一种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法与流程

本发明涉及计算机系统领域，具体而言，涉及一种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法。

背景技术：

1、物联网是一种将通信网和互联网进行拓展应用和网络延伸的技术。它通过使用射频识别(rfid)、感应器、摄像头、定位仪、激光扫描器等信息传感设备，将任何物品与互联网连接起来，实现对其的感知识别、控制、网络化互联和智能处理。这样，我们就可以实现对物理世界的实时感知、精确管理和科学决策。

2、物联网技术可以赋予动产以不动产属性，通过远程连续的识别、定位、监控等手段，将客观数据资产转化为信用价值。这可以解决动产管控难、信用评估难、贷后监管难等问题，同时也可以创新性地扩展业务，解决业务扩展受地域限制等问题。

3、在实现软硬件链接方面，物联网技术可以提升增值产品场景的覆盖能力和智能化程度。例如，在门禁通道、刷卡消费、安防监控、人流监测、人脸识别等增值业务领域中，物联网技术可以实现对设备的远程操控和管理，提高其智能化程度和覆盖能力。

4、然而，现有的技术方案存在一些问题。例如，智慧网点场景中的安防设备自身不具备直连网关服务的能力，需要在网关服务中集成sdk的方式进行设备操控。此外，每一个物理设备都需要和网关服务保持长连接才能实时接收安防设备的告警和属性，这就会占用大量的中心化部署的网关服务的物理资源。

5、另外，中心化部署的模式会增加设备适配开发调试的难度，且随着接入设备种类的增加，无论某一类设备是否真正有设备接入，网关服务都必须保持全量服务开启，做不到小颗粒度的精准控制，会浪费较多的资源。此外，每台设备的消息均会全量推送至网关服务，网关服务要对所有设备消息进行输入校验、一致性校验、安全校验等前置处理，消耗大量的计算资源；随着设备量的大量增加，网关服务需要实时根据设备量进行扩容，极大的增加运维成本。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的需求，本发明实施例提供一种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法，旨在解决物联网平台网关服务因为设备大量接入，造成中心化部署的网关服务机器资源的大量资源消耗和设备适配无法热插拔和热部署的问题，降低网关服务宕机的风险，增强资源利用率，保障物理网平台系统的性能、稳定和安全。

2、一种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法，具体步骤包括：

3、步骤一、将物联网平台的网关服务分为中心化部署的网关服务和边缘网关两部分，其中中心化部署的网关服务主要处理通用协议设备(如mqtt和tcp协议)的消息，而需要进行个性化适配的设备及设备的消息预处理则被拆分到边缘网关中进行适配。

4、步骤二、边缘网关将不同设备的个性化消息转化为物联网平台自定义的统一通用消息后与中心化网关服务进行通信；在设备对接中，只需要完成边缘网关与设备的调试，即可完成设备对接工作；同时借助不同的边缘网关，物联网平台可以对在同一边缘网关下不同设备或不同设备类型进行差异化控制；

5、步骤三、中心化部署的网关服务和若干边缘网关组成的树形结构，构成物联网平台云边协同架构。

6、进一步的：所述边缘网关包括基础服务层、设备适配层和数据总线；

7、在基础服务层中，提供边缘网关与物联网平台的通信能力、连接保持、消息订阅配置、消息编解码、消息加解密以及安全认证等基础能力。

8、进一步的：在设备适配层中，为每一类设备分配一个适配器adapter，根据云端的配置信息，可以动态化启动或回收某一类的设备适配器，使边缘网关具备适配的热插拔和热部署能力。

9、进一步的：在数据总线中，设计一个独立的模块用于上下行的数据流转，以解耦设备适配和基础服务两部分，从而使边缘网关真正具备设备适配的热插拔和热部署能力。

10、进一步的：一种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建系统，包括：

11、一、物联网平台网关服务重构模块：

12、将物联网平台的网关服务拆分为中心化部署的网关服务和边缘网关两个模块。

13、中心化部署的网关服务模块主要处理通用协议设备的消息，而需要进行个性化适配的设备及设备的消息预处理则交由边缘网关模块进行处理。

14、边缘网关模块将不同设备的个性化消息转化为物联网平台自定义的统一通用消息后与中心化网关服务模块进行通信。

15、在设备对接过程中，只需完成边缘网关模块与设备的调试，即可完成设备对接工作。

16、借助不同的边缘网关模块，物联网平台可以对在同一边缘网关下不同设备或不同设备类型进行差异化控制。

17、由中心化部署的网关服务模块和若干边缘网关模块组成的树形结构，构成物联网平台云边协同架构。

18、二、物联网边缘网关设计模块：

19、设计一个包含基础服务层、设备适配层和数据总线三个子模块的物联网边缘网关。

20、基础服务层子模块提供边缘网关与物联网平台的通信能力、连接保持、消息订阅配置、消息编解码、消息加解密以及安全认证等基础能力。

21、设备适配层子模块负责接入设备的sdk适配、文件适配及预留动态扩展预留的适配器。为每一类设备分配一个适配器adapter，根据云端的配置信息，可以动态化启动或回收某一类的设备适配器，使边缘网关具备适配的热插拔和热部署能力。

22、数据总线子模块是一个独立的模块，用于上下行的数据流转，以解耦设备适配层和基础服务层两个子模块，从而使边缘网关真正具备设备适配的热插拔和热部署能力。

23、进一步的：终端设备可以包括：处理器、存储介质和总线，存储介质存储有处理器可执行的机器可读指令，当终端设备运行时，处理器与存储介质之间通过总线通信，处理器执行机器可读指令，以执行时执行如前述实施例中所述的树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法的步骤。

24、进一步的：一种存储介质，该存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。

25、进一步的：一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行上述所述的方法。

26、本发明的有益效果：本发明通过将网关服务分为中心化部署的网关服务和边缘网关两部分，可以更好地分配计算和通信资源。通用协议设备(如mqtt和tcp协议)的消息由中心化网关服务处理，而个性化适配的设备及设备的消息预处理由边缘网关处理。这样使得网关服务能够更高效地处理各种消息，同时增强了系统的灵活性，可以在不修改云端的情况下对边缘网关及其代理设备进行动态化修改和热部署。

27、通过将设备对接工作简化为只需要完成边缘网关与设备的调试，可以大大降低开发和测试的难度。同时，借助不同的边缘网关，物联网平台可以对在同一边缘网关下不同设备或不同设备类型进行差异化控制，增加了对设备控制维度和精度。

28、通过设计出一种三层架构的物联网边缘网关，包括基础服务层、设备适配层和数据总线，可以更好地实现设备的个性化适配和消息预处理。同时，这种架构还可以支持设备的热插拔和热部署能力，进一步减轻开发和测试难度，提高系统的灵活性和可维护性。

29、在设备对接过程中，边缘网关可以对接收到的消息进行一致性校验、合法性校验、消息判重及限流等前置预处理，提高了系统的安全性。同时，通过将部分计算能力下移在基础服务层中进行统一输入校验、一致性校验、安全校验等前置处理，可以减少中心化网关服务的数据处理量，进一步提高了系统的安全性。

30、通过将中心化部署的网关服务和若干边缘网关组成树形结构，构成物联网平台云边协同架构，可以更好地满足物联网系统的分布式、协同化和实时性等需求。同时，这种架构还可以支持跨平台、跨设备的通信和协作，为物联网系统的广泛应用提供了更好的支持。

31、综上所述，这种树形云边协同架构的物联网边缘网关搭建方法具有提高效率、降低开发和测试难度、增强可维护性和可扩展性、提高安全性以及优化系统架构等优点，为物联网平台的发展和应用提供了有力的支持。