物联网综合数据服务-项目实施方案.docx

“物联网综合数据服务”共性服务改造项目实施方案 课题负责人： 课题申报单位： 电子科技大学 起止时间： 2010 年 3 月至 2010 年 8 月- 17 -一 立项的必要性1.1 项目简介在全球经济和科技发生深刻变革、我国工业化加速发展的历史背景下，党的十七大提出推进“两化”融合，深刻阐述了工业化与信息化发展的内在关系，科学回答了我国走新型工业化道路的实现途径。在刚刚结束的中央经济工作会议上，已明确了要把结构调整转变发展方式作为2010年经济工作主线，其中一个重大举措即为大力发展我国新兴战略性产业：“新兴网络是我们信息战略性产业重要基础组成部分，其中大家关注的传感网、物联网是重中之重。” 从技术角度讲，M2M（Machine to Machine，即机器对机器）是现阶段物联网的具体体现，M2M理念、技术和应用的发展深刻诠释了“两化”融合的理念，M2M产业的发展是“两化”融合的核心推动力。M2M产业包括M2M硬件、M2M通信和连接，以及M2M管理软件，其中M2M管理软件是M2M产业链条中的关键因素，是核心和灵魂，通过它可以实现对终端设备和资产（尤其是移动资产）的“管、控、营”一体化，也就是实现“两化融合”的关键。课题利用“现代服务业服务交互支撑平台”，通过对各类无线通信协议转换、行业数据的获取和集成、统一数据交换总线、数据汇集管理、数据流量和质量监控等一系列关键技术等进行研究，将现有电子科技大学现有M2M物联网中间件平台改造开发为基于SaaS架构的物联网综合数据服务，并作为共性服务部署到“现代服务业服务交互支撑平台”上，为第三方M2M应用服务开发商提供业务数据集成、可视化数据视图管理、数据流量监控和异常监控等数据服务。第三方M2M应用服务提供商可以利用物联网综合数据服务平台提供的API，简化对通信数据的管理，快捷方便地开发智能化运输、智能建筑、远程电力抄表、环境保护、消防和节能等方面的M2M应用服务。课题的实施对于我国在现代服务业基础之上，发展M2M系统及服务，促进物联网与互联网、移动互联网融合发展以及应用具有重要的意义。课题将解决通过SaaS模式访问M2M数据的通信协议转换和数据处理时遇到的难点问题，有效地进行M2M数据集成，形成符合“现代服务业服务交互支撑平台”相关共性服务标准的物联网综合数据服务，作为共性服务部署到“现代服务业服务交互支撑平台”上，为第三方的物联网应用服务开发商提供服务接入。1.2国内外研究现状和趋势早在多年前IBM就提出了Pervasive Computing（即“普及计算”或“泛在计算”，很多技术机构都在研究普及计算，如IBM的Planet Blue、卡内基.梅隆大学的Project Aura以及MIT的Oxygen）的理念，并投入巨资开展Sensor Networks及Pervasive Computing的开发和推广。Xerox Palo Alto Research Center (PARC)的总工程师Mark Weiser 在1988年提出了“Ubiquitous Computing”（泛在计算）这个词。包括Ambient Intelligence、Physical Computing、Internet of Things（即“物”的互联网或“物联网”，是相对于目前“人”的互联网提出的概念）、Haptic Computing、eXecutable和eXtendable Internet（X-internet,可运行或扩展的互联网）等等理念和提法都属于M2M（Machine to Machine, Machine to Man）的范畴。 在国家目前大力倡导和推进建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，M2M理念、技术和应用的推广显示出密切的相关性。典型应用场景包括：无线传感网络、Telemetry汇集温度、有害气体浓度、空气和水污染指数等服务于环保监测监控；GPRS/GPS、Telematics、Intellimatics应用于车辆定位、跟踪和统一调度管理；RFID、Biometrics应用于物流和药品食品追溯；集合多种M2M技术的大范围消防与安防联网、楼宇能耗联网报警与分析、工业与信息“两化融合”等等。M2M的广泛推广和应用必将有助于“高效、安全、节能、环保”的和谐社会的建设。1.2.1 国外M2M产品研究现状(1) AerFrame（A） A通过AerFrame软件平台集成了顶级运营合作伙伴的网络，积累了丰富的用户定制网络经验，为客户提供快速、高效、可靠的服务。通过AerFrame，客户可以大大缩短应用开发时间，从而加快产品的上市时间。它可以直接集成两端的网络服务，无缝贴合多种网络技，从特定网络服务中将具体应用脱离出来,使有效的M2M数据通过行业中的标准接口（如：SOAP、.NET、XML和CORBA）进行交换。(2)Jasper 控制台（Jasper Wireless） Jasper Wireless的M2M业务开创性的完成了全球范围的无线蜂窝覆盖，通过他的Global SIM卡和基于Web的Jasper Wireless Control Center应用管理平台，提供对位于世界各地设备的实时可见、可控操作。 Jasper Control Center提供SaaS在线运营服务，由Jasper Wireless来对系统进行监控管理，客户无需安装任何软件和硬件就可以完成对所关注设备的操作。(3) mTelematics M2M 中间件平台 mTelematics重新构建了开发和部署M2M应用的方式，以克服当今企业所面临的挑战。mTelematics 中间件平台为所有应用开发提供了统一的接口，使得客户可以简单、快速、经济、高效的整合自己的应用与第三方远程信息处理设备。根据不同客户的需求，它可以进行扩展以满足未来可能的需求。(4) Niagara Framework（Tridium） Tridium是一个集研究控制系统体系架构、开发相关应用软件和提供管理服务为一体的公司。其技术核心是具有开创性的基于Java EE的Niagara体系架构，同时综合了最常见的现场总线标准以实现设备或仪表间的无缝连接。在Niagara体系架构思想的指导下，Tridium公司现已开发了Vykon系列产品并成功地用于楼宇自控系统、工业控制领域和能源管理市场。 Tridium的产品和服务可为任何希望通过Internet/Intranet来进行监测、管理和控制的用户提供解决方案。目前Niagara Framework的应用包括：能源管理、建筑自动化、电信、安全自动化、维护维修运行和工厂设备管理。1.2.2 国内M2M产品研究现状（1）中国移动M2M平台中国移动搭建了M2M营运平台，要求所有与设备相关的GPRS数据流量都通过M2M平台。中国移动M2M运营中心已经建成了M2M全网业务监控平台，形成了电梯监控、车辆监控、企业安防等领域3大成熟应用产品及10大行业应用解决方案并推向市场商用，M2M终端达到7万多台。 （2）同方ezM2MezM2M设备集控平台（中间件）基于ezONE业务基础平台，它是以ezFramework企业框架、ezGate M2M通信网关、ezStudio/ezHMI快速开发工具等组件核心的通用开发平台，最多可有效帮助客户将行业应用的开发工作量减少70%。 ezM2M平台还包括ezRIMS工业实时信息、ezLMS车辆定位、ezRFID中间件、ezFAS消防联网、ezTHMS交通枢纽、ezSLMS路灯管理、ezEEMS节能管理、ezEIMS环境管理等20多个行业应用套件。1.2.3 M2M产品市场分析世界知名的为企业提供战略咨询和调研服务的公司Harbor Research Inc.提供的相关数据显示:“如今全球有1.1亿部M2M设备在使用中，在一个设备互联网中互相通信。” “到2010年，世界范围的与设备相关的收入将超过2500亿美元。” “到2011年世界范围的M2M总收入将达到2900亿美元，位居全球市场岁入超过500亿美元行业业务的榜首。”据分析公司Berg Insight预测，到2011年北美地区连接到蜂窝式网络的设备数量将达到6600万台，高出2006年的900万部利用蜂窝和卫星的设备。咨询机构Alexander Resources也指出：“M2M市场的容量将从04年的240亿增长到2010年的4700亿(含RFID）美元”。 分析师和业内人士表示M2M已经到了一个转折点，将转向更快的发展。具有多年蜂窝M2M行业研究经验的ABI Research公司分析师Sam Lucero表示，在未来几年里M2M行业将以25的年增长率增长，而其服务的收入到2012年的将增长到80亿美元。提起中国的M2M市场状况，就不得不从“数字城市”概念在中国的普及说起。2006年起，数字城市项目便已在中国启动。国家“十一五”科技支撑计划中，便提出了“城市数字化关键技术研究与示范工程”。中国的城市化水平已经从开发前不足19%，发展到目前超过30%，2010年将接近50%；中国的机动车保有量更在以每年10%以上的速度增长,预计2010年达到13亿多辆；污染治理方面，到2010年，全国城市污水处理率预计将达到70%，重点流域和东部地区要达到80%（含重点镇以上的城镇）；到2010年环保市场需求将达10000亿元人民币，占世界的1.6%-2.6%，国内环保产业市场将成为中国一个新的经济增长点。 2008年初，中国政府将信息产业部并入新成立的工业和信息化部，更加体现了要将直接增加国民生产总值的工业等领域进行彻底信息化改造的决心，工业化部与信息产业部提出的“两化融合”的理念，体现了M2M的核心理念。如重点企业“三一重工”就提出了“以装备数字化为重点，大力推进企业信息化”的口号。二 项目研究目标和考核指标2.1总体目标课题总体目标是完成一个符合“现代服务业服务交互支撑平台”标准的物联网通用数据服务，并支持实证接入。2.2考核指标（1）提供RFID,GPRS和WiFi之间的数据格式转换；（2）提供数据汇聚、数据展示、资产分析、自动报警、流量统计、异常监控等通用数据服务；（3）支持第三方物联网应用服务提供商的实证开发。三 项目研究内容和技术路线3.1项目研究框架使用物联网综合数据服务平台所构建的物联网应用系统包括三个方面：行业终端，通信系统，以及物联网综合数据服务平台。物联网综合数据服务平台可以通过多种通讯技术（RFID/Zigbee/Insteon，GPRS、CDMA，WiFi，TCP/IP等）连接各种行业终端，采用中间件，Web Services以及SOA等标准化数据表达技术，将行业终端汇总到一个统一的数据管理系统，实现数据汇集、远程监控、自动报警、控制、诊断维护，进而实现对设备的全局化管理和服务。图1展示了物联网综合数据服务应用系统部署图，第三方M2M应用服务提供商可以通过物联网综合数据服务平台开发在能源、环境、水利、石化、市政管理、工厂、智能建筑等领域的应用服务，以实现对所有设备进行全面有效的监控和管理，确保各终端设备及移动资产能够保持节能、环保、高效、安全的运行状态。图1 物联网综合数据服务应用部署图（1）行业终端M2M要连接和服务的对象是行业终端，包括传感器，RFID，Zigbee等等各类RF设备、GPRS，各种CMMA以及SMS等手持设备，WiFi,ADSL.PSTN等IP终端，数量在1万亿以上。 具行业终端有的功能主要包括接收远程物联网综合数据服务平台激活指令、本地故障报警、数据通信、远程升级。（2）通信网络通信网络是连接行业终端和物联网综合数据服务平台的桥梁，它使终端设备不会成为信息获取的终点，成为信息孤岛。按照连接设备的方式可分为有线（Wireline）、无线（Wireless）两大类。有线通信技术可分为相对短距离的现场总线（FieldBus）和相对长距离的可支持IP的网络（包括PSTN, ADSL等）。无线通信主要包括GPS,RF,蓝牙和各类移动通信技术。（3）物联网综合数据服务平台物联网综合数据服务平台是一种M2M管理软件，是本项目的主要研究内容。物联网综合数据服务平台作为M2M产业链条中的关键因素，通过它可以实现对终端设备和资产（尤其是移动资产）的“管、控、营”一体化，也就是实现“两化融合”的关键。物联网综合数据服务平台通过各类通信网络采集来自行业终端的数据，将采集自各移动实体的信息进行常用的数据实时管理工作，包括数据可视化，数据分析，数据监控等，作为共性基础服务提供给第三方M2M应用开发商进行二次开发。 （4）物联网应用服务开发商物联网应用服务开发商利用物联网综合数据服务平台实现二次开发，基于这些数据形成特定于业务的应用模式，从而实现能源、环境、水利、石化、市政管理、工厂、智能建筑等行业的物联网应用服务系统。物联网综合数据服务应用系统包含三种角色：物联网应用服务开发商、物联网综合数据服务提供商和终端设备提供商，它们之间的关系是：终端设备提供商向物联网综合数据服务注册设备资产，并提供设备管理数据信息，终端设备提供商利用物联网综合数据服务对物联网应用服务开发商进行设备资产信息使用授权；物联网综合数据服务向物联网应用服务开发商提供设备数据服务，并提供终端设备提供商和物联网应用服务开发商之前的设备资产管理信息数据使用的签约管理；物联网应用服务开发商利用物联网综合数据服务对已签约的设备资产开发面向行业的应用服务。3.2项目研究内容物联网综合数据服务平台为第三方M2M应用服务开发商提供统一的M2M终端管理以及终端设备鉴权，支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接。物联网综合数据服务系统主要包括以下两大部分：数据融合网关以及物联网综合数据服务中间件。数据融合网关是物联网综合数据服务平台的“翻译员”，它获取来自通信网络的数据，并统一数据格式后传送给上层信息处理系统，其主要的功能是完成不同数据协议之间的转换。物联网综合数据服务中间件的主要功能包括：ESB数据总线，通用基础数据服务，签约管理、系统管理，综合数据服务接入以及WEB管理入口等。物联网综合数据服务平台系统架构如图2所示。图2 物联网综合数据服务系统架构图3.2.1数据融合网关数据融合网关主要的功能是完成不同数据协议之间的转换，其目标是屏蔽各终端数据的的差异性，使信息管理系统可以通过统一、开放的接口访问终端设备数据。数据融合网关的功能结构如图3所示：图3 数据融合网关体系结构图数据融合网关主要包含以下功能模块：( 1)设备注册管理中心以终端网络为单位，管理其成员的生命周期，包括：终端网络的建立、终端协议匹配、成员批量注册、初始化、维护和卸载，构成终端设备信息库。（2）数据协议接入中心提供RF数据接入模块，GPRS/CDMA数据接入模块，WiFi数据接入模块，以及其它可定制的数据协议接入模块。 （3）设备数据转换中心将从设备接口管理中心取得的数据进行统一的格式转换处理，此模块可同时为多个接口提供数据的处理，能高效、准确的进行数据组织。 （4）设备数据组织中心将从设备取得的已经处理的数据以统一的XML数据格式通过ESB数据总线发送上层业务数据处理系统。3.2.2 ESB企业数据服务总线ESB企业数据服务总线为上层基础数据服务提供基于标准的信息转换和路由，能消除不同应用之间的技术差异，让不同的应用服务器协调运作，实现了不同服务之间的通信与整合。ESB企业数据服务总线提供了事件驱动和文档导向的处理模式，以及分布式的运行管理机制，它支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并可以提供一系列的标准接口。ESB企业数据服务总线主要包括以下功能：（1）消息机制实现服务发布、订阅，响应 请求，同步异步消息，实现消息转换和消息路由，提供位置透明性的服务路由和定位服务。（2）服务管理提供目录服务，保存数据配对信息，提供快速的数据检索及资产发现功能，在总线范畴内对服务的注册命名及寻址管理功能。（3）数据定义提供统一数据格式定义的管理。3.2.3 通用基础数据服务通用基础数据服务利用数据融合网关从终端设备中获取数据，形成共性数据服务，为第三方物联网应用服务开发商提供便捷可靠的调用接口。通用基础数据服务包括数据汇聚、数据展示、资产分析、自动报警、流量统计、异常监控、实时数据存储。（1） 数据汇聚提供通用的数据汇聚管理，将来源于接入商的动态数据按照通用需求形成一系列便于使用的数据集，并为二次开发提供可配制的灵活数据视图建设机制（2） 数据展示实现数据的可视化查询和展示。（3） 资产分析实现对终端设备（主要是移动设备）的管理、跟踪和维护。（4） 自动报警对出现异常的设备，进行预处理，并自动报警。（5） 流量统计统计所采集的设备数据流量，主用开发商的计费和账务管理。（6） 异常监控监控设备状态，对发现异常信息的设备提交自动报警。（7） 实时数据存储实现两种实时数据存储服务，将终端设备数据保存至本地数据库或第三方虚拟存储。3.2.4 综合数据服务接入模块 实现第三方物联网应用服务开发商的接入。3.2.5 签约管理 管理第三方物联网应用服务开发商与资产提供商之前的签约，对第三方物联网应用服务开发商开放以签约终端设备信息使用的授权。3.2.6 系统管理 实现物联网综述数据服务系统自身的配置和管理。3.2.7 WEB管理入口 对签约管理和系统管理提供WEB访问接口。3.3 拟采取与技术路线在课题的整体实施过程中，将强调如下技术路线：（1）以物联网综合应用需求为牵引由于物联网的发展非常迅速，并且所涉及的技术面非常广，我们将紧密结合物联网综合应用的实际需求，划分出研究工作的先后次序和重点，有计划、有步骤地推进本课题的研究工作。（2）在研究路线上，本项目采用“模型服务架构原型应用再提高”的研发步骤，逐步推进研究工作。（3）在研究策略上，课题采取“立足已有工作，重点突破，以点带面”的策略以现有的数据采集和集成中间件为主要研究平台，满足物联网应用需求为主要研究目标，对关键技术问题进行重点攻关，基于“现代服务业服务交互支撑平台”研发物联网综合数据服务。（4）集成与技术创新并举在物联网管理软件开发方面，课题承担单位具有厚实的理论研究基础和广泛的应用经验，在现代服务业领域也具有丰富的积累和良好的应用实践。因此，我们将充分利用和集成这些已有的成果和技术，并在此基础上进行技术的创新和发展。（5）多版本滚动循环发展实践是检验真理的标准，技术的有效性只有在实际应用中才能得到真正的验证。因此在本课题的研发和应用工作中，我们将以已经掌握的技术为起点，制定基础版本，以求快速推动实际应用，然后根据实际应用的反馈，制定新版本的研究目标和技术升级、完善方向。四 课题执行框架任务划分具体工作子任务任务目标启动时间结束时间1. 数据融合网关改造数据融合网关主要的功能是完成不同数据协议之间的转换，其目标是屏蔽各终端数据的的差异性，使信息管理系统可以通过统一、开放的接口访问终端设备数据。1.1 数据协议接入中心改造完成数据协议接入中心的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-3-102010-4-201.2 设备注册管理中心改造完成设备注册管理中心的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-3-102010-4-201.3 设备数据转换中心改造完成设备数据转换中心的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-3-102010-4-202.数据总线改造ESB企业数据服务总线提供了事件驱动和文档导向的处理模式，以及分布式的运行管理机制，它支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并可以提供一系列的标准接口。2.1 消息机制改造完成消息机制的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-4-212010-5-102.2 服务管理改造完成服务管理的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-4-212010-5-102.3 数据定义管理改造完成数据定义的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-4-212010-5-103.通用数据服务开发与封装通用基础数据服务利用数据融合网关从终端设备中获取数据，形成共性数据服务，为第三方物联网应用服务开发商提供便捷可靠的调用接口。通用基础数据服务包括数据汇聚、数据展示、资产分析、自动报警、流量统计、异常监控、实时数据存储。3.1 数据汇聚完成数据汇聚的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-5-112010-5-313.2 数据展示完成数据展示的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-5-112010-5-313.3 资产分析完成资产分析的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-5-112010-5-313.4 自动报警完成自动报警的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-12010-6-203.5 流量统计完成流量统计的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-12010-6-203.6 异常监控完成异常监控的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-12010-6-203.7 实时数据存储完成实时数据存储的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-12010-6-204.共性服务提供管理实现数据服务接入和系统管理的功能。4.1 通用数据服务接入整合上述服务，完成通用数据服务接入的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-212010-7-104.2 数据服务平台系统管理完成数据服务平台系统的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-212010-7-104.3签约管理完成签约的需求分析，系统设计，编码实现和单元测试。2010-6-212010-7-105交付与试运行接入服务试运行试运行及集成测试完成部署与成果交付，试运行，验收2010-7-112010-8-156实证接入支持支持第三方开发商实证中接入服务实证接入支持配合第三方物联网应用服务开发商进行实证接入。2010-8-15