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| 标准编号 | GB/T 40015-2021 (GB/T40015-2021) | | 中文名称 | | | 英文名称 | Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Control and management of community energy-saving control network | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L79 | | 字数估计 | 46,427 | | 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 40015-2021
(Information technology Remote communication and information exchange between systems Community energy-saving control network control and management)
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
社区节能控制网络控制与管理
2021-04-30发布
2021-11-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 综述 1
1.1 范围 1
1.2 目的 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和缩略语 1
3.1 术语和定义 1
3.2 缩略语 2
4 架构 2
4.1 通用要求 2
4.2 系统架构 3
4.3 传感器和执行器管理的一般工作流程 4
5 管理与控制单元(MCU) 5
5.1 概述 5
5.2 框架 5
5.3 典型 MCU通信序列 6
6 网关(GW) 7
6.1 概述 7
6.2 网关框架 8
6.3 访问控制 8
6.4 事件处理 9
7 网关(GW)控制和管理 9
7.1 概述 9
7.2 设置GW的配置和运行状态 10
7.3 获取GW的配置和运行状态 12
7.4 向执行器发送控制要求信息 12
7.5 读取传感器实时数据 13
8 服务协议 14
8.1 协议的定义 14
8.2 数据结构 15
9 WRITE、FETCH和TRAP协议扩展 20
9.1 通用要求 20
9.2 数据格式 20
9.3 重新定义Header类 21
9.4 Control类 22
10 与IEEEStd1888-2011兼容 22
11 安全性考虑 23
附录A(资料性附录) MCU提供服务的典型流程 24
附录B(资料性附录) 组件管理的推荐组件模型 27
附录C(资料性附录) 访问控制列表编码 33
附录D(资料性附录) MCU向组件提供ACL的过程 39
附录E(资料性附录) 导入SNMP管理信息库 41
附录F(资料性附录) 参考文献 42
信息技术 系统间远程通信和信息交换
社区节能控制网络控制与管理
1 综述
1.1 范围
本标准在IEEE1888TM的基础上扩展了泛在绿色社区控制网络(UGCCNet)中的接口协议、消息格
式和交互处理机制,规定了网关的中央访问控制策略和管理策略。本标准扩展了原接口协议和消息格
式的定义,并且主要详细说明了用于访问控制、注册管理、状态查询、事件报告、远程管理等的网关信
号流。
1.2 目的
本标准旨在为服务提供商、系统集成商、设备制造商等提供开放且标准化的网关管理接口协议,通
过扩展原接口协议,从而支持对网关和绿色社区中其他设施的远程控制和监视,如供暖、通风和空调设
备(HVAC),照明系统,能源设备。
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。
3 术语、定义和缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。对于本条款中未定义的术语,宜查询IEEE在线标准词典。
3.1.1
作为IEEE1888网络的中央管理单元,为其他组件提供控制/管理资源等服务。
3.1.2
管理与控制单元的一个模块,用于操作和维护网关、传感器/执行器。
3.1.3
管理与控制单元的一个模块,为请求的组件提供服务。
3.1.4
管理与控制单元的一个模块,用于管理组件的访问控制。
3.2 缩略语
4 架构
4.1 通用要求
UGCCNet中组件的管理和控制是必要的。有效的组件管理和控制可以改善系统运行,为终端用
户提供高效的操作。同时,部署在访问受限的建筑物中(如办公室、酒店、学校、商店、家庭、工厂等),有
效地检查网关和连接的传感器/执行器的健康状态也是必要的。在不进入受限区域的情况下,GW、存
储器和APP的配置更改也很重要。
为实现此类管理与控制,本标准规定以下通用要求:
a) 使GW和所连接的设备的配置、状态和事件等易于管理和控制:
1) 可获取组件(特别是GW)的配置信息和运行状态;
2) 可设置组件(特别是GW)的配置信息和运行状态;
3) 可通知组件(特别是GW)运行状态的改变;
4) 可管理 WRITE(写)、FETCH(读)和TRAP(订阅)通信过程的会话控制;
5) 允许双向通信,例如允许通过网络地址转换器(NAT)专用网络组件的双向管理和控制。
b) 为组件提供各类的服务:
1) 可处理来自多个传感器的数据控制和管理;
2) 可支持控制信号发送至多个执行器。
c) 防止未经授权的组件(比如APP、GW、存储器等)或设备访问网络,禁止它们在系统中执行控
制命令:
1) 可提供组件级别的访问控制管理;
2) 只能访问GW和连接的传感器/执行器。
d) 为系统扩展提供原始信息,以保持系统互操作性和向后兼容性:
1) 提供可扩展的管理、控制信息模型和访问控制模型;
2) 允许IEEEStd1888-2011规定的组件之间的通信;
3) 提供可管理和控制的组件、简单网络管理协议(SNMP)的管理信息库(MIB)和访问控制
列表(ACL)格式的信息模型。
数据状态的管理规则和UGCCNet组件的访问记录将在未来标准中定义。
4.2 系统架构
为了实现控制和管理功能,满足运行要求,在系统中引入管理与控制单元(MCU),承担控制和管理
UGCCNet组件(特别是GW)和GW连接的传感器/执行器设备的管理任务。
确定的管理和控制的系统架构如图1所示。图1主要是对与本规范相关的网络通信进行说明。本
网络中也支持IEEEStd1888-2011的通信。
MCU管理部署在远程站点的多个GW、存储和 APP。本标准将 MCU控制下的组件称为“可管
理”组件,例如,受管GW,并且,MCU管理的一组组件称为 “可管理域”。至于其他不在 MCU控制下
的GW、存储器和APP,本标准有时会明确地将其称为“非可管理”组件,如:非可管理APP。围绕 MCU
的管理和控制的典型通信如图1所示。
以下实例总体地描述了 MCU的行为和角色。
实例1:MCU提供管理和控制服务,处理来自传感器的数据并将控制命令数据发送到执行器。在
这种情况下,APP使用 MCU提供的服务。
注:非可管理网络中的APP也可以使用这些服务。
实例2:MCU获取UGCCNet组件的配置和运行状态,并设置其配置和运行状态。MCU可以将状
态改变通知至远程组件。管理的对象(例如配置和运行状态)包括产品信息、工作模式、健康状态、警报、
日志、ACL等。MCU也可以访问:
a) 读取传感器和控制执行器的GW;
b) 用于获取历史数据;
c) 用于向远程站点报告事件的APP。
实例3:从非可管理APP到可管理GW 的直接通信。在可管理组件中,此访问由ACL的配置控
制,ACL的配置由 MCU管理。
实例4:MCU向注册表查询所需的组件或点(Point)信息。
为满足上述管理和控制要求,本系统架构:
a) 定义了管理和控制背景下的一组规程;
b) 定义了一种新方法的“服务”,用于管理和控制各个设施(一组传感器和执行器);
c) 定义了一种用于服务方法调用的消息格式;
d) 提供了用于管理和控制的信息模型示例(包括健康检查、工作模式配置、访问和控制管理等)。
4.3 传感器和执行器管理的一般工作流程
4.3.1 APP请求 MCU服务
在图2场景中,APP请求 MCU提供服务(步骤1),例如读取或控制某个传感器/执行器。MCU从
注册器中获取GW信息,见步骤2。(如果 MCU知道管理传感器和执行器的GW,则步骤2是可选的)
根据APP请求的情况,MCU决策后会执行步骤3或步骤3'。例如,如果APP仅请求GW(或连接
的传感器/执行器)信息或者 MCU中的缓存信息,MCU将直接把信息发送回 APP(步骤3')。否则,
MCU将命令发送至相应的GW(步骤3)。
注:服务方法的调用可以是异步的。
图2 MCU服务调用
4.3.2 APP直接与GW通信
在图3场景中,APP直接访问GW以读取传感器或控制执行器。
---APP访问GW之前,MCU已经更新了该GW的ACL(步骤1)。步骤1应在GW开始运行时
执行,并在ACL更新时再次执行。
---如果APP不知道所要找的GW的具体地址,则通过查询注册表来查找GW信息(步骤2)。
---APP访问GW(步骤3)。GW根据步骤1中 MCU设置的ACL和其他相关安全措施来验证
APP权限。信息传输安全性内容应满足IEEE1888。
---APP从GW得到访问结果(步骤4)。
注1:ACL是组件的访问授权,详细信息见6.3。
注2:GW的ACL是从 MCU安装的。
5 管理与控制单元(MCU)
5.1 概述
在IEEEStd1888-2011网络体系结构的基础上,本标准引入了 MCU模块来管理组件(如GWs)
和其他设备,以获得一个更好操作和管理的网络。任何已注册和验证的GW 都将受 MCU控制。通过
授权机制,MCU执行GW的访问控制,防止未经授权的操作。MCU还提供公共服务,实现可靠、有效
的GW运行。MCU作为管理单元,能监视和收集GW运行时信息,根据这些信息可以访问远程配置或
发送警报消息。
MCU在网络运行中起着关键性的作用。它起到了管理和控制的作用;通过网络,对GW 和其连接
的传感器/执行器设备进行抽象资源和设备管理;简化了应用程序和GW 之间命令、数据的安全性和性
能。为有效地管理和控制GW,MCU使用SERVICE协议提供公共服务,SERVICE协议见5.3和第
8章。
在 MCU的直接或间接参与过程中,已经认证和授权的APP可以通过GW从设备读数据或向设备
写数据。即,当需要控制能耗设备或节点时,MCU一定是通信的参与者,通信过程见7.1中图8。
5.2 框架
MCU应实现三种基本功能:资源访问管理者(RAM)、操作管理与维护(OAM)以及运营服务提供
者(OSP),如图4所示。
a) RAM管理组件和GW之间的访问控制。它将所有组件(例如GW)和节点视为资源。如果已
将访问权限配置到ACL中,则由 MCU管理的APP可以从GW 和连接的设备获取数据或向
其发送命令。RAM还负责设置网络的安全策略。例如,可以根据不同的安全要求来调节不
同的授权策略。RAM可以根据这些要求设置不同的安全级别。
b) OAM主要用于组件的配置、运行状态和控制管理。OAM 维护着网关列表,即网关管理列表
(GML)。列表中的GW已经通过身份认证,ACL中的GW 来自GML,并受 MCU控制。同
时,OAM监视GW和其他组件之间的消息交互,以保持节点正常运行,具体细节见第7章。
---从传感器/执行器获取数据;
---将“设备感知”的数据转换为IEEE1888协议消息,并转发给其他组件;
---接受有效的控制命令,并将其转发给执行器;
---监控和记录其自身及与其连接的传感器/执行器的运行状态;
---在特定事件发生时发送警报消息。
GW可内置访问策略,但访问策略需由 MCU管理,以便于 MCU可以直接或间接参与所有GW
活动。
6.2 网关框架
图7给出GW的逻辑框架结构,这些逻辑模块实现了6.1规定的基本功能。
图7 GW框架
访问控制模块(AC模块)用于控制GW 的访问,包含一个由 MCU管理和配置的授权信息列表。
如果 MCU知道GW的授权发生变化,它会通知相关GW并更新授权列表,见6.3。
配置模块维护GW的工作模式,包括传感器/执行器的设置。MCU获取和设置配置信息见7.2和
7.3,示例配置见附录C。
现场设备模块用于维护传感器/执行器或点信息。GW需要维护传感器/执行器或点信息来执行读
写传感器/执行器数据的动作。
报警模块用于管理报警信息(报警信息可来自传感器/执行器设备或GW 本身)。警报可以告知状
态的变化,如健康检查信息。发送警报前,需在报警模块中定义规则,根据这些规则分析数据(包括GW
工作状态)。如果数据满足触发条件,警报消息会依据规则生成,并按照IEEEStd1888-2011格式发
送给订阅者,见6.4。
为了同时与 MCU和传感器/执行器进行通信,GW应具有两个外部物理接口,即:
a) 连接不同现场总线的南向接口;
b) 连接UGCCNet其他组件的北向接口。
如果网络是同质的,这两个接口可能是相同的。
6.3 访问控制
当成为可管理节点时,GW应保持在 MCU的GML中,MCU维护每个可管理GW的ACL。
GW检查ACL以确定是否允许组件访问。来自 MCU的访问也应进行检查。组件内访问验证的
过程不在本标准的范围之内。
MCU应在可管理系统中维护整个ACL,并为每个组件提供相应的ACL集。ACL的消息格式不
在本标准的范围之内。附录C给出了ACL编码方法的示例。
GW提供两种方法用于维护AC模块:
a) MCU发送更新后的ACL集至相关联的GW;
b) GW可请求 MCU提供自己的ACL。
ACL应能够表达任意组件对任意节点的任意访问。为了使 MCU能够更新ACL,每个组件的初始
ACL只允许一个适当的MCU进行访问。这是因为MCU需要在组件上设置、获取配置和运行状态,但
在安装的初始阶段,必须保护组件不受任何其他访问。
注:在可管理系统中,其他组件(应用、存储)应具有自己的ACL,也应遵循此规则。
6.4 事件处理
根据事件来源,GW事件可以被分为两类:
a) 由GW自身状态或参数的变化触发的事件;
b) 连接传感器/执行器参数变化引起的事件。
同时,事件触发类型也可以分为两类:
a) 有条件的,只有在相关参数满足特定条件时才触发事件;
b) 无条件的,任何时候参数改变时触发事件。
事件可以预先定义,其触发条件由GW 提供者预定义且不能修改,这些事件只能订阅。也允许在
运行时定义的事件(称为用户定义的事件)。事件的触发条件和参数应在事件被订阅之前传递给GW。
当满足某些条件时,订阅事件将被触发,订阅方将收到通知,详见7.3。
7 网关(GW)控制和管理
7.1 概述
本章主要描述了GW控制和管理过程。GW 的访问由ACL控制,ACL由 MCU设置。详细说明
见6.3。
GW管理功能包括:
---设置GW的配置和运行状态;
---检索GW的配置和运行状态;
---向执行器发送控制命令数据;
---监测传感器实时数据。
GW访问、控制和管理的工作流程见图8。
GW的配置,也可以调用查询方法和使用 TRAP协议向 MCU 发起请求,以便从 MCU 获取合适的
配置。
在某些情况下,MCU可以要求GW 改变工作模式,从运行状态进入休眠状态或恢复正常运行状
态。GW周期性运行是一项节能管理政策。
GW工作模式(例如:休眠、运行等)如下:
---休眠:休眠工作模式表示GW工作在节能模式。在这种模式下,GW 的接口模块仍然工作,但
是逻辑相关的处理模块停止工作。
---运行:GW正常工作。
GW的配置设置示例见附录B。
GW可工作在运行、休眠、初始化或脱机状态。MCU可以采用数据方法,发送配置命令来改变GW
的工作模式。例如,当GW处于“运行”模式时,MCU可以发送命令给GW(值=“休眠”)以改变其工作
模式为休眠。当GW处于“休眠”模式时,MCU可以发送命令给GW(值=“唤醒”)以改变其工作模式
为运行。在休眠模式下,GW 不会响应任何请求,除了来自 MCU 的查询方法或数据方法(值=“运
行”)。
图9显示了设置GW配置和改变其运行状态的流程。
图9 通过 MCU设置GW配置和运行状态
实例A:描述 MCU如何修改GW配置。
实例B:描述应用程序如何修改GW 配置。当GW 响应来自APP的请求时,GW 将首先使用AC
模块验证授权,并且只响应那些验证通过的请求。
实例C:描述GW如何发起请求以从 MCU获得合适的配置(如ACL)。
注:上述管理流程也可以应用于其他组件(如存储器)。
7.3 获取GW的配置和运行状态
MCU可以通过查询方法获得GW 的配置设置或运行状态。GW 配置信息见7.2。受监测的GW
运行状态可能包括工作模式、健康信息、统计信息等。健康信息可能包括内存使用率、CPU使用率、磁
盘使用情况等。统计信息可能包括收到的FETCH 请求数目、收到的 WRITE请求数目和收到的
TRAP请求数目等。这类管理也可以应用到其他组件(见附录B中GW统计信息范例)。
图10显示了获取GW的配置和运行状态的流程。
图10 获取GW的配置和运行状态过程
MCU应使用FETCH协议获取运行状态和配置(实例A所示)或使用TRAP协议订阅运行状态
(实例B所示)。
MCU使用TRAP协议订阅GW运行状态的情况称为事件处理,详细信息见6.4。
7.4 向执行器发送控制要求信息
执行器的所有控制命令都由GW管理。该命令可能是启动设备、关闭设备等。如果存在这样的服
务,APP可以采用数据方法直接向GW发起控制,或要求 MCU采用服务方法执行操作。
有三种方法可用于控制驱动器,如图11所示。
图11 向执行器发送命令
实例A:APP使用服务方法向 MCU发送控制命令,MCU采用数据方法向GW发送相应的控制命
令以对特定执行器进行控制。这个过程可以是同步的(A'),也可以是异步的(A)。
实例B:APP采用数据方法向GW发送控制命令,要求GW对指定的执行器进行控制。
实例C:GW采用查询方法向 MCU发送信息请求(例如,GW的配置)或控制命令请求,MCU将采
用数据方法响应该GW的信息。
注:GW与执行器之间的通信不在本标准范围之内。
7.5 读取传感器实时数据
APP可以调用 MCU的服务方法来获取特定的实时传感器数据,或者在需要GW 信息的情况下访
问相关GW。
该应用可以直接从GW中检索实时数据,也可以从GW中订阅数据。
流程如图12所示。
图12 GW实时数据检索
实例A:APP调用MCU服务方法获取指定的实时数据,然后MCU使用查询方法向相关的GW查
询原APP所指示的相应回调 URL。GW 从传感器检索到实时数据后,利用数据方法向 APP发送
数据。
实例B:APP针对指定的实时数据调用 MCU服务方法,MCU将相应的GW 信息返回给APP或
访问GW来检索数据。APP可以使用实例C或实例D来读取数据。
实例C:APP使用FETCH协议调用GW 的查询方法。GW 将使用AC模块验证请求。如果这是
一个有效的请求,GW会将需要的实时数据发送回APP。
实例D:APP使用TRAP协议调用GW的查询方法。GW将使用AC模块验证请求。如果这是一
个有效的请求,GW首先向APP发送一个响应。在接收到实时数据后,GW将数据发送回APP。
8 服务协议
8.1 协议的定义
SERVICE(服务)协议应用于调用MCU中定义的服务上。任何组件都可以发起通信。当MCU接
收......
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