发送给MQ服务器;
S12:MQ服务器根据接收到的信息和接收时间由加密算法分别生成GateID和设备密钥DeviceSecret,并在MQ服务器中创建GateID/DeviceName/Send和GateID/DeviceName/Receive的Topic;
S13:MQ服务器将生成的GateID和设备密钥DeviceSecret回复给应用子***;应用子***以分发xml文件的形式将GateID和设备密钥DeviceSecret以及设备的属性配置信息发送给智能Agent模块,由智能Agent模块的注册子模块向MQ服务器提交注册请求;
S14:MQ服务器将智能Agent模块提交的GateID和设备密钥DeviceSecret进行验证,验证通过后向智能Agent模块返回MQ服务器的用户名、密码及相关信息;
S15:应用子***根据DeviceName及设备注册时MQ服务器返回的GateID,向MQ服务器订阅主题GateID/DeviceName/Receive,并使用Topic为GateID/DeviceName/Send进行消息的发布;
S16:智能Agent模块根据应用子***分发的GateID,DeviceName向MQ服务器订阅GateID/DeviceName/Send的Topic,并以GateID/DeviceName/Receive为Topic进行消息发布;
S17:应用子***与智能Agent模块建立了基本的通信通道,完成设备注册。
其中,所述步骤S2所述的服务请求包括设备状态数据实时采集和控制指令实时下达,具体为:应用子***向MQ服务器的Topic中发送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息,MQ服务器向订阅了该Topic的智能Agent模块推送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息。
其中,在步骤S3中,所述智能Agent模块根据服务请求对设备层的操作包括设备实时信息采集和设备控制指令下发;具体为:
S31:智能Agent模块将实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息转换成相应指令报文;
S32:智能Agent模块根据设备状态数据实时采集指令报文,将从设备层上采集到的数据解析并封装成JSON格式并发送到MQ服务器的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的应用子***推送JSON格式的设备采集到的数据;
S33:智能Agent模块将生成的实时控制指令报文通过网络传输层的网关发给相应的设备层,设备层执行相应的操作,并将执行结果以报文的形式反馈给智能Agent模块,智能Agent模块再将报文解析成JSON格式发往MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了Topic的应用子***推送设备层设备的反馈信息。
上述方案中,所述设备状态数据实时采集流程为智能Agent模块根据设备状态数据实时采集指令报文,将从设备层上采集到的数据解析并封装成JSON格式并发送到MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的应用子***推送JSON格式的设备状态数据。
上述方案中,所述设备控制指令下发流程具体为应用子***下达指令后,指令被发送到MQ服务器GateID/DeviceName/Send的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的智能Agent模块推送指令;智能Agent模块按照事先定义好的通讯协议解析指令,并生成报文,生成的报文通过网络传输层的网关发给相应的设备层,设备层执行相应的操作,并将执行结果以报文的形式反馈给智能Agent模块,智能Agent模块再将报文解析成JSON格式发往MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了Topic的应用子***推送设备层设备的反馈信息。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明提供的一种基于Agent的物联网设备集成***及其应用方法,将智能Agent模块作为桥梁连接设备层和应用子***,具有设备注册、设备信息采集及控制指令下达等功能,解决了制造车间复杂的物联网环境及车间设备多样性导致的设备复杂集成的问题,使车间现场达到可视化,可操作化和可集成化。
附图说明
图1为基于Agent的物联网设备集成***的结构示意图;
图2为基于Agent的物联网设备集成***的应用方法流程示意图;
图3为PLC计量***工作流程示意图;
图4为智能Agent模块的工作流程示意图;
其中:1、应用子***;2、服务器;3、智能Agent模块;31、注册子模块;32、读写子模块;33、配置子模块;331、Agent注册器;332、服务器IP/端口;333、设备配置单元;34、定时器;4、网络传输层;5、设备层。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,一种基于Agent的物联网设备集成***,包括应用子***1、服务器2、智能Agent模块3、网络传输层4和设备层5;其中:
所述应用子***1、智能Agent模块3均与所述服务器2网络连接;
所述智能Agent模块3通过所述网络传输层4与所述设备层5建立网络连接。
更具体的,所述应用子***1通过所述服务器2向所述智能Agent模块3提交设备注册、设备状态数据实时采集和控制指令实时下达的服务请求。
更具体的,所述服务器2为MQ服务器,所述MQ服务器采用Topic订阅/发布的方式传递消息体。
更具体的,所述智能Agent模块3包括注册子模块31、读写子模块32、配置子模块33和定时器34;其中:
所述注册子模块31用于设备层5的设备注册,并将注册验证信息发送到所述服务器2;
所述读写子模块32用于读取设备层5采集到的设备状态信息及向设备层下达实时的控制指令;
所述配置子模块33用于服务器2的认证信息配置及设备层5的身份认证和属性配置;
所述定时器34用于以一定的周期为间隔轮询服务器2中由应用子***1下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层5实时采集到的设备状态信息。
更具体的,所述配置子模块33采用xml文档方式进行配置,具体包括Agent注册器331、服务器IP/端口332和设备配置单元333;其中:
所述Agent注册器331用于向服务器2申请合法接入;
所述服务器IP/端口332用于智能Agent模块3主动向服务器2发起连接请求;
所述设备配置单元333用于允许合法已注册的设备接入智能Agent模块3中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式。
在具体实施过程中,所述网络传输层4设置有WIFI网关/RJ45网关、Zigbee网关和LORA网关。
实施例2
在实施例1的基础上,如图2所示,一种基于Agent的物联网设备集成***的应用方法,包括以下步骤:
S1:对设备进行注册与配置,完成***连接;
S2:应用子***1通过所述服务器2向所述智能Agent模块3发出服务请求;
S3:智能Agent模块3根据服务请求对设备层5进行操作,并将操作结果通过服务器反馈给应用子***1。
更具体的,在步骤S1中所述的对设备进行注册与配置具体包括:
通过注册子模块31进行设备注册;通过配置子模块33将已注册的设备接入智能Agent模块3中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式;
所述的完成***连接具体包括:智能Agent模块3通过Agent注册器331向服务器2申请合法接入并通过服务器IP/端口332主动发起连接请求;智能Agent模块3通过读写子模块32读取设备层5采集到的设备状态信息及向设备层5下达实时的控制指令,通过所述定时器34以一定的周期为间隔轮询服务器2中由应用子***1下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层5实时采集到的设备状态信息。
更具体的,所述设备注册的具体过程包括:
S11:应用子***1将GateName与DeviceName发送给MQ服务器;
S12:MQ服务器根据接收到的信息和接收时间由加密算法分别生成GateID和设备密钥DeviceSecret,并在MQ服务器中创建GateID/DeviceName/Send和GateID/DeviceName/Receive的Topic;
S13:MQ服务器将生成的GateID和设备密钥DeviceSecret回复给应用子***1;应用子***1以分发xml文件的形式将GateID和设备密钥DeviceSecret以及设备的属性配置信息发送给智能Agent模块3,由智能Agent模块3的注册子模块31向MQ服务器提交注册请求;
S14:MQ服务器将智能Agent模块3提交的GateID和设备密钥DeviceSecret进行验证,验证通过后向智能Agent模块3返回MQ服务器的用户名、密码及相关信息;
S15:应用子***1根据DeviceName及设备注册时MQ服务器返回的GateID,向MQ服务器订阅主题GateID/DeviceName/Receive,并使用Topic为GateID/DeviceName/Send进行消息的发布;
S16:智能Agent模块3根据应用子***1分发的GateID,DeviceName向MQ服务器订阅GateID/DeviceName/Send的Topic,并以GateID/DeviceName/Receive为Topic进行消息发布;
S17:应用子***1与智能Agent模块3建立了基本的通信通道,完成设备注册。
更具体的,所述步骤S2所述的服务请求包括设备状态数据实时采集和控制指令实时下达,具体为:应用子***1向MQ服务器的Topic中发送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息,MQ服务器向订阅了该Topic的智能Agent模块3推送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息。
更具体的,在步骤S3中,所述智能Agent模块3根据服务请求对设备层5的操作包括设备实时信息采集和设备控制指令下发;具体为:
S31:智能Agent模块3将实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息转换成相应指令报文;
S32:智能Agent模块3根据设备状态数据实时采集指令报文,将从设备层5上采集到的数据解析并封装成JSON格式并发送到MQ服务器的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的应用子***1推送JSON格式的设备采集到的数据;
S33:智能Agent模块3将生成的实时控制指令报文通过网络传输层4的网关发给相应的设备层5,设备层5执行相应的操作,并将执行结果以报文的形式反馈给智能Agent模块3,智能Agent模块3再将报文解析成JSON格式发往MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了Topic的应用子***1推送设备层5设备的反馈信息。
在具体实施过程中,所述设备状态数据实时采集流程为智能Agent模块3根据设备状态数据实时采集指令报文,将从设备层5上采集到的数据解析并封装成JSON格式并发送到MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的应用子***1推送JSON格式的设备状态数据。
在具体实施过程中,所述设备控制指令下发流程具体为应用子***1下达指令后,指令被发送到MQ服务器GateID/DeviceName/Send的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的智能Agent模块3推送指令;智能Agent模块3按照事先定义好的通讯协议解析指令,并生成报文,生成的报文通过网络传输层4的网关发给相应的设备层5,设备层5执行相应的操作,并将执行结果以报文的形式反馈给智能Agent模块3,智能Agent模块3再将报文解析成JSON格式发往MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了Topic的应用子***1推送设备层5设备的反馈信息。
实施例3
在具体实施过程中,如图3所示,以“PLC计量***”为例进一步说明。
应用子***1是运行在PC端或移动端的web界面,采用MES制造执行***(manufacturing execution system,简称MES),MES通过MQ服务器与运行在工控机上的智能Agent模块3对接,且MES和智能Agent模块3都是通过MQ服务器主题订阅/发布的形式传递消息;PLC网络通讯模块为TCP server端,PLC通过自身的网络模块经由工业网关与智能Agent模块3通信。为了确保服务设备的唯一性,使用GateID(GID)和DeviceName作为消息队列的Topic前缀,并将特定消息服务Send/Receive用作后缀,具体示例如下表所示:
更具体的,智能Agent模块3提供xml文档方式配置,配置属性包括:
Agent注册器331,向服务器2申请合法接入,包含GateID/DeviceSecret;
服务器IP/端口332,用于智能Agent模块3主动向服务器2发起连接请求,已配置MQ服务器和TCP服务器,同时为智能Agent模块3与设备层5的某些设备连接提供了接口。
设备配置单元333,用于允许合法已注册的设备接入智能Agent模块3中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式。
实施例4
在具体实施过程中,如图4所示,所述智能Agent模块3的具体工作过程包括:
S301:智能Agent模块3初始化;
S302:定时器34定时轮询设备状态及MQ服务器,将设备层5采集到的数据发送给MQ服务器;
S303:判断应用子***1是否下达控制指令到MQ服务器,若是,执行步骤S304;若否,返回步骤S302;
S304:判断报头类型是否为查询设备类,若是,将查询的设备信息发送至MQ服务器,执行步骤S303;若否,执行步骤S305;
S305:判断报头类型是否为控制类型,若是,执行步骤S306;若否,返回步骤S302;
S306:判断报头是否为读控制类型,若是,执行步骤S307;若否,执行步骤S308;
S307:解析读报体并生成报文发给相关设备,设备以报文形式返回;将收到的报文转换为JSON格式并发给MQ服务器,执行步骤S302;
S308:判断报头是否为写控制类型,若是,解析写报文并发送给相关设备,结束流程;若否,直接返回步骤S302。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于Agent的物联网设备集成***,其特征在于:包括应用子***(1)、服务器(2)、智能Agent模块(3)、网络传输层(4)和设备层(5);其中:
所述应用子***(1)、智能Agent模块(3)均与所述服务器(2)网络连接;
所述智能Agent模块(3)通过所述网络传输层(4)与所述设备层(5)建立网络连接;
其中,所述应用子***(1)通过所述服务器(2)向所述智能Agent模块(3)提交设备注册、设备状态数据实时采集和控制指令实时下达的服务请求;
所述智能Agent模块(3)包括注册子模块(31)、读写子模块(32)、配置子模块(33)和定时器(34);其中:
所述注册子模块(31)用于设备层(5)的设备注册,并将注册验证信息发送到所述服务器(2);
所述读写子模块(32)用于读取设备层(5)采集到的设备状态信息及向设备层(5)下达实时的控制指令;
所述配置子模块(33)用于服务器(2)的认证信息配置及设备层(5)的身份认证和属性配置;
所述定时器(34)用于以一定的周期为间隔轮询服务器(2)中由应用子***(1)下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层(5)实时采集到的设备状态信息;
所述配置子模块(33)采用xml文档方式进行配置,具体包括Agent注册器(331)、服务器IP/端口(332)和设备配置单元(333);其中:
所述Agent注册器(331)用于向服务器(2)申请合法接入;
所述服务器IP/端口(332)用于智能Agent模块(3)主动向服务器(2)发起连接请求,已配置MQ服务器和TCP服务器,同时为智能Agent模块(3)与设备层(5)的某些设备连接提供了接口;
所述设备配置单元(333)用于允许合法已注册的设备接入智能Agent模块(3)中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式。
2.根据权利要求1所述的一种基于Agent的物联网设备集成***,其特征在于:所述服务器(2)为MQ服务器,所述MQ服务器采用Topic订阅/发布的方式传递消息体。
3.一种应用如权利要求2所述的一种基于Agent的物联网设备集成***的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:对设备进行注册与配置,完成***连接;
S2:应用子***(1)通过所述服务器(2)向所述智能Agent模块(3)发出服务请求;
S3:智能Agent模块(3)根据服务请求对设备层(5)进行操作,并将操作结果通过服务器(2)反馈给应用子***(1);
在步骤S1中所述的对设备进行注册与配置具体包括:
通过注册子模块(31)进行设备注册;通过配置子模块(33)将已注册的设备接入智能Agent模块(3)中,配置设备所支持的属性及配置设备属性指令格式;
所述的完成***连接具体包括:智能Agent模块(3)通过Agent注册器(331)向服务器(2)申请合法接入并通过服务器IP/端口(332)主动发起连接请求;智能Agent模块(3)通过读写子模块(32)读取设备层(5)采集到的设备状态信息及向设备层(5)下达实时的控制指令,通过所述定时器(34)以一定的周期为间隔轮询服务器(2)中由应用子***(1)下达的实时控制指令,且以一定的周期为间隔轮询设备层(5)实时采集到的设备状态信息;
所述设备注册的具体过程包括:
S11:应用子***(1)将GateName与DeviceName发送给MQ服务器;
S12:MQ服务器根据接收到的信息和接收时间由加密算法分别生成GateID和设备密钥DeviceSecret,并在MQ服务器中创建GateID/DeviceName/Send和GateID/DeviceName/Receive的Topic;
S13:MQ服务器将生成的GateID和设备密钥DeviceSecret回复给应用子***(1);应用子***(1)以分发xml文件的形式将GateID和设备密钥DeviceSecret以及设备的属性配置信息发送给智能Agent模块(3),并由配置子模块(33)读取并配置xml文件中的注册和配置信息,最后由智能Agent模块(3)的注册子模块(31)读取Agent注册器(331)中的注册信息向MQ服务器提交注册请求;
S14:MQ服务器将智能Agent模块(3)提交的GateID和设备密钥DeviceSecret进行验证,验证通过后向智能Agent模块(3)返回MQ服务器的用户名、密码及相关信息;
S15:应用子***(1)根据DeviceName及设备注册时MQ服务器返回的GateID,向MQ服务器订阅主题GateID/DeviceName/Receive,并使用Topic为GateID/DeviceName/Send进行消息的发布;
S16:智能Agent模块(3)根据应用子***(1)分发的GateID,DeviceName向MQ服务器订阅GateID/DeviceName/Send的Topic,并以GateID/DeviceName/Receive为Topic进行消息发布;
S17:应用子***(1)与智能Agent模块(3)建立了基本的通信通道,完成设备注册;
所述步骤S2所述的服务请求包括设备状态数据实时采集和控制指令实时下达,具体为:
应用子***(1)向MQ服务器的Topic中发送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息,MQ服务器向订阅了该Topic的智能Agent模块(3)推送JSON格式的实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息;
在步骤S3中,所述智能Agent模块(3)根据服务请求对设备层(5)的操作包括设备实时信息采集和设备控制指令下发;具体为:
S31:智能Agent模块(3)将实时控制指令信息或设备状态数据实时采集指令信息转换成相应指令报文;
S32:智能Agent模块(3)根据设备状态数据实时采集指令报文,将从设备层(5)上采集到的数据解析并封装成JSON格式并发送到MQ服务器的Topic中,MQ服务器向订阅了该Topic的应用子***(1)推送JSON格式的设备采集到的数据;
S33:智能Agent模块(3)将生成的实时控制指令报文通过网络传输层(4)的网关发给相应的设备层(5),设备层(5)执行相应的操作,并将执行结果以报文的形式反馈给智能Agent模块(3),智能Agent模块(3)再将报文解析成JSON格式发往MQ服务器GateID/DeviceName/Receive的Topic中,MQ服务器向订阅了Topic的应用子***(1)推送设备层(5)设备的反馈信息。
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