面向工业制造的边缘网关系统关键技术研究与验证
发布时间：2021-03-29 04:19
随着物联网技术的不断提升,工业制造领域得到了快速发展。为了解决由此产生的海量设备的接入管理,以及爆发式增长的数据存储汇聚和处理分析等问题,需要一种新的技术分担核心网的负载压力。边缘网关系统使用边缘计算模式,在物理上靠近数据源处的网络边缘,融合通信-计算-存储（3C）能力就近提供边缘智能服务。所以面向工业制造的边缘网关系统关键技术的研究很有价值和必要,其中运用的边缘计算模式,作为关键技术从业务感知、分布式处理、自主控制、容错、隐私保护等方面都有应用。本文研究的主要工作如下:（1）设计了一种面向工业制造的边缘网关系统。该系统集成了蓝牙、WIFI、Ethernet、OPC、Modbus等多种异构网络通信协议,可以与不同协议的工业设备进行通信。边缘网关系统将接收到的数据根据属性进行协议转换和数据封装,然后集中汇合、分类和预处理,再通过标准化的API连接到互联网发送至远程网络控制平台服务系统进行数据管理,分析和共享,实现了数据的智能处理。同时本网关系统可对工业设备进行集中管理,实现了通信-计算-存储（3C）融合的物端智能管控。（2）提出了一种基于边缘网关系统的开销优化任务调度算法,该算法考虑边缘...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
边缘网关连接和管理模式图
图 2.2 边缘网关系统架构图终端设备通过 WiFi、蓝牙、3G/4G、LoRa、NB-IOT、RS-232,RS-485 等各种通信方式接入到网关，在工业制造中，终端节点一般为具有感知功能的传感器和机械设备，它们采集环境中的参数或测量出物体数据，传输给边缘网关。边缘网关系统由多个边缘网关组成，每个边缘网关管理一定范围的管理区域，多个网关协同管理整个控制区域。终端设备采集的数据上传给网关，网关对数据进行处理分析，并与其他网关进行数据共享,最终发给主网关。边缘网关用于处理各种计算任务，包括处理，存储，控制，负载均衡等功能。边缘网关之间相互合作，就像协同计算模式一样[35]。云平台由多个云服务器组成，每个云服务器配备一个云服务控制器。云服务器与边缘网关通信，接受来自边缘网关的更新，并且在边缘节点上部署容器。云提供了丰富的计算资源和通信资源，包括网络、存储、处理、服务、应用程序等，传统的物联网系统使用集中式云服务器来支持决策和其他目的，然而本系统主要的决策是由边缘网关系统而不是云完成的。
10图 2.3 边缘网关模块组成图模块的技术原理以及实现功能主要为：信接口模块：支持多种硬件接口，如：蓝牙接口、WIFI 接口、3G/4G 接口、B-IOT 接口、Ethernet 接口、RS-232 接口、RS-485 接口等。基于 ARM-Linux 架了通用程度较高的协议之外，还支持各种第三方设备的通讯协议。只需根据设
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动工业边缘云技术研究[J]. 王智明. 通信世界. 2018(23)
[2]基于树莓派的远距离LoRaWAN网关系统设计与实现[J]. 程淑伟,刘广伟,柯佩佩,吴春玲,冯蕾,吴亚斌. 电子世界. 2018(10)
[3]基于ARM-LINUX的多网物联网关的设计与实现[J]. 吴伟坚,陈世国. 电子世界. 2018(10)
[4]边缘计算标准化进展与案例分析[J]. 吕华章,陈丹,范斌,王友祥,乌云霄. 计算机研究与发展. 2018(03)
[5]认知无线车载自组织网络中的联合路由调度[J]. 张沪寅,王菁,唐星. 计算机研究与发展. 2017(11)
[6]基于树莓派的能耗数据采集网关设计[J]. 唐俊,蒋健,谢申喜. 测控技术. 2017(03)
[7]Virtual Machine-Based Task Scheduling Algorithm in a Cloud Computing Environment[J]. Zhifeng Zhong,Kun Chen,Xiaojun Zhai,Shuange Zhou. Tsinghua Science and Technology. 2016(06)
[8]“中国制造2025”深入推进的路径设计研究——基于德国工业4.0和美国工业互联网的启示[J]. 纪成君,陈迪. 当代经济管理. 2016(02)
[9]基于负载均衡的Min-Min任务调度算法优化[J]. 王文豪,严云洋,周静波. 南京理工大学学报. 2015(04)
[10]基于ARM-Linux远程视频监控系统的设计[J]. 王宏志,宇皓林. 吉林大学学报(理学版). 2014(01)
博士论文
[1]移动Ad Hoc网络全局互联下开销控制与可信保障研究[D]. 许化强.山东大学 2016
[2]竞争环境下家庭网关发展研究[D]. 崔瑞媛.北京邮电大学 2012
[3]网格计算中的任务调度算法研究[D]. 尚明生.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]基于云平台的工业现场数据发布系统[D]. 姜伟.兰州理工大学 2016
[2]基于嵌入式系统的无线传感器网络网关设计与实现[D]. 蔡皓.北京邮电大学 2008
本文编号：3106885
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
边缘网关连接和管理模式图
图 2.2 边缘网关系统架构图终端设备通过 WiFi、蓝牙、3G/4G、LoRa、NB-IOT、RS-232,RS-485 等各种通信方式接入到网关，在工业制造中，终端节点一般为具有感知功能的传感器和机械设备，它们采集环境中的参数或测量出物体数据，传输给边缘网关。边缘网关系统由多个边缘网关组成，每个边缘网关管理一定范围的管理区域，多个网关协同管理整个控制区域。终端设备采集的数据上传给网关，网关对数据进行处理分析，并与其他网关进行数据共享,最终发给主网关。边缘网关用于处理各种计算任务，包括处理，存储，控制，负载均衡等功能。边缘网关之间相互合作，就像协同计算模式一样[35]。云平台由多个云服务器组成，每个云服务器配备一个云服务控制器。云服务器与边缘网关通信，接受来自边缘网关的更新，并且在边缘节点上部署容器。云提供了丰富的计算资源和通信资源，包括网络、存储、处理、服务、应用程序等，传统的物联网系统使用集中式云服务器来支持决策和其他目的，然而本系统主要的决策是由边缘网关系统而不是云完成的。
10图 2.3 边缘网关模块组成图模块的技术原理以及实现功能主要为：信接口模块：支持多种硬件接口，如：蓝牙接口、WIFI 接口、3G/4G 接口、B-IOT 接口、Ethernet 接口、RS-232 接口、RS-485 接口等。基于 ARM-Linux 架了通用程度较高的协议之外，还支持各种第三方设备的通讯协议。只需根据设
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动工业边缘云技术研究[J]. 王智明. 通信世界. 2018(23)
[2]基于树莓派的远距离LoRaWAN网关系统设计与实现[J]. 程淑伟,刘广伟,柯佩佩,吴春玲,冯蕾,吴亚斌. 电子世界. 2018(10)
[3]基于ARM-LINUX的多网物联网关的设计与实现[J]. 吴伟坚,陈世国. 电子世界. 2018(10)
[4]边缘计算标准化进展与案例分析[J]. 吕华章,陈丹,范斌,王友祥,乌云霄. 计算机研究与发展. 2018(03)
[5]认知无线车载自组织网络中的联合路由调度[J]. 张沪寅,王菁,唐星. 计算机研究与发展. 2017(11)
[6]基于树莓派的能耗数据采集网关设计[J]. 唐俊,蒋健,谢申喜. 测控技术. 2017(03)
[7]Virtual Machine-Based Task Scheduling Algorithm in a Cloud Computing Environment[J]. Zhifeng Zhong,Kun Chen,Xiaojun Zhai,Shuange Zhou. Tsinghua Science and Technology. 2016(06)
[8]“中国制造2025”深入推进的路径设计研究——基于德国工业4.0和美国工业互联网的启示[J]. 纪成君,陈迪. 当代经济管理. 2016(02)
[9]基于负载均衡的Min-Min任务调度算法优化[J]. 王文豪,严云洋,周静波. 南京理工大学学报. 2015(04)
[10]基于ARM-Linux远程视频监控系统的设计[J]. 王宏志,宇皓林. 吉林大学学报(理学版). 2014(01)
博士论文
[1]移动Ad Hoc网络全局互联下开销控制与可信保障研究[D]. 许化强.山东大学 2016
[2]竞争环境下家庭网关发展研究[D]. 崔瑞媛.北京邮电大学 2012
[3]网格计算中的任务调度算法研究[D]. 尚明生.电子科技大学 2007
硕士论文
[1]基于云平台的工业现场数据发布系统[D]. 姜伟.兰州理工大学 2016
[2]基于嵌入式系统的无线传感器网络网关设计与实现[D]. 蔡皓.北京邮电大学 2008
本文编号：3106885
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