通用物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺的技術(shù)架構(gòu)

摘要：介紹了通用物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺的技術(shù)架構(gòu)，對包括感知層的數(shù)據(jù)采集匯接設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)層的多辦議中間件和應(yīng)用層的跨平臺管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行了深入研究，給出了Siteview6200型C5I iotware網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集匯接設(shè)備、nMedias中間件和iotware物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件平臺的主要功能和應(yīng)用特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；信息管理平臺；技術(shù)架構(gòu)；通用

0 引言
作為第三次工業(yè)革命的代表，近年來，物聯(lián)網(wǎng)得到迅速的發(fā)展，但是，也存在平臺多種多樣、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、缺乏創(chuàng)新等問題，嚴(yán)重制約著物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺。該平臺具有一定的技術(shù)先進(jìn)性、健壯性和通用性，能適應(yīng)廣泛的傳感節(jié)點(diǎn)和不同的行業(yè)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理，使物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加普遍和靈活，提升我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的競爭力。同時，本文從感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的角度，對通用物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了深入研究，以便對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的行業(yè)整合提供一種思路和技術(shù)支撐。

1 平臺概述
通用物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺(以下簡稱C5I iotware)是在物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的軟硬件相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺。該平臺主要包括以下三個部分：以嵌入式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(以下簡稱uNOS)為核心的匯接設(shè)備(感知層)、以可管理式思想為設(shè)計(jì)理念的多協(xié)議中間件(以下簡稱nMedias)(網(wǎng)絡(luò)層)和開放的跨平臺應(yīng)用層軟件iotWare(應(yīng)用層)。整個平臺體現(xiàn)了一個(開放式)架構(gòu)、二個(中間件和平臺技術(shù))中心、三個(接口、通信和管理)標(biāo)準(zhǔn)和四個統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念(理論與實(shí)踐、學(xué)習(xí)與實(shí)施、體驗(yàn)與管理、仿真與設(shè)計(jì))。該平臺基于云的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)云的布設(shè)和應(yīng)用，能適合多業(yè)務(wù)綜合管理、工業(yè)應(yīng)用和戰(zhàn)場環(huán)境。圖1所示是本物聯(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺的技術(shù)架構(gòu)。

1．1 硬件技術(shù)
C5I iofWare的硬件采用模塊化的接口設(shè)計(jì)，可支持熱插拔的CPU引擎和輕量級的嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)uNOS。它裁剪于軍用和工業(yè)設(shè)計(jì)的專業(yè)路由器及防火墻核心軟件，具有500 ms啟動系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的能力，擁有128個虛擬網(wǎng)絡(luò)端口支持和高性能Web服務(wù)器。
1．2 軟件技術(shù)
整個C5I iotWare的軟件分布在三個層面上，即末端運(yùn)行的uNOS嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作平臺。其中，uNOS主要完成對感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和匯總，并提供數(shù)據(jù)仿真的功能；nMedias中間件軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和信息交互；iotWare軟件呈現(xiàn)感知設(shè)備或節(jié)點(diǎn)的實(shí)時狀態(tài)信息和歷史數(shù)據(jù)等。軟件全部采用B／S架構(gòu)設(shè)計(jì)，客戶端通過瀏覽器訪問云端數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的高容錯性和高可靠性。軟件具有計(jì)算機(jī)連接訪問密碼、用戶密碼、系統(tǒng)密碼、數(shù)據(jù)庫密碼和頁面密碼的保護(hù)和設(shè)定，可保證系統(tǒng)的安全性，能使所有傳感器、計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、音頻／視頻、程序、物流、定位管理等在一個平臺界面上實(shí)現(xiàn)。
1．3 軟／硬件一體機(jī)
將以上兩個云部件盡可能多地裝入“口袋”是對當(dāng)今強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用的一大創(chuàng)新和貢獻(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、專業(yè)學(xué)習(xí)與工程實(shí)施、項(xiàng)目體驗(yàn)與計(jì)劃管理、設(shè)備仿真與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高度集中和統(tǒng)一。“口袋”里裝入了128x32個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通道采集設(shè)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(lián)網(wǎng)綜合信息管理平臺的濃縮版，可實(shí)現(xiàn)全方位工業(yè)環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境的體驗(yàn)及商業(yè)環(huán)境的C5I應(yīng)用。

2 通用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集匯接設(shè)備
Siteview6200是C5I iotWare網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集匯接設(shè)備，硬件采用模塊化的接口設(shè)計(jì)，包括抗電磁干擾的傳感器接口和抗黑客攻擊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集接口，單一接口可實(shí)現(xiàn)模數(shù)混合、電壓電流制式異同共享能力，支持熱插拔的CPU引擎；設(shè)備運(yùn)行嵌入式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)uNOS，可實(shí)現(xiàn)對感知節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和匯總，并提供數(shù)據(jù)仿真的功能。該操作系統(tǒng)軟件采用B／S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可通過Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，方便對感
知節(jié)點(diǎn)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(rèn)證機(jī)制，支持TCP／UDP等多版本網(wǎng)管協(xié)議和自定義數(shù)據(jù)格式私有協(xié)議。圖2所示是C5I iotWare網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集匯接設(shè)備的原理組成。

Siteview6200擁有多種工作模式：既可作為數(shù)據(jù)采集終端，也可作為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)；既可作為實(shí)際物理數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也可作為真實(shí)全仿真器。當(dāng)運(yùn)行在仿真模式時，可實(shí)現(xiàn)最多128臺全設(shè)備仿真，而且只需一臺設(shè)備即可搭建一個微型的數(shù)據(jù)采集環(huán)境。它的接口設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)如下：
一路10M／100M自適應(yīng)以太接口；
一路485接口，采用主／從方式，可作為級聯(lián)的節(jié)點(diǎn)和終點(diǎn)；
支持光電隔離的干節(jié)點(diǎn)輸入；
支持標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA或0～5 V的模擬信號輸入；
支持?jǐn)?shù)據(jù)信號輸入；
最多可支持32路數(shù)據(jù)通道接口；
用戶可自定義數(shù)據(jù)通道的類型、閾值、測量范圍等參數(shù)；
可提供開放的軟件接口，方便與第三方軟件無縫集成；
內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)管協(xié)議，可方便地集成到第三方管理系統(tǒng)。