通用物聯網綜合信息管理平臺的技術架構

通用物聯網綜合信息管理平臺的技術架構

摘要：介紹了通用物聯網綜合信息管理平臺的技術架構，對包括感知層的數據采集匯接設備、網絡層的多協(xié)議中間件和應用層的跨平臺管理系統(tǒng)軟件進行了深入研究，給出了Siteview6200型C5IiotWare網絡數據采集匯接設備、nMedias中間件和iotWare物聯網應用軟件平臺的主要功能和應用特點。

關鍵詞：

引言

作為第三次工業(yè)革命的代表,近年來，物聯網得到迅速的發(fā)展,但是,也存在平臺多種多樣、標準不統(tǒng)一、缺乏創(chuàng)新等問題，嚴重制約著物聯網的發(fā)展。針對以上問題，本文提出了一種自主創(chuàng)新的通用物聯網綜合信息管理平臺。該平臺具有一定的技術先進性、健壯性和通用性，能適應廣泛的傳感節(jié)點和不同的行業(yè)應用，可實現對網絡資源的統(tǒng)一管理，使物聯網的應用更加普遍和靈活，提升我國在物聯網領域的競爭力。同時，本文從感知層、網絡層和應用層的角度，對通用物聯網綜合信息管理平臺的技術架構進行了深入研究，以便對物聯網發(fā)展中的行業(yè)整合提供一種思路和技術支撐。

1平臺概述

通用物聯網綜合信息管理平臺（以下簡稱C5IlotWare）是在物聯網三層架構的基礎上設計的軟硬件相結合的物聯網應用平臺。該平臺主要包括以下三個部分：以嵌入式網絡管理系統(tǒng)（以下簡稱uNOS）為核心的匯接設備（感知層）、以可管理式思想為設計理念的多協(xié)議中間件（以下簡稱nMedias）（網絡層）和開放的跨平臺應用層軟件iotWare（應用層）。整個平臺體現了一個（開放式）架構、二個（中間件和平臺技術）中心、三個（接口、通信和管理）標準和四個統(tǒng)一的設計理念（理論與實踐、學習與實施、體驗與管理、仿真與設計）。該平臺基于云的系統(tǒng)，可實現云的布設和應用，能適合多業(yè)務綜合管理、工業(yè)應用和戰(zhàn)場環(huán)境。圖1所示是本物聯網綜合信息管理平臺的技術架構。

1.1硬件技術

C5IiotWare的硬件采用模塊化的接口設計，可支持熱插拔的CPU引擎和輕量級的嵌入式實時網絡操作系統(tǒng)uNOS。它裁剪于軍用和工業(yè)設計的專業(yè)路由器及防火墻核心軟件，具有500ms啟動系統(tǒng)和網絡的能力，擁有128個虛擬網絡端口支持和高性能Web服務器。

圖1  物聯網綜合信息管理平臺的技術架構

1.2軟件技術

整個C5IiotWare的軟件分布在三個層面上，即末端運行的uNOS嵌入式實時網絡操作系統(tǒng)、多協(xié)議并發(fā)性高吞吐能力的中間件nMedias和一個類似于OpenView的物聯網應用操作平臺。其中，uNOS主要完成對感知節(jié)點數據的采集和匯總,并提供數據仿真的功能；nMedias中間件軟件實現數據的傳遞和信息交互；iotWare軟件呈現感知設備或節(jié)點的實時狀態(tài)信息和歷史數據等。軟件全部采用B/S架構設計，客戶端通過瀏覽器訪問云端數據，保證系統(tǒng)的高容錯性和高可靠性。軟件具有計算機連接訪問密碼、用戶密碼、系統(tǒng)密碼、數據庫密碼和頁面密碼的保護和設定，可保證系統(tǒng)的安全性，能使所有傳感器、計算機、路由器、交換機、音頻/視頻、程序、物流、定位管理等在一個平臺界面上實現。

1.3軟/硬件一體機

將以上兩個云部件盡可能多地裝入“口袋”是對當今強大的物聯網設計推廣應用的一大創(chuàng)新和貢獻，可實現基礎理論與實驗實踐、專業(yè)學習與工程實施、項目體驗與計劃管理、設備仿真與產品設計的高度集中和統(tǒng)一。“口袋”里裝入了128X32個網絡數據通道采集設備和255個RS485連接接口以及系統(tǒng)軟件iotWare子集。這是通用型物聯網綜合信息管理平臺的濃縮版，可實現全方位工業(yè)環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境的體驗及商業(yè)環(huán)境的C5I應用。

2通用物聯網網絡數據采集匯接設備

Siteview6200是C5IiotWare網絡數據采集匯接設備，硬件采用模塊化的接口設計，包括抗電磁干擾的傳感器接口和抗黑客攻擊的網絡數據采集接口，單一接口可實現模數混合、電壓電流制式異同共享能力，支持熱插拔的CPU引擎；設備運行嵌入式實時網絡操作系統(tǒng)uNOS，可實現對感知節(jié)點數據的采集和匯總，并提供數據仿真的功能。該操作系統(tǒng)軟件采用B/S結構設計，可通過Web服務器實現人機交互，方便對感知節(jié)點的配置、監(jiān)視和管理，并且支持多用戶訪問，擁有多層密碼認證機制，支持TCP/UDP等多版本網管協(xié)議和自定義數據格式私有協(xié)議［7］。圖2所示是C5IiotWare網絡數據采集匯接設備的原理組成。

圖2  數據采集匯接設備的組成原理

Siteview6200擁有多種工作模式:既可作為數據采集終端,也可作為數據采集節(jié)點；既可作為實際物理數據采集設備，也可作為真實全仿真器。當運行在仿真模式時，可實現最多128臺全設備仿真，而且只需一臺設備即可搭建一個微型的數據采集環(huán)境。它的接口設計和相關參數如下:

一路10M/100M自適應以太接口；

一路485接口,采用主/從方式，可作為級聯的節(jié)點和終點;

支持光電隔離的干節(jié)點輸入；

支持標準的4~20mA或0~5V的模擬信號輸入；

支持數據信號輸入；

最多可支持32路數據通道接口；

用戶可自定義數據通道的類型、閾值、測量范圍等參數；可提供開放的軟件接口，方便與第三方軟件無縫集成；內嵌標準的網管協(xié)議，可方便地集成到第三方管理系統(tǒng)。表1所列是Siteview6200的硬件參數。

3中間件

nMedias中間件介于感知設備和應用層之間，負責實現與前端感知設備的信息交互和管理，將采集到的海量原始感知信息參量數據歸一化并完成與上層核心系統(tǒng)模塊的復雜消息通信。通過網絡互連、數據集成、流程銜接、用戶互動等事件，實現開放式應用操作平臺和網絡接入設備的交互運行。它具有高效的并發(fā)通信機制和高吞吐能力的特點，能夠支持多廠商、多設備、多樣性參量和多協(xié)議以及私有協(xié)議等。圖3所示是其中間件的功能。

圖3  中間件功能圖

nMedias中間件具有以下幾個特點：

利于面向對象的方法建立信息模型，管理信息被定義在被管理對象中；

提供廣泛的傳感設備支持并可以通過可擴展的框架支持各種感知設備;

支持標準API接口，可與第三方設備連接，實現對第三方設備的管理；

獨特的引擎設計技術提供強大的事件處理能力，將海量的傳感信息過濾、分組、關聯和聚合成透明的業(yè)務數據,增強傳感數據的通透性和統(tǒng)一管理能力；

多線程機制，多線程設計，實時性強；

支持標準的網絡協(xié)議、網管協(xié)議和通信協(xié)議；

可遠程過程調用應用于云平臺架構；

高效的數據處理能力和資源管理能力；

確保應用高的可用性和吞吐量。

4開發(fā)式物聯網應用操作平臺

iotWare物聯網應用軟件平臺與硬件相結合，對感知的數據進行高效管理、存儲和呈現，對設備和通道的狀態(tài)信息進行實時監(jiān)控和處理。系統(tǒng)采用模塊與分布式設計，能夠與不同行業(yè)具體任務相結合，完成各行業(yè)數據采集與管理平臺的搭建。該系統(tǒng)主要包括對設備進行拓撲管理、性能管理、實時監(jiān)測、配置管理、故障管理、服務器管理、安全管理和3D拓展等八大管理系統(tǒng)，具體如下：

拓撲管理：自動拓扌卜發(fā)現，設備實時狀態(tài)呈現和拓撲管理;

性能管理：歷史曲線、軌跡重播，同時段多設備采樣數據比較，3D階段運行展現；

實時監(jiān)測：實時全通道數據監(jiān)測，直觀的動態(tài)數據圖表曲線；

配置管理：網絡、系統(tǒng)、設備、數據庫運行、管理、監(jiān)測環(huán)境的配置；

故障管理：運行狀態(tài)或環(huán)境條件檢測、隔離校正，告警監(jiān)視，故障定位，查詢跟蹤；

服務器管理：展現數據設計和關聯內容，方便報表、數據挖掘、智能分析等眾多應用；

安全管理:授權機制、訪問控制、加密和密鑰管理與分發(fā),驗證和安全日志；

3D拓展：虛擬現實3D環(huán)境，機房、機柜、設備的所有靜動態(tài)參量可通過3D進行交互。

圖4  物聯網應用平臺界面

圖4所示是iotWare物聯網應用軟件平臺的界面圖。該平臺具有下列優(yōu)點：

采用B/S架構，無需安裝任何插件，只需瀏覽器便可遠程監(jiān)控和管理設備；

基于MVC的設計模式，采用模塊化設計和全部基于開源的Apache、php、Java、JavaScript、Ajax和mysql技術，可跨平臺應用；

基于通用網管的設計理念，實現通用網絡管理的功能,滿足99.9%管理者的管理要求；

對第三方開放，同時也可兼容第三方的軟件系統(tǒng)，方便軟件集成開發(fā)，降低集成開發(fā)成本。

5總結

C5IiotWare具有實時、兼容和自適應的特點，將各種異構的系統(tǒng)和分布式資源進行整合，可以實現管、控、營一體化，從而構建物聯網運維系統(tǒng)。該平臺體現了C5I(Cloud,Communication,Command,Control,ComputersandInternet)的精神，可為建設低碳、智能、節(jié)約型社會提供技術支撐。

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