一种工业数字化信息云存储系统及方法与流程

本发明涉及无线通信网络领域，且更具体地涉及一种工业数字化信息云存储系统及方法。

背景技术：

1、随着信息化时代的到来和信息技术的不断发展，工业生产中涉及的数据量越来越大，尤其是随着工业信息化和智能化的推进，大量的工业数据需要存储、处理和分析，企业数字化转型已经成为了趋势。在工业领域中，数据采集和分析变得越来越重要。传统的数据存储方式存在着许多问题，例如数据存储成本高、数据安全性差、数据处理效率低等。因此，开发一种新的工业数字化信息云存储系统变得尤为重要。工业数字化信息云存储系统是一种基于云计算和大数据技术的数据存储和管理系统，主要用于收集、存储、管理和分析工业领域中产生的各种数据。在工业数字化信息云存储系统的实现过程中，无线通信网络是其中非常重要的一项技术。无线通信网络领域的技术发展已经为工业数字化信息云存储系统的实现提供了很多支持。

2、但是，数据采集方式不够高效自动化。传统的数据采集方式通常需要大量的人力和物力成本，效率低下。现有的工业数字化信息云存储系统在传输过程中，可能面临网络堵塞、带宽不足或信号弱等问题，导致数据传输速度慢，甚至出现传输错误的情况。传统的工业数字化信息上传方式通常使用有线通信方式，而且网络覆盖范围有限，无法实现全面覆盖。数据访问速度较慢。在传统的云存储系统中，由于数据访问量大、负载不均衡等原因导致其访问速度较慢。安全防护水平相对较低。传统云存储系统安全防护水平相对较低，容易受到黑客攻击和数据泄露等威胁。

3、因此，本发明公开了一种工业数字化信息云存储系统及方法，通过多模式无线通信模块，将预处理后的工业数字化信息上传至云端，并采用分布式缓存、分布式云储存系统和安全管理控制模块对工业数字化信息进行缓存、归档和权限控制。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种工业数字化信息云存储系统及方法，通过多模式无线通信、分布式缓存、分布式云储存和安全管理控制等技术进行了改进，从而提高了数据传输速度、数据访问性能和安全性；多模式无线通信模块使用自适应门限值模型实现对多个通信网络的信号强度、带宽和传输能耗等情况的分析，从而控制无线通信单元自动切换至最优的通信网络进行数据传输。相较于单一网络的传输方式，该模块可以提高工业数字化信息传输的成功率和传输速度，从而实现快速、高效、可靠的数据传输；云端缓存模块使用分布式缓存和动态负载均衡模型，可以根据数据访问的情况，自动将工业数字化信息分配至多个缓存节点，并通过预读取和预加载策略优化数据访问性能，从而提高数据的读取速度和响应速度；云端储存模块使用分布式云储存系统实现工业数字化信息的持久化存储、备份和数据恢复，可以保障工业数字化信息的安全和稳定性；安全管理和控制模块通过三层安全防火墙和权限认证控制机制对云数据进行安全保护和访问控制，可以避免敏感信息的泄露和恶意攻击，从而保障工业数字化信息的安全和可靠性；自动化、智能化程度高。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种工业数字化信息云存储系统，所述云存储系统包括：

4、数字化信息采集模块，用于采集工业数字化信息并进行预处理，所述数字化信息采集模块通过数据采集卡对工业生产设备进行数据信息采集，并通过数字信号处理器dsp对采集到的所述工业数字化信息进行滤波、降噪、校验和标准化处理，所述数据采集卡通过以太网接口进行多个模拟输入通道的差分采集，并通过内置模拟数字转换器adc将采集到的模拟信号转换为数字信号；

5、多模式无线通信模块，用于将预处理后的所述工业数字化信息上传至云端，所述多模式无线通信模块通过多模式无线通信网络将预处理后的所述工业数字化信息传输至云端进行储存，所述多模式无线通信网络包括网络切换控制单元、无线通信单元、网络管理与优化单元和安全保护单元，所述网络切换控制单元的输出端与所述无线通信单元的输入端连接，所述网络管理与优化单元与所述无线通信单元进行双向连接，所述安全保护单元的输出端与所述无线通信单元的输入端连接，所述网络切换控制单元通过内置自适应门限值模型对所述工业数字化信息进行信号强度、带宽和传输能耗分析，并自动控制所述无线通信单元切换至最优的通信网络进行数据传输；

6、云端缓存模块，用于对上传至云端的所述工业数字化信息进行缓存，所述云端缓存模块采用分布式缓存方式将所述工业数字化信息分配至多个缓存节点，并通过动态负载均衡模型实现所述工业数字化信息的均衡分配和访问优化，所述云端缓存模块通过预读取和预加载策略优化数据访问性能；

7、云端储存模块，用于将所述工业数字化信息进行归档和管理，所述云端储存模块通过分布式云储存系统实现所述工业数字化信息的持久化存储、备份和数据恢复；

8、安全管理和控制模块，用于对云端存储的所述工业数字化信息进行安全管理和权限控制，所述安全管理和控制模块通过三层安全防火墙和权限认证控制机制对云数据进行安全保护和访问控制；

9、所述数字化信息采集模块的输出端与所述多模式无线通信模块的输入端连接，所述多模式无线通信模块的输出端与所述云端缓存模块的输入端连接，所述云端缓存模块与所述云端储存模块进行双向连接，所述安全管理和控制模块的输出端与所述云端缓存模块和云端储存模块的输入端连接。

10、作为本发明进一步的技术方案，所述自适应门限值模型将当前网络的信号强度、带宽和传输能耗作为输入进行计算，当前网络的信号强度计算公式为：

11、

12、在公式(1)中，s(t)为当前网络的信号强度，t表示当前时刻，p(t)表示当前网络信号源的发射功率，l(t)表示当前网络信号在传输过程中的损耗，n(t)表示当前网络环境噪声的功率；当前网络的带宽计算公式为：

13、

14、在公式(2)中，b(t)为当前网络的带宽，c(t)表示当前网络的信道容量，k(t)表示当前网络的信号功率，log2表示以2为底的对数运算；当前网络的传输能耗计算公式为：

15、

16、在公式(3)中，e(t)表示当前网络的传输能耗，l(t)表示当前网络的数据包大小，tc表示数据包发送时间，tr表示数据包接收时间，pc(t)表示当前网络发送设备在传输过程中的功率消耗，pr(t)表示当前网络接收设备在传输过程中的功率消耗；当前网络的信号强度、带宽和传输能耗综合评估公式为：

17、

18、在公式(4)中，z(t)为当前网络的信号强度、带宽和传输能耗综合评估值，emax(t)为当前网络最大可接受的能耗，α1、α2、α3和β1为可调参数，用于权衡信号强度、带宽和能耗对当前网络性能的影响，门限值的计算公式为：

19、

20、在公式(5)中，t表示自适应门限值，s为网络信号强度阈值，b表示网络带宽阈值，c表示网络信道容量阈值，e表示网络传输能耗阈值，emax表示网络最大可接受的能耗阈值，基于综合评估值和自适应门限值的相似程度进行判断和决策，选择最优的通信网络进行数据云端传输。

21、作为本发明进一步的技术方案，所述无线通信单元包括蜂窝网络、无线局域网络、lora广域网络、窄带物联网网络、蜂鸟网和西格福克斯网络，所述安全保护单元采用ssl/tls加密协议进行传输通道加密，所述网络管理与优化单元通过流控芯片和传输控制协议tcp调整所述工业数字化信息的传输速率和优先级，并通过网络流量管理器和交换机对所述多模式无线通信网络进行监控和管理，所述传输控制协议tcp通过调节拥塞窗口和滑动窗口参数修改传输速率和优先级。

22、作为本发明进一步的技术方案，所述动态负载均衡模型的工作方法包括：

23、s1、监测所述缓存节点的负载状态，通过任务管理器和性能监视器监测所述缓存节点的负载状态，并将监测数据输入至所述动态负载均衡模型，所述负载状态包括内存占用率、磁盘占用率、cpu利用率、节点负载和网络带宽；

24、s2、动态调整所述缓存节点，所述动态负载均衡模型通过轮询算法均衡所述缓存节点之间的数据负载，并通过增加正常节点的任务量进行节点故障的自适应调整；

25、s3、动态扩展所述缓存节点，根据节点负载情况和自动扩展机制实现所述缓存节点的自动扩展，所述自动扩展机制通过增加所述缓存节点实现高并发或大规模数据缓存；

26、s4、动态路由机制，所述动态负载均衡模型基于动态路由机制实现数据缓存的自动分配，所述动态路由机制通过智能路由算法选择最短路径或者最优路径进行数据缓存传输。

27、作为本发明进一步的技术方案，所述分布式云储存系统包括数据归档单元、数据备份单元和数据恢复单元，所述数据归档单元通过访问计数器记录缓存信息项被调用的次数，并采用定时器触发清除和归档操作，所述定时器基于lru缓存策略清除和归档缓存信息项，所述数据备份单元通过副本机制和元数据备份将上传的文件划分成多个数据块，并储存在多个数据节点实现数据的冗余备份，所述数据恢复单元通过容错机制和快照备份功能快速恢复所述分布式云储存系统的状态，所述数据归档单元的输出端与所述数据备份单元的输入端连接，所述数据备份单元的输出端所述数据恢复单元的输入端连接。

28、作为本发明进一步的技术方案，所述三层安全防火墙包括应用层防火墙、软件防火墙和硬件防火墙，所述应用层防火墙基于应用程序协议进行云端流量过滤和管理，并通过协议解码器和正则表达式对数据包、数据流及数据内容进行检查和控制，所述软件防火墙通过监控和控制进出主机操作系统的网络连接过滤和管理网络流量，所述硬件防火墙通过对入站和出站数据包进行筛选和过滤实现安全防护，所述软件防火墙和硬件防火墙采用ssl安全套接字层加速卡减轻防火墙内部服务器的负载，所述ssl安全套接字层加速卡通过加速安全套接字层和传输层连接的处理过程减轻防火墙内部服务器的负载。

29、作为本发明进一步的技术方案，一种工业数字化信息云存储方法，所述云存储方法包括步骤：

30、步骤一、通过所述数字化信息采集模块采集所述工业数字化信息，并进行滤波、降噪、校验和标准化处理；

31、步骤二、通过所述多模式无线通信模块将预处理后的所述工业数字化信息上传至云端；

32、步骤三、通过所述云端缓存模块对上传至云端的所述工业数字化信息进行分布式缓存；

33、步骤四、通过所述云端储存模块将所述工业数字化信息进行持久化存储、备份和数据恢复；

34、步骤五、通过所述安全管理和控制模块对云端存储的所述工业数字化信息进行安全管理和权限控制。

35、积极有益效果：

36、本发明公开了一种工业数字化信息云存储系统及方法，通过多模式无线通信、分布式缓存、分布式云储存和安全管理控制等技术进行了改进，从而提高了数据传输速度、数据访问性能和安全性；多模式无线通信模块使用自适应门限值模型实现对多个通信网络的信号强度、带宽和传输能耗等情况的分析，从而控制无线通信单元自动切换至最优的通信网络进行数据传输。相较于单一网络的传输方式，该模块可以提高工业数字化信息传输的成功率和传输速度，从而实现快速、高效、可靠的数据传输；云端缓存模块使用分布式缓存和动态负载均衡模型，可以根据数据访问的情况，自动将工业数字化信息分配至多个缓存节点，并通过预读取和预加载策略优化数据访问性能，从而提高数据的读取速度和响应速度；云端储存模块使用分布式云储存系统实现工业数字化信息的持久化存储、备份和数据恢复，可以保障工业数字化信息的安全和稳定性；安全管理和控制模块通过三层安全防火墙和权限认证控制机制对云数据进行安全保护和访问控制，可以避免敏感信息的泄露和恶意攻击，从而保障工业数字化信息的安全和可靠性；自动化、智能化程度高。