CN115037600A - 一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法 - Google Patents

Abstract

一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法，所属物联网技术领域，物联网平台分为云、边、端三层，云层为物联网平台云端，边层为操作系统边缘侧，端层为最底层的设备；操作系统边缘侧与物联网平台云端通过websocket/MQTT连接方式进行消息交互，达到数据协同、应用协同和管理协同；操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件；容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块。本发明平台、设备及方法实现了边云的数据协同、应用协同和管理协同，利用云边的可靠消息传递降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间，提高服务质量。

Description

一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及提供支持海量异构设备快速接入、设备管理、数据分析及边缘智能等全场景服务的物联网平台、设备和管理方法。

背景技术

现代物联网技术已经深度融入社会的方方面面，例如市政、燃气、水务、建筑等行业。物联网技术是通过信息传感设备进行物体之间的信息交换和传输，物联网不仅能够进行智能识别，还能够达到有效定位和追踪，实时监控，在安全管理中有着不可忽视的作用。尤其，是在机械设备数量规模庞大、现场管理难度极高，很难保证高效率施工作业的建筑行业中；以及燃气管网管线架构越来越密集，越来越复杂，更新越来越频繁，管道易发生堵塞、泄漏的燃气行业中，以物联网技术赋能全生命周期管控系统适时出现，使得管理者更加“耳聪目明”，成为破题利器。物联网技术能够有效预防和应对各类突发事件的能力，以符合行业发展需要，为城市经济、社会发展保驾护航。

但是，物联网平台的适用性因各行各业场景复杂，特性需求多，物联网平台设计还面临以下问题：

(1)设备多元性问题：物联网行业下属厂家设备、仪器仪表众多。同样的设备应用在不同的场景采集参数存在差异，集成装备的厂家定制化自有设备和协议，增加了设备的多元性和复杂度。设备多元性给设备接入以及设备建模带来挑战。因此，如何快速设备接入、建立设备模型并统一纳管是物联网平台必须解决的问题。

(2)协议复杂性问题：物联网协议覆盖物理层、链路层、传输层、应用层等不同层次，行业里常用的包括CoAP、LwM2M、MQTT等标准物联网协议，也涉及OPC-UA、OPC-DA、ModbusRTU和Modbus TCP等工业协议，低功耗和无线还有BLE、NB-IoT和LoRa等。由于设备种类较多、连接介质多样、低功耗和多复杂场景，通讯包括无线、有线等多种形态，设备也存在大量的基于TCP/UDP定制的协议。因此，如何在平台灵活配置和管理多个规则和策略，快速、便捷并保证数据安全的完成协议转换，协议解析出有效数据并准确及时有序上报具有很高的难度。

(3)海量数据存储问题：设备和传感器实时监控数据每天可达TB甚至更多，如何采集、传输、存储和数据分析计算涉及高并发的读写TPS和QPS需求；随着数据因时间累积(比如默认存储半年以上)达到1000亿条级别，对云硬盘的IOPS参数和数据库服务器的性能要求也会随之提升；实时监测对数据的准确性和时效性有秒级要求，因此，性能、安全和可靠是物联网平台必须应对的难点。

(4)远程和自动控制问题：业务覆盖的区域、位置以及业务形态需要物联网支撑远程控制以及无人值守。随着行业对安全运营和管理精细化的提升，智慧场站和智能应用对远程和自动控制也提出更高要求；低功耗场景面临信号干扰，设备睡眠和离线等复杂情况，因此，对远程控制的精确性和及时性也是需要考虑的问题。

(5)业务应用的安全控制问题：在无人值守场站和有安全等级要求的业务和应用领域，需要同时考虑链路和通讯的冗余和切换。公网和内网、有线和无线以及双无线在实际现场中都存在，APN和普通2/3/4G卡，电信、移动、联通多个运营商，因此，固定ip和动态ip等多种形式给平台的链路管理和安全控制带来配置和管理的巨大压力。

发明内容

针对上述现有物联网平台技术存在的五大方面的技术瓶颈，本发明提供一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法，平台及设备能够同时兼顾集中采集、远程控制和边云协同，特别能够在长连接和低功耗的条件下，实现统一连接管理，达到高效协议解析。

其具体技术方案如下：

一种支持长连接的低功耗物联网平台，物联网平台分为云、边、端三层，云层为物联网平台云端，边层为操作系统边缘侧，端层为最底层的设备；

所述物联网平台云端包括有6个模块，6个模块分别为连接管理模块、消息列队模块、规则引擎模块、安全认证模块、私有或托管云平台模块和云端服务模块；

所述操作系统边缘侧包括有8个模块，8个模块分别为边缘应用模块、开放API模块、通讯总线模块、边缘节点组件模块、运行时组件模块、数据存储组件模块、安全控制组件模块和OS Kemel Docker模块；

所述操作系统边缘侧与物联网平台云端通过websocket/MQTT连接方式进行消息交互，达到数据协同、应用协同和管理协同；端层能够直连到云端物联网平台，或通过边缘网关代理连接到云端物联网平台。

所述直连为3G、4G、有线或无线方式连接；

所述端层与云端物联网平台通过LTE Cat-NB1或NB-IoT协议进行数据传输；

所述操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件；

所述操作系统边缘侧位于物联网的数据源头侧，操作系统边缘侧融合网络、计算、存储和应用核心能力，采用分布式模式就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护方面的关键需求；操作系统边缘侧能够作为连接物理世界和数字世界的桥梁，实现智能装备、智能网关、智能系统和智能服务。

上述技术方案中，所述连接管理模块用于专门负责管理多个规则和策略，通过协议类型、设备种类、接入方式等对设备进行分类连接管理，以设备地图的方式进行呈现。

上述技术方案中，所述消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。

上述技术方案中，所述规则引擎模块用于负责解析设备上报数据及云端下发控制命令；所有服务通过规则引擎实现解耦，通过规则引擎能够直接将数据落入业务系统数据库，也能够推送到业务系统消息队列中，供业务系统使用，灵活定制数据流转逻辑。

上述技术方案中，所述安全认证模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入，包括有线、无线、3G、4G，固定IP和自适应IP。

上述技术方案中，所述私有或托管云平台模块是为了提升服务器的可扩展性和安全性。

上述技术方案中，所述云端服务模块用于管理云服务器，可视化操作页面，方便直接对云端的资源进行管理。

上述技术方案中，所述边缘应用模块用于管理部署在设备容器内的应用，这些应用都是实现物联网平台功能的必备应用，不同类型的设备需要使用不同的应用，统一在边缘应用进行管理。

上述技术方案中，所述开放API模块用于对所有物联网平台所使用的API进行开放式统一管理，实现跨区域交互。

上述技术方案中，所述通讯总线模块用于管理边缘侧的数据传输，使用SPI总线协议，支持多slave模式应用，一般设置单Master；时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后(MSBfirst)；SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，在物联网平台中的数据传输速率能够达6Mbps。

上述技术方案中，所述边缘节点组件模块用于在靠近用户的边缘侧构建业务处理模块，提供存储、计算、网络等资源，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的宽度和时延损耗。

上述技术方案中，所述运行时组件模块是用来控制应用程序执行的主进程，即每个应用程序都会被运行时组件模块所控制执行；运行时组件模块会监测各个事件的运行情况，并存储运行状态资源消耗信息。

上述技术方案中，所述数据存储组件模块负责设备上报数据的边缘侧存储，将一定时间段内的设备上报热数据进行存储；数据存储组件模块采用postgre+TimescaleDB的数据库设计。

上述技术方案中，所述安全控制组件模块负责监控设备当前运行状态，用于捕获设备运行时异常，对设备异常状态进行监控，支持自定义报警规则，设置触发阈值，直接发送设备状态告警信息。

上述技术方案中，所述OS Kemel Docker模块是为边缘侧设备订制操作系统的内核，使订制系统的大小控制在700M以内；同时OS Kemel Docker还负责设备与云端的交互部分。

一种物联网平台管理系统构架，应用于上述一种支持长连接的低功耗物联网平台，管理系统构架包括边缘层、PaaS层和应用层；

所述边缘层为边缘网关，所述边缘网关分别连接有事件驱动模块、消息队列模块和智能模型模块；

所述PaaS层分为IOT云端服务层、智能模型服务层和容器云层；所述IOT云端服务层连接有规则引擎模块、设备管理模块和安全认证模块；所述智能模型服务层连接有知识图谱模块、机器学习模块和异构存储模块；所述容器云层连接有服务网格模块、拓扑监控模块和资源调度模块；

所述应用层连接有资产管理模块、监控系统模块、智能阀控模块和展示大屏模块。

一种容器化固件，应用于上述一种支持长连接的低功耗物联网平台的操作系统边缘侧，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；所述设备影子模块用于实时监控设备数据上报，也能够查看设备历史运行情况及日志，并设置阈值对设备进行监控；所述安全控制模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入；所述时序数据库模块用于存储若干设备每日产生的大量历史数据；所述消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。

上述技术方案中，所述容器化固件与传感器和现场设备连接。

一种支持长连接的低功耗物联网平台的管理方法，包括如下步骤：

步骤1：操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；

步骤2：容器化固件通过协议转换对现场设备和传感器接入的数据协议、格式进行统一，整理数据格式；

步骤3：容器化固件通过边缘Hub将数据传送至物联网平台云端；

步骤4：物联网平台云端对上传数据进行计算及建模；

步骤5：物联网平台云端下发模型参数和指令信息至端层，端层的设备响应后，执行相应操作。

本发明的一种支持长连接的低功耗物联网平台及其设备和管理方法，与现有物联网平台技术相比，有益效果为：

一、本发明的容器化固件能够快速接入设备和传感器，通过边缘Hub将数据传送至物联网平台云端，物联网平台云端设置后边缘层、PaaS层和应用层，能够建立设备模型并统一纳管。快速接入是通过建立设备模型的方式进行实现，将常用的不同类型设备，分别建立设备模型，将配置信息统一存储到容器化固件中，并完整存储在云端。新设备接入时，直接部署容器化固件，启动容器即可，容器内会根据当前机型，向云端发送配置，并自动下载该机型所需软件，自动完成安装并在云端上线。从设备拆封上电到云端上线，整个过程能够在5分钟内完成。

二、连接管理模块专门负责管理多个规则和策略，通过协议类型、设备种类、接入方式等对设备进行分类连接管理，以设备地图的方式进行呈现，实现平台灵活配置和管理多个规则和策略，快速、便捷并保证数据安全的完成协议转换，协议解析出有效数据并准确及时有序上报。

三、本发明通过私有化云平台或托管公有云来实现平台性能、安全和可靠，本发明的云平台相比本地服务器，可扩展性更高，当遇到灾害时具有完善的灾备系统，不会出现数据损坏的情况，实现平台性能、安全和可靠。

四、本发明通过边缘节点组件来实现，在边缘节点组件中进行边缘计算。而传统物联网平台是将所有任务汇总后，统一上传至云端进行计算，效率低服务器压力大。本发明的边缘节点组件直接将运算任务在设备端执行，只将计算结果推送至云端，计算效率大大提升，而且会在设备端会对冷数据进行验算，确保准确性，因为在设备端进行，所以不会对服务器造成额外压力，又能确保准确性，实现对远程控制的精确性和及时性。

五、本发明通过安全控制模块来实现链路管理和安全控制。安全控制模块的网络部分覆盖所有网络场景，包括公网和内网、有线和无线，固定IP和动态IP等场景，安全控制组件还会防范网络攻击。从而实现配置和管理固定ip和动态ip等多种形式给平台的链路管理和安全控制。

六、本发明平台支持长连接管理下的数据采集、数据上报、监控告警、边缘智能应用分发，利用云边的可靠消息传递降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间。平台在连接畅通的情况下，能够通过netty框架来实现设备一直保持长连接，还会同时对设备进行心跳监测并设置超时阈值，以确保在线设备的连接状态。另外，云边消息传递能够通过mqtt技术进行传递，降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间。

七、本发明设备普及LTE Cat-NB1或NB-IoT协议，能够优先使用NB-IoT协议进行数据传输，相比其他协议传输效率更高，减少传输耗时进而节省成本。根据设备片区和网络状况选定出基站设备，将一定范围内的设备进行本地通讯，数据互通。有数据上报时统一由本地网络传送至基站设备，由基站设备统一发送给云端。大大减少了与云端通讯的连接数和应答次数，减少了传输成本。

八、本发明容器化固件中，设备影子模块用于实时监控设备数据上报，也能够查看设备历史运行情况及日志，并设置阈值对设备进行监控。安全控制模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入，包括线、无线、3G、4G，固定IP和自适应IP等。时序数据库模块用于存储多个设备每日产生的大量的历史数据，相比普通数据库存储方式，查询速度更快，占用空间更小。消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。

九、本发明的边缘节点组件模块用于在靠近用户的边缘侧构建业务处理模块，提供存储、计算、网络等资源，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的宽度和时延损耗。边缘节点相比较云数据中心，具有小型化、建设周期短、分布式、更贴近用户(最后一公里)的特性，实现在网络边缘侧对数据的处理，减少请求响应时间、减少网络带宽同时保证数据的安全性和私密性。

十、本发明的数据存储组件模块负责设备上报数据的边缘侧存储，将一定时间段内的设备上报热数据进行存储；数据存储组件模块采用postgre+TimescaleDB的数据库设计，能够使数据读取速率更快，压缩率更高，节省存储空间，延长热数据时间轴。

十一、本发明的OS Kemel Docker模块是为边缘侧设备订制操作系统的内核，删减了原生系统中的冗余部分，使订制系统的大小控制在700M以内。同时OS Kemel Docker还负责设备与云端的交互部分，设备系统初始化时，会在云端自动注册设备信息，同时边缘侧设备上线，使边缘端与云端建立连接。

综上，本发明平台、设备及方法实现了边云的数据协同、应用协同和管理协同，利用云边的可靠消息传递降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间，提高服务质量。

附图说明

图1为本发明实施例的一种支持长连接的低功耗物联网平台的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种物联网平台管理系统构架示意图；

图3为本发明实施例的一种容器化固件的示意图；

图4为本发明实施例的容器化固件与设备和联网平台的连接示意图；

图5为本发明实施例的一种支持长连接的低功耗物联网平台的管理方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施案例和附图1-5对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

本实施例平台、设备和方法试用于某燃气运行设备系统。以安全运行、高效运营、服务用户为核心思想，以管网运行维护为核心目标，运用物联网平台感知、集成、分析城市燃气运行系统的各项关键信息，向燃气企业提供覆盖管网规划设计、工程施工、管网输配、设备抢维修、管网改造、管网管理、运行监控、企业综合运营的管网全生命周期的信息化管理工具，实现信息融合、服务拓展、气量预测和辅助决策。通过对燃气管网各个关键业务环节的信息化管理，帮助燃气企业实现日常运营管控的智能化和精细化，最终保障燃气管网运营的稳定和安全。

一种支持长连接的低功耗物联网平台，如图1和图4所示，物联网平台分为云、边、端三层；其中，云层为物联网平台云端；边层为操作系统边缘侧；端层为最底层的设备，如燃气运行设备系统中的智能管道设备、智能气网、智慧场站、智能燃气表、燃气报警器等。其中，物联网平台云端包括有6个模块，6个模块分别为连接管理模块，用于专门负责管理多个规则和策略，通过协议类型、设备种类、接入方式等对设备进行分类连接管理，以设备地图的方式进行呈现；消息列队模块，用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行；规则引擎模块，用于负责解析设备上报数据及云端下发控制命令；所有服务通过规则引擎实现解耦，通过规则引擎能够直接将数据落入业务系统数据库，也能够推送到业务系统消息队列中，供业务系统使用，灵活定制数据流转逻辑；安全认证模块，负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入，包括有线、无线、3G、4G，固定IP和自适应IP；私有或托管云平台模块，用于提升服务器的可扩展性和安全性；云端服务模块，用于管理云服务器，可视化操作页面，方便直接对云端的资源进行管理。其中，操作系统边缘侧包括有8个模块，8个模块分别为边缘应用模块，用于管理部署在设备容器内的应用，这些应用都是实现物联网平台功能的必备应用，不同类型的设备需要使用不同的应用，统一在边缘应用进行管理；开放API模块，用于对所有物联网平台所使用的API进行开放式统一管理，实现跨区域交互；通讯总线模块，用于管理边缘侧的数据传输，使用SPI总线协议，支持多slave模式应用，一般设置单Master，时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后(MSBfirst)，SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，在物联网平台中的数据传输速率能够达6Mbps；边缘节点组件模块，用于在靠近用户的边缘侧构建业务处理模块，提供存储、计算、网络等资源，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的宽度和时延损耗，边缘节点相比较云数据中心，具有小型化、建设周期短、分布式、更贴近用户(最后一公里)的特性，实现在网络边缘侧对数据的处理，减少请求响应时间、减少网络带宽同时保证数据的安全性和私密性。运行时组件模块，是用来控制应用程序执行的主进程，即每个应用程序都会被运行时组件模块所控制执行，运行时组件模块会监测各个事件的运行情况，并存储运行状态资源消耗信息；数据存储组件模块，数据存储组件模块负责设备上报数据的边缘侧存储，将一定时间段内的设备上报热数据进行存储；数据存储组件模块采用postgre+TimescaleDB的数据库设计，能够使数据读取速率更快，压缩率更高，节省存储空间，延长热数据时间轴；安全控制组件模块，负责监控设备当前运行状态，用于捕获设备运行时异常，对设备异常状态进行监控，支持自定义报警规则，设置触发阈值，直接发送设备状态告警信息；OS Kemel Docker模块，是为边缘侧设备订制操作系统的内核，删减了原生系统中的冗余部分，使订制系统的大小控制在700M以内。同时OS Kemel Docker还负责设备与云端的交互部分，设备系统初始化时，会在云端自动注册设备信息，同时边缘侧设备上线，使边缘端与云端建立连接。

操作系统边缘侧与物联网平台云端通过websocket/MQTT连接方式进行消息交互，达到数据协同、应用协同和管理协同；端层能够以3G、4G、有线或无线方式直连到云端物联网平台，或通过边缘网关代理连接到云端物联网平台；端层与云端物联网平台通过LTECat-NB1或NB-IoT协议进行数据传输。操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件，容器化固件与传感器和燃气运行设备连接，如智能管道设备、智能气网、智慧场站、智能燃气表、燃气报警器等；操作系统边缘侧位于物联网的数据源头侧，操作系统边缘侧融合网络、计算、存储和应用核心能力，采用分布式模式就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护方面的关键需求；操作系统边缘侧能够作为连接物理世界和数字世界的桥梁，实现智能装备、智能网关、智能系统和智能服务。

一种物联网平台管理系统构架，应用于上述一种支持长连接的低功耗物联网平台，如图2所示，管理系统构架包括边缘层、PaaS层和应用层；其中，边缘层为边缘网关，边缘网关分别连接有事件驱动模块、消息队列模块和智能模型模块；PaaS层分为IOT云端服务层、智能模型服务层和容器云层；IOT云端服务层连接有规则引擎模块、设备管理模块和安全认证模块；智能模型服务层连接有知识图谱模块、机器学习模块和异构存储模块；容器云层连接有服务网格模块、拓扑监控模块和资源调度模块；应用层连接有资产管理模块、监控系统模块、智能阀控模块和展示大屏模块。

一种容器化固件，应用于上述一种支持长连接的低功耗物联网平台的操作系统边缘侧，如图3和图4所示，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；设备影子模块用于实时监控设备数据上报，也能够查看设备历史运行情况及日志，并设置阈值对设备进行监控；安全控制模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入；时序数据库模块用于存储若干设备每日产生的大量历史数据；消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。容器化固件与传感器和燃气运行设备连接。

本实施例容器化固件中，设备影子模块用于实时监控设备数据上报，也能够查看设备历史运行情况及日志，并设置阈值对设备进行监控。安全控制模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入，包括线、无线、3G、4G，固定IP和自适应IP等。时序数据库模块用于存储多个设备每日产生的大量的历史数据，相比普通数据库存储方式，查询速度更快，占用空间更小。消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。

一种支持长连接的低功耗物联网平台的管理方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤1：操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；

步骤2：容器化固件通过协议转换对现场设备和传感器接入的数据协议、格式进行统一，整理数据格式；

步骤3：容器化固件通过边缘Hub将数据传送至物联网平台云端；

步骤4：物联网平台云端对上传数据进行计算及建模；

步骤5：物联网平台云端下发模型参数和指令信息至端层，端层的燃气运行设备响应后，执行相应操作。

本实施例的设备普及LTE Cat-NB1(NB-IoT)协议，能够优先使用NB-IoT协议进行数据传输，相比其他协议传输效率更高，减少传输耗时进而节省成本。根据设备片区和网络状况选定出基站设备，将一定范围内的设备进行本地通讯，数据互通。有数据上报时统一由本地网络传送至基站设备，由基站设备统一发送给云端。大大减少了与云端通讯的连接数和应答次数，减少了传输成本。容器化固件能够快速接入设备和传感器，通过边缘Hub将数据传送至物联网平台云端，物联网平台云端设置后边缘层、PaaS层和应用层，能够建立设备模型并统一纳管。快速接入是通过建立设备模型的方式进行实现，将常用的不同类型设备，分别建立设备模型，将配置信息统一存储到容器化固件中，并完整存储在云端。新设备接入时，直接部署容器化固件，启动容器即可，容器内会根据当前机型，向云端发送配置，并自动下载该机型所需软件，自动完成安装并在云端上线。从设备拆封上电到云端上线，整个过程能够在5分钟内完成。

本实施例的连接管理模块专门负责管理多个规则和策略，通过协议类型、设备种类、接入方式等对设备进行分类连接管理，以设备地图的方式进行呈现，实现平台灵活配置和管理多个规则和策略，快速、便捷并保证数据安全的完成协议转换，协议解析出有效数据并准确及时有序上报。

本实施例平台的通过私有化云平台或托管公有云来实现平台性能、安全和可靠，本发明的云平台相比本地服务器，可扩展性更高，当遇到灾害时具有完善的灾备系统，不会出现数据损坏的情况，实现平台性能、安全和可靠。

本实施例平台通过边缘节点组件来实现，在边缘节点组件中进行边缘计算。而传统物联网平台是将所有任务汇总后，统一上传至云端进行计算，效率低服务器压力大。本发明的边缘节点组件直接将运算任务在设备端执行，只将计算结果推送至云端，计算效率大大提升，而且会在设备端会对冷数据进行验算，确保准确性，因为在设备端进行，所以不会对服务器造成额外压力，又能确保准确性，实现对远程控制的精确性和及时性。

本实施例平台通过安全控制模块来实现链路管理和安全控制。安全控制模块的网络部分覆盖所有网络场景，包括公网和内网、有线和无线，固定IP和动态IP等场景，安全控制组件还会防范网络攻击。从而实现配置和管理固定ip和动态ip等多种形式给平台的链路管理和安全控制。

本实施例平台支持长连接管理下的数据采集、数据上报、监控告警、边缘智能应用分发，利用云边的可靠消息传递降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间。平台在连接畅通的情况下，能够通过netty框架来实现设备一直保持长连接，还会同时对设备进行心跳监测并设置超时阈值，以确保在线设备的连接状态。另外，云边消息传递能够通过mqtt技术进行传递，降低传输成本，缩短数据与决策之间的等待时间。

Claims (10)

1.一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，物联网平台分为云、边、端三层，云层为物联网平台云端，边层为操作系统边缘侧，端层为最底层的设备；所述操作系统边缘侧与物联网平台云端通过websocket/MQTT连接方式进行消息交互，达到数据协同、应用协同和管理协同；端层能够直连到云端物联网平台，或通过边缘网关代理连接到云端物联网平台；所述操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件。

2.根据权利要求1所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，所述直连为3G、4G、有线或无线方式连接；所述端层与云端物联网平台通过LTE Cat-NB1或NB-IoT协议进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，所述物联网平台云端包括有6个模块，6个模块分别为连接管理模块、消息列队模块、规则引擎模块、安全认证模块、私有或托管云平台模块和云端服务模块。

4.根据权利要求1所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，所述操作系统边缘侧包括有8个模块，8个模块分别为边缘应用模块、开放API模块、通讯总线模块、边缘节点组件模块、运行时组件模块、数据存储组件模块、安全控制组件模块和OS KemelDocker模块。

5.根据权利要求1所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，所述操作系统边缘侧位于物联网的数据源头侧，操作系统边缘侧融合网络、计算、存储和应用核心能力，采用分布式模式就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护方面的关键需求；操作系统边缘侧能够作为连接物理世界和数字世界的桥梁，实现智能装备、智能网关、智能系统和智能服务。

6.一种物联网平台管理系统构架，应用于权利要求1-4任一权利要求所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，其特征在于，管理系统构架包括边缘层、PaaS层和应用层。

7.根据权利要求6所述的一种物联网平台管理系统构架，其特征在于，所述边缘层为边缘网关，所述边缘网关分别连接有事件驱动模块、消息队列模块和智能模型模块；

所述PaaS层分为IOT云端服务层、智能模型服务层和容器云层；所述IOT云端服务层连接有规则引擎模块、设备管理模块和安全认证模块；所述智能模型服务层连接有知识图谱模块、机器学习模块和异构存储模块；所述容器云层连接有服务网格模块、拓扑监控模块和资源调度模块；

所述应用层连接有资产管理模块、监控系统模块、智能阀控模块和展示大屏模块。

8.一种容器化固件，应用于权利要求1或4所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台的操作系统边缘侧，其特征在于，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；所述设备影子模块用于实时监控设备数据上报，也能够查看设备历史运行情况及日志，并设置阈值对设备进行监控；所述安全控制模块负责保证网络通信安全，防御外界攻击，以及不同网络链路的设备接入；所述时序数据库模块用于存储若干设备每日产生的大量历史数据；所述消息队列模块用于处理设备与云端之间的通信顺序，合理安排队列，提升数据传输效率，并保证大数据连接量下平台的稳定运行。

9.根据权利要求8所述的一种容器化固件，其特征在于，所述容器化固件与传感器和现场设备连接。

10.一种支持长连接的低功耗物联网平台的管理方法，应用于权利要求1所述的一种支持长连接的低功耗物联网平台，包括如下步骤：

步骤1：操作系统边缘侧在边缘硬件上部署有容器化固件，容器化固件内置有设备影子模块、安全控制模块、时序数据库模块和消息队列模块；

步骤2：容器化固件通过协议转换对现场设备和传感器接入的数据协议、格式进行统一，整理数据格式；

步骤3：容器化固件通过边缘Hub将数据传送至物联网平台云端；

步骤4：物联网平台云端对上传数据进行计算及建模；

步骤5：物联网平台云端下发模型参数和指令信息至端层，端层的设备响应后，执行相应操作。

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