| 标准编号 | GB/T 36451-2018 (GB/T36451-2018) | | 中文名称 | 信息技术 系统间远程通信和信息交换 社区节能控制网络协议 | | 英文名称 | Information technology -- Telecommunications and information exchange between systems -- Community energy-saving control network protocol | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L79 | | 国际标准分类 | 35.110 | | 字数估计 | 58,538 | | 发布日期 | 2018-06-07 | | 实施日期 | 2019-01-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 36451-2018
Information technology--Telecommunications and information exchangebetween systems--Community energy-saving control network protocol
ICS 35.110
L79
中华人民共和国国家标准
信息技术 系统间远程通信和信息交换
社区节能控制网络协议
2018-06-07发布
2019-01-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 概述 1
1.1 范围 1
1.2 目的 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义、缩略语 2
3.1 术语和定义 2
3.2 缩略语 2
4 架构 3
4.1 UGCCNet架构 3
4.2 典型通信过程 4
4.3 网络设计 5
4.4 系统模型和部署 5
4.5 点 7
5 通信协议 8
5.1 综述 8
5.2 组件与组件之间的通信协议 8
5.3 组件与注册器的通信协议 10
6 应用程序编程接口 11
6.1 综述 11
6.2 传输的数据结构 11
6.3 组件的访问接口 12
6.4 注册器的访问接口 14
7 data和query模型 17
7.1 总则 17
7.2 点集合树结构的点管理 17
7.3 点集合树结构的查询模式 17
8 数据结构 19
8.1 总则 19
8.2 对象类和XML元素的命名规则 19
8.3 组件之间通信协议的数据结构 19
8.4 组件与注册器之间通信协议的数据结构 25
9 协议绑定 31
10 安全考虑 31
附录A(资料性附录) UGCCNet通信的典型序列 32
附录B(资料性附录) 典型的设施网络系统部署 34
附录C(资料性附录) query方法和data方法应用指南 35
附录D(资料性附录) 组件访问接口的 Web服务描述语言 39
附录E(资料性附录) 注册器访问接口的 Web服务描述语言 45
附录F(资料性附录) 组件与组件通信的错误类型 51
附录G(资料性附录) 组件与注册器通信的错误类型 52
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准使用翻译法等同采用ISO/IEC/IEEE18880:2015《信息技术 泛在绿色社区控制网络协议》。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 7408-2005 数据元和交换格式 信息交换 日期和时间表示法(ISO 8601:2000,
IDT)
本标准还做了下列编辑性修改:
---为与国家标准体系协调一致,对标准名称进行了改变,改为《信息技术 系统间远程通信和信
息交换 社区节能控制网络协议》。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口。
本标准起草单位:中国电子技术标准化研究院、北京天地互连信息技术有限公司、深圳赛西信息技
术有限公司、中国电信股份有限公司北京研究院、下一代互联网关键技术和评测北京市工程研究中心有
限公司、北京交通大学。
本标准主要起草人:寇宏、宋阳、刘东、卓兰、李文杰、张宏科、郜帅、余晖。
引 言
本标准定义了建设数字社区的重要系统组件,包括用于现场总线网络的网关,用于搭建数据共享平
台的数据存储器以及应用单元,可用于建设楼宇级及城市范围内的泛在设施网络基础设施。本标准定
义了在IPv4/IPv6网络环境下,组件(网关,存储,应用单元)之间互联和数据交换的通信协议,能够将多
样设备、存储器及包括集中管理、节能降耗、环境监测、警报系统等在内的应用服务进行集成。
目前普遍认为,在建筑、房屋、工厂内部部署设施网络是实现能源管理以及节能目标的有效工具。
基于TCP/IP协议对设施进行组网则可以实现建筑物范围内甚至是全市范围内的能源管理。然而,目
前大多数的系统是独立研制开发,独立部署运营的,这使得安装和运行成本相当高。
通常情况下,为了更好地在现场总线中通过互联网连接传感器以及执行器,我们引入了网关的设
计。然而,当前我们要求这种规模的设施网络应用不能仅仅是简单地连接设备,这些新兴应用在实际部
署实现中,通常要具备(1)大容量的存储器,用于存储传感器读数的历史数据,(2)支持交互操作的用户
接口,(3)上报系统,以及(4)数据分析器。
这些系统组件之间能够相互协作,特别是在具有能源感知功能的设施网络中。然而由于这些系统
组件是独立开发并独立集成的,因此如果没有对各系统之间进行专门分析、集成和操作处理,它们之间
很难直接实现协作或互操作。
如果定义一个通用的通信协议,能够实现这些系统组件之间的互操作,提高设施网络部署的效率,
同时可以减少系统集成和互操作性管理的成本,使设施网络能够应用于中小规模的建筑中,甚至部署在
房屋内。对于产品供应商,生产的组件无需做任何定制化的改动,仍可销往世界各地,有时用合理的成
本就可以实现大规模的生产。
为了实现整幢建筑物范围内,甚至是城市范围的能源管理,IEEEP18880工作组启动了泛在绿色社
区网络控制协议项目(UGCCNet),它规范了设施网络的远程控制架构。本项目的范围和目的是通过规
范设施网络组件之间(即设备接入网关,数据存储器和应用单位)的通信协议,实现组件之间的互操作,
从而构建基于互联网模式的设施网络基础架构。制定本标准是为了支持设施网络组件之间的互操作性
和组件开发的开放性。首先,通过简单的组件模型抽象出通用的设施网络组件。然后,本标准定义了组
件之间的通信协议。为了支持组件之间的自主协作,本标准还引入了注册机制。
本标准定义了通信的基础框架,旨在构建一个新的网络用于设施的更新,下一代的设施管理和中小
型规模设施网络的节能。本标准以实现节能和管理平台的集成化为目的,从过去的设施管理扩展到运
营级管理。此外,本标准定义的基础框架还可用于系统级的协作。
信息技术 系统间远程通信和信息交换
社区节能控制网络协议
1 概述
1.1 范围
本标准定义了在IPv4/IPv6网络环境下,组件(网关、存储、应用单元)之间互联和数据交换的通信
协议,在通用的数字化基础设施上采用开放的应用接口实现对多厂商设备的兼容。本标准定义了建设
数字社区的重要系统组件,包括用于现场总线网络的网关,用于搭建数据共享平台的存储器以及应用单
元,可用于建设楼宇间及城市范围内的泛在设施网络基础设施。本标准允许多家服务提供商和集成商
对基础设施进行分布式运营,定义了支持分布式基础设施互操作的组件管理协议。本标准也考虑了相
应的安全要求,以保证数据的安全性和完整性。
1.2 目的
本标准适用于建设能够对能源的使用情况进行良好管理且利用率高的绿色社区,并且允许包括中
小规模的不同现场网络、数据共享平台和应用单元在内的多楼宇设施实现互连。基于此标准的产品能
够实现泛在信息的感知、存储和展示,例如,产能和用能情况、环境状态及信息、人体活动、暖通空调的工
作状态、电灯系统、天气、报警、数据分析、数据预测等。通过系统组件之间的集成互操作,本标准可提供
并分享数据平台,包括实现与控制系统的协同。
2 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。
W3C XML的命名空间1.1版本(NamespacesinXML1.1)
framework)
1) ISO 出版物可从ISO 官方网站获取(http://www.iso.org/)。
2) IETF文本(RFC文档)可在网站http://www.rfc-archive.org/下载。
3) W3C出版物可从 W3C万维网联盟获取(http://www.w3.org/)。
4) W3C是万维网联盟的商标(在多个国家注册);W3C的商标由它的总部机构美国麻省理工大学(MIT)、欧洲数
学与信息学研究联盟(ERCIM)、日本庆应大学(KeioUniversity)和中国北京航空航天大学注册和持有。
W3C XML概要 第1部分:结构(XMLSchema-Part1:Structures)
W3C XML概要 第2部分:数据类型(XMLSchema-Part2:Datatypes)
3 术语和定义、缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。本条款未定义的术语应查阅IEEE线上标准词典。5)
3.1.1
访问控制 accesscontrol
允许经授权的访问以及对资源使用的方法。
3.1.2
执行器 actuator
接收数据信号,将其转换成物理动作的装置。
3.1.3
一种区分具有相同名称但不同含义的XML元素及属性的方法。URL作为“本地名称”的前缀,可
确保元素或属性名称的唯一性。URL仅作为一种创建唯一前缀的方法,不一定真正指向互联网上的某
个实际页面。
3.1.4
传感器 sensor
一种将物理、生物或化学参数转化为数字信号的转换器。
3.1.5
UUID
在某些已定义空间内保证唯一性的标识符。
注:在本标准中,除非另有说明,传输数据结构中的查询表达式和查找表达式都由UUID标识。6)
5) IEEE线上标准词典订阅地址:http://www.ieee.org/portal/innovate/products/standard/standards_dictionary.
html。
6) 标准文本、表格和图形中的注释仅供参考,不包含实施本标准的必然要求。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
AAA:认证,授权和计费(Authentication,Authorization,andAccounting)
EPR:端点引用(End-PointReference)
IP:互联网协议(InternetProtocol)
SSH:安全外壳协议(SecureShel)
SSL:安全套接层(SecureSocketsLayer)
4 架构
4.1 UGCCNet架构
本标准适用于基于TCP/IP协议的设施网络架构,见图1。本标准的主要目标之一是实现设施网
络组件之间的互操作性。因此,网关、存储器和应用单元,即本标准中定义的“组件”,具有相同的通信接
口。注册器与这些组件有不同通信接口,在图1中以虚线框表示。组件属于数据平面,注册器则属于控
制平面。在图1中还强调了AAA,提供运营管理支持。本标准并没有对AAA进行定义,但相关工作
可能在未来必要时启动。
图1 泛在绿色社区控制网络组网架构
在泛在绿色社区控制网络环境中,注册器是组件的代理,管理元信息,例如,组件充当的角色以及点
标识的语义等,从而实现组件之间的自主绑定和管理。本标准详细描述了泛在绿色社区控制网络的组
件之间相互协作的过程。
4.1.1 网关
网关组件连接传感器和执行器,为这些设备的数据模型和接入方法进行统一抽象,并对物理层(现
场总线)的数据模型和访问方法进行封装。网关根据其他组件写入的值对执行器进行相应操作,并向其
他组件(存储器和应用单元)提供传感器读取的数值。
4.1.2 存储器
存储器组件存储历史数据,其他组件写入的数值被永久保存在后端磁盘,当其他组件请求获取数据
时,存储器还负责提供相应的值。
4.1.3 应用单元
应用单元组件针对传感器读取的数据和执行器的指令提供相关的应用。应用单元可以提供用户接
口以显示当前环境状况,支持用户输入对执行器的设定策略,还可以作为一个虚拟设备实时分析传感器
获取的数据,并提供分析结果。
4.1.4 注册器
注册器作为网关、存储器及应用单元的代理,主要负责实现组件之间主动适当的绑定。注册器不属
于数据平面,不会对传感器和执行器进行直接操作。本标准允许系统在没有注册器的情况下运行。
4.2 典型通信过程
组件和注册器之间典型的通信协议过程见图2,实线表示组件之间的通信,虚线表示组件与注册器
之间的通信。
图2 典型的泛在绿色社区控制网络通信过程
注册器管理组件的角色以及相应的点标识。当组件需要访问某个点标识对应的数据或接口时,首
先查询注册器。注册器会在返回的响应中携带管理该点标识对应的数据或接口的组件的接入 URI。
组件与注册器的交互是可选的,如果请求组件通过配置方式知道访问对象的 URI,就不必向注册器查
询。下面给出了从过程A到过程I的通信说明。
注:每个通信过程的详细说明参见附录A。
a) 组件的注册。注册信息包括(1)网关管理的点信息,(2)存储器负责存储的点标识对应的数据,
(3)应用单元读取或提供的点数据。具体内容见5.3.2。
b) 通过语义查询搜索相应的点。具体内容见5.3.3。
c) 搜索某指定点对应的存储器,返回解析得到的组件的接入URI(见IETFRFC3986)7)。具体
内容见5.3.3。
d) 数据的传输。网关将传感器获取的数据发送到存储器。具体内容见5.2.3。
e) 数据的获取。应用单元从存储器中获取数据。如果返回的数据很大,支持数据按序分段,逐段
传输。具体内容见5.2.2。
f) 搜索管理某指定点的网关组件。返回解析得到的组件的URI。具体内容见5.3.3。
g) 数据的获取,应用单元从网关获取数据。如果不是需要分段的超大数据,则可以在一个远程过
程调用中读取完成。具体内容见5.2.2。
h) 数据的通知。应用单元周期性的向网关设定事件查询条件,网关在满足触发条件时向应用单
元主动提交更新的数据。具体内容见5.2.4。
i) 写入数据。应用单元向网关发送对某执行器的指令。具体内容见5.2.3。
4.3 网络设计
所有组件都可以充当一个TCP(见IETFRFC793)连接的发起方和接收方,组件之间是对等的关
系,可组成扁平化的网络,因此为了不对直接进行的双向通信造成影响,应避免引入NAT路由器或防
火墙之类的中间设备。
为解决该问题,本标准强烈建议采用IPv6网络(见IETFRFC2460),除此以外还可采用基于
HTTP代理或NAT穿越的解决方案,然而,这些方案通常都依赖于网络配置需求。本标准并不排斥这
类解决方案,但要求他们与其他基于泛在绿色社区控制网络构建的系统可以互操作,具体的除IPv6之
外的解决方案不在本标准讨论的范围内。
4.4 系统模型和部署
泛在绿色社区控制网络的系统模型见图3。
图3 系统模型
作为泛在绿色社区控制网络的基本单元,组件是对网关、存储器、应用单元的统一抽象,组件接口提
供两种方法:data8)和query9)。由于网关、存储器和应用单元都是组件的继承类,因此,它们具有相同的
接口(data和query),并使用相同的协议通信。
7) 标准文本、表格和图形中的注释仅供参考,不包含实施本标准的必然要求。
8) 本标准中用“data”表示向组件写入数据的接口方法。
9) 本标准中用“query”表示从组件中获取数据(包括基于事件的数据传输)的方法。
query是一种从组件中获取数据(包括基于事件的数据传输)的方法;
data是一种向组件中写入数据的方法。
注册器作为组件的代理,具有不同的接口,提供registration10)和lookup11)方法。
registration是一种记录组件角色和点语义的方法;
lookup是一种搜索特定组件或点的方法。
在网关、存储器、应用单元和注册器的实际实现中:
网关通过query和data方法实现对现场总线的封装,提供对物理设备的输入/输出访问;
存储器将通过data方法获取的数据进行保存,并通过query方法实现历史数据的查询;
应用单元实现其他功能。例如,提供用户门户,实现数据处理等;
注册器管理并维护组件与相关点标识之间的关系,通过registration方法提供组件角色和点标识语
义间的绑定,通过lookup方法提供针对组件和点标识的查询。
注:本标准也允许调用APP系统不通过quary和data方法访问其他组件。
10) 本标准中用“registration”表示组件或点注册的接口方法。
11) 本标准中用“lookup”表示查询组件或点的接口方法。
上述的统一抽象保证了任何厂商都可以开放的自主研发设施网络组件(即网关、存储器和应用单
元)。与此同时,在客户楼宇部署设施网络系统时,无需针对用户进行额外的改动,见图4。
图4 设施网络系统的实现
注册器的作用是增加组件之间协作的自治程度。在可操作范围内,注册器允许组件通过分享角色
信息进行协作(事实上,不仅仅适用于可操作范围内,对于非可操作域同样适用),见图5。
图5 组件之间的协同
4.5 点
4.5.1 概述
本条定义“点”的概念,一个点由基于URI的全局唯一标识符进行标识,它确定了组件之间交换数
据的数据流(如传感器读数、执行器命令及控制信号等)。
4.5.2 定义
点描述了用于在组件之间传输某特定数据序列的消息通道,一系列的传感器读数,执行器命令等
(如虚拟的传感器读数、元控制信号)都应与点绑定。在一个点(来自于传感器或到执行器中去)中通过
数据值来表示信息,点中的数据值可以是任何的对象类型。
通过调用其他组件的接口方法,可以在组件之间传递点的数据值。提供的方法是:
query:从某指定点读取对象;
data:向某指定点写入对象。
通过使用这些方法,一个组件可以从另一个组件得到指定点的数据值,同时也可以将某点相关的数
据值传输到另一个组件。
注:本标准扩展了“点”在设施网络中的传统概念。传统上,“点”代表一个可实现直接访问(通过读写方式)的特定
设备。当目标组件是网关时,此定义仍然适用。然而,在本标准中,存储器和应用单元具有与网关相同的接口,
因此我们扩展了其定义,不仅可以访问它们,还可以管理与它们相关的数据序列。在向一个点写入数据值时,
如果组件具有网关功能,则与之相关联的物理执行器将根据写入值进行操作。如果组件具有存储器功能,则该
值将被归档在其磁盘中。
4.5.3 基于URI的标识
一个点对应于一个全球唯一标识的数据序列。数据可能是来自某特定传感器的读取数据,或是发
往某特定执行器的指令数据。因此,为了区分全球的数据序......
|