一种设备离线通信管理方法及系统与流程

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种设备离线通信管理方法及系统。

背景技术：

1、工业物联网可以应用于生产设备监控管理，设置多个终端设备利用传感技术对生产设备进行健康监控，可以及时跟踪生产过程中各个工业机器设备的使用情况，通过网络把数据汇聚到设备生产商的数据分析中心进行处理，能有效地进行机器故障诊断、预测，快速、精确地定位故障原因，提高维护效率，降低维护成本。现有的设备管理过程中，由于网络连接出现故障，容易导致设备无法再继续远程管理，从而导致设备无法实现正常运转。

2、因此，需要提供一种设备离线通信管理方法及系统，用于提高工业物联网系统的通信的鲁棒性。

技术实现思路

1、本发明提供一种设备离线通信管理系统，应用于工业物联网系统，其中，所述工业物联网系统包括多个终端设备及数据分析中心，所述终端设备处于在线状态时，通过第一无线通信技术与所述数据分析中心进行数据交互，包括：通信调度模块，运行在所述数据分析中心，用于基于所述多个终端设备上传的心跳数据包，从所述多个终端设备中确定离线设备；备用通信模块，包括多个通信设备，所述通信设备用于通过第二无线通信技术进行所述离线设备与所述数据分析中心的数据交互；所述通信调度模块还用于为每个所述离线设备，从所述多个通信设备中确定与所述离线设备对应的最优通信设备，并下发第一指示信息至所述最优通信设备，其中，所述第一指示信息用于控制所述最优通信设备向对应的离线设备发起通信建立请求，所述最优通信设备与对应的离线设备建立通信连接后，所述最优通信设备通过第二无线通信技术进行对应的离线设备与所述数据分析中心的数据交互；边缘计算模块，包括多个边缘计算单元，一个所述边缘计算单元与至少一个终端设备有线通信，一个所述边缘计算单元与一个所述通信设备有线通信；当所述最优通信设备与对应的离线设备无法建立通信连接时，所述最优通信设备还用于发送反馈信息至目标边缘计算单元，所述目标计算单元为所述最优通信设备对应的离线设备有线通信的边缘计算单元，所述目标边缘计算单元基于所述反馈信息通过所述多个通信设备，将所述离线设备采集的数据传输至所述数据分析中心。

2、进一步地，所述备用通信模块还用于通过以下流程确定所述多个通信设备的安装位置：基于每个所述终端设备的相关信息，对所述多个终端设备进行聚类，确定多个终端聚类簇；基于所述终端聚类簇的数量确定所述通信设备的数量；确定每个所述多个终端聚类簇的聚类中心位置；基于每个所述多个终端聚类簇的聚类中心位置，确定每个所述通信设备的安装位置，建立通信关联图谱，其中，所述通信关联图谱用于表征所述多个通信设备与所述多个终端聚类簇的关联关系。

3、进一步地，所述备用通信模块基于每个所述终端设备的相关信息，对所述多个终端设备进行聚类，确定多个终端聚类簇，包括：基于每个所述终端设备的位置信息，对所述多个终端设备进行第一次聚类，确定多个第一聚类簇；对于每个所述第一聚类簇，基于所述第一聚类簇包括的每个终端设备的单位数据传输量，确定所述第一聚类簇的总数据传输量；当所述第一聚类簇的总数据传输量小于或等于预设总数据传输量阈值时，将所述第一聚类簇作为第二聚类簇；当所述第一聚类簇的总数据传输量大于预设总数据传输量阈值时，基于所述第一聚类簇包括的每个终端设备的单位数据传输量，对所述第一聚类簇进行拆分，确定多个第二聚类簇；对于每个所述第二聚类簇，预测所述第二聚类簇包括的每个终端设备的通信故障率，确定所述第二聚类簇的平均故障率；当所述第二聚类簇的平均故障率小于或等于预设平均故障率阈值时，将所述第二聚类簇作为所述终端聚类簇；当所述第二聚类簇的平均故障率大于预设平均故障率阈值时，对所述第二聚类簇进行拆分，确定多个所述终端聚类簇。

4、进一步地，所述通信调度模块基于所述多个终端设备上传的心跳数据包，从所述多个终端设备中确定离线设备，包括：对于每个所述终端设备，确定所述终端设备的离线时间，当所述终端设备的离线时间大于预设离线时间阈值时，判断所述终端设备为离线设备；当所述终端设备的离线时间小于或等于所述预设离线时间阈值时，所述通信调度模块对所述终端设备上传的心跳数据包进行解密，判断所述终端设备上传的心跳数据包是否具备真实性，确定所述终端设备的数据失真时间，当所述终端设备的数据失真时间大于预设失真时间阈值时，判断所述终端设备为离线设备。

5、进一步地，所述终端设备用于基于终端设备信息和有线通信的边缘计算单元的边缘设备信息对采集的数据进行加密，生成心跳数据包。

6、进一步地，所述备用通信模块从所述多个通信设备中确定与所述离线设备对应的最优通信设备，包括：基于所述通信关联图谱，从所述多个通信设备中确定多个候选通信设备；基于每个所述候选通信设备的状态信息及每个所述候选通信设备的当前负载率，对所述多个候选通信设备进行排序，基于排序结果，从所述多个候选通信设备中确定与所述离线设备对应的最优通信设备。

7、进一步地，所述备用通信模块还包括多个通信监测单元，每个所述通信监测单元对应一个所述通信设备，所述通信监测单元用于获取对应的所述通信设备的状态信息。

8、进一步地，所述目标边缘计算单元基于所述反馈信息通过所述多个通信设备，将所述离线设备采集的数据传输至所述数据分析中心，包括：确定所述目标边缘计算单元有线通信的通信设备的当前负载率；当所述目标边缘计算单元有线通信的通信设备的当前负载率大于预设当前负载率阈值时，基于所述通信关联图谱，确定目标通信设备，所述目标边缘计算单元有线通信的通信设备将所述离线设备采集的数据传输至所述目标通信设备，所述目标通信设备将所述离线设备采集的数据传输至所述数据分析中心。

9、进一步地，所述通信调度模块还用于：基于所述离线设备的关联关系及通信特征，确定通信故障原因；基于所述通信故障原因，生成故障通知，并将所述故障通知发送至维修终端。

10、本发明提供一种设备离线通信管理方法，包括：基于多个终端设备上传的心跳数据包，从所述多个终端设备中确定离线设备；为每个所述离线设备，从多个通信设备中确定与所述离线设备对应的最优通信设备，并下发第一指示信息至所述最优通信设备，其中，所述第一指示信息用于控制所述最优通信设备向对应的离线设备发起通信建立请求；所述最优通信设备与对应的离线设备建立通信连接后，所述最优通信设备通过第二无线通信技术进行对应的离线设备与所述数据分析中心的数据交互；当所述最优通信设备与对应的离线设备无法建立通信连接时，所述最优通信设备还用于发送反馈信息至目标边缘计算单元，所述目标计算单元为所述最优通信设备对应的离线设备有线通信的边缘计算单元，所述目标边缘计算单元基于所述反馈信息通过所述多个通信设备，将所述离线设备采集的数据传输至所述数据分析中心。

11、相比于现有技术，本发明提供的一种设备离线通信管理方法及系统，至少具备以下有益效果：

12、1、通过设置第二无线通信技术和第一无线通信技术为两种不同的无线通信技术，实现至少两种通信方式的兼容，提高了工业物联网系统的无线通信的鲁棒性，在此基础之上，设置多个边缘计算单元，实现了无线通信与有线通信的兼容，进一步提高了工业物联网系统的通信的鲁棒性，可以使终端设备在离线情况下，尽可能保证与数据分析中心进行通信；

13、2、通过对终端设备采集的数据进行二次加密，保证了数据传输的私密性，避免数据被盗取，且，对该终端设备上传的数据的格式进行校验，快速判断终端设备上传的心跳数据包是否具备真实性，从而使得判断终端设备是否为离线设备的结果更加准确；

14、3、发生离线时，有可能是区域通信出现故障，因此，需要离线设备的关联设备的心跳数据包的上传频率、预设离线时间阈值及预设失真时间阈值，实现更快速地判断离线设备的关联设备是否也发生离线；

15、4、通过设置故障率波动分值均位于预设故障率波动分值区间内这一约束条件，使得同一个终端聚类簇中，多个终端设备的通信故障率存在差异，避免同一个终端聚类簇中，多个终端设备的通信故障率接近，从而容易发生同时出现故障，导致某个或者某几个通信设备的数据传输压力较大的情况；

16、5、通过基于每个候选通信设备的状态信息及每个候选通信设备的当前负载率，可以判断候选通信设备与当前的离线设备的通信需求的匹配度，优先选择状态较好且负载率较低的候选通信设备作为最优通信设备进行数据传输，实现多个通信设备负载均衡的同时，提高了离线设备的数据传输的实时性；

17、6、通过基于离线设备的关联关系及通信特征，确定通信故障原因，为后续无线通信的维修提供信息支持，减少故障排查所花费的时间，提高了故障清除的效率。