CN103117881A - 一种物联网资源管理*** - Google Patents

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穆国强
赵惟
徐勇军
安竹林
李长力
郭达
沈渃
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Abstract

本发明公开了一种物联网资源管理***，该***分别与传感器网络和物联网应用程序进行通信，该***包括：通信数据解析模块、传感器数据处理模块、应用程序消息处理模块、和配置信息存储模块。其中配置信息存储模块用于存储所述预先配置的通信协议信息、传感器类型信息和消息格式信息，并提供操作接口供用户对所述存储的信息进行配置操作。应用上述***，各功能模块利用存储模块中的信息完成传感器网络资源的封装和解封装，实现物联网应用程序与传感器网络的通信。另一方面，对于上层的物联网应用程序而言，不需要去了解传感器网络的具体细节，应用程序开发人员仅需按照通用的数据接口进行开发，从而有效降低整个物联网***的开发难度。

Description

一种物联网资源管理***
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种物联网资源管理***。
背景技术
物联网（The Internet of things）是一种在互联网基础上进行延伸和扩展的网络，其将用户端用户端延伸和扩展到了“物品”，能够实现物品之间的信息交换和通信。具体而言，物联网是通过各种信息传感设备所组成的传感器网络，按照约定的协议，把各种“物品”与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等操作。
物联网的基本构成要素包括上层的各种应用程序以及底层的传感器网络。而在一些规模较大的物联网应用中，在应用程序和传感器网络之间往往还包括一套中间***，从而实现传感器网络与上层应用程序的通信问题。
现有物联网的中间***都是针对特定应用场景而定制，节点类型、传感器类型、应用层协议等都是固定的，缺乏通用性。例如，在现有技术的一种实现方式中，管理***将用户对资源的查询请求转换成特定代码以后发送给传感器节点，要求传感器节点必须要能够运行一种称为SwissQM的虚拟机；在现有技术的另一种实现方式中，管理***主要用于执行报文格式的转换：将传感器网络中的CoAP报文转换为HTTP报文后传输到因特网上，这就要求传感器网络中必须运行CoAP协议。
除了缺乏通用性的问题之外，现有物联网的中间***仅能够实现不同网络间的互通问题，但是并不能对传感器的资源进行有效的管理，对于应用开发人员而言，除了要了解应用程序本身的业务需求，还需要同时掌握传感器网络的相关技术，这大大提升了物联网应用程序的开发成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种物联网资源管理***，技术方案如下：
一种物联网资源管理***，该***分别与传感器网络和物联网应用程序进行通信，该***包括：
通信数据解析模块，用于在收到传感器网络发送的通信数据包后，根据预先配置的通信协议信息，对数据包的字段进行解析；
传感器数据处理模块，用于根据预先配置的传感器类型信息，将传感器网络的输出数据转换成物联网应用程序可识别的数据格式，并将转换后的数据进一步发送至相应的物联网应用程序；
应用程序消息处理模块，用于根据预先配置的消息格式信息，将物联网应用程序发送的消息转换为传感器网络可识别的消息格式，并将转换后的消息进一步发送至传感器网络；
配置信息存储模块，用于存储所述预先配置的通信协议信息、传感器类型信息和消息格式信息，并提供操作接口供用户对所述存储的信息进行配置操作。
根据本发明的一种具体实施方式，所述配置信息存储模块，还用于存储传感器网络的组网信息，该信息用于实现物联网应用程序与传感器网络中具体节点之间的通信。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述配置信息存储模块中，不同的通信协议信息以统一格式存储，如果协议数据不需要所述统一格式中的某字段，则该协议的该字段以统一的空值标识进行存储。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述配置信息存储模块中存储的传感器类型信息包括：传感器标识以及该类型传感器的输出数据格式默认转换公式。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述配置信息存储模块中存储的消息格式信息包括：传感器网络支持的消息类型信息、消息参数信息以及消息编码格式信息。
根据本发明的一种具体实施方式，所述传感器网络支持的消息类型包括：查询类型消息和控制类型消息。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述配置信息存储模块中存储的传感器网络组网信息包括：传感器网络的节点信息、节点上安装的传感器信息。
根据本发明的一种具体实施方式，所述传感器网络的节点信息包括：节点标识、节点状态、节点通信地址。
根据本发明的一种具体实施方式，所述节点上安装的传感器信息包括：传感器标识、传感器状态、传感器输出数据格式。
本发明实施例所提供的物联网资源管理***，逻辑上位于传感器网络和物联网应用程序之间，该***由功能模块和用于存储传感器网络的相关信息的存储模块组成。其中，与特定传感器网络相关的信息位于存储模块中，包括通信协议、传感器类型信息、所支持的操作等等；各功能模块具有通用性，本身不需要了解传感器网络中的具体情况，各功能模块利用存储模块中的信息完成传感器网络资源的封装和解封装，实现物联网应用程序与传感器网络的通信。
本发明实施例所提供的物联网资源管理***具有通用性以及可配置性。对于用户而言，只需要根据传感器网络的具体情况，对存储模块的的信息进行配置，即可令该***适用于各种不同的应用场景。另外，本发明***可以对物联网应用程序和传感器网络之间的通信数据进行翻译和转换，因此对于上层的物联网应用程序而言，不需要去了解传感器网络的具体细节，应用程序开发人员仅需按照通用的数据接口进行开发，从而有效降低整个物联网***的开发难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的物联网结构示意图；
图2为本发明实施例物联网资源管理***一种结构示意图。
具体实施方式
参见图1所示，本发明实施例所提供的物联网资源管理***，从逻辑上看，位于底层传感器网络和上层物联网应用程序的中间位置，可以分别与传感器网络和上层物联网应用程序进行通信。
参见图2所示，本发明实施例所提供的物联网资源管理***，由功能模块和存储模块组成，其中，功能模块可以进一步包括通信数据解析模块、传感器数据处理模块和传感器数据处理模块。
通信数据解析模块101，用于在收到传感器网络发送的通信数据包后，根据预先配置的通信协议信息，对数据包的字段进行解析；
传感器数据处理模块102，用于根据预先配置的传感器类型信息，将传感器网络的输出数据转换成物联网应用程序可识别的数据格式，并将转换后的数据进一步发送至相应的物联网应用程序；
应用程序消息处理模块103，用于根据预先配置的消息格式信息，将物联网应用程序发送的消息转换为传感器网络可识别的消息格式，并将转换后的消息进一步发送至传感器网络；
配置信息存储模块200，用于存储所述预先配置的通信协议信息、传感器类型信息和消息格式信息，并提供操作接口供用户对所述存储的信息进行配置操作。
在上述***中，与特定传感器网络相关的信息位于存储模块中，包括通信协议、传感器类型信息、所支持的操作等等；各功能模块具有通用性，本身不需要了解传感器网络中的具体情况，各功能模块利用存储模块中的信息完成传感器网络资源的封装和解封装，实现物联网应用程序与传感器网络的通信。
本发明实施例所提供的物联网资源管理***具有通用性以及可配置性。对于用户而言，只需要根据传感器网络的具体情况，对存储模块的的信息进行配置，即可令该***适用于各种不同的应用场景。另外，本发明***可以对物联网应用程序和传感器网络之间的通信数据进行翻译和转换，因此对于上层的物联网应用程序而言，不需要去了解传感器网络的具体细节，应用程序开发人员仅需按照通用的数据接口进行开发，从而有效降低整个物联网***的开发难度。
下面对本发明实施例物联网资源管理***的各个模块的功能和协作关系做进一步的详细说明：
与特定传感网络相关的信息存储在配置信息存储模块200中，供各个功能模块调用处理，用户可以通过操作接口直接修改这些信息，完成对整个物联网***的配置与扩展。
1）首先介绍本发明实施例物联网资源管理***与传感器网络的通信协议的可配置性。
传感器网络的汇聚节点与物联网资源管理***间的通信报文内容包括前导码、消息类型、目的地址、源地址、包序号、包长度、包类型、冗余位、数据、效验码等内容。不同的通信协议中，对上述内容的定义不同，为了使***可以适用于各种通信协议，在配置信息存储模块200中，将不同的通信协议信息以统一格式存储。
表1定义了一种用于存储通信协议的格式，在本实施例将该表称为ProtocolTable，当然表1并不应理解为对本发明实施例方案的限制。通信数据解析模块101收到来自传感器网络的数据包时，根据ProtocolTable中记录的信息，对数据包逐字段解析。
列名 数据类型 描述
Author varchar(20) 协议作者
Date varchar(20) 生成日期
Descri varchar(100) 描述说明
Header varchar(32) 包头
HeaderSize TINYINTUNSIGNED 包头长度
TypePos SMALLINTUNSIGNED 消息类型的位置
TypeSize TINYINTUNSIGNED 消息类型的长度
DestPos SMALLINTUNSIGNED 目的地址的位置
DestSize TINYINTUNSIGNED 目的地址的长度
SourcePos SMALLINTUNSIGNED 源地址的位置
SourceSize TINYINTUNSIGNED 源地址字段的长度
SNPos SMALLINTUNSIGNED 包序号的位置
SNSize TINYINTUNSIGNED 包序号字段的长度
LlenPos SMALLINTUNSIGNED 包长字段所在的位置
LenSize TINYINTUNSIGNED 包长字段的长度
Pkt_TypePos SMALLINTUNSIGNED 包类型的位置
Pkt_TypeSize TINYINTUNSIGNED 包类型的长度
ReservedPos SMALLINTUNSIGNED 冗余位的位置
ReservedSize TINYINTUNSIGNED 冗余位的长度
SamplePos SMALLINTUNSIGNED 数据负载开始的位置
CRCSize TINYINTUNSIGNED CRC长度
表1：ProtocolTable
2）传感器类型信息的可配置性：
配置信息存储模块200中存储的传感器类型信息，记录了各种类型传感器的标识以及传感器的输出数据格式默认转换公式。表2定义了一种用于存储传感器类型信息的表格，在本实施例将该表称为TypeMap，当然表2并不应理解为对本发明实施例方案的限制。
列名 数据类型 描述
SensorName VARchar(20) 传感器的名字
SensorID SMALLINT 传感器编号
DefaultLength TINYINTUNSIGNED 传感器数据的默认字节数
DefaultExpre VARchar(511) 传感值的默认计算公式
表2：TypeMap
用户可以直接更新该表格，完成修改传感器编号及添加新类型传感器等工作。其中，DefaultExpre中，记录的是如何根据传感器输出的数据计算出物联网应用程序可识别的数据格式。
在本发明的一种实施方式中，传感器数据处理模块102首先会将传感器输出的数据转换为64bit无符号长整型“data”，然后根据公式计算出真正的物理量，将该物理量提供给需要的物联网应用程序。也就是说，物联网应用程序得到的是经过转换后的物理量，无需自己去了解传感器的情况，传感器的细节被物联网资源管理***屏蔽了。该表格中DefaultExpre字段记录的是默认公式。
在本发明的另一种实施方式中，如果需要该***支持同时使用不同厂家的同类传感器，可以将这些传感器使用的不同计算公式记录在后续表7所示的NodeSensorMap表格中。公式中用“data”表示传感器输出量转化为64bit无符号长整型后的结果，然后使用SQL中支持的数学运算符来表示计算公式。计算公式的举例如下：
data
该公式表示传感器输出的整数就是对应的物理量。例如一些低精度温度传感器经常使用该公式。
data/1000
该公式表示传感器输出的整数除以1000就是对应的物理量。例如某类型的电压传感器使用该公式将传感器输出量转化为对应的电压值。
((data&0xf0000000)＞>28)*100000.0+((data&0x0f000000)＞>24)*10000.0+((data&0xf00000)＞>20)*1000.0+((data&0x0f0000)＞>16)*100.0+((data&0xf000)>>12)*10.0+((data&0x0f00)>>8)*1.0+((data&0xf0)>>4)/10.0+(data&0x0f)/100.0
该公式将32bit BCD编码的传感器输出转化为对应的十进制数据。例如某类型的智能电表使用该公式将传感器的32bit输出转换为对应的电量。
在本***的传感器数据处理模块102中，可以利用SQL自身具有的数学功能来完成公式计算工作，方法举例如下：
Setdata=xxx;//xxx为传感器输出量转化成的64bit无符号整数
String strExpr=Select DefaultExpre from TypeMap where…;//查找对应的计算公式。
Select strExpr;//进行计算，得到结果。
3）应用消息处理的可配置性
传感器网络与物联网资源管理***之间应用层之间的通信协议为字节流，而物联网应用程序控制传感器网络中的节点时，使用如下格式的消息：
Pkt_Type DataType StringParam
例如：“CmdNrm LED_SetLightIntensity60”，该命令为将LED的亮度设置为60。应用程序消息处理模块103收到物联网应用程序发送的控制请求后，查询配置信息存储模块200，根据其中预先存储的消息格式信息，将该请求转换为传感器网络中使用的数据包格式。
在配置信息存储模块200中，可以用三个表格记录消息格式信息：AvailableCmdQuery、ParamInfo、CQEncode，分别记录可用的控制/查询类型、参数信息、命令编码。当用户需要新增消息类型时，依次在这三个表格中添加命令、参数、编码信息即可。当然这些表格并不应理解为对本发明实施例方案的限制。
列名 数据类型 描述
Pkt_Type VARchar(63) 包类型（控制还是查询）
Data_Type VARchar(63) 具体的控制查询类型
Parameters VARchar(1023) 参数
表3：AvailableCmdQuery
列名 数据类型 描述
SingleParam VARchar(63) 单个参数名
Type VARchar(15) 参数类型(int,ascii,etc.)
Bytes TINYINT 在数据包中占用几个字节
表4：ParamInfo
列名 数据类型 描述
TypeString VARchar(63) 查询控制类型
TypeEncode BIGINT 类型编码
Bytes TINYINT 在数据包中占用几个字节
表5：CQEncode
在本发明的一种优选实施方式中，配置信息存储模块200中，还可以进一步存储传感器网络的组网信息，该信息用于实现物联网应用程序与传感器网络中具体节点之间的通信。
传感器网络组网信息可以包括两方面：传感器网络的节点信息、节点上安装的传感器信息。
表6定义了一种用于存储传感器网络节点信息的格式，在本实施例将该表称为NodeAddressMap，在NodeAddressMap表中，包含存储节点本身的地址、位置、名称等信息字段，当然表6并不应理解为对本发明实施例方案的限制。
列名 数据类型 描述
NodeMacAddress BIGINT 节点全局ID
NodeName VARchar(63) 节点名称
NodeOnWork TINYINT(1) 是否在活动状态
NodeV4IP char(16) IP地址
NodeV4Port INT UDP端口
NodeType VARchar(15) 节点类型
ProtocHead VARchar(15) 节点应用层协议的同步头
NodeOccupied TINYINT(1) 节点是否正在被某程序独占访问
UpdateIP char(16) 节点远程烧写时使用的IP地址
表6：NodeAddressMap
NodeAddressMap表中的节点名是为了语义注释，方便物联网资源管理***的功能模块查找节点。NodeV4IP、NodeV4Port和NodeOnWork是由功能模块自动更新。IP地址与UDP端口是功能模块收到的该节点数据包的源IP与源端口，可能是节点本身也可能是汇聚节点的网络地址。NodeOnWork记录节点是否在活动状态，当程序一段时间收不到节点数据时，可将该字段置为0。某些节点支持通过Telnet远程更新，该表格中的UpdateIP记录的就是远程更新时使用的IP地址。该表格中某些内容如果没有（例如节点不支持远程烧写）则可以留空。
表7定义了一种用于存储节点上安装的传感器信息的格式，在本实施例将该表称为NodeSensorMap，在NodeSensorMap表记录的是每个节点上的传感器信息传感器类型信息，包括有哪些种类、数据的字节数、计算公式、传感器位置等信息，节点上有多少个传感器就用多少行来记录。当然表7并不应理解为对本发明实施例方案的限制。
列名 数据类型 描述
NodeMacAddress BIGINT 节点全局ID
SensorID SMALLINT 传感器编号
DataLength TINYINT 传感器输出数据的字节数
Expre VARchar(511) 传感器数据的计算公式
SensorOnWork TINYINT(1) 该传感器是否在活动状态
Location VARchar(127) 传感器位置
Description VARchar(127) 传感器描述
Target VARchar(127) 传感器监测/控制的客体
Function VARchar(127) 传感器功能描述
表7：NodeSensorMap
SensorOnWork由程序自动控制，当一段时间收不到对应节点对应传感器的数据时，可以置为0。表中的位置、描述、客体、功能等信息是对传感器的语义注释。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种物联网资源管理***，该***分别与传感器网络和物联网应用程序进行通信，其特征在于，该***包括：
通信数据解析模块，用于在收到传感器网络发送的通信数据包后，根据预先配置的通信协议信息，对数据包的字段进行解析；
传感器数据处理模块，用于根据预先配置的传感器类型信息，将传感器网络的输出数据转换成物联网应用程序可识别的数据格式，并将转换后的数据进一步发送至相应的物联网应用程序；
应用程序消息处理模块，用于根据预先配置的消息格式信息，将物联网应用程序发送的消息转换为传感器网络可识别的消息格式，并将转换后的消息进一步发送至传感器网络；
配置信息存储模块，用于存储所述预先配置的通信协议信息、传感器类型信息和消息格式信息，并提供操作接口供用户对所述存储的信息进行配置操作。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述配置信息存储模块，还用于存储传感器网络的组网信息，该信息用于实现物联网应用程序与传感器网络中具体节点之间的通信。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
在所述配置信息存储模块中，不同的通信协议信息以统一格式存储，如果协议数据不需要所述统一格式中的某字段，则该协议的该字段以统一的空值标识进行存储。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
在所述配置信息存储模块中存储的传感器类型信息包括：传感器标识以及该类型传感器的输出数据格式默认转换公式。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
在所述配置信息存储模块中存储的消息格式信息包括：传感器网络支持的消息类型信息、消息参数信息以及消息编码格式信息。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述传感器网络支持的消息类型包括：查询类型消息和控制类型消息。
7.根据权利要求2所述的***，其特征在于，
在所述配置信息存储模块中存储的传感器网络组网信息包括：传感器网络的节点信息、节点上安装的传感器信息。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，
所述传感器网络的节点信息包括：节点标识、节点状态、节点通信地址。
9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，
所述节点上安装的传感器信息包括：传感器标识、传感器状态、传感器输出数据格式。
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