一種物聯網計算機系統的制作方法

專利名稱：一種物聯網計算機系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于物聯網技術領域，尤其涉及一種用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統。。
背景技術：
隨著計算機技術、電子技術的快速發展，互聯網的興起，物聯網的出現，使的今天的社會變成了以計算機為核心的信息社會。在信息社會中，信息的獲取、處理、交流和決策都需要大量高質量的計算機軟件，尤其是物聯網高度穩定性、可靠性、安全性和可控性的特點，這就促使人們對計算機軟件的品種、數量、功能、質量、成本和開發時間等提出了越來越高的要求。然而，不幸的是，要想使軟件功能更強、使用更方便，開發出來的軟件就越復雜、越龐大。人們的軟件開發能力越顯得力不從心，以致軟件開發計劃一拖再拖，成本失去控制，軟件質量得不到保證，最終導致整個項目的失敗。·作為嶄新的綜合性信息系統，物聯網并不是單純的網絡概念，它包括信息的感知、傳輸、處理決策、服務等多個方面，呈現出自身顯著的特點。首先是對客觀物理世界的全面感知，它不僅表現在對單一的現象或目標進行多方面的觀察獲得綜合的感知數據，也表現在對現實世界各種物體現象的普遍感知；其次是物聯網實體間的泛在互聯，表現在各種物體經由多種接人模式實現異構互聯，也突出表現在物聯網不僅包括互聯網、電信網等公共網絡，還包括電網和交通網等專用網絡，錯綜復雜，形成“網中網”的形態；第三是智慧的信息處理和決策，它體現在物聯網中從感知到傳輸到決策應用的信息流，并最終為控制提供支持，也廣泛體現出物聯網中大量的物體和物體之間的關聯和互動。物體互動經過從物理空間到信息空間，再到物理空間的過程，形成感知、傳輸、決策、控制的開放式的循環。物聯網具有顯著的異構性、混雜性和超大規模等特點。異構性表現在不同制造商、不同擁有者、不同類型、不同級別、不同范疇的對象網絡共存于物聯網中，網絡之間在通信協議、信息屬性、應用特征等多個方面存在差異性，并形成混雜的異構網絡或“網中網”形態；混雜性表現在網絡形態和組成的異構混雜性，多信息源的并發混雜性，場景、服務和應用的混雜性等多個方面；物聯網是物理世界與信息空間的深度融合系統，是涉及全球的人、機、物的綜合信息系統，其規模之大無所不包。物聯網的上述特點決定了感知層數據的特性，即異構的、混雜的、大規模的實時流感知數據，同時，感知數據還具有一個顯著特點就是時空特性，就是感知數據在特定時間和特定空間內才有意義，如果不在這個地點或過了這個時間，數據的意義可能就不大了。如中關村大街的交通相關信息，這些交通信息通過很多節點實時采集，是大數據量的隨時間不斷采樣的實時流信息。這些信息是在這個區域的人車才真正需要了解當時的詳細擁塞或停車信息等，以便及時掌握交通動態，調整行車路線或停止地方，其他地方的人們可能不關心這個區域的交通信息，或僅僅只需要了解大概情況，實時性要求也不是很高，如了解中關村大街的歷史交通信息等，另外，物聯網的物體之間需要協同交互，對事件及時做出反應，這就需要實時性采集、處理和控制。如在中關村大街上前后行駛的兩輛車需要實時交互，既要保持暢通行駛，又要通過保持一定的車距來保證安全性，這就需要在當前場景下局部空間內車輛之間實時通信和決策處理。由此可見國內外同類產品對異構、混雜和超大規模的物聯網應用的支持是不夠的。為解決這個軟件危機，人們一直在進行著持續不斷的努力。概括起來，人們的努力有兩個方向，一是軟件工程、軟件項目管理的方向，一是軟件技術革新的方向。從誕生到現在，軟件產業涌現了大量的技術革新。每一次的技術革新都向解決軟件產業的基本矛盾邁進了一步。在所有的技術革新中，軟件框架平臺是最有意義的，也是最有生命力的。框架平臺的使用很好地解決了以上問題。框架最大的好處就是重用，因為框架已經完成了軟件開發中基礎的、底層的功能，開發人員可以不用再考慮底層開發的細節，而是把精力完全地放在業務邏輯的開發上。這就使得開發人員不用從頭開始進行軟件的開發，縮短了軟件的開發周期，簡化了軟件開發的難度，增強了軟件的健壯性和可維護性。軟件框架(Software Framework)是整個或部分軟件系統的可重用設計。一個框架是多個可復用的設計構件的集合體，它規定了應用的體系結構，闡明了整個設計、協作構件之間的依賴關系、責任分配和控制流程，表現為一組抽象類以及其實例之間協作的方法，它為構件復用提供了上下文(Context)關系。 由于框架平臺對軟件開發的巨大意義，國際國內很多企業投入框架平臺的產品的研發。主要的框架平臺包括IBM WebSphere、Oracle Service Bus、銳易特Infomatic、東方通Tonglntegrator、金蝶Apusic,這些框架平臺都是符合面向服務架構SOA的中間件，它們不是某個產品，而是一種全新的集成應用，協調資源和操縱信息的框架，這些平臺比較適合基于互聯網的企業信息系統的開發，不能對物聯網應用提供全方位(尤其不能對傳感層)支撐，不適合物聯網應用系統。在物聯網傳感設備接口系統中，設備接口程序開發人員除了關心外設本身的工作方式和控制方式以外還不得不關心操作系統和硬件平臺的技術細節，這無疑加重了設備驅動程序開發和維護的負擔，特別是在當前多種嵌入式操作系統和硬件平臺并存的情況下。在物聯網應用中，傳感網絡發展規模越來越大，也越來越復雜，傳感設備的異構性也變的更高，以下幾個問題越來越突出物理上隔離普通的一個物聯網應用中，傳感網往往就由很多不同的子網組成，可以分布在不同的地理位置上；傳感設備種類繁多如在智能家居應用中，有采集電視、冰箱、洗衣機、壁掛率、照明燈等狀態，以及采集溫度、濕度、甲醛濃度、CO濃度等環境狀態的各類傳感器；傳感設備數目大量增大；設備往往也來自于不同廠家和公司；設備型號不同；在傳感網絡中運行著各種各樣的應用系統，隨著應用系統的多樣化，對帶寬要求的提高和用戶對網絡的性能要求的提高。這些問題使得對傳感設備的管理十分復雜。

發明內容
為了解決目前遇到的問題，本方案提出了用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，此框架在傳統符合面向服務架構的ESB(企業服務總線)基礎上，根據物聯網中傳感設備接入特點，借鑒計算機網網絡設備管理SNMP (簡單網絡管理協議)的原理，設計了傳感網絡管理體系結構并開發了傳感網絡管理協議SNMP (Sensor Network ManagementProtocol)，在此基礎上，采用“插件”和“設備驅動”技術，把基于SOA的企業服務總線ESB(Enterprice ServiceBus)平臺拓展到物聯網從等層的傳感互動、數據聚集、到上層的智能應用、應用客戶端支持，提供了全方位框架支持，并且把平臺的軟件組件硬件化，固化到嵌入式設備中。本發明實施例是這樣實現的，一種用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，所述計算機系統基于框架技術，并且把物聯網應用共性的核心支撐構件硬件化、設備化，所述計算機系統包括下列固化在嵌入式設備中的部件南橋，用于為傳感數據的傳輸提供網關，并且對各種設備進行集中控制和管理；北橋，是物聯網應用的樞紐，完成應用引擎、客戶端代理及數據適配器之間的轉接功能，并提供協議轉換、安全控制等基礎服務；通訊接口，由一系列針對有線或者無線通訊方式進行數據接收和發送的組件，南橋調用這些通訊接口，通過通訊總線接收傳感設備發送來的數據；
顯示設備接口，由一系列針對特定顯示設備的數據發送和用戶指令接收組件，南橋調用這些顯示設備接口，顯示設備狀態信息或者接收用戶傳感設備的控制指令；傳感設備接口，由一系列針對特定傳感設備和儀表構成的數據采集組件，南橋通過解析設備描述文件，調用這些傳感設備接口，由傳感網絡管理協議、總線對物聯網應用狀態或者環境數據進行多維感知和數據采集；應用引擎，用于為物聯網應用提供核心引擎，它提供統一的管理控制，完成對服務部署、管理、監控、注冊、查找功能的統一操作，為用戶快速便捷的完成SOA整合環境下總線的搭建工作提供工具支持；應用客戶端代理，用于為核心框架支撐的所有應用系統客戶端提供開發與運行支持，該層組件提供了應用組件接口，支持應用客戶端的開發，該層還提供了與應用引擎的企業服務總線接入；數據適配器，用于實現對各種數據源的信息源的存取操作適配，把應用數據封裝成松耦合、地址透明的數據服務構件。進一步，把與傳感網絡中的傳感設備相聯的支撐構件進行硬件化、設備化，形成叫做南橋的固化件。進一步，所述南橋與傳感網絡連接，根據傳感網絡管理協議SNMP，自動收集各種在線傳感設備的相關狀態信息，借助于設備描述文件，對接受的設備狀態數據進行編碼傳輸；另一方面接受遠程或者本地的傳感設備控制指令，借助于設備描述文件，對接受的指令進行編碼，通過傳感設備接口實現對傳感設備的控制。進一步，把與物聯網應用的業務構件相聯的支撐構件進行硬件化、設備化，形成叫做北橋的固化件。進一步，所述北橋功能如下信息流轉包括信息的偵聽和轉換，與客戶端進行消息傳遞；消息偵聽負責屏蔽不同協議、不同數據格式、不同訪問方式的客戶端消息接收，信息轉換負責調用消息適配器，進行消息的轉換、封裝、提取，提供出口函數接口以實現業務對象與集成消息之間的轉換；信息分發包括本地服務調用和遠程服務的路由，是北橋的核心功能；本地服務調用根據消息轉換后消息封裝的服務描述，對本地服務進行調用，以同步方式得到的服務結果，通過消息轉換進行消息封裝，服務路由根據消息轉換后消息封裝的服務描述，通過服務描述文件中的地址信息，調用消息分發器，分發到運程服務節點中的應用引擎，以異步方式得到服務調用結果，通過消息轉換進行消息封裝；數據適配北橋為數據服務組件提供了服務容器和總線，支持基本數據處理零代碼，使得有由開發人員只需關注業務數據模型和特殊數據處理邏輯，服務容器把持久化對象、對象關系映射、數據訪問對象通過數據總線綁定到一起。本發明提供的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統為所有基于框架開發的物聯網應用系統提供統一的體系結構，所以應用的軟件結構一致性好；基于框架的開發，提供應用組件的標準結構，支持應用組件的動態插拔，容易建立更加開放的系統；由于提取出了物聯網應用的共性基礎組件作為主體框架部分，為業務組件和傳感設備定義了標準的接口，因此在物聯網新項目的開發過程中共性部分的代碼不需要從頭編寫，只需要在框架的基礎上進行一些應用相關構件的開發和調整便可滿足要求，軟件生產效率和質量也得到了提高，對于開發過程而言，這樣做會提高軟件的質量，降低成本，縮短開發時間，簡化軟件地開發難度，增大軟件的效益；軟件設計人員專注于對應用領域的了解，使需求 分析更充分；存儲了經驗，可以讓那些經驗豐富的人員去設計框架和應用領域構件，而不必限于低層編程；允許采用快速原型技術；有利于在一個項目內多人協同工作；可重用性(Reusability)是高質量軟件的重要屬性，軟件重用意味著思想和代碼的一次開發后，可多次用于多個軟件，從而提高了軟件的可靠性、質量與開發效率，由于框架能重用代碼，從一個已有構件庫中建立應用變得非常容易，另外框架為構件提供了統一定義的接口，從而使構件間的通信簡單，而且大力度可重用性使得平均開發費用降低，開發速度加快，開發人員減少，維護費用降低。把框架平臺的組件固化成嵌入式設備中的部件，使得物聯網應用設計與開發生產規范化、工程化、節省空間、運行速度加快、提高可靠性，便于大規模生產和實現標準化。


圖I物聯網應用框架平臺RSS的結構圖，是本發明實施例提供的RSS框架平臺結構圖。圖2物聯網計算機框架的結構圖；是本發明實施例提供的物聯網計算機核心框架結構圖。圖3框架創新技術構成圖；是本發明實施例提供的RSS物聯網應用框架平臺的技術流程圖；圖4框架應用引擎的流程圖，是本發明實施例提供的基于企業服務總線(ESB :Enterprise ServiceBus)技術的應用引擎的功能結構圖；圖5框架客戶端支撐組件結構圖，是本發明實施例提供的應用客戶端組件的功能組成結構圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。圖I示出了本發明實施案例提供的物聯網計算機系統結構圖。應用客戶端層1，是由RSS物聯網計算機框架支撐的所有應用系統客戶端結構，該層組件提供了應用組件接口，支持應用客戶端的開發，該層還提供了與應用引擎的企業服務總線接入。應用引擎層2，是RSS物聯網計算機框架的核心，它通過實現企業服務總線ESB(Enterprise Service Bus)提供物聯網應用開發和運行的支撐。平臺引擎主要有以下功能特點基于面向服務架構S0A，提供可構建基于面向服務的、松耦合的、靈活拆分的信息交換平臺。產品中的服務組件按照其提供功能方式的應用對象劃分，分為基礎服務和應用服務。基礎服務為應用引擎提供基本功能支撐；應用服務完成對應用系統及用戶訪問程序的接入。服務組件之間基于XML同步/異步消息傳送機制，采用標準的傳輸方式，完成彼此間的互聯互通。·應用引擎提供統一的管理控制臺，完成對服務部署、管理、監控、注冊、查找等功能的統一操作，為用戶快速便捷的完成SOA整合環境下總線的搭建工作提供工具支持。應用引擎的每個服務節點支持可定制配置的并發、多實例運行，通過對一個或者多個服務節點組成程序集進行正確的配置，為應用引擎提供穩定的運行環境。通過對總線服務節點進行統一、集中管理，用戶可以從手動管理分布在總線不同物理位置下的服務節點所帶來的繁雜工作中解脫出來，實現了對總線上服務節點的高效地部署與管理，從而摒除了分布式總線所帶來的難于統一、集中管理的問題。應用引擎完成動態鏈接、智能路由、信息流轉等服務總線核心功能，并提供協議轉換、安全控制等基礎服務；應用引擎經由適配器體系銜接各種數據源和應用系統，并實現規則引擎、流程驅動等核心服務到總線的掛接；應用引擎以代理的形式為總線客戶提供服務，具體完成特定業務流程下的信息流轉任務；管理控制臺輔助完成對服務注冊信息、配置信息等關鍵元數據的管理。信息流轉，即信息的路由、傳遞、轉換等，是應用引擎的核心功能。首先，它在保證信息的可靠傳遞的同時，屏蔽不同協議、不同數據格式、不同訪問方式造成的信息交換不暢；其次，它在提高服務的邏輯獨立性的同時，大大降低服務之間的耦合性和依賴關系，使得應用系統可以適應不斷變化的要求；另外，由通暢的信息流轉銜接起來的服務可以被組合成為明確的工作流程，以滿足業務處理的需要。服務監控應用引擎提供了集中的可視化服務監控機制，客戶可以方便地對部署在分布式服務總線上的各服務節點進行實時監控。通過總線全局拓撲的方式，域與域之間的邏輯關聯關系以及某一個域與服務主機的邏輯隸屬關系得以生動的展現，借此用戶可以鳥瞰總線的全局環境。通過各種監控儀表盤，總線業務服務運轉的狀況、在調用服務等過程中產生的標志性問題以及對相關問題的診斷等得到了更直觀的、實時的展現。同時，通過消息報告，用戶可以獲得更為具體、細致的服務交易執行情況。傳感網關層3，一方面，它將傳感網絡與Internet連接，通過重新封裝信息以使從一個系統中傳來的信息被另一個系統讀取，通過同應用通信建立和管理會話，傳輸已經編碼的數據，并解析邏輯和物理地址數據，從而實現兩者之間的信息交換；另一方面，自動收集各種在線傳感設備的相關狀態信息，生成設備描述文件，對各種設備進行集中控制和管理，是數據感知層的核心。具體地說，傳感網關具備以下功能I)接入功能主要實現傳感網絡與電信網絡的連接；2)聯網功能主要實現傳感網絡內部傳感設備之間的連接；3)傳送功能主要實現傳感網絡內部傳感設備與電信網絡之間報文的傳遞；4)核心功能地址功能，實現自身IP地址的獲得以及支持傳感網絡內部傳感設備終端獲得IP地址；Q0S功能，實現多業務流的分級處理及轉發；安全功能，通過認證與加密機制，防止外部網絡對內部傳感網絡的非法訪問以及內部傳感網絡的非法接入。5)遠程管理功能主要實現物聯網應用層對傳感設備的遠程管理和控制。傳感設 備接口層4，由一系列針對特定傳感設備和儀表構成的數據采集組件以及與網關之間的傳輸模塊(比如ZigBee)，用于對物聯網應用狀態或者環境數據進行多維感知和數據采集。數據的產生、獲取、傳輸、處理、應用是物聯網的重要組成部分，其中數據的獲取是物聯網智能信息化的重要環節之一，沒有它，物聯網也就成了無水之源、無木之木。在物聯網中，終端數據的獲取主要是通過RFID、傳感器、紅外感知設備、全球定位系統等設備實現對數據的實時采集，設備接口層組件通過和這些傳感設備連接，并通過傳輸模塊傳遞給網關。圖2示出了本發明實施案例提供的物聯網計算機核心框架結構圖。南橋5，為傳感數據的傳輸提供網關，并且對各種設備進行集中控制和管理；一方面，它與傳感網絡連接，根據SNMP協議(該協議將在下一小節介紹)，自動收集各種在線傳感設備的相關狀態信息，借助于設備描述文件，對接受的設備狀態數據進行編碼傳輸；另一方面接受遠程或者本地的傳感設備控制指令，借助于設備描述文件，對接受的指令進行編碼，通過傳感設備接口實現對傳感設備的控制。北橋6，是物聯網應用的樞紐，完成應用引擎、客戶端代理及數據適配器之間的轉接功能，并提供協議轉換、安全控制等基礎服務；詳細功能描述如下信息流轉包括信息的偵聽和轉換，與客戶端進行消息傳遞。消息偵聽負責屏蔽不同協議、不同數據格式、不同訪問方式的客戶端消息接收，信息轉換負責調用消息適配器，進行消息的轉換、封裝、提取，提供出口函數接口以實現業務對象與集成消息之間的轉換；信息分發包括本地服務調用和遠程服務的路由，是北橋的核心功能。本地服務調用根據消息轉換后消息封裝的服務描述，對本地服務進行調用，以同步方式得到的服務結果，通過消息轉換進行消息封裝，服務路由根據消息轉換后消息封裝的服務描述，通過服務描述文件中的地址信息，調用消息分發器，分發到運程服務節點中的應用引擎，以異步方式得到服務調用結果，通過消息轉換進行消息封裝。數據適配北橋為數據服務組件提供了服務容器和總線，支持基本數據處理零代碼，使得有由開發人員只需關注業務數據模型和特殊數據處理邏輯，服務容器把持久化對象(PO)、對象關系映射(ORM)、數據訪問對象(DAO)通過數據總線綁定到一起。通訊接口 7，由一系列針對特定通訊方式(有線或者無線)進行數據接收和發送的組件，南橋調用這些通訊接口，通過通訊總線(CB Communication Bus)接收傳感設備發送來的數據；顯示設備接口 8，由一系列針對特定顯示設備的數據發送和用戶指令接收組件，南橋調用這些顯示設備接口，顯示設備狀態信息或者接收用戶傳感設備的控制指令；傳感設備接口 9，由一系列針對特定傳感設備和儀表構成的數據采集組件，南橋通過解析設備描述文件，調用這些傳感設備接口，由SNMP (Sensor NetworkManagementProtocol傳感網絡管理協議)總線對物聯網應用狀態或者環境數據進行多維感知和數據米集。應用引擎10，為物聯網應用提供核心引擎，它提供統一的管理控制，完成對服務部署、管理、監控、注冊、查找等功能的統一操作，為用戶快速便捷的完成SOA整合環境下總線的搭建工作提供工具支持；應用客戶端代理11，為核心框架支撐的所有應用系統客戶端提供開發與運行支持，該層組件提供了應用組件接口，支持應用客戶端的開發，該層還提供了與應用引擎的企業服務總線接入；·
數據適配器12，實現對各種數據源的信息源的存取操作適配，把應用數據封裝成松耦合、地址透明的數據服務構件。圖3示出了本發明實施案例提供的圖I物聯網計算機系統的技術方法圖，該方法包括在步驟S301中，設備接口層“設備驅動”技術的應用，使得針對傳感設備的接口程序跨硬件平臺和操作系統移植而無需對源代碼進行任何修改；本框架平臺的設備接口層，采用了在嵌入式環境下設備驅動程序的方式，通過這種方式開發的設備驅動程序能夠跨硬件平臺和操作系統移植而無需對源代碼進行任何修改。這種開發方式無疑會受到獨立設備制造商(IHV)的歡迎，因為這樣的開發方式能縮短設備接口的開發周期并且更快地支持多個平臺。同時，這樣的開發方式能讓設備接口程序開發人員將全部的注意力集中到設備本身的功能和特性上，從而有助于提高設備接口程序的質量。在步驟S302中，基于框架+插件技術的傳感網關結構，使得異構的傳感設備可以實現“插拔”式的插入傳感網關，從而實現物聯網的動態接入；本框架平臺的傳感網關核心框架及其傳感設備插件共同組成了物聯網智能傳感終端的運行和監控、管理、配置的整體系統環境，系統的總體體系結構為傳感設備接入傳感網關采用了“插件”形式，網關主控作為宿主程序。這種設備插件的實現形式采用動態鏈接庫組件方式，實現統一的接口規范，由于網關主控程序與設備插件使用的是同一個地址空間，因此網關主控程序訪問函數指針列表極其方便。當主控程序得到設備插件的一個接口指針時，連接它們的唯一中介是接口的二進制結構。當主控程序查詢查詢插件的某個接口時，它所請求的實際上是具有特定格式的一塊內存。當設備插件返回一個接口指針時，它告訴主程序的實際上是此塊內存的地址。同時，動態鏈接庫為二進制編碼方式，在二進制級上集成軟件，便于知識產權保護，避免人為修改文件造成的破壞，較好地實現了代碼隱藏。由于相對整體軟件的編制量來說，開發單個設備插件的開發工作量僅是一小部分，且不需要全部整體軟件所有模塊的重新編譯與發布，就使得開發設備插件的周期大大縮短。同時也可根據業務需求不同的情況，開展多個設備插件的分工并行獨立開發，提高了開發效率和產品質量。
設備插件集合管理采用簡易方便的文件級管理方式，如果用戶增加新的設備，只需將開發后的設備插件文件放到指定目錄下即可；如果不需要使用哪個插件，在指定目錄下刪除相應文件就可完成。插件庫集合中的插件數量將隨著業務需求的變化而不斷增加，插件功能的覆蓋也會不斷擴充和完善，既保證了整體軟件可靠性，同時又非常有利于技術成果的積累。在步驟S303中，創新性的提出傳感網絡管理協議SNMP，屏蔽了不同種類的設備、不同廠家生產的設備、不同型號的設備的異構性，使得設備管理終端可以一個統一的接口和協議來管理所有傳感設備；它的基本思想就是為不同種類的設備、不同廠家生產的設備、不同型號的設備，定義一個統一的接口和協議，使得設備管理終端可以使用統一的外觀面對這些需要管理的傳感設備進行管理。RSS框架平臺創造性把廣泛應用于計算機網絡管理的標準-簡單網絡管理協議SNMP (Simple Network Management Protocol)拓展為傳感網絡管理協議SNMP (Sensor Network Management Protocol)。RSS框架平臺支持的傳感網絡管理體系結構就是盡可能地滿足傳感網絡管理需求的一個通用框架。從概念上說，對于一個具有特定 需求的實際網絡而言，它應該能夠根據用戶的需要，開發成為一個滿足用戶需求的一個具體的傳感網絡管理系統。任何一個傳感網絡管理的體系結構都應該包含以下四個方面的子模型信息模型(information model)-被管傳感設備對象的描述,如MIB結構和定義；組織模型(organizational model)-處理和支持管理系統的組織結構；通信模型(communication model)-描述為實施管理目的所需要的通信過程，包括MIB訪問和管理協議等；功能模型(functional model)-傳感網絡管理任務的組成結構,包括功能域和管理功能等。下圖給出了傳感網絡管理體系結構的子模型及其關系。在步驟S304中，基于企業服務總線(ESB :Enterprise Service Bus)技術的應用引擎，提供了物聯網應用的服務開發、運行及應用系統集成的支撐；應用引擎是物聯網應用的支撐層，它的RSS物聯網計算機框架的核心，提供物聯網應用的服務開發、運行及應用系統集成的支撐，實現了企業服務總線ESB的功能。在步驟S305中，基于Portal技術的應用客戶端組件提供了物聯網應用的客戶端開發支持和與應用弓I擎企業服務總線的接入。圖4示出了本發明實施案例提供的基于企業服務總線(ESB EnterpriseServiceBus)技術的應用引擎的功能結構圖。服務訪問代理13，用于實現在分布式SOA環境中客戶應用系統便捷的接入總線，通過發起總線服務請求或建立基于總線的事件驅動機制，月艮務訪問代理使得用戶可以靈活方便的調用部署在分布式總線環境下的各服務。服務總線14，是物聯網應用的企業服務總線(ESB)，ESB是SOA架構的一個支柱技術，作為一種消息代理架構它提供消息隊列系統，使用諸如Http、Socket、SOAP或JMS等標準技術來實現。它是一種開放的、基于標準的消息機制，通過簡單的標準適配器和接口，來完成粗粒度應用(比如服務)和其他組件之間的互操作；服務總線提供業務應用構件的服務封裝、服務注冊、服務流程編排、服務調度和服務監控等功能；數據總線是一種特殊的服務總線，是使用企業服務總線模式將企業數據存取封裝為數據服務，它允許“可視化”對企業數據的ETL (是數據抽取Extract、轉換Transform、清洗Cleansing、裝載Load的過程)操作，它提供了任意服務直接訪問企業數據任意部分的功能。服務流程編排器15,平臺提供基于 BPEL4WS (Business Process ExecutionLanguage for Web Services,簡稱BPEL)的服務編排工具輔助服務訪問代理滿足請求者對組合服務的要求，使得服務的組合和業務應用流程的實現更為方便。服務資源注冊中心16，是適應分布式SOA與信息整合實際需要的服務資源注冊產品，通過參與業務服務在整個SOA生命周期的各個階段，對企業級SOA架構的設計、開發、部署、運行提供全方位支持。它即是信息整合套件的重要組成部分，同時也可以輔助分布式企業服務總線實現統一的服務資源的注冊、搜索與治理，服務資源注冊中心基于Web管理方式，支持多種關系數據庫與多種服務擴展，提供靈活方便的服務注冊、查找等功能。它遵照UDDI規范實現，采用標準WSDL (Web Service Description Language)對服務資源信息進行描述，提供基于SOAP的外部訪問接口，實現了訪問的平臺無關性和廠商無關性，從而使得在分布式企業服務總線下服務的可見性得到了控制、服務版本得到了管理、服務信息的變更得到了分析和傳達、服務使用情況得到了監視、服務信息得到了共享，服務資源的一致性得到了保證。 服務監控中心17，為企業服務總線提供了可視化的總線監控平臺，能夠對分布于總線不同物理節點下的業務服務提供實時、動態、靈活的智能監控，通過豐富的圖形展示界面，服務監控中心將總線服務運行狀態以及各執行指標數據直觀的展現給客戶，使得用戶對總線各業務服務的性能和健康情況一目了然，從而快速的了解總線各個環節運行狀況。服務監控中心實現了總線監控、服務監控、消息報告這三個核心功能，以此不僅可以幫助用戶從多種管理角度評估業務、環境的健康性與有效性，為管理團隊與業務執行者提供高質的、有效的數據支持，同時它還提供了輔助測量SLA承諾的手段，使得企業IT部門可以實時、有效地對IT基礎設施進行管理。服務偵聽器18，用于接收客戶端發來的服務請求的消息。整合平臺提供了 HTTP、SOCHET, SOAP、JMS, FTP五種通道，來為業務應用之間傳遞消息，用戶可以通過配置，實現對消息通道的動態變更，平臺引擎提供了針對每種通道的偵聽器。HTTP通道提供了傳感網絡環境良好條件下，可相互信任的雙方之間基于HTTP協議進行消息交換的通道；S0CKET通道提供了傳感網絡環境良好、數據安全要求不是太苛亥IJ，大數據量傳輸的條件下(主要是局域網)，雙方之間基于SOCKET形式進行消息交換的通道；S0AP通道主要為不同機構間提供了基于國際標準化的服務接口 WEBSERVICE的信息交換通道；FTP通道提供數據文件傳輸通道JMS主要為不同服務節點之間消息交換，或者業務實時性要求不是太高的條件下，提供的基于JMS消息中間件的異步消息傳輸渠道。它的主要優點在于在傳感網絡不通的情況下，提供消息隊列緩存，傳感網絡故障回復后，不需額外的程序控制，自動進行消息傳輸。服務適配器19，實現對各種數據源、信息源、以及各種應用系統的無縫銜接，是政府信息交換和信息整合的重要構成部分，該產品不僅提供各種預制的適配器供信息整合項目直接配置使用，同時還提供標準的擴展接口供特殊需求下的擴展開發。根據數據源類型以及對其整合方式的不同，通用適配器可劃分為應用適配器、協議適配器與數據適配器。應用適配器，通過實現特定應用進程接口(API)，提供對業務應用的連接支持。
協議適配器，提供對標準協議(包括SOCKET、FTP、EJB、LDAP、XML、JDBC、HTTP、JMS、EmaiUffeb Services、JCA、C0RBA、RMI等)應用的連接支持。數據適配器，提供對各種數據源，包括關系數據庫、TXT數據文件、EXCEL數據文件等的連接支持。服務適配器主要實現對各種數據源、信息源、以及各種應用單元系統的服務封裝接口，是企業信息交換和信息整合的重要構成部分，框架平臺不僅提供各種預制的適配器，同時還提供標準的擴展接口供特殊需求下的擴展開發。具體地，Adapter實現以下的功能實現消息的安全、可靠傳遞；實現消息的透明傳遞，Adapter的實施者不必關注傳遞技術細節；接口通用化，降低因環境不同導致的業務應用編程的復雜性；實現具有標準的消息封裝、變換、接收功能。引擎運行時20，引擎運行時是框架引擎的核心組件，它的主要功能是負責啟動和控制平臺的工作進程。主要功能包括以下功能主控程序根據配置信息啟動工作進程管理器；工作進程管理器通過消息隊列偵聽器接受各種消息通道的消息，管理消息分發控制器線程、為本地服務建立服務運行環境(Service Context)、和反饋服務結果消息給客戶端；工作進程管理器可以根據配置啟動一個或多個工作進程從而提高消息傳遞的效率。消息分發器21，負責對本地服務進行消息傳遞以及把消 息分發到部署目標服務的本地或者運程服務器。它主要負責分布式服務總線下消息的分發與路由，通過靜態路由、動態路由以及規則路由三種路由方式實現靈活的消息通訊與交互；支持同時請求多個服務提供者，使得位于與消息代理不同工作域的服務提供者也可以收到消息代理發送的消息，從而實現消息的跨域傳遞；提供消息發布/訂閱功能，以便實現消息的推拉模式，從而服務于高性能、大吞吐量的廣播應用。主要包括以下功能消息轉換，負責調用服務適配器，進行消息的轉換、封裝、提取，提供出口函數接口以實現業務對象與集成消息之間的轉換；本地服務調用，根據消息轉換后消息封裝的服務描述，對本地服務進行調用，以同步方式得到的服務結果，通過消息轉換進行消息封裝；服務路由，根據消息轉換后消息封裝的服務描述，通過服務描述文件中的地址信息，調用消息分發器，進行本地服務調用，或者分發到運程服務節點中的消息隊列，以異步方式得到服務調用結果，通過消息轉換進行消息封裝；服務代理，服務代理根據查詢服務注冊中心得到的服務配置及其運行環境信息，創建本地服務實例。圖5示出了本發明實施案例提供的應用客戶端組件的功能組成結構圖。應用用戶22，是框架系統的最終展示結果，用戶可以按照自己的需要隨時定制自己的應用。展現層是通過Portal技術對各個應用的抽取、portlet定制、portlet管理等功能將應用層的不同應用反應在不同用戶的頁面上，在開發完應用服務之后，除了需要在前端完成調用服務的界面(包括降調用后的結果顯示在界面上)，還需要實現下面的三個功能服務匯總，有些服務來自于外部的系統，但是，用戶要求把所有的服務都集中到一個界面上，以統一的風格顯示；個性化功能服務注冊中心包含了提供的所有服務，不同的用戶可能選擇不同服務集，所以需要一個前端用戶界面集成機制來顯示定制服務，即提供個性化功能，每個用戶可以看到不同的服務集合；針對不同設備的顯示，用戶可能使用不同的設備來訪問這些服務，比如手機。一個系統要能夠根據不同的設備顯示相應格式的數據。應用模塊容器23，框架通過模塊容器把前臺各種應用客戶端組件封裝成可以獨立、動態部署的應用構件。服務總線接入24，主要實現在分布式SOA環境中客戶應用系統便捷地接入總線，通過發起總線服務請求或建立基于總線的事件驅動機制，使得客戶端可以靈活方便的調用部署在分布式總線環境下的服務，還可根據業務需求建立流程編排與制定應用的操作細節，從而提高應用系統的規范性與可操控性。服務總線接入提供委派目錄發現和通道實現替代的功能，為了簡化前臺客戶端訪問遠程服務，框架平臺采用了代理模式，代理模式給某一個對象提供一個代理對象，并由代理對象控制對源對象的引用，該機制包括以下三個組件服務代理組件(Service proxy)、服務委派組件(service delegate)和提供者定位組件(Provider locator)。本發明實施例提供的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統從下向上分為傳感設備接口層、傳感網關層、應用引擎層和應用客戶端四層。下兩層支持物聯網感知互動層的多維感知和數據采集，通過“插件”技術和“設備驅動”技術，提供框架 平臺與各種各樣的傳感設備的通信接口，實現了傳感設備的動態“插拔”和傳感信息的無縫接入。上兩層通過企業服務總線ESB技術支撐物聯網應用的開發、運行和異構系統之間城的互聯互通。設備接口層“設備驅動”技術的應用，使得針對傳感設備的接口程序跨硬件平臺和操作系統移植而無需對源代碼進行任何修改；基于框架+插件技術的傳感網關結構，使得異構的傳感設備可以實現“插拔”式的插入傳感網關，從而實現物聯網的動態接入；傳感網絡管理協議SNMP創新性的提出，屏蔽了不同種類的設備、不同廠家生產的設備、不同型號的設備的異構性，使得設備管理終端可以一個統一的接口和協議來管理所有傳感設備；基于企業服務總線(ESB Enterprise Service Bus)技術的應用引擎,提供了物聯網應用的服務開發、運行及應用系統集成的支撐；基于Portal技術的應用客戶端組件提供了物聯網應用的客戶端開發支持和與應用弓I擎企業服務總線的接入。用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統是基于中間件技術的企業信息化應用(包括物聯網應用)框架平臺，它整合目前流行的企業服務總線、構件開發、設計模式、分布式計算、中間件、說明性規約、企業架構和關注點分離、企業應用集成等多種軟件開發技術，提供了適合企業級應用、結構穩定、可擴展、組件可復用的框架平臺，并為各種上層業務組件和下層傳感設備定義了接口，通過依賴注入(控制翻轉)技術，實現業務組件和傳感設備的動態插拔。RSS以對物聯網應用四層結構(傳感層、傳輸層、數據中心層、智能應用層)提供全方位支撐。此框架為所有基于平臺開發的應用系統提供統一的體系結構，所以應用的軟件結構一致性好；基于框架平臺的開發，提供應用組件的標準結構，支持應用組件的動態插拔，容易建立更加開放的系統；由于提取出了物聯網應用的共性基礎組件作為主體框架部分，為業務組件和傳感設備定義了標準的接口，因此在物聯網新項目的開發過程中共性部分的代碼不需要從頭編寫，只需要在框架的基礎上進行一些開發和調整便可滿足要求，軟件生產效率和質量也得到了提高，對于開發過程而言，這樣做會提高軟件的質量，降低成本，縮短開發時間，簡化軟件地開發難度，增大軟件的效益；軟件設計人員專注于對應用領域的了解，使需求分析更充分；存儲了經驗，可以讓那些經驗豐富的人員去設計框架和應用領域構件，而不必限于低層編程；允許采用快速原型技術；有利于在一個項目內多人協同工作；可重用性(Reusability)是高質量軟件的重要屬性，軟件重用意味著思想和代碼的一次開發后，可多次用于多個軟件，從而提高了軟件的可靠性、質量與開發效率，由于框架能重用代碼，從一個已有構件庫中建立應用變得非常容易，另外平臺為構件提供了統一定義的接口，從而使構件間的通信簡單，而且大力度可重用性使得平均開發費用降低，開發速度加快，開發人員減少，維護費用降低。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，所述計算機系統基于框架技術，并且把物聯網應用共性的核心支撐構件硬件化、設備化，所述計算機系統包括下列固化在嵌入式設備中的部件 南橋，用于為傳感數據的傳輸提供網關，并且對各種設備進行集中控制和管理； 北橋，是物聯網應用的樞紐，完成應用引擎、客戶端代理及數據適配器之間的轉接功能，并提供協議轉換、安全控制等基礎服務； 通訊接口，由一系列針對有線或者無線通訊方式進行數據接收和發送的組件，南橋調用這些通訊接口，通過通訊總線接收傳感設備發送來的數據； 顯示設備接口，由一系列針對特定顯示設備的數據發送和用戶指令接收組件，南橋調用這些顯示設備接口，顯示設備狀態信息或者接收用戶傳感設備的控制指令； 傳感設備接口，由一系列針對特定傳感設備和儀表構成的數據采集組件，南橋通過解析設備描述文件，調用這些傳感設備接口，由傳感網絡管理協議、總線對物聯網應用狀態或者環境數據進行多維感知和數據采集； 應用引擎，用于為物聯網應用提供核心引擎，它提供統一的管理控制，完成對服務部署、管理、監控、注冊、查找功能的統一操作，為用戶快速便捷的完成SOA整合環境下總線的搭建工作提供工具支持； 應用客戶端代理，用于為核心框架支撐的所有應用系統客戶端提供開發與運行支持，該層組件提供了應用組件接口，支持應用客戶端的開發，該層還提供了與應用引擎的企業服務總線接入； 數據適配器，用于實現對各種數據源的信息源的存取操作適配，把應用數據封裝成松耦合、地址透明的數據服務構件。
2.如權利要求I所述的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，把與傳感網絡中的傳感設備相聯的支撐構件進行硬件化、設備化，形成叫做南橋的固化件。
3.如權利要求I所述的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，所述南橋與傳感網絡連接，根據傳感網絡管理協議SNMP，自動收集各種在線傳感設備的相關狀態信息，借助于設備描述文件，對接受的設備狀態數據進行編碼傳輸；另一方面接受遠程或者本地的傳感設備控制指令，借助于設備描述文件，對接受的指令進行編碼，通過傳感設備接口實現對傳感設備的控制。
4.如權利要求I所述的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，把與物聯網應用的業務構件相聯的支撐構件進行硬件化、設備化，形成叫做北橋的固化件。
5.如權利要求I所述的用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，其特征在于，所述北橋功能如下 信息流轉包括信息的偵聽和轉換，與客戶端進行消息傳遞； 消息偵聽負責屏蔽不同協議、不同數據格式、不同訪問方式的客戶端消息接收，信息轉換負責調用消息適配器，進行消息的轉換、封裝、提取，提供出口函數接口以實現業務對象與集成消息之間的轉換； 信息分發包括本地服務調用和遠程服務的路由，是北橋的核心功能；本地服務調用根據消息轉換后消息封裝的服務描述，對本地服務進行調用，以同步方式得到的服務結果，通過消息轉換進行消息封裝，服務路由根據消息轉換后消息封裝的服務描述，通過服務描述文件中的地址信息，調用消息分發器，分發到運程服務節點中的應用引擎，以異步方式得到服務調用結果，通過消息轉換進行消息封裝； 數據適配北橋為數據服務組件提供了服務容器和總線，支持基本數據處理零代碼，使得有由開發人員只需關注業務數據模型和特殊數據處理邏輯，服務容器把持久化對象、對象關系映射、數據訪問 對象通過數據總線綁定到一起。
全文摘要
本發明公開了一種用于開發支持物聯網應用的新型的計算機系統，主要包括南橋、北橋、通訊接口、顯示設備接口、傳感設備接口等。把物聯網應用共性的核心支撐進行硬件化和設備化，提高整個物聯網應用的操作速度，節省存儲空間，改善可靠性，降低成本，物聯網應用設計與開發生產規范化、工程化，便于大規模生產和實現標準化。基于框架平臺的開發，支持應用組件的動態插拔，容易建立更加開放的系統；定義了標準的接口，只需要在框架的基礎上進行應用相關構件的開發，提高軟件的質量，降低成本，降低開發難度，有利于在一個項目內多人協同工作；可重用性提高了軟件的可靠性、質量與開發效率，使得平均開發費用降低，開發速度加快，維護費用降低。
文檔編號H04L29/08GK102902536SQ20121034896
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者胡清河, 張爽 申請人:杭州泛和科技有限公司