基于工业互联网操作系统的数据采集方法与流程

1.本发明涉及工业互联网技术领域，尤其涉及基于工业互联网操作系统的数据采集方法。


背景技术：

2.经检索，中国专利号cn110647115b公开了一种基于工业互联网操作系统的数据采集方，该发明方法虽然能对工业数据进行检测、筛查和过滤，但在有限的带宽资源处境下，无法解决数据传输拥堵和数据采集安全问题；当前，全球第四次工业革命孕育兴起与我国制造业转型升级形成历史性交汇，互联网、大数据、人工智能、5g等新一代信息技术与工业制造技术深度融合，推动生产制造模式、产业组织方式、商业运行机制发生颠覆式创新，催生融合发展的新技术、新产品、新模式、新业态，为工业经济发展打造新动能、开辟新道路、拓展新边界；目前，世界各国均已启动各自国家智能制造的重大战略，争取实现引领全球的制造业发展，其中包括美国的“工业互联网”、德国的“工业4.0”、日本的“互联工业”、英国的“高价值战略”等国家智能制造战略，以推动本国工业迈向智能化制造进程，中国为此加快了相关领域的步伐；在工业互联网领域中，数据采集(边缘层)是基础，其本质是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时高效采集和云端汇聚；工业数据采集会涉及大量设备运行数据、工业业务数据和用户隐私信息，如何在有限的带宽资源处境下，保证数据传输稳定和安全成为当下研究重点；因此，发明出基于工业互联网操作系统的数据采集方法变得尤为重要；
3.现有工业互联网操作系统的数据采集方法大多采用信息过滤方式进行数据采集，但该类方法并没有对工业数据采集安全提出有效防护策略，存在黑客窃取数据、攻击企业生产系统的风险，同时此类方法容易过滤掉有用信息，并无法在有限的带宽资源处境下，解决数据传输拥堵问题；为此，我们提出基于工业互联网操作系统的数据采集方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的基于工业互联网操作系统的数据采集方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.基于工业互联网操作系统的数据采集方法，该数据采集方法具体步骤如下：
7.(1)边缘网关设置及工业数据获取：将若干个边缘网关安装设置于工业数据源的边缘采集设备处，并将每个边缘网关作为数据汇聚节点，用于获取不同边缘采集设备的所采集到的原始工业数据；
8.(2)边缘处理及存储：利用步骤(1)所述边缘网关对采集到的原始工业数据进行分类，形成设备运行信息和业务处理信息，同时对设备运行信息进行异常判断，得到检测结果，之后将原始工业数据和设备运行信息通过边缘网关进行边缘保存；
9.(3)基础控制及结果获取：获取步骤(2)所述设备运行信息，并根据其对边缘控制
设备进行命令基础控制，同时采集控制结果信息；
10.(4)数据加密：获取步骤(2)所述业务处理信息和控制结果信息，并对其进行加密处理，形成加密数据；
11.(5)数据上传：将步骤(4)所述加密数据通过通信网络上传至工业互联网平台；
12.(6)业务运转处理：对步骤(5)所述加密数据进行解密处理，并根据其进行业务运转处理。
13.进一步地，步骤(1)所述若干个边缘网关均包括数据获取模块、协议转换模块、数据分析处理模块、命令发送模块、数据加密模块、数据上传模块和边缘存储模块；所述数据分析处理模块内置分析判断模型和异常检测模型。
14.进一步地，步骤(2)所述边缘处理及存储的具体过程如下：
15.s1：首先，通过数据获取模块获取原始工业数据；
16.s2：然后，对步骤s1所述原始工业数据进行协议转换、数据清洗、数据规约和数据归一化处理；
17.s3：利用分析判断模型对经过处理后的原始工业数据进行分类，划分出设备运行信息和业务处理信息；
18.s4：利用异常检测模型对步骤s4所述设备运行信息进行异常判断，得到检测结果，若检测结果为异常，则将其通过命令发送模块发送至边缘控制设备；
19.s5：将步骤s1所述原始工业数据和步骤s3所述设备运行信息通过边缘网关进行边缘保存。
20.进一步地，步骤(3)所述边缘控制设备与边缘网关相连接，其具体为工业车间现场控制设备，其包括但不限于电路开关、断路器、阀门、温控器、工控机和plc，用于根据异常检测结果进行自动化控制。
21.进一步地，步骤(4)所述数据加密包括对称式加密和非对称式加密；所述对称式加密过程如下：
22.ss1：首先，获取业务处理信息和控制结果信息，同时提取由工业互联网平台提供的专用密钥；
23.ss2：利用aes算法并结合步骤ss1所述专用密钥对业务处理信息和控制结果信息进行加密，得到加密文件一。
24.进一步地，所述非对称式加密的具体过程如下：
25.sss1：首先，获取专用密钥，同时提取由工业互联网平台提供的公钥；
26.sss2：然后，利用ecc算法并结合步骤sss1所述公钥对所述专用密钥进行加密，得到加密文件二；
27.sss3：最后，将加密文件一和加密文件二进行绑定，得到加密数据。
28.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
29.1、该基于工业互联网操作系统的数据采集方法，设置有边缘网关，其采用边缘计算技术对工业数据进行分类，将其划分为设备运行信息和业务处理信息，并利用机器学习技术对设备运行信息自动化控制，使其在边缘端完成采集和处理，无需上传至工业互联网平台，从而有利于在有限的带宽资源处境下，降低工业数据传输压力；
30.2、该基于工业互联网操作系统的数据采集方法，采用对称式加密算法对业务处理
信息，由于aes算法其具有加密速度快的特点，从而有利于保障数据传输及时性，另外，本发明采用对称式加密算法对专用密钥进行加密，由于ecc算法的高安全性，从而有利于保护工业数据传输安全，避免黑客窃取数据。
附图说明
31.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
32.图1为本发明提出的基于工业互联网操作系统的数据采集方法的整体流程图。
具体实施方式
33.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。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.参照图1，本实施例公开了基于工业互联网操作系统的数据采集方法，该数据采集方法具体步骤如下：
36.步骤一,边缘网关设置及工业数据获取：将若干个边缘网关安装设置于工业数据源的边缘采集设备处，并将每个边缘网关作为数据汇聚节点，用于获取不同边缘采集设备的所采集到的原始工业数据；
37.具体的，该若干个边缘网关均包括数据获取模块、协议转换模块、数据分析处理模块、命令发送模块、数据加密模块、数据上传模块和边缘存储模块；数据分析处理模块内置分析判断模型和异常检测模型；
38.具体的，数据获取模块用于获取不同边缘采集设备的所采集到的原始工业数据，协议转换模块用于对不同协议边缘采集设备的所采集到的原始工业数据进行协议转换，数据分析处理模块用于原始工业数据进行分类，形成设备运行信息和业务处理信息，同时对设备运行信息进行异常判断，从而有利于在有限的带宽资源处境下，降低工业数据传输压力；命令发送模块用于根据异常判断结果将与设备运行信息一同通过命令发送模块发送至边缘控制设备，数据加密模块用采用非对称式加密和对称式加密相结合方法对业务处理信息和控制结果信息进行加密，从而有利于为工业数据进行安全防护，有利于避免数据被窃取；数据上传模块用于将加密数据通过通信网络上传至工业互联网平台，边缘存储模块用于对原始工业数据和设备运行信息进行边缘保存，从而有利于缓解工业互联网平台的数据存储压力。
39.步骤二,边缘处理及存储：利用边缘网关对采集到的原始工业数据进行分类，形成设备运行信息和业务处理信息，同时对设备运行信息进行异常判断，得到检测结果，之后将原始工业数据和设备运行信息通过边缘网关进行边缘保存；
40.具体的，该边缘处理及存储的具体过程如下：
41.首先，通过数据获取模块获取原始工业数据；然后，对原始工业数据进行协议转
换、数据清洗、数据规约和数据归一化处理；利用分析判断模型对经过处理后的原始工业数据进行分类，划分出设备运行信息和业务处理信息；利用异常检测模型对设备运行信息进行异常判断，得到检测结果，若检测结果为异常，则将其通过命令发送模块发送至边缘控制设备；将原始工业数据和设备运行信息通过边缘网关进行边缘保存。
42.步骤三,基础控制及结果获取：获取设备运行信息，并根据其对边缘控制设备进行命令基础控制，同时采集控制结果信息；
43.具体的，该边缘控制设备与边缘网关相连接，其具体为工业车间现场控制设备，其包括但不限于电路开关、断路器、阀门、温控器、工控机和plc，用于根据异常检测结果进行自动化控制。
44.步骤四,数据加密：获取业务处理信息和控制结果信息，并对其进行加密处理，形成加密数据；
45.具体的，该数据加密包括对称式加密和非对称式加密。
46.步骤五,数据上传：将加密数据通过通信网络上传至工业互联网平台；
47.步骤六,业务运转处理：对加密数据进行解密处理，并根据其进行业务运转处理。
48.参照图1，本实施例公开了基于工业互联网操作系统的数据采集方法，除与上述实施例相同的结构外，本实施例将具体介绍对称式加密和非对称式加密的具体过程；
49.具体的，该对称式加密过程如下：
50.首先，获取业务处理信息和控制结果信息，同时提取由工业互联网平台提供的专用密钥；然后利用aes算法并结合专用密钥对业务处理信息和控制结果信息进行加密，得到加密文件一。
51.具体的，该非对称式加密的具体过程如下：首先，获取专用密钥，同时提取由工业互联网平台提供的公钥；然后，利用ecc算法并结合公钥对专用密钥进行加密，得到加密文件二；最后，将加密文件一和加密文件二进行绑定，得到加密数据。
52.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。