一种组件式传感节点及其构造方法

专利名称：：一种组件式传感节点及其构造方法
技术领域：
：本发明涉及一种计算机技术、传感技术和智能控制技术交叉应用领域的传感节点及构造方法，特别是涉及一种组件式传感节点及其构造方法。
背景技术：
：当前，作为贯穿国民经济各个领域的物联网技术，其应用的场合已经无所不包，应用的需求也日呈复杂性。这些变化可概括为如下几个方面系统分布的广域性，对象特征的多样性、应用控制的复杂性。作为物联网的基础设备传感节点，也随着计算技术、传感技术的发展进入一个新的研究阶段。但是目前在传感器的应用环境中，由于外界传感器的物理属性的多样性，导致了传感节点的重构，大大增加了应用成本，因此，通过对外接传感器(硬组件)属性进行定义、描述、封装以及生命周期管理，形成软组件形式，以屏蔽不同传感对象属性的差异，给应用提供统一的接口，不必关心各个硬组件的具体属性和细节，自动识别外接传感器，形成一个可组装的，可即插即用的传感节点平台，来满足低成本的数据采集、监视控制在产业中应用就显得尤为紧迫和必要。
发明内容本发明的目的是提供一种组件式传感节点，着重解决在传感应用环境中，由于外接传感器的物理属性多样性而导致传感节点的重构性问题；为此，本发明还要提供一种组件式传感节点的构造方法。为了解决上述技术问题，本发明提供一种组件式传感节点，包括平台和传感组件，所述平台包括运行环境、管理库、资源库、内部接口和适配器，所述运行环境采用插座式的框架体系，包括消息引擎、服务引擎、工作流引擎和规则引擎；管理库、资源库和适配器作为模块插入到内部接口中，适配器通过内部接口实现和管理库、资源库的信息连接，由运行环境调度使用；所述传感组件为外接传感器，传感组件通过适配器和平台进行信息交换。管理库包括规则管理模块和数据管理模块，资源库包括软组件库模块和资源管理模块，适配器包括数据层适配器和物理层适配器，数据层适配器包括数据复制、数据转换、数据清洗和数据路由模块，物理层适配器包括设备类型、技术参数、数据格式和功能描述模块，适配器用来实现外接传感器和系统的连接，使数据在物理层适配器和数据层适配器之间双向流动，外接传感器的信息经信息模型和相应的语意描述定义后在软组件库模块中对应一个软组件信息，再通过运行环境使外接传感器的信息被用户应用。资源管理模块包括软组件注册器、软组件控制记录和软组件监视器，管理库中的规则管理模块和数据管理模块给外接传感器提供连接、变量、规则、服务、流程的处理规则和流程技术，通过资源库中的资源管理模块配置应用项目所需的运行规则，并将描述的软组件保存在软组件库模块中。内部接口是一个数据接口。本发明还提供一种组件式传感节点的构造方法，包括如下步骤构建组件式传感节点平台步骤，组件式传感节点平台包括运行环境、管理库、资源库、适配器和内部接口，运行环境采用插座式的框架体系，包括内置的消息引擎、服务引擎、工作流引擎和规则引擎组件，管理库、资源库和适配器插入到内部接口中，由运行环境调度使用；管理步骤，每个外接传感器被管理库描述和定义后即生成一个软组件，每个软组件通过组件注册管理器对每个软组件进行注册，生成软组件控制记录，每个软组件和对应生成的软组件控制记录是一一对应关系，软组件控制记录中提供一个软组件监视器，监控软组件；绑定步骤，软组件和内部用户的应用之间建立动态调用关系，资源管理模块中的绑定管理器根据软组件库中的软组件控制记录所提供的软组件服务能力，以及内部用户的应用请求，在平台环境下查询、发现软组件，并对选定的软组件和应用请求之间建立的服务映射表，以实现绑定，产生满足应用请求的所对应的外接传感器；软组件监视器对软组件的监控包括激活、睡眠、销毁时间的管理。软组件控制记录包括软组件属性和状态记录，通过绑定管理器进行包括应用请求、对象发现、软组件绑定和应用实现步骤。管理库和资源库通过规则管理模块、数据管理模块和资源管理模块对外接传感器的类型、技术参数、数据格式和功能定义后，以相关变量的软组件形式描述；所述软组件通过三层结构的四元组信息模型描述，包括物理层、适配层和应用层结构，四元组组信息包括传感组件的类型表示、接口的电器类型、通信数据形式和传感组件能力特征。本发明的运行环境是节点可编程过程的运行容器，采用插座式的框架体系，内置消息引擎、服务引擎、工作流引擎、规则引擎等核心组件。管理库、资源库和数据层适配器、物理层适配器作为“插件”插入到内部接口中，由运行环境调度使用。物理适配器通过外部设备接口读取所要识别的外接组件的信息，从资源库加载相关的软组件库中的软组件，自动配置构造文件装配不同应用功能的传感节点，对传感组件的物理层自动设定，再通过数据层适配器的数据格式转换，进行相应的软组件对应配置；管理库给外接传感器提供处理规则和流程技术，包括连接、变量、规则、服务、流程等资源使用，通过数据管理模块和资源管理模块配置应用应用请求所需的运行规则，并保存在软组件库模块中。内部接口是一个数据接口，也是应用层与设备层得一个中间层，支持面向服务架构体系设计(SOA:ServiceOrientedArchitecuture)。信息模型(Device^formationUnit)为一个四元组。语意描述集对软组件内容进行描述，表示为信息模型(T，I，F，C)，其中T是某种组件类型信息表示，例如温度、湿度、压力传感的类型表示形式；I是接口的电气类型信息表示，如模拟或数字接口等；F是通信数据形式的描述，例如数据帧格式特征等；C是传感能力特征的描述，例如是单功能、多功能或智能化的传感器。内部用户发出应用请求，外部设备为外部传感器或传感组件。本发明的有益效果是1、提供统一、开放的架构体系。2、采用“插座式”的架构，面向服务架构体系设计(SOA=ServiceOrientedArchitecuture)思路，支持组件化设计。3、统一接口，提供统一的数据格式接口、统一的处理接口(服务、流程等)、统一的可视化界面接口等。4、即插即用功能和可编程功能，新增一种类型传感组件，只需增加该组件的定义和描述即可，注册软组件到该系统中，即可共享该系统的所有资源，实现即插即用功能。5、可以像拼积木一样组合所适配的传感组件，以文件调用的方式，现场配置传感节点的新功能，创建和编译新的传感平台，具有可编程的能力。6、满足物联网要求、能在现场自动组成智能监控系统的传感节点技术。图1为被发明的一种组件式传感节点的构造原理图。图2为本发明的软组件属性定义信息映射关系图。图3为本发明的软组件的管理结构图。图4为本发明的软组件绑定流程图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例如图1、图2、图3和图4所示，本实施例设计一种组件式传感节点及其构造方法，包括运行环境、管理库、资源库、适配器(物理适配器、数据适配器)和内部接口。运营环境是平台可编程过程的运行容器，采用插座式的框架体系，包括内置消息引擎、服务引擎、工作流引擎、规则引擎核心部件，管理库、资源库和适配器作为“插件”插入到内部接口中，由运行环境调度使用。管理规则库给外接的传感组件提供处理规则和流程技术，包括连接、变量、规则、服务、流程等资源使用，通过管理工具配置应用项目所需的运行规则，并保存在组件库中。资源库实现软组件的属性管理，对外接传感器的类型、技术参数、数据格式、功能等属性定义，以相关变量描述。变量包含了变量的成分、成员类型、相应的使用方式等信息。变量以动态表达式使用在流程处理中，以动态绑定的方式达到外接传感器即插即用的目标。适配器用来实现外接传感器和系统的连接，支持物理层的数据与数据层的数据之间的双向流动。适配器主要包括物理层适配器和数据层适配器，在物理层，主要实现设备连接、参数连接、格式连接和功能连接。在数据层，支持由数据交换平台向业务系统数据格式的格式化处理，包括数据复制、数据装换、数据清洗、数据路由等。内部接口是一个数据接口，也是应用层与设备层得一个中间层，支持面向服务架构体系设计(SOA:ServiceOrientedArchitecuture)。本实施例的组件式传感节点能对外接传感器(硬组件)的属性进行描述、定义、封装并使其生成软组件，并注册到资源库中的软组件库模块中，形成硬组件与软组件的映射关系，根据不同的应用需求，自动识别外接的硬组件单元，并从从资源库中选择适用的软组件单元，通过配置、绑定和连接管理等流程，以构造不同的传感节点系统，可以灵活地配置在不同的数据采集、监视控制场合。传感节点平台具有可编程的能力，外接传感组件具有“即插即用”的功能，具体的工作过程如下适配器通过外部设备接口读取所要识别组件的信息，用以辨识当前与系统连接的传感器的类别，从资源库加载相关的内置软组件单元，自动配置构造文件，装配不同的传感节点，从而实现对传感组件物理层的自动设定和数据层的格式转换。在不同的应用环境，更换不同的外接传感组件，进行相应的软组件单元进行配置，即可再次形成新的传感组合，毋需人工干涉，从而实现了传感组件的即插即用功能。本实施例的构造方法，绑定步骤为设计一个传感组件的信息模型和定义一组相应的语意描述集，用于对每一个所连接的传感组件进行规范描述和包装，以使得外接传感器成为软组件。传感组件是指外接传感器，根据不同的应用请求，需要选择不同功能、性能的外接传感器。信息模型(DeviceInformationUnit)定义为一个四元组语意描述集对软组件内容进行描述，具体表示为DIU=(T(type)，I(interface)，F(format)，C(content))，其中T是某种软组件的类型信息表示，例如温度、湿度、压力传感的类型表示形式；I是软组件的接口电气类型信息表示，如模拟或数字接口等；F是通信数据形式的描述，例如数据帧格式特征等；C是传感能力特征的描述，例如是单功能、多功能或智能化的传感器。外部设备的对应软组件具有三个不同的级别层次应用层的信息模型(T，I)、适配层的信息模型(T，I，F)和物理层的信息模型(T，I，F，C)。物理层面向硬件，适配层面向软连接，应用层面向内部用户的应用请求。第一级信息模型(T，I)具有面向硬连接的特点，表示外部传感器的基本物理属性和电气属性，接口的物理连接方式，支持节点物理配置管理，为不同类型的外接传感器与本实施例的节点平台之间建立一种物理通道上的绑定，对应平台中的物理层适配，这是实现识别传感组件的物理基础。第二级信息模型(T，I，F)具有面向软连接的特点，以面向协议表示的方式，支持节点信息流管理。使外接传感器能够与节点平台之间建立一种数据通道上的约定。对应本实施例平台中的数据层适配器。实现格式转换、格式的翻译、数据聚类、基于规则的替换等，以形成与传感组件交互的统一数据格式。第三级信息模型(T，I，F，C)具有面向本实施例系统配置的特征。以面向功能表示的方式，支持节点的智能化管理和应用，是和特定业务系统的连接及相关业务信息的处理，是最高层的配置管理，由平台的配置管理进程进行控制，以配置文件的形式提供给管理者，以实现现场的可编程、可配置。信息模型具有面向信息表示、面向设备和面向人的特性。面向信息表示是传统的信息交互模式，不具有智能化的能力；面向设备的特性是能根据设备属性和功能自动变换信息表示；面向人的特性会根据不同的场景自动选择信息表示。它们之间的信息映射关系如图2所示，这种信息映射关系表示它们在这个模型中，可以在交互的维度上进行适度的迁移，即在传感平台具有可编程功能的前提下，可以升迁到面向设备的信息呈现和面向人的信息呈现；而在传感平台不能可编程的前提下，可以平滑过渡到面向信息表示的级别，以保证信息交互的最低可用性。传感组件对应的信息模型特点是信息生成和信息消费具有独立性，信息体作为一个独立的功能个体，在生成和被调用的过程中，被解耦在可编程系统之外。因此，该功能体能够接受按规范包装的任何信息源，并且能够通过软组件形态以动态的输出方式连接到适宜的内部用户上去。传感组件的对应信息模型消除了可编程环境中信息产生和信息提供之间的紧耦合，支持组件式的传感节点平台的应用编程可能性。管理步骤，当一个外接传感器被描述、定义并组装完成后即生成一个软组件，对该组件的生命周期管理如图3所示。软组件生命周期管理的首要任务是对软组件的注册，以便能为平台可编程所调用。软组件注册管理器(ComponentREG)对软组件进行注册，生成软组件控制记录(ComponentControlLog)。软组件控制记录包括软组件属性和状态。软组件的属性是软组件的元信息，即信息模型中所定义和描述的信息；软组件的状态，包括有软组件的标志符、类型、创建时间和粒度(是类级还是服务级)等等。这里把软组件和它的软组件控制记录捆绑在一起，这样不管是什么粒度什么功能的软组件都可以方便的进行管理。软组件控制记录与软组件是一一对应的关系，每当系统创建一个软组件，就会设置一个软组件控制记录，再利用软组件控制记录对软组件进行管理和控制；同样当软组件被撤消时，系统就收回其软组件控制记录，意味该软组件随之消亡。所以，软组件控制记录是软组件存在的唯一标志。软组件控制记录中提供了一个软组件监视器(ComponentMonitor)，用以完成对软组件生命周期的监控，功能包括以什么方式创建软组件，创建永久软组件还是临时软组件，什么时候激活软组件，什么时候睡眠软组件，什么时候销毁软组件等。处于安全方面的考虑，生命周期管理在一般情况下全权由软组件监视器负责。在系统初始化时，首先把所有软组件控制记录存放在软组件注册器中；软组件注册器定期检测系统中的软组件，始终保持可用软组件的最新记录。检测的时间周期可以通过系统设置，以秒为单位，分别乘以自然数。每当新软组件进入系统空间一段时间之后，就会被检测到；并且在软组件注册器中会加入一条关于这个新软组件的记录信息。同样，如果连续两次没有检测到旧软组件的记录，则该旧软组件记录从软组件注册器中被删除，表示软组件从系统中离开。为了完成某个任务，需要符合某些功能要求的软组件(比如说要求该软组件完成压力传感功能及传感压力的精度值)。系统向软组件注册器提出要求，查找是否有能够满足要求的软组件。如果这样的软组件不存在，则返回空值；如果这样的软组件存在并且唯一，则读取软组件控制块的完整信息，按照接口要求访问软组件；如果这样的软组件不止一个，则读取所有这些满足条件的软组件控制块的完整信息，然后比较这些软组件的性能和网络代价，从而选出最佳软组件。绑定步骤在实际应用中，软组件与应用请求之间要建立动态调用关系，按照通信语义和连接过程来实施，即进行软组件的绑定，一个被选定的软组件通过运行环境与一个应用建立起调用和被调用的操作关系。在绑定的过程中，绑定管理器(BindingManagement)根据软组件库模块中的软组件控制记录所提供的能力服务描述，以及应用需求信息，在运行环境下动态调整软组件和应用请求之间的绑定、查询、匹配，以产生满足应用需求的功能，以此来支持异构环境下的互操作。绑定管理流程包括应用请求、对象发现、组件绑定和应用实现等过程。动态绑定过程如图4所示应用请求(Applications)向绑定管理器提出请求信息“Reql_Appl_IDl”，绑定管理器将服务需求“BMl+Appl_IDl”复制给软组件注册器管理器(ComponentREG),软组件注册器管理器根据服务需求进行查询，并将满足需要的控制记录“LLC2+Appl_IDr’服务引用返回给动态绑定层，动态绑定层进行仲裁后，将相应的“LLC2+Appl_IDl”填入软组件与映射表(Maptable)进行绑定。应用请求通过绑定管理器的接口(BML)提出需求信息，并通过映射表(MapTable)获取满足该需求的软组件调用索引，其接口(BML)和映射表(MAPtable)定义如下//BMLInterfaceBindingManagementInterface{IntSubscribeRequirement(InstringregisterEvent；OutintregisterNmu)IntDelSubscribe(inintregisterNum)；IntGetRequirementService(InintRegisterNum;OutstringRequirementServiceIDn)；}操作1、SubscribeRequirement注册需求信息(参数registerEvent月艮务需求信息；参数registerNmu注册号)；操作2、DelSubscribe取消注册(参数registerNum注册号)；；操作3、GetRequirementService获取服务引用(参数RegisterNum注册号；参数RequirementServiceIDn服务对象应用；)//MAPJableInterfaceMAP_TableInterface{IntSubscribeRequirement(InstringregisterEvent；OutintregisterNmu)IntDelSubscribe(inintregisterNum)；IntGetRequirementService(InintRegisterNum;OutstringRequirementServiceIDn)；}操作4、SubscribeRequirement注册需求信息(参数registerEvent月艮务需求信息；参数registerNmu注册号)；操作5、DelSubscribe取消注册(参数registerNum注册号)；；操作6、GetRequirementService获取服务引用(参数RegisterNum注册号；参数RequirementServiceLlc返回服务对象应用；)绑定管理器动态地管理软组件资源与应用请求之间的对应关系。主要涉及的数据结构包括一张软组件与映射表(MapTable)。其中包含了应用与应用请求之间的对应关系。每个表项包括应用请求描述IDn和满足该应用请求的配置引用LLCn。每个应用请求描述ID在映射表(MapTable)对应一条应用请求描述，绑定管理器动态查询满足应用请求的服务，并动态更新映射表(Maptable)。当原有的动态绑定应用请求解除时，将激发绑定管理器又一次的请求复制和查找过程。并将相应的结果返回给绑定管理器，并在映射表(Maptable)中将相应的“LLC+App+ID”信息删除而解除绑定。动态绑定是依据绑定管理器和映射表(Maptable)之间的请求、记录、应用和删除，即可获得服务引用，而不用关心下层环境的变化。本实施例的有益效果是1、提供统一、开放的架构体系。2、采用“插座式”的架构，面向服务架构体系设计(SOA=ServiceOrientedArchitecuture)思路，支持组件化设计。3、统一接口，提供统一的数据格式接口、统一的处理接口(服务、流程等)、统一的可视化界面接口等。4、即插即用功能和可编程功能，新增一种类型传感组件，只需增加该传感组件的定义和描述即可，注册软组件到该系统中，即可共享该系统的所有资源，实现即插即用功能。5、可以像拼积木一样组合所适配的传感组件，以文件调用的方式，现场配置传感节点的新功能，创建和编译新的传感平台，具有可编程的能力。6、满足物联网要求、能在现场自动组成智能监控系统的传感节点技术。权利要求1.一种组件式传感节点，包括平台和传感组件，其特征在于所述平台包括运行环境、管理库、资源库、内部接口和适配器，所述运行环境采用插座式的框架体系，包括消息引擎、服务引擎、工作流引擎和规则引擎；管理库、资源库和适配器作为模块插入到内部接口中，适配器通过内部接口实现和管理库、资源库的信息连接，由运行环境调度使用；所述传感组件为外接传感器，传感组件通过适配器和平台进行信息交换。2.根据权利要求1所述的一种组件式传感节点，其特征在于管理库包括规则管理模块和数据管理模块，资源库包括软组件库模块和资源管理模块，适配器包括数据层适配器和物理层适配器，数据层适配器包括数据复制、数据转换、数据清洗和数据路由模块，物理层适配器包括设备类型、技术参数、数据格式和功能描述模块，适配器用来实现外接传感器和系统的连接，使数据在物理层适配器和数据层适配器之间双向流动，外接传感器的信息经信息模型和相应的语意描述定义后在软组件库模块中对应一个软组件信息，再通过运行环境使外接传感器的信息被用户应用。3.根据权利要求2所述的一种组件式传感节点，其特征在于资源管理模块包括软组件注册器、软组件控制记录和软组件监视器，管理库中的规则管理模块和数据管理模块给外接传感器提供连接、变量、规则、服务、流程的处理规则和流程技术，通过资源库中的资源管理模块配置应用项目所需的运行规则，并将描述的软组件保存在软组件库模块中。4.根据权利要求1或3所述的一种组件式传感节点，其特征在于内部接口是一个数据接口。5.一种权利要求1所述的组件式传感节点的构造方法，其特征是包括如下步骤构建组件式传感节点平台步骤，组件式传感节点平台包括运行环境、管理库、资源库、适配器和内部接口，运行环境采用插座式的框架体系，包括内置的消息引擎、服务引擎、工作流引擎和规则引擎组件，管理库、资源库和适配器插入到内部接口中，由运行环境调度使用；管理步骤，每个传感组件被管理库描述和定义后即生成一个软组件，每个软组件通过组件注册管理器对每个软组件进行注册，生成软组件控制记录，每个软组件和对应生成的软组件控制记录是一一对应关系，软组件控制记录中提供一个软组件监视器，监控软组件；绑定步骤，软组件和内部用户的应用之间建立动态调用关系，资源管理模块中的绑定管理器根据软组件库中的软组件控制记录所提供的软组件服务能力，以及内部用户的应用请求，在平台环境下查询、发现软组件，并对选定的软组件和应用请求之间建立的服务映射表，以实现绑定，产生满足应用请求的所对应的外接传感器。6.根据权利要求5所述的一种组件式传感节点的构造方法，其特征是软组件监视器对软组件的监控包括激活、睡眠、销毁时间的管理。7.根据权利要求5或6所述的一种组件式传感节点的构造方法，其特征是软组件控制记录包括软组件属性和状态记录，通过绑定管理器进行包括应用请求、对象发现、软组件绑定和应用实现步骤。8.根据权利要求7所述的一种组件式传感节点的构造方法，其特征是管理库和资源库通过规则管理模块、数据管理模块和资源管理模块对外接传感器的类型、技术参数、数据格式和功能定义后，以相关变量的软组件形式描述；所述软组件通过三层结构的四元组信息模型描述，包括物理层、适配层和应用层结构，四元组组信息包括传感组件的类型表示、接口的电器类型、通信数据形式和传感组件能力特征。全文摘要本发明提供一种组件式传感节点及其构造方法，包括组件式传感节点平台和传感组件，组件式传感节点平台包括运行环境、管理库、资源库、适配器和内部接口，运行环境采用插座式的框架体系，包括内置的消息引擎、服务引擎、工作流引擎和规则引擎组件，管理库、资源库和适配器插入到内部接口中，由运行环境调度使用，共享资源，实现即插即用功能；实现统一、开放的架构体系，满足物联网要求、能在现场自动组成智能监控系统的传感节点技术。文档编号G06F9/44GK102411502SQ20111026648公开日2012年4月11日申请日期2011年9月9日优先权日2011年9月9日发明者孙建荣,程伟明申请人:南京西奥仪表测控有限公司