CN111031132A - 一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，包括若干节点，每个节点与其它节点中的一个或多个连接，相连的节点之间通信采用统一标准通信协议；每个节点至少包括数据输入模块、数据输出模块、数据库模块、数据计算模块和系统访问接口模块；本发明还提供一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构的实现方法，包括以下步骤：(1)构建工业互联网体系架构；(2)用户通过客户端所属节点运行网页服务器；(3)客户端通过系统访问接口模块访问所属节点内的应用；(4)该节点的数据计算模块进行计算时；(5)将计算结果反馈给用户，并将数据存储至本节点的数据库模块备用。本发明实现了对现有独立工业互联网云平台的拓展。

Description

一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构及其实现方法

技术领域

本发明属于工业互联网体系架构技术领域，具体涉及一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构及其实现方法。

背景技术

工业互联网使用开放、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，让工业和互联网实现深度的融合。同样，工业互联网实现企业的互联。在互联的网络上可以做很多事情，也产生了很多体系架构。一个典型的是工业互联网云平台，云平台是一个功能丰富的全能平台，其可以从工业现场的方方面面获取数据，又可以进行各种数据处理。然而，各个云平台之间并没有串联起来，从而导致一个云平台上的数据只能在本平台上被使用。另外，本平台上的数据处理功能也只能为本平台所用，平台和平台之间往往是隔离的，形成了一个个信息的孤岛，这样一种架构没有实现资源的最大化利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构及其实现方法，以解决背景技术中的各平台之间信息孤岛的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，包括若干节点，每个所述节点与其它节点中的一个或多个连接，相连的所述节点之间通信采用统一标准通信协议；每个所述节点至少包括数据输入模块、数据输出模块、数据库模块、数据计算模块和系统访问接口模块；其中，

所述数据输入模块以标准方式从其它节点获取数据，所述数据输入模块所获取的数据可以用于存储在该节点的数据库模块备用或直接参与数据计算模块的计算；

所述数据输出模块以标准方式提供数据给其它节点，所提供的数据可以是该节点数据库模块中的数据或数据计算模块所计算得到的数据；

所述数据库模块存储该节点所接收或计算得到的数据；

所述数据计算模块进行数据计算，所述数据计算模块为该节点的系统运行载体；

所述系统访问接口模块为客户端访问该节点提供接口，客户端通过所述系统访问接口模块访问数据库模块内所存储数据。

在进一步的实施例中，所述系统访问接口模块支持B/S架构，客户端通过以太网线连接某一节点，采用网页浏览器访问该节点，该节点运行网页服务器。

在进一步的实施例中，每一所述节点上的数据库均为区块链数据库，数据以分布式方法存储至区块链数据库。

在进一步的实施例中，所述节点可以是存储有企业相关数据的企业数据库、提供AI算法服务的AI引擎或连接多个节点的连接平台。

在进一步的实施例中，每个所述节点可以在本地布置或在互联网上布置。

在进一步的实施例中，每个所述节点的数据库模块仅存储本地数据，不存储其他没有获得权限的数据。

在进一步的实施例中，每个所述节点的数据计算模块在计算时所需的数据可以来自本节点的数据库模块，也可以从与本节点有通信连接的其他节点获取。

本发明的实施例另外提供一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建工业互联网体系架构，该体系架构内包括多个节点，每个节点至少与其他一个节点通过标准通信协议进行通信连接；

(2)用户通过客户端通过以太网线连接采用网页浏览器访问所属节点，客户端所属节点运行网页服务器；

(3)客户端通过系统访问接口模块访问所属节点内的应用；

(4)该节点的数据计算模块进行计算时，可以获取本节点的数据库模块内的数据，也可以获取与本节点连接的其他节点；若需要向符合标准通信协议连接的其他节点获取数据时，按照以下过程进行数据交互：

(4-1)建立连接；建立安全连接

(4-2)数据交互；

(4-2-1)数据请求：本节点需要向符合标准通信协议连接的另一个建节点发出数据请求；若请求成功，被请求节点的数据被发送至请求节点；若请求未成功，请求节点不能获取被请求节点的数据；

(4-2-2)数据传输：被请求节点的数据从数据输出模块输入至请求节点的数据输入模块，进而，由请求节点的数据输入模块传输至请求节点数据计算模块进行计算；在连接期间，可以有多个数据并行传输，同时传输不同用处的数据；若请求节点所请求的数据是时序数据，被请求节点的数据将被周期性推送出去；

(4-2-3)传输结束：当请求节点所请求数据传输完毕时，被请求节点停止与请求节点的停止数据传输；

(4-3)连接终止；

(5)数据计算模块根据步骤(4)内所获得的数据进行的计算，将计算结果反馈给用户，并将数据存储至本节点的数据库模块备用。

上述的，所述步骤(4)请求节点与被请求节点之间的数据交互过程采用加密交互。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，包括若干节点，每个所述节点与其它节点中的一个或多个连接，相连的所述节点之间通信采用统一标准通信协议；每个所述节点至少包括数据输入模块、数据输出模块、数据库模块、数据计算模块和系统访问接口模块；多节点通信连接，打破各节点之间信息壁垒；本发明的实现方法，不同大小，不同功能的工业互联网节点通过统一的标准通信协议相互连接，每个节点可以从其他节点获取必要的数据，且每个节点可以完成自身所拥有的功能或者通过数据请求方式调用相连接的其他节点已有的功能，从而在自身节点上实现所需功能；本发明实现了对现有独立工业互联网云平台的拓展，形成网状网络的工业互联网体系架构。

附图说明

图1为本发明中每一节点的结构示意图；

图2为本发明中节点之间数据交互的流程图；

图3为本发明的实施例中多节点之间连接示意图。

具体实施方式

参照附图描述所公开的实施例，其中遍及附图使用相同的附图标记来指定类似或等同的元件。附图未按比例绘制，并且提供它们仅为了图示某些公开的方面。以下参照示例应用来描述若干所公开的方面以用于说明。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开的实施例的完全理解。

然而，相关领域的普通技术人员将容易认识到，本文所公开的主题可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法来实践。在其他情况下，未详细示出公知的结构或操作以避免模糊某些方面。本公开不由所图示的动作或事件的次序所限制，因为一些动作可以以不同的次序发生和/或与其他动作或事件同时发生。此外，并不需要所有图示的动作或事件来实现根据本文所公开的实施例的方法。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，包括若干节点，每个所述节点与其它节点中的一个或多个连接，相连的所述节点之间通信采用统一标准通信协议；每个所述节点至少包括数据输入模块、数据输出模块、数据库模块、数据计算模块和系统访问接口模块；其中，所述数据输入模块以标准方式从其它节点获取数据，所述数据输入模块所获取的数据可以用于存储在该节点的数据库模块备用或直接参与数据计算模块的计算；所述数据输出模块以标准方式提供数据给其它节点，所提供的数据可以是该节点数据库模块中的数据或数据计算模块所计算得到的数据；所述数据库模块存储该节点所接收或计算得到的数据；所述数据计算模块进行数据计算，所述数据计算模块为该节点的系统运行载体；所述系统访问接口模块为客户端访问该节点提供接口，客户端通过所述系统访问接口模块访问数据库模块内所存储数据。

一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构的工作方法，包括以下步骤：

(1)构建工业互联网体系架构，该体系架构内包括多个节点，每个节点至少与其他一个节点通过标准通信协议进行通信连接。

(2)用户通过客户端通过以太网线连接采用网页浏览器访问所属节点，客户端所属节点运行网页服务器。

(3)客户端通过系统访问接口模块访问所属节点内的应用。

(4)该节点的数据计算模块进行计算时，可以获取本节点的数据库模块内的数据，也可以获取与本节点连接的其他节点；若需要向符合标准通信协议连接的其他节点获取数据时，按照以下过程进行数据交互：

(4-1)建立连接；建立安全连接；安全连接过程是该标准通信协议的一部分。一个通信协议的连接过程可以采用各种安全机制。比如使用公钥/私钥机制，连接请求方用对方(被请求方)的公钥加密连接请求包。对方(被请求方)收到请求包后，用自己的私钥解密，然后把会话秘钥放在响应包里，用请求方的公钥加密发送给请求方。请求方用自己的私钥解密，得到会话秘钥。这样双方就共享了一个只有它们知道的会话秘钥。接下来的数据交互就用这个会话秘钥加密解密。

(4-2)数据交互；

(4-2-1)数据请求：本节点需要向符合标准通信协议连接的另一个建节点发出数据请求；若请求成功，被请求节点的数据被发送至请求节点；若请求未成功，请求节点不能获取被请求节点的数据。

(4-2-2)数据传输：被请求节点的数据从数据输出模块输入至请求节点的数据输入模块，进而，由请求节点的数据输入模块传输至请求节点数据计算模块进行计算；在连接期间，可以有多个数据并行传输，同时传输不同用处的数据；若请求节点所请求的数据是时序数据，被请求节点的数据将被周期性推送出去。

(4-2-3)传输结束：当请求节点所请求数据传输完毕时，被请求节点停止与请求节点的停止数据传输。

(4-3)连接终止；正常情况下，在传输结束后，请求节点和被请求节点双方根据协议自动终止连接，可以是数据包结束后交换专门的指令包，也可以是最后一个数据包隐含的终止命令。若为非正常终止，这时一方(请求节点或被请求节点)在一段时间没有收到对方(被请求节点或请求节点)信号后，默认为已经终止，做一些相应善后处理。

(5)数据计算模块根据步骤(4)内所获得的数据进行的计算，将计算结果反馈给用户，并将数据存储至本节点的数据库模块备用。

实施例

在本发明的实施例中，一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构具有节点A-M这13个节点，总体分为企业节点和厂外节点；其中，节点A、节点B、节点C、节点D、节点E、节点F为企业节点；节点G、节点H、节点I、节点J、节点K、节点H、、节点M为厂外节点。

节点A、节点B、节点F的这三个节点分别代表了一个企业，且与相应企业相关的所有数据都可能存储在相应节点的数据库模块内，这些节点能够运行相应企业的诸多工业软件或应用；与现有通常意义上的工业互联网平台相似。

节点C、节点D、节点E这三个节点代表服务企业的一部分。在本发明中，企业节点与企业内现场之间的通信方式不在本专利的保护范围内，现场与节点连接采用目前现场与节点的常规连接技术，如现场总线等。

节点I、节点K这两个节点可以连接多个企业节点，也能够连接其他厂外节点。

节点H、节点L这两个节点连接单一企业，通常属于该单一企业。

节点G为独立节点，提供对外服务。

节点J连接单一节点，为其提供增值服务。

节点M连接多个厂外节点。

本发明的基于标准通信协议的工业互联网体系架构，可应用于多种工业互联网；以下列工业互联网应用为例：

·设备后服务。类似节点K。设备服务商帮助不同企业运维设备。

·企业平台。类似节点A。管理整个企业的云平台。

·公有云平台。类似节点K或I。提供云服务给多个中小企业。

·网关。类似节点E。从现场采集一定量的传感器数据发送到云平台。

·边缘计算服务器。类似节点C。

·AI引擎。类似节点G。提供AI算法服务，别的节点租用它的服务。

·企业普查。类似节点M。社会调查，比如统计某个月份各个企业的用电情况。这种节点可以是临时性的，完成相应任务后就删除掉。

·政府监管云平台。类似节点I。政府监督污染企业的排污状况。

·行业平台。类似节点I。

·供应链平台。类似节点I。

·总部云。类似节点A/B/F+I/L+M。企业集团的分层工业互联网平台。

·园区云。类似节点I。工业园区服务平台。

·交易云。类似节点I。网上B2B交易平台。

·分布式生产云。类似节点I。单一产品的生产分布在多个工厂，协同进行。

·C2M云。类似节点L。顾客网上定制产品。

在本发明的更具体实施例中，节点I可以是一个企业的供应链平台，其提供供应链管理服务。而节点A是该企业的生产/仓储数据库，节点G是货运公司的货车管理系统。本发明中节点I可以通过数据交互过程从节点A获得企业的生产和存货信息；同时，节点I从节点G获得货运公司的货车信息。节点I在获得节点A和节点G的信息之后，通过节点I的数据计算模块计算获得需要的货车数量，并安排货车进入公司的时间。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，包括若干节点，每个所述节点与其它节点中的一个或多个连接，相连的所述节点之间通信采用统一标准通信协议；每个所述节点至少包括数据输入模块、数据输出模块、数据库模块、数据计算模块和系统访问接口模块；其中，

所述数据输入模块以标准方式从其它节点获取数据，所述数据输入模块所获取的数据可以用于存储在该节点的数据库模块备用或直接参与数据计算模块的计算；

所述数据输出模块以标准方式提供数据给其它节点，所提供的数据可以是该节点数据库模块中的数据或数据计算模块所计算得到的数据；

所述数据库模块存储该节点所接收或计算得到的数据；

所述数据计算模块进行数据计算，所述数据计算模块为该节点的系统运行载体；

所述系统访问接口模块为客户端访问该节点提供接口，客户端通过所述系统访问接口模块访问数据库模块内所存储数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，所述系统访问接口模块支持B/S架构，客户端通过以太网线连接某一节点，采用网页浏览器访问该节点，该节点运行网页服务器。

3.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，每一所述节点上的数据库均为区块链数据库，数据以分布式方法存储至区块链数据库。

4.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，所述节点可以是存储有企业相关数据的企业数据库、提供AI算法服务的AI引擎或连接多个节点的连接平台。

5.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，每个所述节点可以在本地布置或在互联网上布置。

6.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，每个所述节点的数据库模块仅存储本地数据，不存储其他没有获得权限的数据。

7.根据权利要求1所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构，其特征在于，每个所述节点的数据计算模块在计算时所需的数据可以来自本节点的数据库模块，也可以从与本节点有通信连接的其他节点获取。

8.一种根据权利要求1所述的基于标准通信协议的工业互联网体系架构的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建工业互联网体系架构，该体系架构内包括多个节点，每个节点至少与其他一个节点通过标准通信协议进行通信连接；

(2)用户通过客户端通过以太网线连接采用网页浏览器访问所属节点，

客户端所属节点运行网页服务器；

(3)客户端通过系统访问接口模块访问所属节点内的应用；

(4)该节点的数据计算模块进行计算时，可以获取本节点的数据库模块内的数据，也可以获取与本节点连接的其他节点；若需要向符合标准通信协议连接的其他节点获取数据时，按照以下过程进行数据交互：

(4-1)建立连接；建立安全连接

(4-2)数据交互；

(4-2-1)数据请求：本节点需要向符合标准通信协议连接的另一个建节点发出数据请求；若请求成功，被请求节点的数据被发送至请求节点；若请求未成功，请求节点不能获取被请求节点的数据；

(4-2-2)数据传输：被请求节点的数据从数据输出模块输入至请求节点的数据输入模块，进而，由请求节点的数据输入模块传输至请求节点数据计算模块进行计算；在连接期间，可以有多个数据并行传输，同时传输不同用处的数据；若请求节点所请求的数据是时序数据，被请求节点的数据将被周期性推送出去；

(4-2-3)传输结束：当请求节点所请求数据传输完毕时，被请求节点停止与请求节点的停止数据传输；

(4-3)连接终止；

(5)数据计算模块根据步骤(4)内所获得的数据进行的计算，将计算结果反馈给用户，并将数据存储至本节点的数据库模块备用。

9.根据权利要求8所述的一种基于标准通信协议的工业互联网体系架构的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)请求节点与被请求节点之间的数据交互过程采用加密交互。

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