[發明專利]一種基于邊緣計算集群的建筑物傳感物聯網系統及其方法

有效

• 申請號: 201911349892.5
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111158277B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 重慶特斯聯智慧科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H04L29/08
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 付婧

本發明公開了一種基于邊緣計算集群的建筑物傳感物聯網系統，包括：傳感器、集群控制器、功能設施；所述傳感器連接所述集群控制器，用于采集建筑物內的相關數據，并將所述相關數據發送給所述集群控制器；所述集群控制器連接所述傳感器與所述功能設施，用于根據所述傳感器和所述功能設施傳輸的相關數據，執行計算、分析和決策，并且對所述功能設施下達控制指令；所述功能設施連接所述集群控制器，用于采集建筑物內的相關數據，將所述相關數據發送給所述集群控制器，并根據所述集群控制器下達的所述控制指令進行相應的操作。該系統對邊緣計算集群采取冗余備份的機制，提高集群控制器對數據的獲取能力與計算分析能力。

技術領域

本發明涉及物聯網技術領域，具體是一種基于邊緣計算集群的建筑物傳感物聯網系統及其方法。

背景技術

物聯網又被稱為“萬物互聯的網絡“，隨著物聯網技術的發展，不久的將來，建筑物中的方方面面的”物“——包括各種類型的傳感器，以及各種類型的功能設施(例如消防設施、空調供暖設施、空氣凈化設施、照明設施、門禁設施、閘機設施、顯示屏、揚聲器、智能家具等)——都可以基于統一的物聯網協議而實現彼此通信和信息互通。

這種互通可以帶來很多有益的功能，例如空調供暖設施、照明設施、智能家具等可以共同作用而為用戶從溫度、光照、家具狀態等多方面營造有利于工作、休閑或者睡眠的室內環境；又例如，一旦發生火情，消防設施、門禁和閘機設施、顯示屏、揚聲器可以共同作用而對用戶發出告警、引導逃生以及取消各種通行限制從而提供暢通的通行道路。

不過，物聯網條件下，如果繼續采用傳統的C-S模式(客戶端-服務器)，客戶端全部的數據都上傳到中心的服務器，由中心服務器進行計算、分析和決策，然后再將控制指令下達到各個客戶端，以及由服務器為客戶端進行信息的中轉；由于作為客戶端的傳感器和功能設施的數量極多，彼此互通的需求旺盛，這樣必然會造成通信開銷顯著增大，中心服務器的處理負荷也難以承受，決策響應的及時性明顯降低。

所以物聯網條件下越來越多的采用基于邊緣計算的集群架構來組織建筑物中的傳感器以及功能設施；這種架構也就是基于一定的組織規則，將前端的一定數量的傳感器和功能設施組織為集群，建筑物中具有一定數量的具備不同功能或者是位于不同空間的集群(例如同一個樓層或者同一個房間的全部傳感器和功能設施組織為一個集群；或者，將上文提到的營造用戶環境這個功能相關的傳感器和功能設施組織為一個集群)；同一個集群的傳感器和功能設施基于物聯網協議可以彼此直接進行通信，或者是由本集群的其它傳感器和功能設施作為中轉而通信(例如A和B不能直接通信，但是通過C中轉實現A-B之間的通信，A、B、C都處于同一個集群)；同一個集群里面確定一個集群控制器，負責根據本集群的傳感器和功能設施提供的數據，執行計算、分析和決策，并且向本集群的功能設施下達控制指令；集群控制器可以專門設置，也可以由具有一定信息計算能力的功能設施來兼任；這樣絕大部分數據和指令都在本集群內部傳輸而不需要與中心服務器通信(中心服務器還是保留的，用于處理集群無法處理或者沒有權限處理的任務，或者進行跨集群之間的數據和指令中轉，以及對各個集群的運行狀態進行監控，調整集群的組織，例如向集群增減傳感器或者功能設施、合并集群、撤銷集群等)，降低了通信開銷，提高了及時性，降低了負荷。

不過基于邊緣計算集群架構的物聯網系統也會存在一定的短板，因為集群控制器對數據的獲取能力、計算分析能力都遠遠比不上中心服務器(因為不可能按照中心服務器的標準去配置集群控制器的軟硬件，成本不允許)，可能發生錯誤的概率明顯增大，例如，集群中的一部分傳感器無法提供數據或者提供的數據不可靠，就容易造成集群控制器做出錯誤的決策從而帶來錯誤的控制指令；集群控制器也有可能因為自身的計算分析能力有限而產生錯誤的決策胡或者具有較大的決策延遲，導致錯誤或者滯后的控制指令；甚至集群控制器自身有可能停止工作；這就可能造成建筑物的一些功能不能發揮正常作用，特別是涉及消防、安保、照明、空調供暖等方面的問題有可能帶來嚴重的影響。

因此，如何提高集群控制器對數據的獲取能力與計算分析能力，降低錯誤率是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容