CN210246783U - 一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，边缘物联代理网关包括中央处理器、下行无线通信模块、上行无线通信模块、电源模块、GPS模块、存储单元、有线数据通信接口，下行无线通信模块、上行无线通信模块、电源模块、GPS模块、存储单元、有线数据通信接口都与中央处理器电性连接。本实用新型降低生产事故的发生可能，保证现场及人员安全；采用ARM芯片和FPGA芯片结合的中央处理器可以进行数据的并行处理，FPGA芯片的高灵活性使得整个电路的设计、组织的接口变得方便；满足了电力***特有的专网通信的需求，边缘物联代理***的建立将大大降低人力成本，提高资源利用率，且有利于生产现场及现场人员的高效运转和安全性。

Description

一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关。

背景技术

泛在电力物联网作为一个未来可接入设备最多的物联网生态圈，产值发展空间巨大，目前国网接入的终端设备超过5亿只，国网规划到2030年，接入SG—eIoT***的设备数量将达到20亿，整个泛在电力物联网将是接入设备最大的物联网生态圈。而数以亿计的设备若是全部都将其数据上传至电力***物联管理云端平台，会造成平台产生庞大的计算压力与数据存储压力，而现有产品基本基于普通应用场景设计，直接用于电力物联网会有一定的局限性。发展新的具有边缘计算功能的边缘物联代理网关作为终端与管理平台之间的中介，降低云平台计算与存储压力已成为大势所趋。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，边缘物联代理网关包括中央处理器、下行无线通信模块、上行无线通信模块、电源模块、GPS模块、存储单元、有线数据通信接口，下行无线通信模块、上行无线通信模块、电源模块、GPS模块、存储单元、有线数据通信接口都与中央处理器电性连接。

作为优选，下行无线通信模块包括LoRa通信模块、NB_IoT通信模块、LTE230通信模块、第二4G专网，上行无线通信模块包括第一4G专网、WIFI通信模块。

作为优选，中央处理器由ARM芯片和FPGA芯片组成，ARM芯片和FPGA芯片之间通过数据总线、地址总线及读写控制线相连。

作为优选，有线数据通信接口包括若干个RS485接口、若干个RS232接口、若干个USB接口、若干个SFP光口、若干路LAN网口、若干个AD/IO口、若干个PLC电力载波接口。

作为优选，有线数据通信接口包括两个RS485接口、一个RS232接口、两个USB接口、一个SFP光口、四路LAN网口、四个AD/IO口、两个PLC电力载波接口。

作为优选，存储单元采用2GB的FLASH存储芯片。

作为优选，边缘物联代理网关用于控制若干个数据采集终端，边缘物联代理网关还用于与物联管理中心进行相互通信。

作为优选，边缘物联代理网关采用嵌入式Linux***进行开发，从而边缘物联代理网关实现边缘计算的功能。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型具备边缘计算的功能，边缘计算从数据采集终端处发起，对各种数据采集终端仪器仪表产生快速的反应，满足现场设备数据快速解析、处理、设备控制的功能，并不需要将所有数据都上传至物联管理中心，现场可直接响应解决问题，同时具备协议转换、通信加密、本地存储管理的功能，数据更安全，解析后的数据选择性上传，减轻物联管理中心数据存储解析压力，而物联管理中心也仍然可以访问本实用新型中存储的历史数据，解决了在数据量不断增多的情况下，物联管理中心响应时间变长、网络延迟、网络带宽导致设备无法及时连接物联管理中心或物联管理中心无法快速响应的问题，做到了及时发现及时处理，先处理后报告的功能，提高资源利用率，降低生产事故的发生可能，保证现场及人员安全；

本实用新型的上下行无线通信模块不止使用了物联网行业通用的LoRa、NB_IoT、wifi、有线公网等通信方式，同时也设计了电力行业专网通信，如LTE230、电力***4G专网以及电力***常用的PLC电力载波通信，可直接用于建设泛在电力物联网边缘物联代理平台，采用ARM芯片和FPGA芯片结合的中央处理器可以进行数据的并行处理，FPGA芯片的高灵活性使得整个电路的设计、组织的接口变得方便；

本实用新型满足了快速建立电力***边缘物联代理***的需求，建立后可随时增加减少数据采集终端设备，对于新的数据采集终端的增加只需启动入网，或是增加一道协议转换就可开始工作，且具备多种电力***专网通信模块，满足了电力***特有的专网通信的需求，边缘物联代理***的建立将大大降低人力成本，提高资源利用率，且有利于生产现场及现场人员的高效运转和安全性。

附图说明

图1为本实用新型的***框图；

图2为本实用新型中央处理器的结构框图；

图3为下行无线通信模块的模块示意图；

图4为上行无线通信模块的模块示意图；

图5为有线数据通信接口的的模块示意图；

图6为边缘物联代理、网关数据采集终端、物联管理中心之间的连接示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，边缘物联代理网关24包括中央处理器1、下行无线通信模块2、上行无线通信模块3、电源模块4、GPS模块5、存储单元6、有线数据通信接口7，下行无线通信模块2、上行无线通信模块3、电源模块4、GPS模块5、存储单元6、有线数据通信接口7都与中央处理器1电性连接。

如图3所示，下行无线通信模块2包括LoRa通信模块10、NB_IoT通信模块11、LTE230通信模块12、第二4G专网13，上行无线通信模块3包括第一4G专网14、WIFI通信模块15。LoRa通信模块10、NB_IoT通信模块11、LTE230通信模块12、第二4G专网13、第一4G专网14、WIFI通信模块15都有匹配适合各自频率的天线。所述下行无线通信模块2、上行无线通信模块3可以根据需求增加其他无线通信方式。

如图2所示，中央处理器1由ARM芯片8和FPGA芯片9组成，ARM芯片8和FPGA芯片9之间通过数据总线、地址总线及读写控制线相连。中央处理器1可以进行数据的并行处理，同时FPGA芯片的高灵活性使得整个实用新型组织接口变得更加方便。

如图5所示，有线数据通信接口7包括两个RS485接口17、一个RS232接口16、两个USB接口18、一个SFP光口20、四路LAN网口19、四个AD/IO口21、两个PLC电力载波接口22。

存储单元6采用2GB的FLASH存储芯片。电源模块4采用太阳能和有线供电两种结合供电的方式。

如图6所示，边缘物联代理网关24用于控制若干个数据采集终端23，边缘物联代理网关24还用于与物联管理中心25进行相互通信。所述边缘物联代理网关24与物联管理中心25可自行选择通过有线或者无线连接，也可自行选择通过公网或是专网通信。边缘物联代理网关24与多种数据采集终端23可选择通过有线或无线连接。

边缘物联代理网关24采用嵌入式Linux***进行开发，从而边缘物联代理网关24实现边缘计算的功能。

所述边缘物联代理网关24通过下行无线通信模块2、有线数据通信接口7进行数据采集然后通过中央处理器1进行边缘计算处理得到结果后选择直接对多个数据采集终端23进行控制或是将数据直接上传。边缘物联代理网关24可通过边缘计算直接控制多个数据采集终端23，完成处理后再将终端数据、网关边缘物联代理网关响应操作等数据进行梳理后通过上行无线通信模块3或有线数据通信接口7上传至物联管理中心25。物联管理中心25也可通过边缘物联代理网关24中的中央处理器1发出信号随时访问存储单元6中的历史数据。因为边缘代理网关24的存在部分不重要数据可直接存在存储单元6中，若有需要再进行访问或上传。

本实用新型具备边缘计算的功能，边缘计算从数据采集终端处发起，对各种数据采集终端仪器仪表产生快速的反应，满足现场设备数据快速解析、处理、设备控制的功能，并不需要将所有数据都上传至物联管理中心，现场可直接响应解决问题，同时具备协议转换、通信加密、本地存储管理的功能，数据更安全，解析后的数据选择性上传，减轻物联管理中心数据存储解析压力，而物联管理中心也仍然可以访问本实用新型中存储的历史数据，解决了在数据量不断增多的情况下，物联管理中心响应时间变长、网络延迟、网络带宽导致设备无法及时连接物联管理中心或物联管理中心无法快速响应的问题，做到了及时发现及时处理，先处理后报告的功能，提高资源利用率，降低生产事故的发生可能，保证现场及人员安全；

本实用新型的上下行无线通信模块不止使用了物联网行业通用的LoRa、NB_IoT、wifi、有线公网等通信方式，同时也设计了电力行业专网通信，如LTE230、电力***4G专网以及电力***常用的PLC电力载波通信，可直接用于建设泛在电力物联网边缘物联代理平台，采用ARM芯片和FPGA芯片结合的中央处理器可以进行数据的并行处理，FPGA芯片的高灵活性使得整个电路的设计、组织的接口变得方便；

本实用新型满足了快速建立电力***边缘物联代理***的需求，建立后可随时增加减少数据采集终端设备，对于新的数据采集终端的增加只需启动入网，或是增加一道协议转换就可开始工作，且具备多种电力***专网通信模块，满足了电力***特有的专网通信的需求，边缘物联代理***的建立将大大降低人力成本，提高资源利用率，且有利于生产现场及现场人员的高效运转和安全性。

本实用新型作为数据采集终端和物联管理中心之间的现场管家，最重要的特点是具备的计算能力和权限可以现场直接处理一些数据并作出反应控制，如温湿度超标时及时响应开启鼓风机或抽湿器，无需将不重要的数据上传平台，并且在出现紧急情况，如SF6气体泄漏，配电箱漏电等特殊情况发生时直接作出反应，然后再将数据整理上传至物联管理中心，这样中心平台将会得到已解析的有条理的数据，缩短数据上传平台后再作出反应所需的时间，减小特殊情况发生时造成的损失由于响应时间的缘故扩大，同时也减轻了物联管理中心的计算压力和存储压力。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，例如，RS485接口、RS232接口、USB接口、SFP光口、LAN网口、AD/IO口、PLC电力载波接口都为若干个，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述边缘物联代理网关(24)包括中央处理器(1)、下行无线通信模块(2)、上行无线通信模块(3)、电源模块(4)、GPS模块(5)、存储单元(6)、有线数据通信接口(7)，所述下行无线通信模块(2)、上行无线通信模块(3)、电源模块(4)、GPS模块(5)、存储单元(6)、有线数据通信接口(7)都与中央处理器(1)电性连接。

2.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述下行无线通信模块(2)包括LoRa通信模块(10)、NB_IoT通信模块(11)、LTE230通信模块(12)、第二4G专网(13)，所述上行无线通信模块(3)包括第一4G专网(14)、WIFI通信模块(15)。

3.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述中央处理器(1)由ARM芯片(8)和FPGA芯片(9)组成，所述ARM芯片(8)和FPGA芯片(9)之间通过数据总线、地址总线及读写控制线相连。

4.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述有线数据通信接口(7)包括若干个RS485接口(17)、若干个RS232接口(16)、若干个USB接口(18)、若干个SFP光口(20)、若干路LAN网口(19)、若干个AD/IO口(21)、若干个PLC电力载波接口(22)。

5.根据权利要求4所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述有线数据通信接口(7)包括两个RS485接口(17)、一个RS232接口(16)、两个USB接口(18)、一个SFP光口(20)、四路LAN网口(19)、四个AD/IO口(21)、两个PLC电力载波接口(22)。

6.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述存储单元(6)采用2GB的FLASH存储芯片。

7.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述边缘物联代理网关(24)用于控制若干个数据采集终端(23)，所述边缘物联代理网关(24)还用于与物联管理中心(25)进行相互通信。

8.根据权利要求1所述基于无线多跳自组网的边缘物联代理网关，其特征在于，所述边缘物联代理网关(24)采用嵌入式Linux***进行开发，从而边缘物联代理网关(24)实现边缘计算的功能。

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