边缘计算网关的实现原理和技术特点-网关的实现原理

网关的实现原理

2.1网关的软硬件功能架构说明：

上图中：

1)网关基础软硬件平台，包含：

系统硬件：

CPU、RAM/ROM，存储设备（eMMC、HHD、SHD等）、显示接口（VGA、HDMI等）、各种通信接口（LAN、RS232/485、CAN、4G/5G、WIFI、Lora、HPLC等）、各种电气IO接口（AI、AO、DI、DO）。

系统软件：

操作系统（Linux及其它如Vxworks、RTOS等）。

接口驱动：

支持上述硬件接口的各类设备驱动程序。

2)网关应用支撑软件平台，包含：

网关配置定义：

对网关的应用功能，进行的配置，使之满足现场应用的实际需求，例如通道参数、规约类型等。

协议解析功能及协议库：

协议解析及协议库，是网关最重要的功能，具备海量的成熟协议库，才能在各种现场完美适配既有设备，即连即通。需要说明的是，视频功能的整合，也是网关的重要功能，视频流，其实也是特殊的协议（主要是RTSP/RTMP、Onvif、GB28181、SIP-B、H.264/H.265），与常规协议并无不同。

内存数据库：

内存数据库是网关解析协议，形成数据后的中转枢纽。内存数据库汇聚了所有通道完整的数据集合，并提供数据引用索引，供转发、新协议开发、本地智慧化应用的数据交互功能。

数据处理、计算及联动：

网关本身提供了基础的、经过解析之后的数据处理能力，比如有效值、线性转换、报警、表达式计算、及多数据源联动功能，包括既有数据基本处理的定义、基于表达式的数据处理定义、基于IEC61131的软PLC定义，这些功能可以通过现场的配置完成。

二次开发编程接口：

提供基于C、Java、Python、IEC61131编程接口，可以直接对网关的实时数据库中的数据进行写入写出编程，实现与具体的协议类型和通信通道解耦。

3)网关应用功能，包括：

应用协议的部署与运行控制：

针对不同的现场设备，网关可以做灵活的协议和通道配置，网关的主控程序负责整个解析、处理、转发、数据监视的运行。在外部看来，一个配置好的网关，其满足现场的应用功能，随着加电系统启动，直接运行；如需改动，直接使用配置工具配置、下载、重启系统即可。

数据的整合、汇聚与上传：

经过解析的协议数据，存放在网关实时数据库中，网关可以按协议库中已有的协议格式，重新定义指定协议的组包格式，通过协议转发或上传；也可以通过二次开发形成新的协议格式，与远方中心进行协议级别的通信。

就地/远程维护：

网关实现就地/远方的维护、数据查看、诊断、参数上下载等功能。

本地应用功能的部署与扩展：

边缘计算的功能可以随着用户的需求不断扩展，通过网关提供的SDK进

行开发、下装并运行。网关的处理逻辑和数据流，如下图所示：

2.2网关的协议解析原理

网关的协议解析原理，如下图所示：

网关以内存实时数据库为核心，处理逻辑通道的协议，协议处理并不关心数据来自于怎样的物理通道。在这样的模式中，网关能够灵活地定义南北向通道，任何类型的物理通道都可以定义为南向或北向通道，只要能够与对端的设备或系统建立起相匹配通信模式，无论是主从（Master-Slave）模式，或是阅发布（Sibscribe-Publish）模式，还是提供者（Provider）和消费者（Custom）模式，网关都能完成应用需要的南北向通信功能。

2.3网关的协议库及扩展

目前网关支持各种国际标准、国家标准、行业标准、厂家标准、产品标准等各类协议超过三百种；涵盖电力、水务水利、石油石化、轨道交通、工业互联网、物联网、PLC等各

类设备协议接入；网关同时支持视频图像的处理，包含RTSP/RTMP、Onvif、GB28181、SIP-B、H.264/H.265播放等协议。为满足物联网的快速发展，网关支持MQTT、ICE等协议与云端对接。通过网关附带的协议开发框架和案例，可以以C语言快速定制新的协议，解析数据进入内存实时数据库，供其他协议引用。一旦完成新协议开发，后期只需通过配置，就能够实现规约功能。

除了在协议开发框架内完成新协议开发外，网关也提供实时数据库接口，相关的新协议开发以及网关智能应用功能，可以通过C、Java、Python及IEC 61131软PLC功能完成。