李毓英

（撫順職業(yè)技術學院, 遼寧 撫順 113122）

1 工業(yè)互聯網智能網關概述

工業(yè)智能網關也叫工業(yè)物聯網智能網關、無線數據采集網關、通信采集網關，或PLC無線網關、工業(yè)通信網關，屬于無線傳感器網絡產品。工業(yè)智能網關是一款具備挖掘工業(yè)設備數據并接入自主開發(fā)的云平臺的智能嵌入式網絡設備。它具備數據采集、協議解析、邊緣計算、4G/3G/WiFi數據傳輸和接入工業(yè)云平臺[1]等功能，支持采集PLC、傳感器、儀器儀表和各種控制器，適合作為大規(guī)模的分布式設備的接入節(jié)點。工業(yè)網關是為滿足工業(yè)級標準和工業(yè)用戶需求而設計的工業(yè)級智能網關。

2 國內外研究現狀

根據2017年國務院發(fā)表《國務院關于深化“互聯網+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯網的指導意見》可以看出[2]，國內工業(yè)互聯網最近幾年蓬勃發(fā)展，各種互聯網產品如雨后春筍不斷涌現。又據互聯網資料和搜索同類產品可以發(fā)現，目前大多數廠家產品集中在工業(yè)DTU范圍，智能網關產品數量不多，且產品的優(yōu)勢和劣勢比較明顯。

目前國內宏電和研華的相關網關產品代表國內一線水平，尤其在華為5G工業(yè)模組技術加持下發(fā)展迅猛，但是畢竟是大公司、領頭羊式的發(fā)展模式，5G工業(yè)模組獲取不到，幾家大公司的產品覆蓋面畢竟有限。對于國內大部分中小企業(yè)來說，鉆研并研發(fā)自己的相關產品，并找準切入點，占用對應的市場份額，研發(fā)對應產品，滿足相應的市場需求，還是有相當廣闊的市場空間。

3 智能網關網絡

智能網關以串口連結工業(yè)設備[3]，通過網口或WiFi連接Internet，網絡如圖1所示。

圖1 智能網關網絡

4 系統模型設計

智能網關北向接口連接組態(tài)網軟件、串口服務器、MQTT服務器等，南向接口連接工業(yè)設備，如PLC等。南向接口將支持modbus rtu master，can bus，zigbee物聯網設備等，模型設計如圖2所示。

圖2 系統模型設計

5 關鍵技術-數據緩存設計

網關的內存分配采用slab分配器，針對嵌入式系統優(yōu)化的內存分配算法，去掉了其中的對象構造及析構過程，只保留了純粹的緩沖型的內存池算法。slab分配器會根據對象的大小分成多個區(qū)（zone），也可以看成每類對象有一個內存池。一個zone的大小在32 K到128 K字節(jié)之間，數據緩存主要有以下幾個操作。

5.1 內存分配

假設分配一個32字節(jié)的內存，slab內存分配器會先按照32字節(jié)的值，從zone array鏈表表頭數組中找到相應的zone鏈表。如果這個鏈表是空的，則向頁分配器分配一個新的zone，然后從zone中返回第一個空閑內存塊。如果鏈表非空，則這個zone鏈表中的第一個zone節(jié)點必然有空閑塊存在（否則它就不應該放在這個鏈表中），那么就取相應的空閑塊。如果分配完成后zone中所有空閑內存塊都使用完畢，那么分配器需要把這個zone節(jié)點從鏈表中刪除。

5.2 數據在內存塊中的存儲格式

uint8_t cmd;//[Cmd]:命令，所有設備參考modbus，設備地址通過Mqtt設置，需要保存

6 創(chuàng)新點

自主研發(fā)嵌入式RBB（Ring Block Buffer）技術，實現多客戶端實時通信，不占用串口資源，且RBB自身支持modbus rtu協議所有功能，RBB自身智能占用串口通信，進行數據的更新與備份，重啟后根據北向報文存儲有效數據，實時遵循設置優(yōu)先原則，100萬發(fā)包量錯誤率為0，mqtt協議配置支持嵌入式數據庫存儲，配置進行保存，重啟自動調用配置，強大無與倫比。

目前市面不少類似的DTU產品，可以提供部分協議轉換功能，但是主要缺點在于只能進行單一協議的透傳，且只能支持一路接入，當大于一路接入的時候，就會出現串口搶占，馬上報文出錯，通信失敗，在工業(yè)控制中這是無法解決的矛盾。

7 結語

工業(yè)互聯網智能網關適用于工業(yè)互聯網相關應用，可用于連接供熱控制系統，石油和天然氣，醫(yī)療保健和電力公用事業(yè)等行業(yè)中的機器和設備。工業(yè)網關是物聯網和工控系統的核心組成器件，產品前景廣大，在系統穩(wěn)定性、緩存技術方面有獨特創(chuàng)新的產品，在目前市場中有很強的技術優(yōu)勢，市場前景良好。工業(yè)物聯網智能網關有非常大的經濟效益，在工業(yè)控制中應用量巨大，基本所有帶串口的設備，如PLC、工業(yè)儀表、流量壓力溫度計以及嵌入式設備等，都可以相連，真正實現萬物互聯。