TWI755049B - 控制物聯網終端設備的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器 - Google Patents

Abstract

一種控制物聯網終端設備的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器，其係包括異質橋接設備具有第一網路接口與通訊接口，通訊接口連接於終端設備，異質橋接設備轉換終端設備的第一網路訊息；雲端伺服器的資料存取介面根據設備選取要求決定第一虛擬設備，資料存取介面根據第二網路訊息產生第一虛擬設備的設備狀態報表；閘道器的第二網路接口網路連接異質橋接設備與雲端伺服器，列舉模組生成虛擬接口與第二虛擬設備，處理模組使虛擬接口映射於通訊接口，處理模組使第二虛擬設備映射終端設備，處理模組根據第二虛擬設備將第一網路訊息轉換為第二網路訊息。

Description

控制物聯網終端設備的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器

一種物聯網的控制設備的處理系統與方法，特別有關控制物聯網終端設備的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器。

隨著物聯網(Internet of Things，簡稱IoT)的快速發展，也接連帶動大數據(Big data)與人工智慧(artificial intelligence，簡稱AI)的發展。為能實現數據的收集的首要重點就是終端設備的連網。對於現行新的終端設備而言，連網功能已經是內建的基本功能。但對於傳統的終端設備而言，傳統終端設備僅提供固定的通訊介面與協議，且所使用的通訊協議並不相容現行乙太網路的傳輸。所以現行的作法都是透過橋接設備的訊號轉換，使得傳統終端設備可以透過乙太網路實現訊號傳輸的目的。

除了底層的終端設備需要實現乙太網路的支援外，上層的雲端平台也有其他的問題存在。對於各大廠的雲端平台而言，雲端平台無法直接控制傳統底層設備的存取。因此各大廠的雲端平台還只能控制特定的終端設備，而無法實現各種終端設備的存取控制。

雖然傳統的終端設備可以透過橋接設備的訊號轉換，使得電氣訊號轉換為乙太網路封包。但如果所有的終端設備都連接於雲端平台將會造成通訊的壅塞。這是由於傳統的終端設備所採用的大多是非即時的通訊協議或控制方式。例如：輪詢機制會遍訪所有設備，當有一終端設備接獲控制命令時，其他終端設備將會停止接受命令直至前述終端設備完成命令為止。這樣的作法雖然確保控制命令的完整執行，但是此種作法在乙太網路的架構下會使得其他橋接設備與終端設備都被暫停運作。

本發明提供一種控制物聯網終端設備的處理系統，其特徵在於存取物聯網中的終端設備並生成對應的輸出報表。控制物聯網終端設備的處理系統包括：終端設備、異質橋接設備、閘道器與雲端伺服器。異質橋接設備具有第一網路接口與通訊接口，通訊接口電性連接於終端設備，異質橋接設備轉換終端設備的訊號為第一網路訊息；雲端伺服器具有資料存取介面，資料存取介面根據設備選取要求決定第一虛擬設備，資料存取介面根據第二網路訊息產生第一虛擬設備的設備狀態報表；閘道器具有第二網路接口、處理模組與列舉模組，第二網路接口網路連接於異質橋接設備與雲端伺服器，列舉模組生成虛擬接口與第二虛擬設備，處理模組使虛擬接口映射於通訊接口，處理模組使第二虛擬設備映射於終端設備，處理模組根據第二虛擬設備將第一網路訊息轉換為第二網路訊息。

本發明另提供一種控制物聯網終端設備的處理方法，其係包括：將閘道器網路連接於雲端伺服器、異質橋接設備與計算設備；該計算設備向該閘道器發送通訊介面設定要求；該閘道器根據該通訊介面設定要求產生虛擬接口，且該虛擬接口映射於該異質橋接設備的第一通訊接口；該閘道器透過該虛擬接口接收第一網路訊息，並將該第一網路訊息轉換為第二網路訊息；將該第二網路訊息發送至雲端伺服器；該雲端伺服器根據該第二網路訊息生成設備狀態報表。

本發明另提供一種應用於物聯網中的閘道器，其係包括：網路接口、列舉模組與處理模組。網路接口，網路連接於雲端伺服器、異質橋接設備與計算設備，網路接口傳輸第一網路訊息與第二網路訊息，且網路接口接收通訊介面設定要求與設備生成要求；列舉模組，列舉模組生成虛擬接口與虛擬設備，列舉模組根據通訊介面設定要求選擇虛擬接口的種類，列舉模組根據設備生成要求決定虛擬設備；處理模組，連接於網路接口與列舉模組，處理模組使虛擬設備映射於終端設備，處理模組根據第二虛擬設備將第一網路訊息轉換為第二網路訊息。

本發明的控制物聯網終端設備的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器可以存取物聯網中的終端設備並生成對應的輸出報表，並透過閘道器的分層管理使得雲端伺服器的負載可以有效的降低。此外， 透過第一虛擬設備與第二虛擬設備的分別設定，更可以彈性的指派終端設備與第一虛擬設備的映射連接。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

100:處理系統

110:終端設備

120:異質橋接設備

121:第一網路接口

122:通訊接口

130:閘道器

131:第二網路接口

132:處理模組

133:列舉模組

134:虛擬接口

135:第二虛擬設備

136:代理程序

140:雲端伺服器

141:第三網路接口

142:運算模組

143:儲存模組

144:資料存取介面

145:第一虛擬設備

150:計算設備

211:第一虛擬接口

212:第二虛擬接口

221:第一設備

222:第二設備

第1圖係為本發明的系統架構示意圖。

第2A圖係為本發明的運作流程示意圖。

第2B圖係為本發明的計算設備與閘道器通訊的示意圖。

第2C圖係為本發明的計算設備與雲端伺服器通訊的示意圖。

第3A圖係為本發明的資料存取介面中閘道器與所連接的異質橋接設備的傳輸示意圖。

第3B圖係為本發明的另一資料存取介面中閘道器與所連接的異質橋接設備的傳輸示意圖。

第4圖係為本發明的模擬設備與終端設備的映射通道的示意圖。

第5圖係為本發明的虛擬存取模型的動作機制示意圖。

請參考第1圖所示，其係為本發明的控制物聯網終端設備的處理系統示意圖。本發明的控制物聯網終端設備的處理系統100包括終端設備110、異質橋接設備120、閘道器130、雲端伺服器140與計算設備150。閘道器130網路連接至少一異質橋接設備120、雲端伺服器140與計算設備150。終端設備110可以接收來自於異質橋接設備120的控制命令，或發送輸出結果至異質橋接設備120。

異質橋接設備120具有第一網路接口121與通訊接口122。異質橋接設備120透過第一網路接口121與閘道器130傳輸網路訊息。異質橋接設備120透過通訊接口122電性連接於終端設備110。異質橋接設備120具有至少一種以上的通訊接口122，通訊接口122連接於終端設備110。通訊接口122的種類可以是但不限定為類比輸入/輸出接口(Analog I/O)、數位輸入/輸出接口(Digital I/O)或通用非同步收發傳輸接口(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)的組合。

異質橋接設備120將所接收的結果訊號轉換為第一網路訊息，且第一網路訊息相容於乙太網路的傳輸協議(Ethernet)。異質橋接設備120透過第一網路接口121傳輸第一網路訊息。此外，異質橋接設備120也會將所收到的第一網路訊息轉換為對應終端設備110的控制命令。終端設備110的種類對應於所連接的異質橋接設備120的通訊接口122。換言之，通訊接口122決定異質橋接設備120所能連接的終端設備110。

雲端伺服器140具有第三網路接口141、運算模組142與儲存模組143。運算模組142電性連接第三網路接口141與儲存模組143。儲存模組143記錄資料存取介面144，資料存取介面144除了接收來自於閘道器130的第二網路訊息，並且資料存取介面144根據第二網路訊息用於生成設備狀態報表。計算設備150可網路連接於雲端伺服器140，並設定資料存取介面144中對應的異質橋接設備120與相應的虛擬設備。在此將資料存取介面144所設定的虛擬設備定義為第一虛擬設備145。

閘道器130具有第二網路接口131、處理模組132與列舉模組133。處理模組132電性連接於第二網路接口131與列舉模組133。第二網路接口131網路連接於計算設備150、異質橋接設備120與雲端伺服器140。閘道器130透過第二網路接口131傳輸前述的網路封包至異質橋接設備120或雲端伺服器140。列舉模組133根據計算設備150所發出的要求決定對應的虛擬接口134的種類與第二虛擬設備135的種類。

計算設備150可以是但不限定為個人電腦(PC)、筆記型電腦(notebook)、行動電話或平板電腦(tablet)。計算設備150用於發送通訊介面設定要求與設備生成要求至閘道器130，以使閘道器130生成相應的虛擬接口134與第二虛擬設備135。計算設備150另向雲端伺服器140發送第一虛擬設備145的設備選取要求，以使資料存取介面144建立第一虛擬設備145。連接雲端伺服器140與閘道器130的計算設備150可以是同一台設備，也可以是兩相異的計算設備150。

處理模組132用於運行代理程序136，代理程序136用於識別異質橋接設備120的型號與終端設備110的種類列表。其中，第一虛 擬設備145的種類可以不必然與第二虛擬設備135相同。在一般情況下，使用者可以將第一虛擬設備145與第二虛擬設備135設定為相同型號的裝置。在無法選擇正確型號的第一虛擬設備145時，可以選擇相容第二虛擬設備135的第一虛擬設備145。

為進一步說明本發明對於接口列舉與設備物件處理並輸出各設備的狀態報表的過程，請配合第2A圖所示，本發明的控制物聯網終端設備110的處理方法包括以下步驟：步驟S210：將閘道器網路連接於雲端伺服器、異質橋接設備與計算設備；步驟S220：計算設備向雲端伺服器發送設備選取要求，用於生成第一虛擬設備；步驟S230：閘道器根據通訊介面設定要求產生虛擬接口，且虛擬接口映射於異質橋接設備的第一通訊接口；步驟S240：閘道器根據設備生成要求生成第二虛擬設備；步驟S250：將第二虛擬設備映射於第一虛擬設備，使第二虛擬設備的訊號傳輸至第一虛擬設備；步驟S260：閘道器透過虛擬接口接收第一網路訊息，並將第一網路訊息轉換為第二網路訊息；步驟S270：將第二網路訊息發送至雲端伺服器；以及步驟S280：雲端伺服器根據第二網路訊息生成設備狀態報表。

首先是對於閘道器130與雲端伺服器140的設定過程，計算設備150網路連接於閘道器130與雲端伺服器140。針對雲端伺服器140的設定而言，計算設備150需要對資料存取介面144設定第一虛擬設備145的種類，以使資料存取介面144直接存取第二網路訊息的資料內容。換言之，在資料存取介面144所顯示的第一虛擬設備145的運作狀態是根據第二網路訊息的內容所決定。資料存取介面144在依據各第一虛擬設備145產生相應的設備狀態報表。

接著，使用者透過計算設備150對閘道器130進行運作環境的設置。計算設備150向閘道器130發送通訊介面設定要求與設備生成 要求，請參考第2B圖所示。閘道器130接收通訊介面設定要求後，列舉模組133會生成相應的虛擬接口134與第二虛擬設備135。計算設備150網路連接閘道器130後，閘道器130可以提供所連接的每一台異質橋接設備120。而每一台異質橋接設備120也具有各自的通訊接口122。因此使用者可以通過閘道器130取得每一台異質橋接設備120的型號，並進而設定所屬的通訊接口122的類型。

在計算設備150的顯示畫面上可以列表出閘道器130與所連接的異質橋接設備120，如第3A圖所示。第3A圖中的閘道器130分別為閘道器A與閘道器B。閘道器A連接兩台異質橋接設備，分別為異質橋接設備I與異質橋接設備II。異質橋接設備I另連接三台終端設備110。閘道器B連接一台異質橋接設備120，為異質橋接設備III。異質橋接設備III連接一台終端設備110。使用者可以選擇第3A圖中的任一異質橋接設備120。在第3B圖中，以黑色粗虛線框作為所選擇的異質橋接設備120。計算設備150根據異質橋接設備120所反饋的型號資訊並列舉出相應的通訊接口122的種類及數量，如第3B圖所示。使用者選擇通訊接口122後，閘道器130將會以所選的通訊接口122定義為虛擬接口134，使得閘道器130以符合虛擬接口134的通訊協議與異質橋接設備120進行通訊。

在完成虛擬接口134的設定後，代理程序136將根據所選的虛擬接口134列出相應的終端設備110的列表。舉例來說，當使用者選擇RS-232作為虛擬接口134時，代理程序136會根據RS-232選出相符合的終端設備110的列表。使用者從列表中選擇終端設備110後，代理程序136將所選的設備定義為第二虛擬設備135。代理程序136將第二虛擬設備135封裝為設備生成要求並發送至閘道器130。在選擇第二虛擬設備135的同時，閘道器130會載入第二虛擬設備135的相應屬性與運作模型。其中，所述的運作屬性與模型是根據終端設備110的運作方式所產生的。

例如：電氣訊號對溫度、濕度的轉換處理，或數位訊號的觸發種類等。閘道器130將根據虛擬接口134映射於異質橋接設備120的通訊接口122。其中，所述的映射作動方式是通過乙太網路的通訊協議封裝通訊接口122的傳輸內容，並使得閘道器130可以與異質橋接設備120 所連接的終端設備110相互通訊。

雲端伺服器140的主要作用在於提供終端設備110的即時狀態與歷程資訊的報表輸出。雲端伺服器140的資料存取介面144除了可以提供計算設備150對第一虛擬設備145的設定外，也可以針對第一虛擬設備145與終端設備110的映射連結。所述的映射連結是將終端設備110、第二虛擬設備135與第一虛擬設備145相互串接，使得終端設備110所發出的電氣訊號可以透過閘道器130轉換為第一虛擬設備145的數據資料。換言之，閘道器130會根據虛擬接口134將第一網路訊息轉換為符合終端設備110的數據，以使資料存取介面144顯示相應第一虛擬設備145(所對應的終端設備110)的運作狀態與數值。

本發明透過閘道器130連接異質橋接設備120可以降低雲端伺服器140與終端設備110的連接與傳輸的負擔。由於現行的終端設備110所採用的傳輸協議大多是非同步傳輸的通訓協議，因此輸入輸出的處理會佔據伺服器大部分的資源。加上終端設備110的非即時回應，使得伺服器在處理終端設備110的輸入/輸出時需要耗費時間等待回應。透過本發明的閘道器130對異質橋接設備120的管控，使得雲端伺服器140對終端設備110的運作負載可以分配至閘道器130，藉以令雲端伺服器140可以管控終端設備110的工作調派。

除了前述終端設備110對於雲端伺服器140的資訊傳輸外，本發明也可以由雲端伺服器140發送控制命令至終端設備110，用於驅動終端設備110運作並回報運作結果。雲端伺服器140向終端設備110發送控制命令後，雲端伺服器140將控制命令轉換為第二網路訊息並發送至閘道器130。閘道器130根據第二網路訊息轉譯並識別該控制命令的對應終端設備110，並將第二網路訊息重新封裝為第一網路訊息。閘道器130將第一網路訊息發送至對應的異質橋接設備120與終端設備110。異質橋接設備120將第一網路訊息轉譯為控制命令，並發送控制命令至終端設備110。

為清楚說明本發明的運作過程，下文係以兩終端設備110為例說明。兩終端設備110在此分別定義為第一設備221(假定為溫度感應 器)與第二設備222(假定種類為光警報器)，第一設備221的通訊接口為AI接口(Analog input)，第二設備222的通訊接口為DI接口(Digital input)。閘道器130連接兩異質橋接設備120、計算設備150與雲端伺服器140，如第4圖所示。

首先，計算設備150向閘道器130發出通訊介面設定要求與設備生成要求，藉以設定閘道器130的虛擬接口134與虛擬設備，請參考第2C圖所示。由於閘道器130連接兩異質橋接設備120，因此閘道器130將會生成第一虛擬接口211與第二虛擬接口212。第一虛擬接口211映射於第一設備221的AI接口，第二虛擬接口212映射於第二設備222的DIO接口。閘道器130將會設定第一虛擬接口211映射連接第一設備221，第二虛擬接口212映射連接第二設備222。其中，箭頭表示第一設備221通過前述元件映射至第一虛擬接口211，箭頭表示第二設備222通過前述元件映射至第二虛擬接口212。第4圖中的灰色部分表示為第二虛擬接口212，第二虛擬接口212用於表示閘道器130所映射連接的異質橋接設備120與通訊接口122。

接著，計算設備150向閘道器130發送設備生成要求，以使閘道器130生成兩組虛擬設備。在此將閘道器130所生成的兩組虛擬設備分別定義為第一模擬設備與第二模擬設備。第一模擬設備是根據第一虛擬接口211所產生，第一模擬設備將對應於第一設備221。第二模擬設備是根據第二虛擬接口212所產生，第二模擬設備將對應於第二設備222。第一模擬設備可以通過第一虛擬接口211取得第一設備221的電氣訊號。閘道器130根據第一設備221的電氣訊號轉換為資料訊號，並將資料訊號封裝為第二網路訊息。

計算設備150向雲端伺服器140發送設備選取要求，在資料存取介面144中可以選擇虛擬設備的種類。如第5圖中，使用者透過計算設備150在資料存取介面144中選擇一虛擬溫度感應設備，且將虛擬溫度感測設備映射於第一模擬設備。在第5圖中係以閘道器130所列舉的設備作為映射的來源選項。

在此假設第一設備221的電氣量測範圍為4~20mA，而對 應的溫度範圍為0~100℃。因此閘道器將會對第一設備221建立相關的轉換函數庫，請參考下式：溫度T=6.25*AI-25 式1

AI為第一設備221所量測的電氣訊號數值

因此第一設備221量測AI數值為8.5mA時，第一模擬設備根據AI的電氣訊號數值得到溫度28.125℃。閘道器130根據溫度數值封裝為第二網路訊息並傳送至雲端伺服器140。所以虛擬溫度感應設備將會取得溫度28.125℃的數值，使用者透過資料存取介面144可以看到溫度28.125℃，而非AI數值8.5mA。

閘道器130對於DIO接口的第二設備222進行以下的設定處理。計算設備150令閘道器130生成第二虛擬接口212與第二模擬設備。在選擇第二模擬設備的同時，閘道器130也會載入第二設備222的相關運作模型。舉例來說，第二設備222是具有4組DI輸入的設備。因此第二設備222會根據不同的觸發情況而發送不同的第一網路訊息至閘道器130。例如：第二設備222可能發送如下的電氣訊號的組合：「0000」、「0100」、「1010」或、「1111」。當選擇第二模擬設備時，閘道器130亦同時將第二設備222的運作模型一併載入。在此一事例中，第二設備222的各種電氣訊號組合分別代表不同的偵測狀態。

閘道器130接獲第二設備222的第一網路訊息後，閘道器130將會根據第二模擬設備與運作模型產生相應的輸出訊號。閘道器130將輸出訊號封裝為第二網路訊息並發送至雲端伺服器140。並在資料存取介面144中設定一組電子圍籬的虛擬設備，用於映射連接於第二模擬設備。資料存取介面144接獲第二網路訊息後，資料存取介面144根據第二網路訊息顯示相應的警示狀態。因此，使用者可以在資料存取介面144上觀察虛擬溫度感應設備(對應第一設備221)與電子圍籬(對應第二設備222)的當前運作狀態。

本發明的控制物聯網終端設備110的處理系統、方法與應用於物聯網中的閘道器130可以存取物聯網中的終端設備110並生成對應的輸出報表，並透過閘道器130的分層管理使得雲端伺服器140的負載可 以有效的降低。此外，透過第一虛擬設備145與第二虛擬設備135的分別設定，更可以彈性的指派終端設備110與第一虛擬設備145的映射連接。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100:處理系統

110:終端設備

120:異質橋接設備

121:第一網路接口

122:通訊接口

130:閘道器

131:第二網路接口

132:處理模組

133:列舉模組

134:虛擬接口

135:第二虛擬設備

136:代理程序

140:雲端伺服器

141:第三網路接口

142:運算模組

143:儲存模組

144:資料存取介面

145:第一虛擬設備

150:計算設備

Claims (8)

1. 一種控制物聯網終端設備的處理系統，其特徵在於存取物聯網中的終端設備並生成對應的輸出報表，該控制物聯網終端設備的處理系統包括：一異質橋接設備，具有一第一網路接口與一通訊接口，該通訊接口電性連接於一終端設備，該異質橋接設備轉換該終端設備的訊號為一第一網路訊息；一雲端伺服器，具有一資料存取介面，該資料存取介面根據一設備選取要求決定一第一虛擬設備，該資料存取介面根據一第二網路訊息產生該第一虛擬設備的一設備狀態報表；以及一閘道器，該閘道器具有一第二網路接口、一處理模組與一列舉模組，該第二網路接口網路連接於該異質橋接設備與該雲端伺服器，該列舉模組生成一虛擬接口與一第二虛擬設備，該處理模組使該虛擬接口映射於該通訊接口，該處理模組使該第二虛擬設備映射於該終端設備，該處理模組根據該第二虛擬設備將該第一網路訊息轉換為該第二網路訊息。
2. 如請求項1所述之控制物聯網終端設備的處理系統，其中該通訊接口的種類包括類比輸入/輸出接口、數位輸入/輸出接口或通用非同步收發傳輸接口。
3. 如請求項1所述之控制物聯網終端設備的處理系統，其中更包括一計算設備，該計算設備用於發送一通訊介面設定要求與一設備生成要求至該閘道器。
4. 如請求項3所述之控制物聯網終端設備的處理系統，其中該閘道器接收該通訊介面設定要求且根據該通訊接口選擇該虛擬接口的種類，該閘道器根據該設備生成要求與該終端設備的種類設定該第二虛擬設備。
5. 一種控制物聯網終端設備的處理方法，其特徵在於存取物聯網中的終端設備並生成對應的輸出報表，該控制物聯網終端設備的處理方法包括：將一閘道器網路連接於一雲端伺服器、一異質橋接設備與一計算設備； 該計算設備向該閘道器發送一通訊介面設定要求；該閘道器根據該通訊介面設定要求產生一虛擬接口，且該虛擬接口映射於該異質橋接設備的一第一通訊接口；該閘道器透過該虛擬接口接收一第一網路訊息，並將該第一網路訊息轉換為一第二網路訊息；將該第二網路訊息發送至一雲端伺服器；該雲端伺服器根據該第二網路訊息生成一設備狀態報表；該計算設備向該雲端伺服器發送一設備選取要求決定一第一虛擬設備；以及該閘道器根據來自於該計算機的一設備生成要求與該終端設備的種類決定一第二虛擬設備。
6. 如請求項5所述之控制物聯網終端設備的處理方法，其中該虛擬接口接收該第一網路訊息更包括：該雲端伺服器建立該第一虛擬設備與該第二虛擬設備的一映射關聯，使該第二網路訊息對應該第一網路訊息。
7. 如請求項5所述之控制物聯網終端設備的處理方法，其中該異質橋接設備連接網路後更包括：將該異質橋接設備電性連接一終端設備；以及該異質橋接設備傳輸該終端設備的該第一網路訊息。
8. 一種應用於物聯網中的閘道器，其特徵在於提供各式通訊介面與終端設備以供服務器資料採樣，該應用於物聯網中的閘道器包括：一網路接口，網路連接於一雲端伺服器、一異質橋接設備與一計算設備，該網路接口傳輸一第一網路訊息與一第二網路訊息，且該網路接口接收一通訊介面設定要求與一設備生成要求；一列舉模組，該列舉模組生成一虛擬接口與一虛擬設備，該列舉模組根據該通訊介面設定要求選擇該虛擬接口的種類，該列舉模組根據該設備生成要求決定該虛擬設備；以及一處理模組，連接於該網路接口與該列舉模組，該處理模組使該虛擬設備映射於一終端設備，該處理模組根據一第二虛擬設備將該第 一網路訊息轉換為該第二網路訊息。

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