物业管理云平台结构边缘网关运用

引言：

大型物业公司管理的物业面积和附属的机电设备伴随着规模效应不断的增长。打破原有物业管理以项目形式对物业设备的管理方式，利用物联网传输数据、云平台技术进行大数据分析计算的方式对物业中各种设备进行集中高效管理将成为未来物业管理趋势。这种管理方式能够统一物业公司所管辖项目的管理水平，综合筹划机电设备管理的日程，降低物业公司的运营成本。物业管理云平台对与设备管理有低时延（设备不应处于失控状态）、大带宽（设备接入点数量巨大）、高并发（数据刷新速度快）和本地化等需求。早期云端直连协同计算的方式无法满足用户需求。云、边、端三体协同是适用于物业管理的最佳解决方案，但是该方案需要有高效、实时、安全特性的边缘计算网关作为此方案中的基础设施。开放性结构的边缘网关在云、边、端的模式中不仅起到了旧网关的数据转换功能，还起到边缘侧根据既有控制策略经行实时控制功能。因此满足云平台需要低时延、大带宽、高并发和本地化的网关的要求。

一、物业管理行业向头部集中的发展趋势

根据公开数据2019年有15家物业管理企业管理面积突破—亿平米。排名靠前的5家企业管理面积均在3亿平米以上。中部的几家企业管理面积介于2-3亿平米。这15家排名靠后的几家物业公司其管理的面积均超过或接近1.5亿平米。而且随着本次疫情的发生，中小型物业加速关闭。物业管理公司的头部集中效应越加显现。虽然物业管理公司管理的项目越来越多管理面积越来越大,但是由于管理项目的分散,物业还是处于单个物业由分公司或者以项目部的形式形式经行运行和管理的阶段。物业公司对物业管理会存在以下的问题：1、单一物业的管理水平取决于分公司或项目部对物业公司总部所制定的管理项目和维护项目所做的执行程度，但是总公司无法实时监督分公司或项目部的执行情况。造成同一物业管理公司在不同项目中的管理水平参差不齐，对管理品牌是一种伤害。2、由于每个项目人员只对本项目内的设备负责。小项目会产生人员配置完整但是管理成本上升，造成该公司或项目部出现亏损和人员配置不全，造成物业管理水平低下两个极端现象的出现，不利于小微物业管理的健康化。3、数据的割裂使得总公司新的科学管理方法不能迅速的复制，产生新的经济效益。

二、云边端架构在物业中的应用

近几年一些意识超前的物业公司建立了自己的云平台，但是这些云平台的运用只解决了业主、从业与物业公司人与人互相沟通的问题。没有解决在物业管理占有很大比重的物业设备管理问题。物业管理中有着各种为业主生活提供服务的公用机电设备，这些设备包括物业中的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统、安防系统等。这些机电系统种中有着数量庞大的传感器和控制执行器，这些设备在运行中会产生海量的数据。在原先的管理方式中由分公司或项目部通过楼宇自动化系统对单个物业中机电系统进行监测和控制。这种管理方式虽然能够满足单一物业管理的需求，但是这样做有以下几个弊端：第一，对设备的管理水平取决于直接管理者的水平高低，从全局看不能使整个物业对于设备管理处于一个相同的水平。第二，这些由设备在运行中产生海量的数据有着二次利用价值。但是，单一的分公司没有能力对这些数据经行挖掘。随着大数据汇总、人工智能分析、物联网和5G数据传输等技术的快速发展，我们可以利用物联网数据传输技术将这些海量数据上传至物业总公司的云平台，云平台先将所管理项目中的各种机电设备的信息进行分析、归类，并采用人工智能技术归纳、计算得出设备最佳的运行参数，最有效率的检修和保养周期。随后再利用物联网通信技术将这些控制算法下发各个系统,对各系统设备进行最优化的监控和管理,使项目中机电设备处于高效、有序、节能和可监管的状态下运行。在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境的同时,降低各系统能耗和日常管理的各项费用。在保证系统稳定且节能运行同时,延长了设备使用寿命，降低了业主对设备的更换成本，提高了物业对设备综合管理的水平，体现了物业公司现代化管理和服务,降低了物业管理对设备的运维成本。物业公司使用云平台有以下优点1、透明设备数据和云平台的建立能够物业公司能用较少量的人员管理更多的面积与设备。2、根据数据合理安排所管理设备检修计划，发挥检修人员的最大价值。3、通过大数据的累计，并应用人工智能技术的归纳与计算得出各种设备最佳的运行参数和最有效率的检修和保养计划，合理分配人员的工作安排。虽然云平台对物业公司的集中管理有着各种优势。但是在物业运用场景中有着低时延、大带宽、高并发和本地化等需求，云、端协同计算可能无法满足物业运用场景运用需求。云、边、端协同控制维护设备成为解决物业管理场景中的最佳解决方案。但是该方案需要有高效、实时、安全特性的边缘计算网关作为此方案中的基础设施。边缘计算网关需要有以下几点去满足物业运用场景中云、边、端协同计算的场景：1)边缘计算网关要实时或更快的进行数据处理和分析，让数据处理更靠近设备，而不是由数据中心或者云去处理这些数据。2)边缘计算网关由于将一些计算和控制布置在边缘端，降低了云端的计算压力。所以企业所花费的云端运维成本会比云端直连模式低。3)通过边缘计算网关对设备数据进行一定的清洗和过滤，降低了数据的上传负荷，减少网络流量。这在物业公司在管理设备数量的不断增加，数据生成成倍增长的情况，边缘计算的数据传输优势尤其显得重要，有效避免在云端由于带宽原因出现的数据瓶颈。4)提高应用程序效率。通过降低延迟级别，应用程序可以更高效、更快速地运行。5)通过边缘计算和云端大数据分析可以持续进行优化，根据平台的需求调整模型，带来设备运行算法不断的优化。6)边缘计算网关需要更强的设备链接能力，去链接和覆盖更多的物业中的设备。边缘计算网关具有低时延、高带宽、高可靠、海量连接和异构汇聚等特点的物业设备应用场景存在非常突出的优势。边缘计算网关将更多的数据清洗、过滤和计算从云平台侧下沉到更接近设备的边缘侧。一些对于设备的控制命令不必再经过网络到达云端再返回设备进行控制，由边缘计算网关根据在边缘网关既有的数据模型做出及时的控制，从而降低设备控制时延和减轻网络传输数据的负荷。

三、开放性结构的边缘网关

3.1从网关到边缘网关

在传统的网络结构中网关是一重要的连接设备。传统机电设备行业中的网关网关(Gateway)又称协议转换器。网关在协议层以上实现设备互连，是链接各个设备通信的基础。这种网关基本用于局域网互连，服务于该项目所在的局域网中。这种网关是一种多协议的翻译器，通过网关能够链接不同的通信协议、数据格式或语言的设备。这种网关需要对收到的信息要重新打包，以适应目的系统对报文、数据等格式需求。但是这种网关的配置对于调试工程师有着极高的要求，而且不利于后期的二次维护与二次迭代更新。依托芯片快速发展带来的运算能力的提高，边缘网关在传统网关的基础上加入了数据计算和实时控制等功能。边缘侧相比云端更靠近控制对象，所以边缘侧在云边端的系统中对控制对象的实时数采与实时控制显得尤其重要。边缘侧相比云端有更快的反应速度，相比控制对象又有一定范围内的信息优势，所以边缘网关是一个承上启下的重要节点。

3.2开放性结构的边缘网关

边缘网关的重要性决定了边缘网关需要有一个开放性的软件结构。这种开放性的软件结构一方面能够满足云端大数据侧数据格式、控制策略不断的变化，另一方面也要满足接入设备多样性的要求。基于这两方面的要求，Node-RED是一个必然的选择。Node-RED是构建物联网应用程序的一个强大新型工具，其重点是简化代码块的"连接"以执行任务。它以可视化编程方法降低最终使用者的使用难度，允许开发人员将预定义的代码块（也叫做"节点"）连接起来执行任务。连接的节点，通常是输入节点、处理节点和输出节点的组合，当它们连接在一起时就能够完成整个程序的设计，不需要设计人员进行程序编辑。Node-RED开发人员社区已经迅速成长为一个重要的、用户不断增长和一个活跃的开发社区，开发人员不断的开发、迭代并上传各种的节点，这些节点有的能够翻译以前在Node-RED环境中未开发的通信协议，有的能更好对设备数据处理，有的对设备运行的进行优化。Node-RED使用节点作为开发应用的基础，以降低应用的开发难度。Node-RED现有将近3000个节点，这些节点包含了十分丰富的应用功能，比如Modbus节点就包含了和Modbus相关的各种读写功能，这个节点可以帮助使用者很容易地对Modbus-RTU和ModbusIP等设备进行链接和读写操作。

3.3开放开放性结构的边缘网关对于物业行业的意义

1）物业云平台数据上传的格式统一性的便利。将上传云平台的数据格式建立成一个Node-RED节点，一旦云平台的上传格式需要更新时，就对这一个Node-RED节点进行统一更新，底层边缘侧的网关在收到节点更新信息后，自动将网关本身原有的节点进行更新。这样既满足了云平台摆脱底层束缚不断更新的需求，又满足了底层边缘网关统一快速无遗漏的快速迭代的要求。2）底层设备多样性的满足。云平台的开发人员根据设备的技术说明书在Node平台上新建设备的Nose节点，现场调试人员在调试时不需要了解这个设备的原理，只需要从平台上调取这个设备的Node节点，就能使边缘网关快速的和设备建立连接。3）控制策略统一更新。在Node-RED的架构下除了节点的概念，还有流概念。这个流是一个类似PLC梯形图的可视化运行方式。控制策略在云平台用Node的流编程方式，快速的落地实现。编辑完成后通过云平台能做统一的下发与更新。上海上实龙创智能科技股份有限公司是一家立足于楼宇智能控制20余年的企业。在过去的五年中立足与研发基于Node的边缘型网关，并将自己在楼控行业中积累的对于设备控制的经验不断转化成为相关Node节点。物业公司在购买龙创网关后，就能在云平台调用这些含有龙创丰富控制经验的Node节点，去控制相应的楼控设备。从而使物业公司不仅能快速的连接其物业管理所管控的设备，还能利用龙创经验对设备进行节能控制、故障预警等管理目标。

作者：张振凯 徐贤明 朱效敏 单位：上海上实龙创智能科技股份有限公司