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案例頻道董明楷 方甲松
1 引言
數(shù)字城市的基本內(nèi)涵是利用現(xiàn)代信息技術(shù)（包括電腦技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和GIS/GPS/RS技術(shù)等）實現(xiàn)城市中各行業(yè)、各領(lǐng)域的信息化，并將城市中的眾多信息孤島連接起來形成一個整體。繼而以數(shù)字城市為基礎(chǔ)，逐步實現(xiàn)地域數(shù)字化乃至全國的數(shù)字化。自上世紀末以來，數(shù)字城市已經(jīng)被許多大中城市列為重點發(fā)展方向，逐步在世界范圍內(nèi)形成建設(shè)的高潮。
在數(shù)字城市的建設(shè)中，傳統(tǒng)信息領(lǐng)域的技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，一般都有較為全面系統(tǒng)的標準與規(guī)范。然而，作為數(shù)字城市中重要的建設(shè)基礎(chǔ)與內(nèi)容，控制與集成卻還處于一種較為無序的狀態(tài)，多種標準共存、沒有統(tǒng)一的標準可遵循、系統(tǒng)之間的互聯(lián)和互操作性很差，根本不能滿足數(shù)字城市對信息化的要求，在數(shù)據(jù)信息的可得性方面存在著很多困難，更談不上數(shù)據(jù)信息的可用性問題。
以以太網(wǎng)和無線技術(shù)為代表的通信技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)控制、智能建筑等自動化系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，可以說以太網(wǎng)+TCP(UDP)/IP已經(jīng)成為“事實上”的工業(yè)標準。這解決了系統(tǒng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)的可達性問題。在數(shù)字城市中，控制與集成有其自身的特殊性和行業(yè)應(yīng)用背景，不能簡單地將信息領(lǐng)域的標準與規(guī)范移植過來。因此，必須根據(jù)該領(lǐng)域的特征與具體應(yīng)用相結(jié)合，制定該應(yīng)用領(lǐng)域的通信協(xié)議標準規(guī)范，總結(jié)出該領(lǐng)域的基本特征、系統(tǒng)框架、模型和技術(shù)規(guī)范。
國家有關(guān)部門組織控制和系統(tǒng)集成標準起草，對數(shù)字城市、智能建筑中控制和系統(tǒng)集成的通信協(xié)議等進行標準規(guī)范建設(shè)。本文將提出控制和系統(tǒng)集成的通信協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從總體上給出該應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)框架與模型，是該標準規(guī)范的基礎(chǔ)與核心部分。
2 體系結(jié)構(gòu)
2.1 標準范圍
在數(shù)字城市的控制與集成中，核心的基礎(chǔ)設(shè)施是一些硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)構(gòu)成的信息站點（單元），它們是各控制管理系統(tǒng)的基本單元，也是信息數(shù)據(jù)的基本處理單元。每個信息站點一方面管理自己內(nèi)部的各種硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源，同時為其它信息站點或用戶提供各種類型的服務(wù)。因此，本標準是在國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TCP/IP傳輸層以上規(guī)范信息站點中各種資源和服務(wù)的外部互操作特性，規(guī)范系統(tǒng)的應(yīng)用通信協(xié)議，使之能夠有序協(xié)調(diào)工作。在此體系結(jié)構(gòu)中，主要包括信息站點模型，信息站點中的資源模型、通信模型、服務(wù)模型，以及分布式系統(tǒng)的模型。
圖1 標準范圍
2.2 站點模型
信息站點是實際系統(tǒng)中基本的組成單位，每個信息站點各自都是一個相對獨立的系統(tǒng)。在硬件上對應(yīng)于一定的設(shè)備，包含一些基本的物理模塊，如傳感器、控制器、執(zhí)行器、網(wǎng)絡(luò)接口等基本部件；在軟件上，則包含一個能夠獨立自主地運行的應(yīng)用系統(tǒng)。通常，信息站點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用圖2來表示，主要可以分為六大部分。
(1) 基于IP網(wǎng)絡(luò)的通信部分，主要負責與其它信息站點和控制系統(tǒng)進行交互通信，實現(xiàn)信息交流和系統(tǒng)控制。
(2) 基于簡單對象訪問協(xié)議SOAP（Simple Object Access Protocol）的消息傳輸、控制和訪問部分，實現(xiàn)上層的服務(wù)與下層的網(wǎng)絡(luò)通信的連接，使應(yīng)用服務(wù)成為可能。
(3) 服務(wù)接口部分，提供標準的應(yīng)用服務(wù)接口，一方面信息站點的所有對外的功能服務(wù)都通過標準的服務(wù)接口來展現(xiàn)，另一方面，外界通過標準服務(wù)接口來訪問和調(diào)用信息站點內(nèi)部的功能，完成一定的任務(wù)。每個信息站點都提供幾種基本的通用服務(wù)，包括讀（Get）、寫（Set）、通告（Notify）、添加（Add）、刪除（Delete）等服務(wù)。外界對服務(wù)的訪問是通過下層的SOAP來進行的，并將服務(wù)的結(jié)果通過SOAP反饋回去。而服務(wù)的具體執(zhí)行過程則需要操作和利用信息站點內(nèi)部所包含的資源對象。
(4) 控制管理內(nèi)核是信息站點的核心部件，也稱之為中央控制器。它主要具備兩個方面的功能：一是統(tǒng)一管理和調(diào)度信息站點的所有資源，包括信息站點的基本描述、組成對象、安全等對象資源；二是接受外界提交的服務(wù)請求，通過調(diào)度和執(zhí)行完成相應(yīng)的任務(wù)，并以服務(wù)的形式返回給外界。
(5) 信息站點所包含的資源對象部分，是信息站點運行、管理和操作的對象和基礎(chǔ)。主要包括I/O對象、功能模塊對象、基本配置對象等，有的還可能具有集成資源對象，主要適用于系統(tǒng)集成。
(6) 安全管理部分，它在網(wǎng)絡(luò)之上提供基本的安全檢測、驗證、加密、解密等基本管理功能，以保證信息站點軟硬件和數(shù)據(jù)的安全。
圖2 信息站點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
如圖2所示，就構(gòu)成一個標準的信息站點系統(tǒng)模型，是一套相對獨立的系統(tǒng)，能夠獨自地完成相應(yīng)的任務(wù)。信息站點的基本運行過程是：
(1) 控制管理內(nèi)核自主地運行，控制、管理和調(diào)度內(nèi)部的基本對象和邏輯對象，并按既定的程序執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；
(2) 當外部通過網(wǎng)絡(luò)向信息站點提交請求時，通過SOAP協(xié)議的轉(zhuǎn)換而調(diào)用標準的服務(wù)接口；
(3)
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