CN112508737B - 基于智慧大脑的服务设施综合管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***，包括基础层、数据层、应用层和管理层；所述基础层包括多种适配接口，用于实现与目标区域内的多种设备的数据连接，进行设备数据采集与监控；所述数据层包括多个协议转换器，用于兼容多种设备的碎片化通信协议，实现多种碎片化通信协议集成互通，进行数据交互；所述应用层包括网络服务器、交换机和存储器，所述网络服务器用于通过设定的运算服务实现目标区域内设备的联动控制，所述交换机用于进行数据传输信号的转换，所述存储器用于存储目标区域内设备的历史运行数据；所述管理层包括与网络服务器连接的计算机，计算机内置综合管理平台，综合管理平台用于实施目标区域内设备的可视化管理。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，特别涉及一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***。
背景技术
目前，园区、社区以及商业楼宇等智能化水平很低，区域内各种功能子***如弱电、网络、消防、门禁、停车管理及物管等各自为战，不能形成联动效应，各子***的底层技术***（AI识别，设备管理，大数据、5G等设施） 无法进行综合管理和打通，管理成本很高。
另外，随着技术的进步和5G通信技术的出现，在园区、社区以及商业楼宇等智能化的方面具有AI能力、设备管理、大数据和5G边缘计算的需求，以解决最后一公里碎片化的智能化需求的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***，包括基础层、数据层、应用层和管理层；
所述基础层包括多种适配接口，用于实现与目标区域内的多种设备的数据连接，进行设备数据采集与监控；
所述数据层包括多个协议转换器，用于兼容多种设备的碎片化通信协议，实现多种碎片化通信协议集成互通，进行数据交互；
所述应用层包括网络服务器、交换机和存储器，所述网络服务器用于通过设定的运算服务实现目标区域内设备的联动控制，所述交换机用于进行数据传输信号的转换，所述存储器用于存储目标区域内设备的历史运行数据；
所述管理层包括与网络服务器连接的计算机，所述计算机内置综合管理平台，所述综合管理平台用于实施目标区域内设备的可视化管理。
可选的，所述适配接口包括2G、NB、3G、4G、5G、WIFI、ZIGBEE、LORA、蓝牙、NFC、RS232、RS485、Cable、433、光纤接口以及LAN通信模块中的任意一种或者多种组合。
可选的，所述碎片化通信协议包括LWM2M、MQTT、MODBUS、OPCUA、DDS、AMQP、XMPP、JMS、REST和CoAP协议中的任意一种或者多种组合。
可选的，所述综合管理平台设有OTA远程升级模块，所述OTA远程升级模块用于目标区域内设备的软件升级服务，步骤如下：
首先，将设备的升级软件上传至综合管理平台；
其次，OTA远程升级模块获取升级软件的基本信息，查找到与升级软件匹配的对应设备；
再次，OTA远程升级模块从存储器中调取对应设备的历史运行数据，进行数据分析以确定最佳升级时机；
最后，在确定的最佳升级时机，OTA远程升级模块将升级软件传输至对应设备进行升级。
可选的，所述综合管理平台设有目标区域的三维模型，所述三维模型包含目标区域内设备的基础数据和实时运行数据，所述基础数据包括位置信息。
可选的，所述综合管理平台包括故障报警模块，所述故障报警模块接收到设备的故障报警信息或者发现设备的实时运行数据出现异常时，发出对应设备的报警提示。
可选的，所述网络服务器采用网络切片将***的物理基础设施资源抽象成虚拟资源，并基于指定的网络功能和特定的网络接入技术，按照综合管理平台的服务需求构建端到端的逻辑网络，并提供定制化的网络服务；所述网络服务器在运算服务中采用5G边缘计算，并以下公式计算所有网络切片需要的缓存服务成本：
上式中，
表示所有网络切片需要的缓存服务成本；
表示网络切片的数量；
表示节点的数量；
表示节点
中每单位容量的缓存资源的加权成本；
表示在单位时长内网络切片
使用节点
的缓存资源的使用系数，取值范围为[0,1]；
表示在单位时长内节点
能够提供给网络切片
的缓存资源量；
表示占用缓存资源的时长；
所述综合管理平台根据上述公式，通过缓存调节方式进行缓存服务成本控制。
可选的，所述网络服务器包括MEC服务器，所述MEC服务器采用MEC边缘计算进行运算服务，所述MEC边缘计算在运算服务中采用以下公式计算最优的计算任务能量消耗：
上式中，
表示设备
传输到MEC服务器的最优的计算任务能量消耗；
表示取最小值函数；
表示设备
分配到的网络资源带宽比例，取值范围为[0，1]；
表示***共享的网络资源带宽；
表示取最大值函数；
表示在时隙
设备
中队列的比特数；
表示时隙的时长；
表示李雅普诺夫偏移惩罚函数的任务队列与能耗的偏重系数，为非负值，其值越大表示更加强调以更大的任务队列长度为代价来最小化能耗；
表示自然对数函数；
表示加性高斯白噪声的功率谱密度；
表示设备
到MEC服务器的信道功率增益；
表示设备
的最大传输功率；
根据上述计算结果，进行***运行的能耗优化与控制。
可选的，所述管理层包括路由器，所述路由器用于连接网络；所述综合管理平台设有权限管理模块，所述权限管理模块用于设置与验证用户权限，允许经过权限验证的用户进行相应权限的操作。
可选的，所述应用层的网络服务器、交换机和存储器集中安装在机柜内，所述机柜配置有环境调节装置，所述环境调节装置包括恒温设备、恒湿设备和净化设备；所述恒温设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的恒定运行温度环境，所述恒湿设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的相对湿度环境，所述净化设备为网络服务器、交换机和存储器提供洁净的空间。
本发明的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，通过基础层的多种适配接口，适应与目标区域内的多种设备之间的数据连接，再通过数据层的多个协议转换器进行碎片化通信协议的转换，实现***对所有设备的集成管理与数据交互，应用层的网络服务器可以提供运算服务，设备的历史运行数据存储下来用于数据分析，交换机进行数据传输信号的转换，管理层的计算机设置综合管理平台，综合管理平台通过网络服务器对设备统一进行综合管理，实现目标区域内的设备管理集成、协调互动和统一性，降低设备管理成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***，包括基础层100、数据层200、应用层300和管理层400；
所述基础层100包括多种适配接口110，用于实现与目标区域内的多种设备的数据连接，进行设备数据采集与监控；
所述数据层200包括多个协议转换器210，用于兼容多种设备的碎片化通信协议，实现多种碎片化通信协议集成互通，进行数据交互；
所述应用层300包括网络服务器310、交换机320和存储器330，所述网络服务器310用于通过设定的运算服务实现目标区域内设备的联动控制，所述交换机320用于进行数据传输信号的转换，所述存储器330用于存储目标区域内设备的历史运行数据；
所述管理层400包括与网络服务器310连接的计算机410，所述计算机410内置综合管理平台，所述综合管理平台用于实施目标区域内设备的可视化管理。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过基础层的多种适配接口，适应与目标区域内的多种设备之间的数据连接，再通过数据层的多个协议转换器进行碎片化通信协议的转换，实现***对所有设备的集成管理与数据交互，应用层的网络服务器可以提供运算服务，设备的历史运行数据存储下来用于数据分析，交换机进行数据传输信号的转换，管理层的计算机设置综合管理平台，综合管理平台通过网络服务器对设备统一进行综合管理，实现目标区域内的设备管理集成、协调互动和统一性，降低设备管理成本；管理层的计算机由管理人员使用，便于***的统一管理与维护，计算机可以是台式机或者笔记本，一般采用台式机，包括台式主机、显示器、键盘与鼠标等，还可以连接配备打印机。
在一个实施例中，所述适配接口包括2G、NB、3G、4G、5G、WIFI、ZIGBEE、LORA、蓝牙、NFC、RS232、RS485、Cable、433、光纤接口以及LAN通信模块中的任意一种或者多种组合；所述碎片化通信协议包括LWM2M、MQTT、MODBUS、OPCUA、DDS、AMQP、XMPP、JMS、REST和CoAP协议中的任意一种或者多种组合。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案中的适配接口及碎片化通信协议可以根据目标区域内的设备情况及连接需求进行选择使用，根据不同供应方提供的不同设备情况，提供的接口形式和支持的通信协议会存在差异，本***通过设置与设备可以支持的接口形式和通信协议对应的适配接口及碎片化通信协议，实现将设备接入***进行管理的目的。
在一个实施例中，所述综合管理平台设有OTA远程升级模块，所述OTA远程升级模块用于目标区域内设备的软件升级服务，步骤如下：
首先，将设备的升级软件上传至综合管理平台；
其次，OTA远程升级模块获取升级软件的基本信息，查找到与升级软件匹配的对应设备；
再次，OTA远程升级模块从存储器中调取对应设备的历史运行数据，进行数据分析以确定最佳升级时机；
最后，在确定的最佳升级时机，OTA远程升级模块将升级软件传输至对应设备进行升级。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案中的最佳升级时机是通过历史运行数据分析得到的不影响设备正常使用的时间段，例如设备有使用时间规律，若设备常在白天使用，晚上停止，那么在不影响设备正常使用的情况下，最佳升级时机可以确定在晚上的时间段内；本方案通过设置OTA远程升级模块，在对目标区域内设备的统一管理中，在不影响设备使用的情况下，实现设备的软件升级，以便快速高效地为使用者提供更新的服务功能或者服务内容，为使用者提供更好更到位的服务。
在一个实施例中，所述综合管理平台设有目标区域的三维模型，所述三维模型包含目标区域内设备的基础数据和实时运行数据，所述基础数据包括位置信息。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过在综合管理平台设置目标区域的三维模型，并将目标区域内设备纳入三维模型，实现可视化管理；从三维模型中可以直观地了解到设备的安装位置以及是否处在运行中，通过点击图中任一设备，可以显示出该被点击设备的基础数据和实时运行数据，设备管理人员通过综合管理平台，就可以实现区域内所有设备的监控与管理。
在一个实施例中，所述综合管理平台包括故障报警模块，所述故障报警模块接收到设备的故障报警信息或者发现设备的实时运行数据出现异常时，发出对应设备的报警提示。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过在综合管理平台中设置故障报警模块，实现对目标区域内所有设备的故障报警情况进行监控，了解每一台运行设备是否正常，及时得到设备的故障报警提示，以便快速做出安排与处置，通过及时快速地执行故障应对措施，实现故障排除或者启用备用设备，降低对目标区域内的生产或者生活的不利影响，提高目标区域中为使用者提供服务的水平，增强使用者的良好体验。
在一个实施例中，所述网络服务器采用网络切片将***的物理基础设施资源抽象成虚拟资源，并基于指定的网络功能和特定的网络接入技术，按照综合管理平台的服务需求构建端到端的逻辑网络，并提供定制化的网络服务；所述网络服务器在运算服务中采用5G边缘计算，并以下公式计算所有网络切片需要的缓存服务成本：
上式中，
表示所有网络切片需要的缓存服务成本；
表示网络切片的数量；
表示节点的数量；
表示节点
中每单位容量的缓存资源的加权成本；
表示在单位时长内网络切片
使用节点
的缓存资源的使用系数，取值范围为[0,1]；
表示在单位时长内节点
能够提供给网络切片
的缓存资源量；
表示占用缓存资源的时长；
所述综合管理平台根据上述公式，通过缓存调节方式进行缓存服务成本控制。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过采用5G的网络切片技术，对不同设备提供适应的连接管理；按照综合管理平台的服务需求，通过网络服务器采用5G边缘计算进行运算服务；在提供服务中，对网络切片需要的缓存服务成本进行有效控制，通过缓存调节，影响对缓存资源的使用系数和占用的时长，控制提供服务的费用支出，达到降低成本的目的。
在一个实施例中，所述网络服务器包括MEC服务器，所述MEC服务器采用MEC边缘计算进行运算服务，所述MEC边缘计算在运算服务中采用以下公式计算最优的计算任务能量消耗：
上式中，
表示设备
传输到MEC服务器的最优的计算任务能量消耗；
表示取最小值函数；
表示设备
分配到的网络资源带宽比例，取值范围为[0，1]；
表示***共享的网络资源带宽；
表示取最大值函数；
表示在时隙
设备
中队列的比特数；
表示时隙的时长；
表示李雅普诺夫偏移惩罚函数的任务队列与能耗的偏重系数，为非负值，其值越大表示更加强调以更大的任务队列长度为代价来最小化能耗；
表示自然对数函数；
表示加性高斯白噪声的功率谱密度；
表示设备
到MEC服务器的信道功率增益；
表示设备
的最大传输功率；
根据上述计算结果，进行***运行的能耗优化与控制。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置MEC服务器，采用MEC边缘计算进行运算服务，在运算服务中以上述公式进行计算任务能量消耗的优化，在统一理管中降低能量消耗，提高单位能耗的服务效率，以同样的能耗实现更好更多的服务，或者减少提供同一服务的成本；达到环境节能效果，充分体现了设备集成管理的优势。
在一个实施例中，所述管理层包括路由器，所述路由器用于连接网络；所述综合管理平台设有权限管理模块，所述权限管理模块用于设置与验证用户权限，允许经过权限验证的用户进行相应权限的操作。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设备路由器，实现网络连接；通过设置权限管理模块，对用户权限进行等级划分，针对不同的用户配置相应等级的权限，要求用户通过权限验证方式，才能进行相应权限的操作，一方面防止他人错误操作造成数据凌乱或者丢失，增强数据安全性；另一方面提高数据保密性，防止其中存在的敏感数据或者其他有保密要求的数据发生泄漏。
在一个实施例中，所述应用层的网络服务器、交换机和存储器集中安装在机柜内，所述机柜配置有环境调节装置，所述环境调节装置包括恒温设备、恒湿设备和净化设备；所述恒温设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的恒定运行温度环境，所述恒湿设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的相对湿度环境，所述净化设备为网络服务器、交换机和存储器提供洁净的空间。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对应用层的网络服务器、交换机和存储器集中安装，通过设置的包括恒温设备、恒湿设备和净化设备的环境调节装置，为网络服务器、交换机和存储器提供较佳的运行环境，以提高网络服务器、交换机和存储器的运行效率，降低故障率，提高使用寿命；其中，恒温设备可以是包括冷却与加热功能的空调器，恒湿设备可以是包括加湿与除湿功能的恒温柜，净化设备可以采用中效过滤器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，包括基础层、数据层、应用层和管理层；
所述基础层包括多种适配接口，用于实现与目标区域内的多种设备的数据连接，进行设备数据采集与监控；
所述数据层包括多个协议转换器，用于兼容多种设备的碎片化通信协议，实现多种碎片化通信协议集成互通，进行数据交互；
所述应用层包括网络服务器、交换机和存储器，所述网络服务器用于通过设定的运算服务实现目标区域内设备的联动控制，所述交换机用于进行数据传输信号的转换，所述存储器用于存储目标区域内设备的历史运行数据；
所述管理层包括与网络服务器连接的计算机，所述计算机内置综合管理平台，所述综合管理平台用于实施目标区域内设备的可视化管理；
所述网络服务器包括MEC服务器，所述MEC服务器采用MEC边缘计算进行运算服务，所述MEC边缘计算在运算服务中采用以下公式计算最优的计算任务能量消耗：
上式中，
表示设备
传输到MEC服务器的最优的计算任务能量消耗；
表示取最小
值函数；
表示设备
分配到的网络资源带宽比例，取值范围为[0，1]；
表示***共享的
网络资源带宽；
表示取最大值函数；
表示在时隙
设备
中队列的比特数；
表示时
隙的时长；
表示李雅普诺夫偏移惩罚函数的任务队列与能耗的偏重系数，为非负值，其值
越大表示更加强调以更大的任务队列长度为代价来最小化能耗；
表示自然对数函数；
表示加性高斯白噪声的功率谱密度；
表示设备
到MEC服务器的信道功率增益；
表
示设备
的最大传输功率；
根据上述计算结果，进行***运行的能耗优化与控制。
2.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述适配接口包括2G、NB、3G、4G、5G、WIFI、ZIGBEE、LORA、蓝牙、NFC、RS232、RS485、Cable、433、光纤接口以及LAN通信模块中的任意一种或者多种组合。
3.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述碎片化通信协议包括LWM2M、 MQTT、 MODBUS 、OPCUA、 DDS、 AMQP、XMPP、 JMS、 REST和CoAP协议中的任意一种或者多种组合。
4.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述综合管理平台设有OTA远程升级模块，所述OTA远程升级模块用于目标区域内设备的软件升级服务，步骤如下：
首先，将设备的升级软件上传至综合管理平台；
其次，OTA远程升级模块获取升级软件的基本信息，查找到与升级软件匹配的对应设备；
再次，OTA远程升级模块从存储器中调取对应设备的历史运行数据，进行数据分析以确定最佳升级时机；
最后，在确定的最佳升级时机，OTA远程升级模块将升级软件传输至对应设备进行升级。
5.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述综合管理平台设有目标区域的三维模型，所述三维模型包含目标区域内设备的基础数据和实时运行数据，所述基础数据包括位置信息。
6.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述综合管理平台包括故障报警模块，所述故障报警模块接收到设备的故障报警信息或者发现设备的实时运行数据出现异常时，发出对应设备的报警提示。
7.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述网络服务器采用网络切片将***的物理基础设施资源抽象成虚拟资源，并基于指定的网络功能和特定的网络接入技术，按照综合管理平台的服务需求构建端到端的逻辑网络，并提供定制化的网络服务；所述网络服务器在运算服务中采用5G边缘计算，并以下公式计算所有网络切片需要的缓存服务成本：
上式中，
表示所有网络切片需要的缓存服务成本；
表示网络切片的数量；
表示节
点的数量；
表示节点
中每单位容量的缓存资源的加权成本；
表示在单位时长内网络
切片
使用节点
的缓存资源的使用系数，取值范围为[0，1]；
表示在单位时长内节点
能够提供给网络切片
的缓存资源量；
表示占用缓存资源的时长；
所述综合管理平台根据上述公式，通过缓存调节方式进行缓存服务成本控制。
8.根据权利要求1所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述管理层包括路由器，所述路由器用于连接网络；所述综合管理平台设有权限管理模块，所述权限管理模块用于设置与验证用户权限，允许经过权限验证的用户进行相应权限的操作。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的基于智慧大脑的服务设施综合管理***，其特征在于，所述应用层的网络服务器、交换机和存储器集中安装在机柜内，所述机柜配置有环境调节装置，所述环境调节装置包括恒温设备、恒湿设备和净化设备；所述恒温设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的恒定运行温度环境，所述恒湿设备为网络服务器、交换机和存储器提供适宜的相对湿度环境，所述净化设备为网络服务器、交换机和存储器提供洁净的空间。
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| 5G边缘计算和网络切片技术;项弘禹 等;《电信科学》;20170630;第33卷(第6期);第54-63页 * |
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