海洋觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )化智能接口標準的研究
加入技術(shù)交流群
1．3 變送器電子數據表格(TEDS)
TEDS技術(shù)是IEEE 1451最重要的技術(shù)革新之一，是使變送器能夠像計算機上USB鼠標一樣實(shí)現“即插即用”功能的關(guān)鍵所在，使傳感器具有了自我識別和自我描述的能力。它能夠充分描述傳感器的類(lèi)型、行為、性能屬性和相關(guān)的參數，并將其向終端傳送，使終端可了解應用的傳感器或執行器的相關(guān)參數，并做出相應調整。增加或更換不同的變送器時(shí)，只要在TEDS中增加或改變相關(guān)的內容即可。不同的子標準定義的TEDS格式并不完全一致，可以根據不同的應用需求進(jìn)行選擇。
TEDS的實(shí)現由于受到海洋觀(guān)測環(huán)境的限制以及實(shí)現成本等方面的影響，目前主要有硬件實(shí)現和軟件虛擬實(shí)現兩種方法。硬件實(shí)現上，TED S一般貯存在變送器內置電子存儲設備中，也可以采用虛擬TEDS，TEDS相關(guān)信息以數據庫形式存儲在系統中。
1．4 智能變送器Web服務(wù)(STWS)
STWS由一系列用于訪(fǎng)問(wèn)IEEE 1451智能變送器的Web服務(wù)組成。STWS建立在面向服務(wù)架構(SOA)和IEEE 1451．0變送器服務(wù)的基礎上，并且由Web服務(wù)定義語(yǔ)言(WSDL)來(lái)描述。STWS WSDL規范被分為6個(gè)主要元素：定義、類(lèi)型、信息、端口類(lèi)型、綁定和服務(wù)。STWS為IEEE 1451智能變送器提供了一個(gè)統一標準的Web服務(wù)。
STWS有3種存在方式，如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/192748.htm
1)存在于單獨的計算機中，為IEEE 1451智能變送器服務(wù)；
2)存在于NCAP中，為基于IEEE 1451的傳感器網(wǎng)絡(luò )服務(wù)；
3)存在于集成的IEEE 1451智能變送器中。
通過(guò)STWS這個(gè)標準方式，我們可以實(shí)現IEEE 1451智能變送器在網(wǎng)絡(luò )服務(wù)應用方面(傳感器應用)的互操作性。
2 OGC SWE(傳感器Web整合框架)
2005年，開(kāi)放地理空間聯(lián)盟(OGC)提出了一種革命性的開(kāi)放標準架構——傳感器Web整合框架(SensorWeb Enablement，SWE)，目標是能夠通過(guò)Web發(fā)現、訪(fǎng)問(wèn)、應用所有類(lèi)型的接入Internet的傳感器資源(包括硬件資源和數據資源)，為構建“即插即用”的基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò )提供一個(gè)標準的平臺。SWE是一個(gè)全新的標準框架，給海洋界提供了海洋觀(guān)測系統發(fā)展的新機遇，而且還在不斷地修訂和完善中。
2．1 概念與功能
通常我們所說(shuō)的傳感網(wǎng)(sensor network)是一個(gè)計算機可訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )，它是由地理空間上分布的許多傳感器組成，用以監測不同地區的環(huán)境因素，如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、物體的運動(dòng)或者一些污染情況。而傳感器Web是指通過(guò)Web可訪(fǎng)問(wèn)的傳感網(wǎng)，使用標準協(xié)議和應用程序接口(API)，我們可以通過(guò)Web訪(fǎng)問(wèn)接入網(wǎng)絡(luò )的傳感器數據。
SWE致力于實(shí)現傳感器觀(guān)測數據的發(fā)現、交換和處理，以及觀(guān)測系統的任務(wù)分配，其想實(shí)現的功能主要包括：
1)發(fā)現滿(mǎn)足用戶(hù)及時(shí)需求的傳感器系統、觀(guān)測數據以及觀(guān)測方法；
2)確定傳感器的性能和測量質(zhì)量；
3)訪(fǎng)問(wèn)傳感器參數；
4)檢索以標準方式描述的實(shí)時(shí)或存檔的觀(guān)測數據；
5)傳感器采集數據的任務(wù)分配；
6)通知由基于某些標準的傳感器或傳感器服務(wù)發(fā)布的告警。
2．2 體系結構
SWE能夠完善海洋觀(guān)測系統的方法主要有兩種：一是以標準形式描述傳感器以及觀(guān)測數據；一是定義標準的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)接口。
為了支持上述方法，OGC—SWE已經(jīng)開(kāi)發(fā)并測試了如下規范：
1)觀(guān)測與測量(OM)——標準概念模型，采用XML架構，用于描述存檔的和實(shí)時(shí)的底層傳感器觀(guān)測數據。OM標準可以實(shí)現海洋儀器之間的數據互操作。
2)傳感器建模語(yǔ)言(SensorML)——標準概念模型，采用XML架構，用于描述傳感器、系統和工作流程；對于傳感器的發(fā)現和定位，海洋觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )的配置，傳感器觀(guān)測數據的處理等提供必需的信息。
3)變送器置標語(yǔ)言(TML)——概念模型，采用XML架構，用于描述變送器內部以及出入海洋觀(guān)測系統的實(shí)時(shí)數據流，為Web信息交互提供了統一的標準格式。
4)傳感器觀(guān)測服務(wù)(SOS)——標準Web服務(wù)接口，用于請求、寄存、過(guò)濾和檢索觀(guān)測數據以及傳感器系統信息。SOS在客戶(hù)端與觀(guān)測數據庫之間起中介作用。
5)傳感器規劃服務(wù)(SPS)——標準Web服務(wù)接口，用于響應用戶(hù)需求，分配傳感器任務(wù)。SPS在客戶(hù)端和傳感器收集管理環(huán)境之間起中介作用。
6)傳感器告警服務(wù)(SAS)——標準Web服務(wù)接口，用于發(fā)布和訂閱來(lái)自傳感器的警報。
7)Web通知服務(wù)(WNS)——標準Web服務(wù)接口，用于異步傳輸來(lái)自SAS、SPS網(wǎng)絡(luò )服務(wù)和其他服務(wù)的信息或警報。
上述規范是SWE的核心，能夠為海洋觀(guān)測系統提供大量統一的Web服務(wù)接口，為滿(mǎn)足終端用戶(hù)需求的傳感器自識別、觀(guān)測數據的獲取、數據交互、任務(wù)分配以及告警信息發(fā)布等功能的實(shí)現提供了具體的解決方案。
2．3 傳感器建模語(yǔ)言(SensorML)
傳感器建模語(yǔ)言是SWE的關(guān)鍵組成部分，并且提供了標準傳感器模型和XML代碼，用以描述與傳感器相關(guān)的工作過(guò)程，包括傳感器系統的測量和測量后加工處理。所有的處理過(guò)程都定義了它們的輸入、輸出、參數、方法和相關(guān)元數據。它提供的是傳感器系統的功能模型，而并不是系統硬件的詳細描述。
可擴展標示語(yǔ)言(XML)架構可以被用于發(fā)布傳感器性能、定位和接口的正式描述。Web客戶(hù)端和服務(wù)器能夠分析并翻譯XML數據，實(shí)現傳感器的自動(dòng)發(fā)現，并評估這些傳感器的特性。另外，如果預先對海洋觀(guān)測系統不了解，這些信息也使應用軟件能夠定位和處理底層傳感器數據。
在XML架構中，針對不同的目的，傳感器控制接口與上層系統能夠自動(dòng)通信：確定傳感器的狀態(tài)和位置信息；發(fā)送命令到傳感器或傳感器平臺；訪(fǎng)問(wèn)存檔的或實(shí)時(shí)數據。通過(guò)一個(gè)專(zhuān)有的或自定義的接口，或者通過(guò)IEEE 1451標準接口，都能實(shí)現基于Web的應用與底層傳感器系統的連接。
2．4 傳感器接口描述符(SID)
傳感器接口描述符(SID)由德國的52North公司開(kāi)發(fā)，被看做OGC—SWE的一部分。對于側重于Web服務(wù)的SWE來(lái)說(shuō)，SID是實(shí)現觀(guān)測系統底層傳感器互操作性的一種可行方法。它以一種標準方式描述傳感器接口以及它的命令和數據響應格式，并對這種描述進(jìn)行解釋。對于接口的描述，我們需要使用擴展的SensorML。對于SID來(lái)說(shuō)，SID翻譯器的使用是非常重要的。SID翻譯器讀接口描述，然后會(huì )依據相應的信息生成對于儀器的命令。原則上存在兩種運行模式：
1)SID翻譯器周期性地向儀器發(fā)送命令，讀出測量數據并將其發(fā)送到SOS；
2)SID響應SWE客戶(hù)端發(fā)送的請求，生成相應的專(zhuān)有儀器命令。
使用SID的一個(gè)海洋觀(guān)測系統模型如圖3所示：
評論