物聯集成軟件平臺數據總線技術 研究項目研究報告

引言

通過基于物聯網的物聯數據總線技術,實現對設備層的綜合運行監控、報警/故障管理、設備維修/保養管理、能源統計分析、人員值班/巡更管理、綜合展現。以數據總線、公共云基礎服務為核心,利用計算機技術、網絡技術、通信技術、自動控制技術等多種技術將智能建筑內的消防、水、電、空調、安防、機房、電梯等主要機電設備的狀態、警報、數據等參數納入到統一管理平臺上,實現網絡安全共享,對建筑(特別是建筑群)內所有智能化、安防及能耗設備進行全面有效的監控和管理,豐富建筑的綜合使用功能和提高物業管理的效率,確保建筑群內所有相關設備處于高效、節能、最佳運行狀態,從而為建筑內工作人員提供一個安全、舒適、便捷、高效的工作環境。

1 研究內容

目前物聯數據總線技術集成領域存在多種數據通訊協議并存的局面、各個廠商為了實現技術的保護和壟斷,均采用了對應的保密措施,雖然也有公共組織機構(例如OPC組織)積極進行數據及通訊協議的標準化推廣,短期內還是不能統一。

公共智能建筑領域,前端設備通常在局域網內部,針對單體建筑局域網內網的管理基本夠用,對建筑群或跨區域的建筑必須采用internet網絡管理,公共云基礎服務提供了較完善和安全的基礎服務,可以幫助用戶解決以上問題。

數據集成總線致力于解決數據及通訊標準化集成的問題。解決數據接入復雜、數據格式不統一的問題。通過公共云基礎服務,實現數據的安全共享和訪問。主要研究以下幾個方面內容:

(1)通過數據集成總線實現設備層統一接入、監控和管理

(2)通過公共云服務實現數據的網絡安全共享

(3)通過對外接口實現與第三方系統的對接

(4)實現web、App等方式的設備層網絡訪問和操作

1.1 目標

1.1.1 研究領域

首先從公共智能建筑領域實踐、逐步擴展到民生、交通、工業領域應用。

1.1.2 研究目標

(1)實現設備數據的接入、集成和對外發布

(2)實現數據的標準化、網絡化

(3)實現數據安全的網絡訪問

1.2 內容

1.2.1 對公共智能子系統設備的接入

樓控系統、防盜報警系統、視頻監控系統、門禁系統、停車場系統、信息發布系統、能源計量系統、廣播系統、消防系統、配電系統、照明系統、冷熱源系統、周界防范系統、鍋爐系統、發電機系統、機房環境監測系統等設備的統一集成管理。

1.2.2 對數據的網絡化監控和管理

通過公共云基礎服務,將數據網絡化存儲和發布,實現設備的遠程監控和管理。

1.2.3 數據標準化處理

    定義最小數據元素,進行名稱、屬性、關聯性配置,實現設備與數據、頁面、展示模型的關聯及應用。

1.2.4 數據總線服務

從數據的定義、數據監測、數據控制、數據轉發、數據查詢、數據推送、數據加工處理方面進行處理,形成數據服務總線。

1.2.5 數據界面交互

通過Html和silverlight插件,配合javascript、json、xml等搭建友好的數據交換界面,并提供基于BIM、3D GIS、App的軟件應用。

2 關鍵技術

2.1 公共云基礎服務

通過公共云基礎服務,云通信、云視頻、數據庫服務等技術提供可靠保障。

物聯云將互聯網、數據、計算、存儲等服務產品化,解決企業應用中的實際問題,實現了無法計算的使用價值。

云計算基礎服務中的云數據庫RDS(ApsaraDB for RDS,簡稱RDS)是一種穩定可靠、可彈性伸縮的在線數據庫服務?;陲w天分布式系統和全SSD盤高性能存儲,支持MySQL、SQL Server、PostgreSQL和PPAS(高度兼容Oracle)引擎,默認部署主備架構且提供了容災、備份、恢復、監控、遷移等方面的全套解決方案。

云通信短信服務,三網合一專屬通道,與工信部攜號轉網平臺實時互聯,支持快速發送短信驗證碼、短信通知等。

云通信移動推送,幫助App快速集成移動推送的功能,在實現高效、精確、實時的移動推送的同時,極大地降低了開發成本。

云視頻轉碼服務,為多媒體數據提供的轉碼計算服務。它以經濟、彈性和高可擴展的音視頻轉換方法,將多媒體數據轉碼成適合在PC、TV以及移動終端上播放的格式。

云視頻直播點播服務,集音視頻上傳、自動化轉碼處理、媒體資源管理、分發加速于一體的一站式音視頻點播解決方案。

2.2 設備層接入

通過TCP/IP網絡、RS232、RS485物理實現設備層連接,通過BACnet IP、OPC Da(Ae)、Modbus Rtu(Tcp)、Lonworks等協議實現設備的監視和控制。

2.3 數據總線

    從原始數據的定義、數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據分析、數據加工各個環節均采用切實可行的實施方案,提供規則的、可控的、可追溯的數據總線服務。

2.4 開放的第三方接口

提供開放的互聯網接口形式,如http api接口, 將數據提供給第三方系統,如BIM、

3D GIS、OA系統、門戶網站等。

3 研究項目的技術構架、研究方法和過程

3.1 物聯數據集成總線的技術構架

物聯數據集成總線技術,是解決各種智能物聯設備或系統系統、數據傳輸設備運行狀態數據互聯與共享、數據查詢與信息處理的軟件套件,為各種智慧園區集成系統或應用提供整合的基礎平臺和組件工具,是由一系列軟件組件、系統服務、配置工具等組成的軟件平臺。

該總線技術采用了一體化的數據集成手段,以設備集成、數據集成、網絡集成和云計算多種技術為基礎,運用標準化、模塊化以及系列化的開放性設計,將各各種物聯感應設備或系統數據集成在統一軟件總線上來,實現信息、資源、任務等數據共享。

根據數據的傳輸方向,物聯集成數據總線共分四層,從下至上依次是:硬件通訊接口層、硬件通訊適配層、數據總線層、數據庫層。具體如下圖:

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 3.1.1硬件通訊接口層

該層主要實現與園區感應設備的數據交互,主要類型設備包括:RFID、GPS、傳感器、視頻、巡更、門禁、報警等。該層通過無線網絡、有線網絡、3G、4G網絡等通訊手段,訪問實際管理的園區設備,讀取其信息,并可以控制實際設備進行某些操作。

3.1.2硬件通訊適配層

適配器主要實現與不同類別的園區感應設備的交互。該適配器以統一的數據格式,將園區設備的實時狀態數據接入數據總線,并將數據總線來的控制操作命令及時傳送到需要控制的園區設備。擬實現的適配器有:RFID適配器、傳感器適配器、電子標簽適配器、GPS適配器等。

3.1.3數據總線層

是將所有數據以統一的格式傳輸在總線上,包括下發的操作數據。只要將設備通過適配器接入數據總線,上層系統就可以立即查看該園區設備或系統的數據,也可以進行控制。該總線還可以與其它園區智能數據平臺交換數據,從而實現分布式數據集成。

3.1.4數據庫層

該層是整個系統的核心,它提供對所有數據的存儲,并提供對數據通用的查詢方式。該層主要包括實時數據庫,存儲歷史采樣數據的歷史庫,還有園區設備管理有關的設備數據庫,OA辦公處理的數據庫,和進行GIS查詢與展示的數據庫。

該層中所有實時數據格式統一,數據精度高,屏蔽了園區感應設備及系統之間的差異,同時數據庫中的業務數據提供了相關業務的處理能力。

3.2 研究項目的技術實現方法

物聯數據集成總線技術,是進行物聯設備數據集成的基礎軟件,該技術實現可分如下幾個部分:

3.2.1 GIS技術

物聯設備接入該總線,在設備運行時,通過GPS芯片或RFID芯片獲取當前的地理位置信息,將數據通過設備數據接口接入網絡并發送至物聯數據總線服務器,也可以通過3G、GPRS、Wifi等無線網絡發送至智能物聯數據總線服務器,GIS展示引擎根據智能數據總線服務器端收到的各種設備地理位置信息,將設備動態加載至電子地圖。同時根據需要,將控制操作命令傳輸給設備。

3.2.2.Silverlight表現技術

微軟Silverlight是一個跨瀏覽器、跨平臺的技術,能夠設計、開發和發布有多媒體體驗與富交互(RIA,Rich Interface Application)的網絡交互程序。利用該技術實現對總線數據的實時動態圖形化展示。

3.2.3基于RFID、GPS、BACnet、二維碼,以及無線傳感網絡等數據連接技術

物聯集成總線通過硬件適配器封裝不同的智能物聯設備,如RFID、GPS、二維碼、紅外傳感器等,同時也封裝了與這些設備的通訊方式,如無線傳感網絡、有線網絡、3G甚至4G通訊技術,從而屏蔽了各感知設備及傳輸網絡之間的差別,保證了總線數據的通用性和歸一化。

3.2.4實時數據庫

實時數據庫系統是一個實際可運行的,按照數據方式存儲、維護和向應用程序提供數據或信息支持的系統,它是存儲介質、處理對象和管理系統的集合體,由數據庫、硬件、軟件幾部分組成。實時數據庫能完成來自各感知設備和其它控制系統的實時數據的采集、存儲實時數據和歷史數據的檢索、統計、分析、能為其他管理軟件提供高效的數據接口,將連續存儲的歷史數據與這些管理軟件進行雙向通訊。

為了提高本平臺對監控數據的管理能力,特設計實時數據庫來存儲物聯總線實時數據。

3.2.5基于SOA的WEB服務技術

面向服務的體系結構(service-oriented architecture,SOA)是一個組件模型,它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。這種具有中立的接口定義(沒有強制綁定到特定的實現上)的特征稱為服務之間的松耦合。對松耦合的系統的需要來源于業務應用程序需要根據業務的需要變得更加靈活,以適應不斷變化的環境,比如經常改變的政策、業務級別、業務重點、合作伙伴關系、行業地位以及其他與業務有關的因素,這些因素甚至會影響業務的性質。我們稱能夠靈活地適應環境變化的業務為按需(On demand)業務,在按需業務中,一旦需要,就可以對完成或執行任務的方式進行必要的更改。

現在的 SOA依賴于一些更新的進展,這些進展是以可擴展標記語言(eXtensible Markup Language,XML)為基礎的。通過使用基于 XML 的語言(稱為 Web 服務描述語言(Web Services Definition Language,WSDL))來描述接口,服務已經轉到更動態且更靈活的接口系統中了。

Web 服務是實現 SOA 的最佳方式。

3.3 研究項目的過程及組織實現

3.3.1 研究開發過程

主要研究開發過程分為如下幾個部分:

(1)   Web 服務開發

主要涉及到以下核心服務的修改, 以WebService方式提供接口供配置和運行時使用。

①  實時數據Web服務

②  報警數據Web服務

③  歷史數據Web服務

④  調度管理Web 服務,包括聯動調度,時間表調度ScheduleWebService

⑤  權限管理Web 服務

(2)   業務數據展示服務

利用智能客戶端技術,實現業務數據的展示服務,提供必要的管理。

(1)  監控圖形

(2)  報警處理,提供擴展能力處理新的報警形式

(3)  歷史數據管理

(4)  系統權限設置

(5)  聯動服務

(6)  時間表服務

(7)  設備管理模塊

(8)  擴展功能(。。。)

(3)   對外數據交互

主要提供對外數據訪問接口。主要實現用戶可以在外網上,利用手機或各種基于互聯網的終端,按權限實現各種智能化設備管理工作,例如查詢設備工作狀態,查詢能耗月度分析報表等應用。

    功能主要包括:

2  支持從瘦客戶基于XML的移動電話到基于HTML的Pocket PC各種各樣的設備。

2  支持Email方式發送和接收系統各項運行信息;

2  支持設備工作狀態(包括各種參數和報警故障信息)的實時查詢功能;

2  支持報表查詢(能耗月度分析)等高級應用功能。

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3.3.2 研究開發的組織結構

3.3.3 研究階段計劃

分成2個階段完成,第一個階段采用原型開發模式,依據預研原型結果深化設計階段,實現階段交付。第二個階段實現2個小版本交付。

第一階段完成分析和基本設計,拿出一個系統原型,提交關鍵技術和模塊的技術研究報告。

第二階段完成詳細設計,提交設計文檔,提交部分對立功能模塊;

第三階段完成編碼和集成測試,提交使用文檔和測試報告,

第四階段完成驗收和發行,提交宣傳文檔和技術培訓。

4.2.2研究資源計劃:

(1) 因采用.NET技術,需要更新開發人員的機器(5臺)。

(2) 提供視頻設備調試視頻功能(一臺視頻服務器硬件設備+2個攝像機)。

(3) 提供手機短信模塊一個。

4 研究成果

4.1 基礎研究

4.1.1 數據標準化

本研究通過數據標準化、通訊協議標準化、界面展示標準化,將各個子系統的數據、通訊協議和展示頁面風格,進行統一的集成和發布。

數據格式主要包括:IO浮點量、IO整形量、IO開關量、IO消息量。

通訊協議:已經掌握將標準OPC、標準BACnet IP、標準Modbus RTU/TCP、ODBC、自定義串口協議、SDK開發包等方式統一成標準OPCServer DA和OPCServer Ae的技術。

界面展示:通過silverlight插件,將各個子系統的界面風格統一,提供動畫效果。

4.1.2 接口開發

本研究已經積累了智能建筑領域主要廠家和主流產品品牌對接經驗,已經陸續完成120多種子系統及設備對接。主要包括:智能建筑集成管理系統(Honeywell、Simense、Johnson、Delta、Alerton、Schneider等)、安防系統(Honeywell、Panasonic、Dahua、Hikvision、Axis、Bosch、Sony、JSST、Yilu、Open、Infinova、Uniview、Fujica、BlueCard、Carsafe、Longhorn等)、消防系統(GST、Siemens、Honeywell、松江、Ge)和其它常見廠家(Legrand、NVC、ABB等)

4.2 技術成果

通過本項目技術研究已經產生以物聯總線技術為核心的物聯集成平臺、物聯設備運營管理平臺兩款軟件成果,可應用于智能建筑和設備管理方面,提供數據集成和管理功能。

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圖:電力監控

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圖:空調系統

4.3 進一步研究建議

本研究雖然取得了階段性的成果,但隨技術的發展和市場的變化,還需要在云存儲、云轉發、云訪問方面做進一步深入研究,實現局域網數據向廣域網的延伸,實現PC端、移動終端的網絡集成管理應用需要。

    基于物聯網的數據集成總線技術研究還要在移動推送、視頻直播和轉碼、全面兼容云數據庫mysql、SQLServer、PostgreSQL等方面進行開發和完善。

5 結論

基于物聯網的數據集成總線技術,可實現不同廠家不同設備不同協議的快速集成,打通數據通訊通道,構建web數據平臺,實現從設備層到云端的數據傳輸和控制,為人們生活提供便利,該研究成果可廣泛應于智能建筑領域,智慧城市,逐步擴展到交通、倉儲、工業等領域,具有較好的應用前景。

 

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