一种智能设备远近场协同通信的系统和方法与流程

本发明涉及物联网通信，特别涉及一种智能设备远近场协同通信的系统和方法。

背景技术：

1、随着物联网技术的发展，各类智能设备广泛应用于智慧工厂、工业监测、智慧园区等场景。这些设备因应用场景和成本限制，采用的通信协议呈现异构化特征：部分设备仅支持近场通信协议（如蓝牙、zigbee、星闪），用于短距离数据传输（如车间传感器）；部分设备支持远场通信协议（如wi-fi、工业以太网），可直接接入云端平台（如车间控制器）；还有部分设备具备双模通信能力，可同时支持近场和远场协议（如智能网关型机床、带通信功能的电机控制器）。

2、目前，物联网领域针对异构设备通信的解决方案主要集中在三个方向：一是通过协议转换网关实现不同协议设备的通信，如专利cn120416349a公开的“一种物联网设备间互操作性的协议转换网关及其部署方法”，其核心是优化网关自身结构和部署效率，但未涉及平台侧设备虚拟化及群组协同；二是通过设备虚拟化技术构建模拟镜像，如专利cn113079061b公开的“一种物联网性能测试方法及系统”，其虚拟设备仅用于性能测试，不与物理设备形成实时指令交互和数据同步；三是通过群组管理技术优化设备组网效率，如专利cn120916224a公开的“组网方法、装置及系统”，其仅针对同协议物理设备的组网流程优化，不支持虚拟设备与物理设备的混合群组管理。

3、因此，现有技术存在以下不足：

4、单协议近场设备接入受限：仅支持蓝牙等近场协议的设备（如低成本传感器）无法直接接入远场平台，需依赖网关转发，但现有网关方案仅实现数据透传，未在平台侧构建设备的虚拟映射，导致平台无法对该类设备进行统一管理和精准控制。

5、异构设备协同能力不足：现有群组管理方案仅支持同协议物理设备的组网，无法将单协议近场设备、双模中继设备及远场设备纳入同一群组，导致跨协议设备间的直接互通存在障碍，如支持wi-fi的设备无法直接向仅支持蓝牙的设备下发指令。

6、操作透明度低：现有协议转换方案中，平台对近场设备的操作需通过网关二次配置，用户需手动适配协议格式，无法实现“虚拟设备与物理设备无差异”的操作体验，增加了使用复杂度。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种物联网异构设备跨协议接入及群组互通系统，解决单协议近场设备的远场接入、异构设备的群组化协同及透明化操作问题，实现“单协议设备-双模中继-平台虚拟镜像-群组互通”的全流程闭环。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种智能设备远近场协同通信的系统，包括依次信息连接的物理设备层、协议转换与控制层、平台服务层和平台用户交互层；所述物理设备层用于向协议转换与控制层提供供关联绑定的单协议近场设备、单协议远场设备和双模智能设备；所述协议转换与控制层集成于所述双模智能设备内部，包括协议转换模块、本地控制模块、数据缓存与同步模块以及标识绑定模块，分别用于完成跨协议双向转换、本地业务控制、断链数据缓存恢复以及单协议近场设备-双模智能设备的关联绑定；所述平台服务层，包括虚拟设备管理模块、群组管理模块、指令调度模块、数据同步模块以及绑定关系管理模块，分别用于完成虚拟设备管理、混合群组创建、指令智能调度、跨层数据同步以及设备绑定关系维护；所述平台用户交互层，用于提供可视化操作界面，接收用户的群组创建、设备添加、指令下发操作，展示设备状态，实现虚拟设备与物理设备的无差异化操作。

4、其中，所述单协议近场设备内置唯一硬件标识，所述双模智能设备同时支持近场协议与远场协议，具备通信能力以及本地业务执行能力。

5、其中，所述协议转换模块，用于实现远场协议与近场协议之间双向协议转换；所述本地控制模块，用于接收平台下发指令或者本地触发指令，驱动双模智能设备执行业务动作；所述数据缓存与同步模块，用于链路中断时缓存单协议近场设备数据以及本地操作日志，链路恢复后将缓存数据同步至平台服务层；所述标识绑定模块，用于在与单协议近场设备建立连接后，采集单协议近场设备的唯一硬件标识以及双模智能设备的设备标识，生成关联关系并上传至平台服务层。

6、其中，所述绑定关系管理模块，用于接收并存储单协议近场设备与双模智能设备之间的绑定关联关系；所述虚拟设备管理模块，用于依据单协议近场设备的唯一硬件标识创建唯一虚拟设备；所述群组管理模块，用于构建混合群组；所述指令调度模块，用于接收用户指令后智能分发；所述数据同步模块，用于完成虚拟设备与对应物理设备之间的数据同步、双模智能设备本地操作日志同步以及主备状态同步。

7、本发明还公开一种智能设备远近场协同通信的方法，包括以下步骤：s1、虚拟设备创建与主备控制设备标记；s2、群组组建与主备控制设备分组；s3、跨设备通信控制。

8、其中，步骤s1具体包括以下步骤：

9、s101：双模智能设备上电后，通过近场协议扫描周边单协议近场设备，标识绑定模块采集单协议近场设备的唯一硬件标识及自身设备标识，同时上传自身业务能力信息；

10、s102：双模智能设备通过远场协议，将单协议近场设备唯一硬件标识及自身设备标识的关联数据上传至平台服务层；

11、s103：平台服务层的绑定关系管理模块接收关联数据，校验单协议近场设备的唯一硬件标识是否已存在：若不存在，由虚拟设备管理模块根据该唯一硬件标识创建唯一虚拟镜像；若已存在则将当前双模智能设备标识关联至已有的虚拟镜像；

12、s104：虚拟设备管理模块标记关联双模智能设备的主备身份，在设备列表中展示设备类型、主备标识以及业务能力。

13、其中，步骤s2具体包括以下步骤：

14、s201：用户通过平台用户交互层发起群组创建请求，输入群组名称和初始设备；

15、s202：群组管理模块向绑定关系管理模块查询绑定关系；

16、s203：自动将虚拟设备和主控制设备加入群组，展示备用控制设备的状态及业务能力，用户可选择是否将备用控制设备加入群组；

17、s204：校验用户添加的其他设备，之后创建群组并向每个群组成员下发群组id和所有群组成员信息，平台用户交互层通过图标区分主备控制设备。

18、其中，在步骤s203中，虚拟镜像和主控制设备强制同组，不可单独删除。

19、其中，步骤s3具体包括以下步骤：

20、s301：用户向群组下发双指令；

21、s302：指令调度模块拆分指令；

22、s303：双模智能设备接收双指令，协议转换模块将指令转发给单协议近场设备，或者本地控制模块执行业务动作并记录操作日志；

23、s304：单协议近场设备将数据返回设备双模智能设备，并上传平台，平台服务层的数据同步模块更新虚拟设备数据及双模智能设备的状态；

24、s305：平台用户交互层显示执行结果。

25、其中，步骤s302中，若指令目标为虚拟设备，选择主控制设备转发指令；若指令目标为双模智能设备，则直接下发本地控制指令。

26、本发明的有益效果是：

27、（1）设备融合与成本优化：复用现有双模智能设备作为通信节点，无需额外部署网关，降低硬件投入；单设备兼具“转发和控制”功能，提升设备利用率与系统集成度。

28、（2）控制可靠性与灵活性双提升：“主控制设备强制同组”保障近场设备基础接入，“备用控制设备可选”适配不同覆盖需求；双模智能设备本地控制与转发功能独立，某功能故障不影响另一功能运行，如转发故障仍可本地调光。

29、（3）降低用户操作复杂度：透明化的指令转发和数据同步机制，使用户无需关注设备的协议类型和物理位置，通过虚拟设备即可实现对物理设备的控制，提升了系统的易用性。

30、（4）增强系统的可靠性：双模中继设备的数据缓存功能可在链路中断时保护数据不丢失，恢复后自动同步，提升了系统在复杂网络环境下的可靠性。