论文部分内容阅读
边缘计算是一种在靠近数据产生的网络边缘侧,包含计算、存储和网络资源的分布式处理架构,能够加快数据的处理速度,就近提供边缘智能服务。WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation Process Automation,面向工业过程自动化的工业无线网络)是我国自主制定的工业无线网络标准,具备部署方便、能耗低和实时性高的优势。将边缘计算应用到WIA-PA网络,不仅能够发挥边缘计算的本地与云端结合的处理能力,还能够使WIA-PA网络适应工业的数字化转型。WIA-PA网络与边缘计算相结合,网关是其中的关键环节。但现有的WIA-PA网关,在网关结构、设备服务以及云端交互等方面尚未提供对边缘计算有效的支持,阻碍了边缘计算在WIA-PA网络中的应用。针对上述问题,本文对面向WIA-PA网络的边缘网关进行了系统探讨,对基于边缘计算的WIA-PA网关新型结构、组态微服务、边云数据处理方法等进行了重点研究。论文的主要工作如下:1.分析了WIA-PA网络的特征以及与WIA-PA网关实现相关的技术,研究了边缘计算的特点与优势及异构计算、数据存储、虚拟化等关键技术,探讨了微服务架构和Docker容器部署微服务技术。2.针对现有WIA-PA网关对边缘计算支持不完善的问题,设计一种边缘网关结构,使WIA-PA网络不仅支持边缘计算,也能够与云端交互。考虑数据的优先级特征,提出一种WIA-PA网络数据处理方法,实现了WIA-PA网络数据的边云协同分发。3.利用边缘计算在异构设备关联、管理和数据处理等方面的优势,提出一种基于边缘计算的异构工业网络设备组态微服务方法。将该方法集成到WIA-PA边缘网关中,能够为异构工业设备提供组态管理服务,提高了异构设备间组态服务建立的效率。4.使用EdgeX Foundry开源平台对设计的边缘网关结构进行实现,完成WIA-PA网络管理微服务和协议适配微服务模块。以边缘网关为基础,使用边云交互接口,实现提出的边云数据处理方法。同时,对提出的异构工业网络设备组态微服务方法的进行实现,并详细描述了该方法的实现过程。5.搭建WIA-PA边缘网关的软硬件测试环境,测试本文实现的异构工业网络设备组态微服务方法和WIA-PA数据处理方法,并对测试结果进行记录和分析。测试结果表明,本文所研究和实现的WIA-PA边缘网关,能够有效管理WIA-PA设备,转换数据格式;通过边云数据处理方法,完成了对WIA-PA数据的分类处理;所提出的异构网络组态微服务方法,实现了对异构工业设备的组态管理。本文的研究,对边缘计算技术在工业无线网络中的应用,具有一定的参考价值。