5G时代下物联网数据采集及监控系统设计研究杨宁康--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

5G时代下物联网数据采集及监控系统设计研究杨宁康

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：杨宁康

[导读] 摘要：随着物联网技术的不断发展，5G通信技术逐步替代4G网络技术，5G通信技术作为4G网络技术的升级版本，以我国十三五规划为政策指引，以无线技术及网络技术为关键技术，极大程度促进绝大多数通信技术的发展，并带动部分基础产业的发展。

        湖北邮电规划设计有限公司湖北 430020
        摘要：随着物联网技术的不断发展，5G通信技术逐步替代4G网络技术，5G通信技术作为4G网络技术的升级版本，以我国十三五规划为政策指引，以无线技术及网络技术为关键技术，极大程度促进绝大多数通信技术的发展，并带动部分基础产业的发展。物联网作为5G时代重要的通信技术，以互联网及传统通信网为传播载体，以物物相联为核心概念，以互联、互通、资源共享为目的，实现人、机、物之间形成更加紧密的信息流动生态系统。本文对5G时代下物联网数据采集及监控系统设计进行研究。
        关键词：智慧园区；数据采集；监控管理
        1 系统原理分析
        鉴于市场上推出的大量设备所采用智能终端方式，系统可进行网络、串口通信等方式对设备进行有线或无线的方式采集、传输、监测。然而，这些设备其功能、厂家、型号、协议等均差异万千，瓦力魔盒（物联网数据采集监测器）需在有效整合这些设备资源的前提下进行统一数据采集，web监控平台需将这些数据进行智能统一展示、分析及管理，如图1所示。

图1 数据采集及监控系统原理结构图
本系统的核心原理在于瓦力魔盒，该魔盒作为硬件重要组成部分，在与设备的绑定之后，通过配置解耦的方式，对需连接的设备进行多层抽象、解耦以及协议转换等操作，将设备协议转换编写为适合本系统规则的模式，从而将设备快速接入到系统之中并可实时读取分析相关数据。具体而言，在配置过程之中，采用XML进行配置，以加载XML文件，解析XML根元素，遍历读取相关设备的XML配置，依据多种策略解析所获取的XML配置。在配置后，需利用多层抽象，将设备的编程方式抽象为协议编程方式，再将协议编程方式抽象为系统规定的协议编程方式。

        图2 模型业务层结构图
        2 系统设计方法
        2.1 总体架构设计
        由前文可知，本系统以瓦力魔盒为核心的硬件与以监控平台为主的软件相组成。本系统首先需要物理部署，其架构主要为瓦力魔盒与设备的绑定。当瓦力魔盒收到所需解析的设备之时，以ModbusRTU为通信协议，以封装与解析的方式，获取相关设备信息包。如图2所示，本文提及的模型业务层以模型层、解析层、资源层为主框架，公共层、通信层为辅助框架，对接入的设备进行配置、解析、存储。针对模型层，本模块主要用于描述设备的业务逻辑，包括设备的所有特性。针对资源层，本模块以保存各种资源为目的，为系统提供合适的模板及结构，同时也方便这些资源以恢复默认方式对其进行配置、扩展或替换。针对解析层，本系统以解析消息、数据转换、XML配置为核心环节，具体将设备的数据转换为系统可展示的类型。针对通信层，本系统以ModbusRTU的通信协议方式进行适配，并实时传输接受相关信息。针对公共层，以异常处理、系统配置、扩展接口等方式辅助模型适配需求。此外，界面层主要监控设备的实时数据及变化趋势、异常现象等，从而进行告警预示。而视图模型层以处理数据及事件为主，对业务模型层进行封装，并利用科学技术对数据进行深入挖掘分析，最终将有效的数据传输到界面层进行不同风格的展示。
        2.2 功能结构设计
        依据上述总体架构，本文以用户优先级为设计思路，以门户、监控中心、预警预告、综合管理、统计报表等功能模块为主，将数据通过视图模型层进行数据处理，并通过界面监控层进行显示，具体如图3所示。

        图3 系统功能架构图
        本系统的门户划分为指挥、监控、信息等三大平台，用户可依据自我需求选择合适的平台。在指挥平台中主要包含指挥控制功能，依据设备实时监测信息，进行预警预测。监控平台主要包括运行监控功能，该功能方便工作人员实时监控所有的设备情况。信息平台以分析查询相关数据为目的，利用柱状图、饼状图、折线图、散点图、报表等对相关数据进行统计、查询、分析。针对信息平台中信息查询，考虑当前的数据包括紧急数据（给用户造成经济损失或生命的，如火灾消息、供电状况等）、普通数据（需关注设备变化，但不需及时回应或处理的）、缓慢数据（变化程度非常缓慢的，如温湿度等）等类型，用户对这些数据的关注程度皆不同。鉴于此，本文引入了一种基于用户优先的数据传递模式，该模式的使用，有利于数据在系统运行过程中进行动态调整，有效提高数据采集及监控管理系统内软硬件数据传递效率，提升系统的性能及用户体验。具体而言，该模式以实时刷新、延迟刷新、空闲刷新等三种优先级为主，以不同的频率（推荐1：10：100）将数据发送给用户，并且，瓦力魔盒在采集数据之时也以上述方式从设备中获取相关数据。
        3 系统应用分析
        物联网数据采集及监控系统自投入运行以来成果显著。设备接入、监控一体化的综合管理系统的实现使得智慧园区的IT管理水平及使用效率有所提升。截至到目前，本系统已基本实现用户选择性数据查询，并保证了系统的稳定性。当用户在查询紧急数据之时，该界面中涉及的紧急数据会发起以最优先级别动态调整到实时刷新级别，当用户在查询缓慢数据之时，该界面中涉及的缓慢数据以优先级别动态调整到空闲刷新级别。该系统在监控平台中，已成功解决了突发事件引起的多起重大故障。另外，该系统在统一的数据采集及设备一体化管理，使得设备的接入、设备的数据采集、数据信息分析管理、问题的发现、任务生成分配处理等形成一种规范、完整、高效的工作流，为智慧园区的5G应用提供了有利的保障。
        结束语
        相对于传统的设备采集方式以及诸多相对孤立、互动性差的设备监管系统，本文在5G时代背景下所设计的物联网数据采集及监控系统在设备动态加入、设备协议解析、实时数据动态调整等方面有显著成效。此外，设计的系统可以明显地降低研发人员工作量，缩短整个项目的执行周期，从而整体提高工作效率，并提升了项目质量，对数据采集及监控平台的研究有一定的应用价值及指导意义。
        参考文献：
        [1]杜渂，王聚全，雷霆.基于物联网的智能数据采集和监控系统设计[J].电信快报，2013（7）：14-17.
        [2]杜渂，王聚全.物联网智能数据采集和监测系统后台服务设计研究[J].网络安全技术与应用，2013（9）：57-59.