一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法与流程

1.本发明涉及工业数据，物联网数据处理技术领域，具体来说，涉及一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法。


背景技术：

2.随着物联网行业技术的发展与广泛应用，物与物之间的通信量和通信频率处于高速增长阶段。物联网技术已经较为成熟的应用于安防监控，智能交通，智能电网，智能物流和智慧工厂等方面,市场前景良好，但随之其也产生了一些行业痛点和难题。
3.物联网技术使工业设备和各类传感器联网需求日益增长，物联网设备、传感器生产企业也随之增多，它们通常具有各自的通讯协议和接口规则，各类设备和平台之间缺乏统一的数据格式和行业标准，不同设备、不同协议之间的信息沟通使用现有的工具和技术时需要程序员开发对接程序，程序具有单一性、特定性，难以适应不同的应用需求，而且特定网关功能单一。当在系统中每增加一个设备或一种数据协议，则需要针对性地研究其对接技术进行编程实现，这样极大地增加了技术人员的工作量。设备控制器之间、企业部门之间、系统平台之间的数据协调共享困难，设备物联化在不同型号和系统间进行数据共享和联动成本也逐步增加，而且不同设备之间的接口对接和数据交互要求越来越复杂，带来了数据协议解析问题和物联网边缘计算问题日益凸显。
4.针对上述问题，目前还没有有效的解决办法。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法，能够克服现有技术的上述不足。
6.为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法，包括如下步骤：s1 构建物理接口模型及数据包模型、解析器模型；s2 创建数据包模型、解析器模型的数据接口标签，实现数据接口抽象设计；s3 构建系统全局数据共享节点模型，数据接口标签与节点对接实现数据系统流程内共享；s4 构建数据包发送机制，实现数据包组装、数据包发送或提交的顺序执行和逻辑执行；s5 构建数据包解析流程机制，实现解析条件判断、数据提取、动作或任务的执行条件判断及执行，并通过图形化界面实现由抽象模型到具体实例的可编程配置；s6 构建多级应答机制模型，处理级联式的顺序应答和逻辑应答，以及无应答下的任务事件；s7 使用拖拽图形化的编程界面，建立模型间的数据流向通道和任务关联，根据不同的应用场景需求将上述抽象模型实例化，完成流程控制器所需配置，并由转译程序自动
生成由智能网关执行器可执行的代码；s8 智能网关执行器根据转译程序生成的代码完成端口配置、数据处理和流程控制。
7.进一步地，所述数据包模型包括标题模块、数据内容模块，数据接口模块和物理接口模块。
8.进一步地，所述数据内容模块包括该数据包的内容和数据接口标签，并针对不同数据类型验证数据是否有效。
9.进一步地，所述数据包解析器模型包括标题模块、解析条件判断模块、解析规则模块、数据接口模块、动作模块和异常处理模块。
10.进一步地，所述解析规则模块用于用户通过编程配置区完成解析规则的新建、编辑及删除。
11.进一步地，所述解析规则包括变量名、判断条件、参考值和可执行动作。
12.进一步地，所述解析异常处理模块用于处理非正常状态数据的执行逻辑和任务。
13.进一步地，所述智能网关执行器包括监听执行器、数据包执行器和流程控制器。
14.进一步地，所述监听执行器用于监听接口上接收到数据，并对接收到的数据进行缓存，同时为解析器提供数据源。
15.进一步地，所述流程控制器用于解析执行转译代码，控制数据包发送、解析、数据包重组、执行任务和告警，并根据逻辑判断的结果选择和执行流程以实现从系统层上的流程管理。
16.本发明的有益效果：本发明只需要通过图形化交互界面进行简单的元素拖拽和参数编辑，就可以完成网关程序设计，建立设备之间、平台之间的接口对接和数据边缘计算等任务，精确高效地完成物与物的数据交流、处理等工作，极大程度地简化了繁琐的代码编程、设备调试、数据采集与系统维护工作，解决了设备之间匹配程度低、难度大、效果差等问题，提高了设备的兼容性，满足了市场弹性需求以及应用多样化，同时给开发人员节约了大量人力物力，提高了物联网产业链体系的完整度，并加速物联网领域在各个行业应用的整体发展。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的流程示意图；图2是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的数据包模型示意图；图3是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的解析器模型示意图；图4是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法
的模块和流程关系示意图；图5是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的添加模型的操作流程图；图6是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的配置数据包模型流程图；图7是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的配置解析器模型流程图；图8是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的数据包解析模块规则示意图；图9是根据本发明实施例所述的智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法的模块对接的操作流程图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1-9所示，根据本发明实施例所述的一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法，其实现方法包括以下步骤：1. 构建物理接口模型、数据包以及数据包解析器基本模型。
21.2. 为数据包及解析器模型创建数据接口标签，实现数据接口抽象设计。
22.3. 构建系统全局数据共享节点模型，允许数据接口标签与节点的对接，实现数据系统流程内共享，包括读取和存储。
23.4. 构建数据包发送机制，实现数据包组装，数据包发送或提交的顺序执行和逻辑执行。
24.5. 构建数据包解析流程机制，实现数据提取，解析条件判断，以及任务执行和异常处理；并通过图形化界面实现由抽象化模型到具体实例的可编程配置。
25.6. 构建多级应答机制模型，处理级联式的顺序应答和逻辑应答，以及无应答下的任务事件。
26.7. 使用拖拽等图形化的编程界面，建立模型间的数据流向通道和任务关联，根据不同的应用场景需求，将上述抽象模型实例化，完成流程控制器所需配置，并由转译程序自动生成由智能网关执行器可执行的代码。
27.8. 智能网关的执行器根据程序完成端口配置、数据处理和流程控制，进而构成一种能够快速配置的图形化编程方法。
28.为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
29.在具体使用时，根据本发明所述的一种智能网关数据处理和流程控制的图形化编程方法，包括以下步骤：1. 构建图形化的用户操作界面。该操作界面主要有4部分构成。左侧为模型及任
务列表，展示网关设备所支持的各类数据包和解析器以及可执行任务的模型类型，用户可根据设备对接需求选择使用合适的模型，例如：串口数据包，串口数据包解析器、socket数据包、socket解析器、 mqtt数据包、mqtt数据包解析器等各类tcp协议数据包。中间为数据流程编辑器，用户可选中左侧模型并拖拽至此区域，进行模型的实例化配置，并通过模型之间的多次连线操作建立数据流关系，例如将串口数据包a和串口数据包解析器b建立连线关系，表示使用串口数据包解析器b来完成对终端设备回复数据包a所返回的数据包的解析。右侧为编程配置区，根据用户选中模型中的不同属性，完成针对模型中属性更为详细的参数及逻辑配置。顶部为管理菜单栏，包含保存、重置、下载程序等基本功能操作。
30.2. 数据包模型的主要功能为构建不同类型的数据包，如图2所示该模型包含4个部分，分别为：标题模块、数据内容模块、数据接口模块和物理接口模块。其中标题模块用于存储和展示该数据包的基本信息，例如类型、名称和备注说明。数据内容模块是数据包模型的主要构成部分，包含了该数据包的内容和数据接口标签。针对不同数据类型，数据包模型可验证数据是否有效。数据接口模块是数据包模型与外部建立传参的通道，数据包内容支持插入和使用一个或多个数据接口标签，实现数据包对外部共享数据的引用。物理接口模块用于指定该数据包发送时所用的物理接口以及接口参数。例如所选串口的名称、波特率、效验位、数据位、停止位等，或者网口的名称、ip地址和端口号等。
31.3. 数据包解析器模型主要功能为解析不同类型的数据包，如图3所示该模型包含6个部分，分别为：标题模块、解析条件判断模块、解析规则模块、数据接口模块、动作模块和异常处理模块。其中标题模块用于存储和展示该解析器的基本信息，例如类型、名称和备注说明。解析条件判断模块包含了一条或多条解析器执行解析的前提提条件。当前提条件满足时，程序按照解析规则执行，当前提条件不满足，该解析器将不执行解析。 解析规则模块是解析器模型的主要构成部分，用户通过编程配置区可完成解析规则的新建和编辑以及删除。解析规则是解析器解析数据包的重要依据。一条解析规则由变量名、判断条件、参考值和可执行动作构成，通过解析规则，解析器可完成数据的提取，存储和验证数据包是否完整以及是否正确。数据接口模块是数据包解析器与外部建立传参的通道，解析器可将依据解析规则将提取出的数据通过数据接口转存至节点中。动作模块是数据包解析器的存储动作程序的容器，该模块中存储的程序具有描述逻辑判断和关联执行某条动作。所谓动作是指由流程控制器可以控制和执行的动作或任务。用户可通过编程配置区添加、编辑和删除动作。一个数据包解析器可包含多个动作用于根据接收到不同的数据，响应不同的动作。异常处理模块用来处理异常状态，例如在规定时间内未接收到数据包，则触发异常状态，并告知流程控制器重复发送问询指令，或通过其他端口上报异常。
32.4. 数据接口和节点构成了数据共享的传输通道。数据接口是模型内部与外部交互的接口，一个模型中可包含多个数据接口。每一个数据接口都具有唯一的标签id，作为接口的身份标识，网关执行器将依据标签id完成数据的查询和定位。数据标签的作用范围仅在模型内部，不同的模型间数据交互需要借助节点的耦合功能。节点是具备双向传输功能的数据接口的连接器，接口可以对节点赋值也可以从节点读取数据。一个节点可以同多个接口相连，模型中的接口标签对节点新的赋值操作将会覆盖掉节点上原有的数据。例如：模型a中的数据接口a1和模型b中的数据接口b1 都连接至节点1，数据接口a1对节点1赋值，数据接口b1读取节点1上的数值，从而实现两个模型中的数据传输。用户在数据流程编辑器中
可实现多模形的数据接口与节点连接，解决复杂的数据传输需求。
33.5. 转译代码实现将用户的图像化操作编译为可被机器保存和解译执行的代码，该自动生成的代码包含了用户操作设置的参数以及逻辑流程等全部信息。通过转译程序理解用户的操作，并根据不同的功能模块，实现了程序中变量与配置参数的映射关系，从而以代码的形式描述机器的功能运行逻辑。 转译过程中，转译程序应遵守网关执行器预设的编译规则，生成的代码可由智能网关执行器解析并执行。
34.6. 智能网关执行器，主要功能是解析转译代码并执行程序，它有3 部分组成： 监听执行器、数据包执行器和流程控制器。监听执行器用于监听接口上收到数据，并有缓存数据的能力，为解析器提供数据源。数据包执行器用于接收流程控制器的指令，根据指令要求通过指定的接口发送指定的数据包。
35.流程控制器作为智能网关的中控系统，可解析执行转译代码，控制数据包发送和解析，以及数据包重组，执行任务和告警等功能，并根据逻辑判断的结果选择执行某流程从而实现从系统层级上整个流程的管理。它包含了动作执行控制器和应答机制控制器：动作执行控制器可解析动作模块容器中的程序，当判定符合执行条件时，便执行一个或多个动作。应答机制控制器可监听解析器的活动，并通过判断解析器是否在预设的时间内收到终端设备的回应，从而反馈给流程控制器。流程控制器根据英达机制控制器提供的信息可执行数据包的重复发送，或者进入下一个流程环节。
36.综上所述，借助于本发明的上述技术方案，只需要通过图形化交互界面进行简单的元素拖拽和参数编辑，就可以完成网关程序设计，建立设备之间、平台之间的接口对接和数据边缘计算等任务，精确高效地完成物与物的数据交流、处理等工作，极大程度地简化了繁琐的代码编程、设备调试、数据采集与系统维护工作，解决了设备之间匹配程度低、难度大、效果差等问题，提高了设备的兼容性，满足了市场弹性需求以及应用多样化，同时给开发人员节约了大量人力物力，提高了物联网产业链体系的完整度，并加速物联网领域在各个行业应用的整体发展。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。