工业物联网仪表服务协议

工业物联网仪表服务协议

国家标准 GB/T33904一2017 工业物联网仪表服务协议 Serviceprotocolforinstrumentofindustrialinternetofthings 2017-07-12发布 2018-02-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/33904一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由机械工业联合会提出 本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口 本标准起草单位:科学院沈阳自动化研究所、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、研祥智 能科技股份有限公司,福建上润精密仪器有限公司北京国电智深控制技术有限公司 本标准主要起草人:刘阳、柳晓菁、庞观士,戈剑、田雨聪、张天石、梅恪、任军民
GB/T33904一2017 引 言 随着工业信息网络技术的发展,以网络体系结构为主要特征的物联化工业仪表代表了新一代控制 网络的发展趋势 它可以实现真正意义上的办公自动化与工业自动化的无缝融合 其良好的互连性和 可扩展性使之成为一种真正意义上的工业物联化网络体系结构,在工业物联网中,仪表的身份标识、应 用属性服务、互操作的标准化使用是实现仪表互联互通目标首先需要解决的问题
GB/33904一2017 工业物联网仪表服务协议 范围 本标准规定了工业物联网仪表服务标识的编码规则和内容及服务标识发布的准则 本标准适用于工业物联网仪表服务的管理与应用 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T25069信息安全技术术语 术语和定义 GB/T25069界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 数据data 信息的可再解释的形式化表示,以适用于通信、,解释或处理 [[GB/T5271.1一2000，定义01.01.02] 3.2 工业自动化仪表indwstrialautomatioinstrwment 在工业生产过程中,对工艺参数进行检测、显示,记录或控制的仪表 注本标准中简称仪表 3.3 应用applieatiom 为解决工业过程测量和控制中的问题的特定软件功能单元 [GB/19769.1一2015,定义3.6们 3.4 可扩展标记语言extensiblemarkuplaguage;XI 标准通用标记语言的子集，一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言 3.5 服务service 对象和/或对象类的执行是建立在另一个对象和/或对象类的请求基础上的操作或功能 [GB/T31230.32014,定义3.3.32] 3.6 工业物联网indut strialinternetofthings 物联网在工业领域中各类应用的总成,是实现广义工业领域范围的智慧应用及信息共享的基础 平台
GB/T33904一2017 缩略语 下列缩略语适用于本文件 HTTP超文本传输协议(hypertexttransferprotocol XM 可扩展标记语言(eXtensible lemarkuplanguage 5 工业物联网仪表服务标识编码 5.1工业物联网仪表建模 工业物联网仪表的通用模型是建立仪表共享的前提 本模型提出的InstrumentML是基于可扩展 标记语言(XML)的、关注于如何描述工业仪表和仪表系统以及有关测量的通用模型,为系统用户发现 需要操作的仪表对象提供必要的信息描述了工业物联网仪表可提供的服务信息(参见附录A). InstrumentML模型包括工业物联网仪表身份标识信息和工业物联网仪表应用属性信息,用于描 述仪表的基本特性 这些基本特性包括 -ldentifier(仪表的身份标识); Construction(仪表的结构属性); Function(仪表的功能属性); Performance(性能属性); Location(位置属性); Bussiness(商业属性) lnstrumentMI模型架构见图1 InstrumentM ldentfier Construction Function Pertormance L0cation BuSsiness OID Measure RatedaluKe lLongitude Manuacturer PowGrSunl Ecode Shellsiz Control Threshold LLatitude Price Product AItude Discount Weig Disnlay Bm 图1InstrumentI基本架构图 在图1中,Identifer表达形式参考GB/T33901.Construction,Function、Performance、Location以 及Busines、参考GB/T33900 身份标识协议以及应用属性协议共同组成了lnstrumentML的通用 模型 5.2编码结构 为了确保工业物联网仪表服务标识的唯一性,对其结构和长度规定如下;工业物联网仪表服务标识 的总长度为48bits,编码结构为;服务类别十服务操作,该编码在工业物联网仪表寄存器中采用大端模 式进行存储,服务类别具体内容见5.3.1,服务操作具体内容见5.3.2 表1为工业物联网仪表服务标识 编码
GB/33904一2017 表1工业物联网仪表服务标识编码 长度 编号 bit 服务类别 16 服务操作 32 在工业物联网仪表服务标识编码中,内容格式以1bit为单位来描述 图2是工业物联网仪表服务 标识编码的完整格式 Bi 16 服务类别 服务操作 图2工业物联网仪表服务标识编码的完整格式 5.3服务标识的编制 5.3.1服务类别 服务类别长度为16bits,服务类别指工业物联网仪表对于服务类型的标识,这些服务包括工业仪 表观测服务(Industriallnm lIOS),工业仪表配置服务(IndustrialInstru- nstrument obeerationSeriee， ConfigureServiee,ICS)、工业仪表规划服务(IndustrialInstru ment umentPlanServiee,IPs)、工业仪 表警告服务(IndustrialInstrumentAlarmServiee,IAs)、工业仪表网络注册服务(Indust trial terService,IIwRS) 服务类别标志号的字段位于仪表服务标识编码的第0~ Instrument twebRegis 15位,采用16bits表示,每一位中,“1”代表支持该服务,“0”代表不支持该服务,使用第04位进行编 码,第515位预留,编码方式如下 第0位一工业仪表观测服务 第1位一工业仪表配置服务; 第2位一工业仪表规划服务; 第3位一工业仪表警告服务; 第4位一工业仪表网络注册服务; 第5~15位一预留 服务类别的完整格式如图3所示 15 Bit 工业仪表观测服务 工业仪表配置服务 工业仪表规划服务 工业仪表警告服务 工业仪表网络注册服务 预留 图3服务类别完整编码格式 5.3.2服务操作 5.3.2.1 工业仪表观测服务(I0OS)标识方法 工业仪表观测服务(IOS)是工业仪表服务中的基本服务,提供了一种标准方式来实现对遥感、现 场监测固定或移动等所有传感器系统的信息获取,它处于用户和工业仪表感知数据仓库或者实时感知 数据之间,为用户访问数据信息提供便利 如果把工业仪表网络看成是一个数据源,IIOS就相当于应用层与数据之间的桥梁 应用层发送请
GB/T33904一2017 求给IOS服务,IIOS服务查询数据源,并将获取的实时或者历史观测数据返回给应用层 GetCapabilities、Describesensor lOS服务主要完成观测数据的获取,其核心操作有 和GetObser GetResult、GetFeatureOflnterest、GetFeatureOfln vation 除了3个核心操作之外,6个增强性操作 sHTime.GeoObservationByld.GeDeserilbeObservationTy Type,GetDeseribeResultModel 本标准主 terest 要是在遵循服务标准规范的基础上实现这些基本操作,以下分别介绍这些操作;服务参数共有32bits 位于服务标识编码中第16~47位,第16~24位用来描述1IOS服务的9种操作,第2547位用来保留 扩展lIOS服务 通过消息和内容对用户端请求数据进行判断是否属于IIOS的相关操作 每个bit对 应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作,“0”表示不支持,“1”表示支持,可以支持多操 作,见表2 表2IIO5服务类型编码表 i位 丽数名称 丽数功能描述 16位 GetDescribeResultModel 获取仪表测量值的xM模板,它为复杂的测量尤为重要 17位 GetDescribeObservationType 获取有关观测位置对象的观测数据类型 18位 GetObservationByld 检索特定的工业仪表观测数据 19位 GetFeature(OflnterestTime 获取有关观测对象的时间测量 查询感兴趣的观测区域的所有工业仪表的信息和观测数据的 20位 GetFeature(Ofnterest 信息 操作的目的是为了使得客户端能够一次获取来自同一个工业 21位 GetResult 仪表的所有的观测数据信息 22位 GetObservation 用于获取实时的或历史的观测数据 主要用于获取Ios服务实例的服务描述元数据 23位 GetCapabilities 24位 GetDescribesensor 用于检索描述工业仪表的元数据 25位47位 保留 保留 5.3.2.2工业仪表配置服务(IICs)标识方法 工业仪表配置服务(IICS)是工业物联网仪表的基本服务,它提供了一种标准的配置方式实现对遥 感、现场监测、固定或移动等所有传感器系统的信息写人 应用层发送请求给lICS服务,IlICS服务查 询请求设备资源的写权限,如果权限允许那么应用调用此服务对仪表进行配置 ICS服务与IIOS服务类似,在完成获取设备操作权限后,需要对设备进行写操作,其核心操作有 GetCapabilities、SetMatchAutho y和SetConfigureSensor 除了3个核心操作之外,5个增强性操作 r1t SetResultStatus,SetFeatureOflnterest、SetComandByld.SetDescribeObservationTypeSetDeseribeRe sultModel 服务操作共有32bits,位于服务标识符编码中第1647位,第1623位用来描述ICS服 务的8种操作,第21一47位用来保留扩展IcS服务,通过消息和内容来判断元数据确定IcS服务的 操作类型 每个bit对应的数值“0"或"1"指工业物联网仪表是否支持相应操作,“0"表示不支持,“1"表 示支持,可以支持多操作,见表3
GB/33904一2017 表3lcCS服务类型编码表 丽数功能描述 bit位 丽数名称 设置测量值的xMI模型,它为复杂的测量尤为重要 16位 SetDeseribeResultModel 7位 设置有关观测位置对象的观测值类型 SetDescribeObservationType SetCommandByld 18位 设置特定的工业仪表的控制命令 目的是设置感兴趣的观测区域的所有工业仪表的信息和观测 19位 SetFeature(Oflnterest 数据的信息 20位 SetResultStatus 设置仪表的状态 21位 GetCapabilties 主要用于获取IIcCS服务实例的服务描述元数据 22位 SetMatchAuthority 设置仪表的写人权限 向仪表发送配置信息 23位 SetConfigureSensor 保留 保留 24位一47位 5.3.2.3工业仪表规划服务(IPS)标识方法 工业仪表规划服务(PS),旨在为具有一定信息处理能力的工业仪表提供一个统一的复杂任务提 交模式 在一些特定的应用环境中,工业仪表需要独立或者协同完成一系列复杂的操作,这些操作是简 单的观测与配置服务的集合,工业仪表需要完成这些预先设计好的复杂的操作集合,称之为规划服务， 因此定义了一组规划服务应用模式 本协议对工业仪表规划服务规定了8个操作,它们被分为信息操作和功能操作 信息操作是Get apabilities.GeDesecribeTasking、GeDeserilbeResultAcess.GetSsid easihity tatus 功能操作是GetFe Submit.Update.Ca ancel 服务操作共有32bits,位于服务标识编码中第1647位,第16~23位用来描 述IIPS服务的8种操作,第2447位用来保留扩展IPS服务,通过消息和内容来判断元数据确定 IPS服务的操作类型 每个bit对应的数值“0”或“I”指工业物联网仪表是否支持相应操作,“0"表示不 支持,“1”表示支持,可以支持多操作,见表4 表4IPs服务类型编码表 bit 函数名称 函数功能描述 位 16位 允许客户端取消一个已经提交的任务 Cancel 允许客户端更新一个已经提交的任务 17位 Update 18位 Submit 提交任务请求 19位 GetFeasibility 获取和反馈该规划任务请求的可行性 20位 GetStatus 获取有关请求规划任务的当前状态信息 获取服务的时间以及位置 21位 GetDescribeResultAccess 获取需要操作的目标仪表 22位 GietDescribeTasking 23位 GetCapabilities 获取服务的元数据以及规划文档 24位47位 保留 保留
GB/T33904一2017 5.3.2.4工业仪表警告服务(IMAs)标识方法 工业仪表警告服务(IMAs)用于发布和订阅工业仪表网络的告警,它是一个客户端能注册并接受工 业仪表报警信息的服务 IAs提供预先定义和客户定制两种报警服务 在预先定义模式时,IIAS向 注册用户发送订阅请求,用户确认返回是否订阅这个告警;在客户定制模式时,告警服务根据用户已预 定的告警条件,判定观测数据是否构成告警,若满足告警条件,即启动告警,向已经订阅的用户发送该告 警通知 IIAS服务主要包括报警公布、预定和通知进程 RenewSub IAS服务中包括的核心操作有:GetCapabilities,GetSubscribe,Delete eSubsecription. ,GetDescribeAlert和GetDescribeS Sensor 服务操作共有32bits,位于服务标识编码中第16 scription, 47位,第1621位用来描述AS服务的6种操作,第22~47位用来保留扩展IAs服务,通过消息和 内容来判断元数据确定IAs服务的操作类型 每个bit对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否 支持相应操作,“0"表示不支持,“1”表示支持,可以支持多操作,具体内容见表5. 表5IIAs服务类型编码表 bit位 函数名称 函数功能描述 获取措述工业仪表或者仪表特性的元数据 16位 GetDeseribeSensor 17位 获取所观测工业仪表的警告服务结构 GetDescribeAlert 18位 允许用户重新订阅服务 RenewSubscription 19位 DeleteSubscriptionm 允许用户取消订服务 获取警告服务的等级以及提供建议方案,根据环境不同可以进 GetSubserie 20位 行调整 21位 GeCapabilities 获取IAS服务元数据 22位47位 保留 保留 5.3.2.5工业仪表网络注册服务(IwRs)标识方法 工业仪表网络注册服务(IIwNs)是用户在使用工业仪表前,需要建立用户应用与工业仪表的对应 使用关系,即注册服务,是其他四项服务的基础 网络注册服务是一种工业仪表服务接口,需要满足系统用户注册,它所支持操作主要由核心操作和 可增强操作构成 核心操作包括用户注册(RegisterUser)、获取服务能力(GetCapabilities),通告发布 (DoNotification) 可增强操作包括创建通讯(DoCommunication)和接受用户响应(DoReplay) 服务 操作共有32bits位于服务标识符编码中第16一47位,第16一20位用来描述IIwRsS服务的5种操作 第2147位用来保留扩展IIwRS服务,通过消息和内容来判断元数据确定IIwRs服务的操作类型 每个bit对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作,“0”表示不支持,“1”表示支持,可 以支持多操作.见表6 表6IrwRS服务类型编码表 bit位 丽数名称 函数功能描述 工业仪表在工业物联网系统中的注册操作 16位 RegisterUser 17位 GetCapabilities 服务能力获取的操作 注册信息返回值 18位 DoNotification
GB/33904一2017 表6(续 丽数名称 丽数功能描述 bit位 19位 建立工业仪表连接 DoCommunication 20位 DoReplayy 接受工业仪表的响应操作 21位47位 保留 保留 工业物联网仪表服务体系结构 6 本协议旨在解决工业物联网仪表使用异构性,为构建即插即用的基于web的工业仪表网络提供一 个标准使用模式 为了支持该标准使用模式,协议中提出6种组件;InstrumentML,IIOs,IICs,IIPs MAs以及IwRS,协议的体系结构和各服务组件之间的关系如图4所示 -发送请求 -请求任务 客户端 返回任务 观测值 注册 服务 返回任务 -返回瞥告 配置任务 IIOS ICS IPS IASs IwRS 更改配置 lnstrumentML更改 nstrumentMM lnstrumcntMl lnstnumentMI InstrumentM 工业物联网仪表instument模型 读取数据 nmentML建模 Instrumem 数据 历史数据库 工业物联网仪表 图4工业物联网仪表服务体系结构图 工业物联网仪表服务标识发布 这里采用xML文档对工业仪表服务进行描述,首先查询端向信息发布设备发送如下HTTP 指令 GET/service/ServiceHTTP/1.1 Host:identifier Accept:service/xml HTTP协议具有四种可执行操作类型,包括GET,PUT,POsT,DELETE,分别对应查询、添加,更 新和删除 Host为设备端的唯一身份标识符,Accept:service/xml表示接受的查询结果类型为XML 文档格式 通过工业仪表统一的XML文档(仪表服务模型),建立基于工业仪表XML互操作标识符
GB/T33904一2017 通过XML文档中标签的元数据来建立起服务关系 这里采用XML文档对工业物联网仪表服务标识进行发布,设备端返回的结果XML文档格式 如下 ？xmlversion="1.0"？》 《service》 ye>value(/八s service_type service_type operation)value(/ /operation /service 设备返回的结果采用典型的XMI文档格式,对于工业物联网仪表服务标识进行描述,各种编程语 言都对于XMI文档具有较强并且便捷的解析能力 其中,service为文档的根节点,表示工业物联网仪 表服务标识,serviee_type,operation标签对应的编码含义如下,在value中对于这些标签进行赋值: serviee_type(服务类别 operation(服务操作).
GB/33904一2017 附 录 A 资料性附录 lnstrumentM释义 异构工业仪表网络的各种观测数据各种类型的传感器、中间交换的信息格式之间存在着差异性 为了有效屏敲这些差异性和实现异构工业仪表网络互操作,本协议提出了工业仪表网络wEB信息建 模,即lnstrumentML工业仪表信息模型 lnstrumentML采用了XML方案,有效的结合了XML的灵 活性和可扩展性 InstrumentML是工业物联网仪表服务协议中的关键组件之一 该组件为系统进行 自动发现符合用户需求提供必要的信息,把工业仪表的物理平台或逻辑算法描述成处理或处理链模型 处理和处理链模型就是组合上述工业仪表信息资源,即对有限的资源进行重新组合和规划来实现高级 的信息共享 由于工业仪表类型的多样性,工业仪表信息模型要普遍适用于分布式异构仪表需求很困难,但是 lnstrumentML模型描述语言可以提供统一的信息模型框架,抽象出其面向处理的各个模型片段,然后 提出一种支持这种通用模型框架的软件 为了能快速地构建出不同工业仪表信息模型,可以研究不同 仪表元数据标准或处理模型标准,在抽象模型基础上标准化的定制其信息模型模板 基于模板的工业 仪表处理建模的过程中，专业的建模人员把特定的工业仪表模型汇总元数据字段映射到 nstrumentML元数据描述字段,从而在抽象的工业仪表公共模型中建立对应的元数据组和参数模板 将已经建好的标准模板可视化,用户往标准字段填人相应的值,最终生成完整的工业仪表信息模型 对于 InstrumentML.模型实例来说,其物理处理模型需要在元数据信息中对仪表的硬件和时 空参考及位置进行建模: 收集工业仪表感测的相关特征、地理位置特征、描述信息和相关文档资料 aa b定义涉及的现象,测量单位、坐标参照系和关键字等字典,使用XLink引用字典或本体中定义 的词汇 这些信息主要采用Instrumenm mentML的元数据组模型记录 在收集了工业仪表的相关信息后,对工业仪表的平台进行建模,包括误差、精度以及量程等 c d 对工业仪表涉及的处理过程进行建模编码 将工业仪表处理模型组合成处理链模型 处理链建模师构造处理、输人、输出、参数之间的连 接关系 验证模型的语法结构和逻辑结构,形成新的InstrumentML实例 t 其建模流程如图A.1所示
GB/T33904一2017 工业仪表相关信息 定义学典 平台分析 平台建模 物理结构处理 逻辑结构处理 元数健 数建 输入输出 输入输出 灾 理 算法描述 算法描述 理 出错 法实现 算法实现 建 模 万法建模 法建极 处理链模型 模型验证 nstrumentML实例 图A.1InstrumentML建模流程图 0
GB/33904一2017 参 考文献 [1]GB/T5271.1一2000信息技术词汇第1部分;基本术语 [[2]GB/T19769.1一2015功能块第1部分;结构 [[3GB/T33901工业物联网仪表身份标识协议 [4]GB/T33900工业物联网仪表应用属性协议