黃麗芬， 黃大榮， 陳迪泉， 劉道敬

(1.廣東行政職業(yè)學(xué)院,廣州 510800； 2.重慶交通大學(xué),重慶 400000；3.深圳鍵橋通訊技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518000； 4.廣州工商學(xué)院，廣州 510800)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧實(shí)訓(xùn)室服務(wù)模式設(shè)計(jì)

黃麗芬1， 黃大榮2， 陳迪泉3， 劉道敬4

(1.廣東行政職業(yè)學(xué)院,廣州 510800； 2.重慶交通大學(xué),重慶 400000；3.深圳鍵橋通訊技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518000； 4.廣州工商學(xué)院，廣州 510800)

以智慧實(shí)訓(xùn)室感知層的建設(shè)為實(shí)踐平臺(tái)，將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與設(shè)備感知融合，提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的、支持各感知設(shè)備直接感知控制的物聯(lián)網(wǎng)智慧服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)感知，以感知實(shí)現(xiàn)服務(wù)。闡述了該模式中用到的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制過(guò)程的新實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)描述了通信對(duì)象、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)感知、控制以及智慧服務(wù)等概念的內(nèi)涵，并結(jié)合高校校園應(yīng)用實(shí)際給出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智慧實(shí)訓(xùn)室服務(wù)模式的結(jié)構(gòu)。介紹了通信對(duì)象封裝、組地址、物理地址、通信對(duì)象服務(wù)器等概念及實(shí)現(xiàn)方法，深入講解基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧感知模式設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程，闡述該模式下感知層節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的智能識(shí)別與智慧感知過(guò)程，并以實(shí)訓(xùn)室照明實(shí)例驗(yàn)證服務(wù)模式的無(wú)中心智慧識(shí)別功能。

智慧實(shí)訓(xùn)室; 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng); 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式; 通信對(duì)象; 智慧感知

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)的感知和服務(wù)模式，即如何根據(jù)物理環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，自主感知、融合、控制各種設(shè)備上的信息，提供智能化的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)理論和技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前已有許多學(xué)者關(guān)注于這方面的研究，嘗試從感知內(nèi)容、情境及交互機(jī)制等角度研究物聯(lián)網(wǎng)智慧感知和服務(wù)模式[1-7]。李力行等[1]在前人面向服務(wù)的方法與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合研究[2]的基礎(chǔ)上，引入環(huán)境實(shí)體的概念表達(dá)各物體屬性和行為，將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與環(huán)境實(shí)體交互，提出基于環(huán)境建模的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模型，將環(huán)境的感應(yīng)性、適應(yīng)性以及時(shí)間屬性體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中。肖融等[3]提出基于傳感內(nèi)容的尋徑模型，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容組播和內(nèi)容任播消息的信息傳遞方法，并根據(jù)內(nèi)容敏感范圍，設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)休眠機(jī)制，有利于實(shí)現(xiàn)感知信息的高效節(jié)能傳播。文獻(xiàn)[4-5]中均將情境因素引入建模過(guò)程，結(jié)合情境探討信息獲取、建模和智能處理等問(wèn)題，研究建立基于情境感知的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。賈冰等[6]則從主動(dòng)服務(wù)資源與用戶需求間等級(jí)映射的角度提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式解決方案。田梅[7]將關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)和情境感知的理論引入智慧圖書館的應(yīng)用服務(wù)建模。這些研究多集中在對(duì)單獨(dú)的應(yīng)用層或感知層服務(wù)建模，離實(shí)現(xiàn)從感知到應(yīng)用、按需提供的智能化物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)要求尚遠(yuǎn)。本研究將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與設(shè)備感知的融合，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的“物”進(jìn)行標(biāo)識(shí)、賦予物理屬性和實(shí)質(zhì)特性，運(yùn)用智能接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)體間的信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)個(gè)體與信息網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫整合。本文以智慧實(shí)訓(xùn)室的感知建設(shè)為實(shí)踐平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)感知，以感知實(shí)現(xiàn)服務(wù)，應(yīng)用通信對(duì)象綁定、組地址、物理地址等的設(shè)計(jì)使感知層節(jié)點(diǎn)設(shè)備間能直接進(jìn)行智能識(shí)別與智慧感知，各現(xiàn)場(chǎng)終端感知數(shù)據(jù)可直接觸發(fā)某種應(yīng)用功能，甚至完成某全局性的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智慧實(shí)訓(xùn)室的無(wú)中心智慧感知。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧服務(wù)模式描述

1.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制過(guò)程

1.1.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制過(guò)程及傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

數(shù)據(jù)點(diǎn)是系統(tǒng)中的過(guò)程和控制變量，是數(shù)字化、信息化過(guò)程中關(guān)注的各種基本的數(shù)據(jù)信息單元，可以是各種數(shù)字I/O、模擬量I/O、字符串?dāng)?shù)據(jù)、日期參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、配置屬性參數(shù)、診斷數(shù)據(jù)或其他系統(tǒng)參數(shù)等。在傳統(tǒng)的處理方案中，數(shù)據(jù)點(diǎn)都必須借助于各種信息采集器將系統(tǒng)中所有輸入數(shù)據(jù)采集到一種稱為主控制器的處理裝置中，經(jīng)過(guò)在主控制器中預(yù)先編寫的控制算法和處理程序，將各種輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理后，將處理結(jié)構(gòu)再送到各種輸出執(zhí)行器中。在這里，信息采集器和輸出執(zhí)行器僅僅承擔(dān)了數(shù)據(jù)的收集與輸出功能，不能處理各數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系[8-9]。

1.1.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制過(guò)程新實(shí)現(xiàn)方式

根據(jù)設(shè)備需求來(lái)定義通信對(duì)象，用以存放協(xié)議中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，同時(shí)將數(shù)據(jù)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系進(jìn)行封裝綁定。對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)類型進(jìn)行了規(guī)范，并且引入通信對(duì)象、功能組、關(guān)聯(lián)矩陣等概念，數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系用功能服務(wù)來(lái)描述，功能服務(wù)與通信對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系通過(guò)組地址進(jìn)行綁定。借助于運(yùn)行在各節(jié)點(diǎn)設(shè)備中的通信對(duì)象服務(wù)器所提供的一套精簡(jiǎn)指令，讀/寫數(shù)據(jù)點(diǎn)的值，實(shí)現(xiàn)基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的“全局事件”。

以EIB協(xié)議為例，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備中，根據(jù)該節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互的信息內(nèi)容，事先定義全局通信對(duì)象，通信對(duì)象的描述遵循EIS的交互規(guī)則。每個(gè)節(jié)點(diǎn)中可以定義一個(gè)或多個(gè)通信對(duì)象，并以對(duì)象表的方式對(duì)通信對(duì)象及其描述信息進(jìn)行存儲(chǔ)。如某智能節(jié)點(diǎn)定義了開(kāi)關(guān)和調(diào)光功能，則需定義開(kāi)關(guān)對(duì)象(1 bit)和調(diào)光對(duì)象(4 bit)。為實(shí)現(xiàn)通信和管理的需求，每一個(gè)對(duì)象都包含有自己的通信標(biāo)記和描述信息。

1.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧服務(wù)模式描述

1.2.1 通信對(duì)象的標(biāo)示與識(shí)別

感知層所有感知設(shè)備直接聯(lián)網(wǎng)，具有智能識(shí)別能力。單個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中交互時(shí)以通信對(duì)象的形式出現(xiàn)，設(shè)備的功能屬性以對(duì)象屬性的方式存在于設(shè)備數(shù)據(jù)中。包含對(duì)象的信息來(lái)源(或身份ID)、類型、名稱、數(shù)值、工程量單位、量綱、精度等級(jí)等各種屬性信息，統(tǒng)一編碼，同時(shí)建立相應(yīng)的解析服務(wù)體系，使對(duì)象信息的含義豐富、明確，具有智能識(shí)別能力。

1.2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的感知和控制

一個(gè)智能終端由一個(gè)或幾個(gè)通信對(duì)象構(gòu)成，能直接對(duì)物理世界的信息進(jìn)行智能識(shí)別和智慧控制，不需要另配控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集信息進(jìn)行綜合分析與處理，直接實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全局服務(wù)功能。具體可根據(jù)需求設(shè)置數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)條件，通信對(duì)象值變化滿足條件即發(fā)送數(shù)據(jù)幀，形成局部或全局的功能服務(wù)。各種控制策略與復(fù)雜算法處理功能通過(guò)設(shè)置條件或功能組綁定的方式下放到感知層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身。末端的設(shè)備分為智能感知設(shè)備和智能執(zhí)行設(shè)備兩大類，感知和控制設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)與功能聯(lián)動(dòng)根據(jù)需求進(jìn)行功能組綁定。

1.2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智慧服務(wù)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧服務(wù)摒棄中心的思想，脫離區(qū)域控制器進(jìn)行信息收集，每個(gè)終端設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接交互。根據(jù)應(yīng)用原子服務(wù)劃分各式各樣的功能服務(wù)模塊，每種原子服務(wù)由一些獨(dú)立的智能感知設(shè)備觸發(fā)，直接驅(qū)動(dòng)本功能組內(nèi)的其他智能執(zhí)行設(shè)備完成預(yù)定的應(yīng)用服務(wù)，若干原子服務(wù)組合形成大型場(chǎng)景服務(wù)，各級(jí)別服務(wù)設(shè)置可在應(yīng)用層集中更新。

圖1所示為智慧實(shí)訓(xùn)室的感知服務(wù)結(jié)構(gòu)圖[10-13]，在感知層主要包括各種環(huán)境感知、安防感知、RFID節(jié)點(diǎn)，各智慧節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)先設(shè)置的服務(wù)實(shí)現(xiàn)智慧感知和控制。以溫度服務(wù)為例，溫度感知節(jié)點(diǎn)定時(shí)感知溫度，到達(dá)下限即發(fā)送感知數(shù)據(jù)控制空調(diào)節(jié)點(diǎn)，空調(diào)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化自動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)，至此完成溫控子服務(wù)。

圖1 智慧實(shí)訓(xùn)室感知服務(wù)結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧感知模式設(shè)計(jì)

2.1 通信對(duì)象的封裝

物理世界感知數(shù)據(jù)的類型及屬性豐富且復(fù)雜，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度也不固定長(zhǎng)度，這里引入全局通信對(duì)象的概念來(lái)解決設(shè)備感知信息存儲(chǔ)和傳輸問(wèn)題。通信對(duì)象是控制網(wǎng)絡(luò)的通信主體。為了實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的全局通信功能，本設(shè)計(jì)采用KNX/EIB技術(shù)規(guī)范中對(duì)通信對(duì)象的定義與描述來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。即在通信對(duì)象定義時(shí)包含了數(shù)據(jù)指針、設(shè)置參數(shù)、數(shù)據(jù)類型說(shuō)明、通信標(biāo)記幾個(gè)部分，并將數(shù)據(jù)指針、信息類型、數(shù)據(jù)類型3個(gè)部分封裝成一個(gè)全局通信對(duì)象，3個(gè)部分各占1 byte。在通信對(duì)象描述結(jié)構(gòu)中，首字節(jié)用于存放指向通信對(duì)象數(shù)據(jù)的指針，用于數(shù)據(jù)尋址，獲得具體的數(shù)據(jù)值；次字節(jié)存放通信對(duì)象的屬性設(shè)置信息，主要存儲(chǔ)通信對(duì)象的通信標(biāo)志位設(shè)置信息；末字節(jié)存放通信對(duì)象數(shù)據(jù)類型說(shuō)明，主要存放所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型命令碼及長(zhǎng)度[13-14]。通信對(duì)象的標(biāo)志位設(shè)置信息描述如表1所示。

通信對(duì)象(Comm_Object)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考如下：

StructComm_Object

{

表1 通信對(duì)象的標(biāo)志位設(shè)置信息描述

8_Bit_Unsined_int Number；/* Communication_Object_Number */

8_Bit_Unsined_int Data_Pointer；

typedef union {

byte Byte；

Struct {

byte CONFIGMARK0 ：2； /* Transmit_Piority Bit 0 Bit1*/

byte CONFIGMARK2 ：1； /* Communication Enable Flag Bit 2 */

byte CONFIGMARK3： 1； /* Read Enable Flag Bit 3 */

byte CONFIGMARK4： 1； /* Writer Enable Flag Bit 4 */

byte CONFIGMARK5： 1； /* Memory Type Flag Bit 5 */

byte CONFIGMARK6 ：1； /* Transmit Enable Flag Bit 6 */

byte CONFIGMARK7 ：1； /* Bit 7 */

} Bits；

} CONFIGMARKSTR；

8_Bit_Unsined_int Object_Type； /* 支持BooLean等 17種數(shù)據(jù)類型*/

typedef union {

byte Byte；

struct {

byte COMMARK0 ：2； /* Transmission_Status Bit 0 Bit1*/

byte COMMARK2 ：1； /* Read_request_Flag Bit 2 */

byte COMMARK3： 1； /* Update_Falg Bit 3 */

byte COMMARK4： 2； /* Transmission_Status Bit 4 Bit 5*/

byte COMMARK 6 ：1； /* Read_request_Flag Bit 6 */

byte COMMARK 7 ：1； /* Update_Falg Bit 7 */

} Bits；

} COMMARKSTR；

}；

在上述結(jié)構(gòu)中，把對(duì)通信對(duì)象的讀、寫等操作用1個(gè)8 bit的配置字節(jié)來(lái)描述，而對(duì)通信對(duì)象的通信管理用4個(gè)bit來(lái)描述，另外，單獨(dú)用一個(gè)字節(jié)來(lái)描述通信對(duì)象的數(shù)據(jù)類型。為了兼顧不同通信對(duì)象數(shù)據(jù)類型不同所帶來(lái)的通信對(duì)象值的存取訪問(wèn)問(wèn)題，在通信對(duì)象的結(jié)構(gòu)定義中采用1個(gè)8 bit的指針來(lái)解決。

2.2 物理地址與組地址

物理地址和組地址的引入用于確定設(shè)備和通信對(duì)象在物聯(lián)網(wǎng)及功能服務(wù)中的邏輯關(guān)系。物理地址的定義是為了唯一標(biāo)識(shí)某個(gè)具體的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。物理地址由2 bit組成，用十進(jìn)制表示為：XX.XX.XXX，最大值為15.15.255，分別代表智慧網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械挠?、線和設(shè)備，具有唯一性[15]。物理地址主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的程序下載、組地址表下載、系統(tǒng)監(jiān)控等功能。

組地址的應(yīng)用通常表示在系統(tǒng)中定義的某項(xiàng)具體服務(wù)的編號(hào)，是按照一定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立的數(shù)據(jù)單元(即通信對(duì)象)、設(shè)備或所選功能的集合[15]。為了匹配和尋找該功能服務(wù)中的每個(gè)對(duì)象元素，使其協(xié)調(diào)配合完成既定的功能動(dòng)作服務(wù)，引入了組地址的概念，通過(guò)標(biāo)記該功能組編號(hào)的組地址報(bào)文來(lái)尋址。根據(jù)每個(gè)設(shè)備參與要實(shí)現(xiàn)的功能服務(wù)數(shù)，一個(gè)設(shè)備可能對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)組地址。以KNX/EIB協(xié)議為例，通過(guò)組地址某個(gè)EIB節(jié)點(diǎn)設(shè)備的訪問(wèn)尋址可直接定位在每個(gè)綁定的通信對(duì)象上，即，某個(gè)通信對(duì)象值的變化可以形成一個(gè)系統(tǒng)性的全局服務(wù)。

為了與物理地址的尋址兼容，組地址也采用2個(gè)字節(jié)表示(其中首位永遠(yuǎn)是0)，有效的組地址是15 bit[15]。但組地址的分段不是表示所在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是表示節(jié)點(diǎn)設(shè)備在功能服務(wù)上所對(duì)應(yīng)的邏輯區(qū)域。

根據(jù)需求，可以將組地址定義成2層或3層，將系統(tǒng)服務(wù)池中要實(shí)現(xiàn)的功能服務(wù)劃分為主服務(wù)、子服務(wù)和中間服務(wù)。例如用第1段區(qū)分服務(wù)類別，第2段區(qū)分地域位置，第3段區(qū)分不同的設(shè)備或通信對(duì)象。故而不同的設(shè)備可以屬于同一個(gè)組地址，同一個(gè)設(shè)備也可以同時(shí)被多個(gè)組地址進(jìn)行管理。組地址的存在使得物聯(lián)網(wǎng)子服務(wù)及多子服務(wù)并發(fā)容易實(shí)現(xiàn)。

2.3 通信對(duì)象服務(wù)器

通信對(duì)象是感知層的通信主體，它要求跨越設(shè)備地址進(jìn)行尋址，直接在兩個(gè)或多個(gè)通信對(duì)象主體(可以來(lái)自不同設(shè)備)之間進(jìn)行信息交互，當(dāng)某個(gè)通信對(duì)象的數(shù)據(jù)值發(fā)生變化時(shí)，立即通知相關(guān)的通信對(duì)象響應(yīng)，配合完成預(yù)定的功能動(dòng)作[13-16]。系統(tǒng)中功能服務(wù)動(dòng)作的完成無(wú)需主控制器的參與，直接由每一個(gè)具體的通信對(duì)象發(fā)起或響應(yīng)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都是對(duì)等的，無(wú)主從之分，從而實(shí)現(xiàn)真正的分布智能。為此，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備中必須提供一套支持通信對(duì)象全局通信的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)，這就是常說(shuō)的通信對(duì)象服務(wù)器。

在通信對(duì)象服務(wù)器中必須實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備中所含通信對(duì)象的管理與任務(wù)調(diào)度。如：查詢通信對(duì)象表中當(dāng)前通信對(duì)象的狀態(tài)、讀/寫通信對(duì)象表中通信對(duì)象的值、通信對(duì)象與組地址的綁定處理等。圖2所示為通信對(duì)象的操作管理流程圖。

圖2 通信對(duì)象操作管理流程圖

為了實(shí)現(xiàn)基于通信對(duì)象的分布智能通信，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備中通信對(duì)象服務(wù)器必須實(shí)現(xiàn)具體的服務(wù)功能。表2所示為定義的通信對(duì)象常見(jiàn)功能。

表2 通信對(duì)象服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)的常見(jiàn)功能表

2.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧感知過(guò)程和應(yīng)用開(kāi)發(fā)

將實(shí)訓(xùn)室各種控制需求，如照明、安防、場(chǎng)景等進(jìn)行抽象，提出數(shù)據(jù)點(diǎn)、定義子服務(wù)/服務(wù)等。服務(wù)是指完成某一系列功能動(dòng)作的聯(lián)合體，由一個(gè)或多個(gè)設(shè)備聯(lián)合完成，是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。如開(kāi)/關(guān)某回路燈、開(kāi)/關(guān)某區(qū)域燈、溫控某區(qū)域、以某個(gè)輸入條件開(kāi)/關(guān)某些設(shè)備等。要實(shí)現(xiàn)這些功能服務(wù)，必須要有多個(gè)通信對(duì)象同時(shí)參與。一個(gè)發(fā)出操作指令的通信對(duì)象稱為發(fā)送對(duì)象，而這些被控制的另一些通信對(duì)象被稱為接收對(duì)象。一個(gè)接收對(duì)象可以從多個(gè)功能服務(wù)組地址接收信息，如一盞燈可以連接到不同的組地址，處于不同的場(chǎng)景中。一個(gè)發(fā)送通信對(duì)象只能通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的組地址發(fā)送，比如在某服務(wù)的場(chǎng)景控制中，一個(gè)開(kāi)關(guān)傳感器只能通過(guò)一個(gè)組地址來(lái)發(fā)送控制命令。

通信設(shè)備間的智慧感知和聯(lián)動(dòng)過(guò)程是通過(guò)關(guān)聯(lián)通信對(duì)象與功能組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在定義關(guān)聯(lián)表和關(guān)聯(lián)矩陣來(lái)描述對(duì)象表、組地址表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。發(fā)送對(duì)象因動(dòng)作、值更新或其他觸發(fā)條件滿足形成數(shù)據(jù)幀發(fā)送過(guò)程，查詢關(guān)聯(lián)表綁定組地址，發(fā)送帶組地址的數(shù)據(jù)幀，該功能組相關(guān)的通信對(duì)象節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)響應(yīng)，修改通信對(duì)象的通信狀態(tài)，刷新通信對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)和值，配合完成所定義的功能動(dòng)作。據(jù)此，某一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化可直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生全局功能服務(wù)，自主觸發(fā)其他預(yù)定義的關(guān)聯(lián)動(dòng)作，無(wú)需上一層控制器參與，即可實(shí)現(xiàn)各智能感知節(jié)點(diǎn)之間的智能識(shí)別和智慧感知功能。在上位機(jī)配置管理系統(tǒng)中可以將組地址表和關(guān)聯(lián)表下載到相應(yīng)的智能節(jié)點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)功能的智能配置。根據(jù)具體的項(xiàng)目需求分析，設(shè)計(jì)并定義功能組，并識(shí)別各節(jié)點(diǎn)的通信對(duì)象，分配各節(jié)點(diǎn)參與的功能動(dòng)作，完成功能組與節(jié)點(diǎn)中具體通信對(duì)象的綁定設(shè)計(jì)，完成功能組與通信對(duì)象的關(guān)聯(lián)配置。

在基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧感知模式設(shè)計(jì)中，沒(méi)有主控制器的概念，每一個(gè)感知終端節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)控制指令下達(dá)單元或執(zhí)行單元，都可自主觸發(fā)一個(gè)全局的功能動(dòng)作，而不用編程。每一個(gè)具體節(jié)點(diǎn)設(shè)備的故障只影響該節(jié)點(diǎn)本身對(duì)應(yīng)的執(zhí)行功能，不會(huì)影響其他系統(tǒng)的功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)，具有很高的可靠性。完成設(shè)備的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)后，感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)施步驟具體如下：

(1) 通信對(duì)象物理地址定義與下載。物理地址的定義主要解決網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義和各終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間通信的物理路由，為基于通信對(duì)象的通信創(chuàng)造前提條件。下載操作主要解決廠家應(yīng)用程序(如通信對(duì)象服務(wù)器程序、通信對(duì)象需執(zhí)行的應(yīng)用功能的簡(jiǎn)單處理程序等)和初始化參數(shù)的下載等。

(2) 功能定義與組地址規(guī)劃。根據(jù)具體項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的服務(wù)目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)的所有功能服務(wù)進(jìn)行疏理，按功能動(dòng)作的配合實(shí)施要求和管理需要，將功能服務(wù)劃分層次，標(biāo)識(shí)每項(xiàng)具體功能動(dòng)作執(zhí)行所涉及的設(shè)備節(jié)點(diǎn)或通信對(duì)象，進(jìn)行組地址規(guī)劃，將具體功能與通信對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

(3) 通信對(duì)象與組地址的綁定。通過(guò)上層配置管理軟件設(shè)置，將通信對(duì)象與功能組進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)組地址進(jìn)行綁定，完成關(guān)聯(lián)方案。然后將關(guān)聯(lián)綁定結(jié)果——組地址表和關(guān)聯(lián)表下載到對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)具體通信對(duì)象與功能服務(wù)的綁定。

(4) 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與全局服務(wù)事件。在系統(tǒng)運(yùn)行中，各終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備在自身通信對(duì)象服務(wù)器的管理下，會(huì)自動(dòng)查詢本節(jié)點(diǎn)中的通信對(duì)象表、地址表、關(guān)聯(lián)表、通信對(duì)象狀態(tài)表，對(duì)通信對(duì)象值的讀/寫進(jìn)行自動(dòng)處理，實(shí)時(shí)地刷新通信對(duì)象的當(dāng)前值，并將通信對(duì)象值的變化應(yīng)引起的功能動(dòng)作指令下達(dá)給相關(guān)的通信對(duì)象配合執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全局服務(wù)事件，使系統(tǒng)的各項(xiàng)服務(wù)在沒(méi)有主控制器的參與下自動(dòng)完成。

3 應(yīng)用舉例

這里以智慧實(shí)訓(xùn)室照明子系統(tǒng)的應(yīng)用為例，通信協(xié)議是EIB協(xié)議，定義有一個(gè)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)備、兩個(gè)被控?zé)艟咴O(shè)備。通過(guò)全局通信對(duì)象的交互和功能綁定操作來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧交互功能過(guò)程描述如下：

開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)定義開(kāi)關(guān)對(duì)象(物理地址為0x0A0B)，燈具設(shè)備節(jié)點(diǎn)定義兩個(gè)燈具對(duì)象，設(shè)計(jì)兩個(gè)控制場(chǎng)景組地址：0x0001(控制燈1)，0x0002(控制燈2)，設(shè)置物理地址和定義功能組并下載。

開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)按下“開(kāi)”動(dòng)作經(jīng)逐層封裝由對(duì)象服務(wù)器輪詢并最終發(fā)送出EIB協(xié)議數(shù)據(jù)幀如下：

BC 0A 0B 00 02 E2 00 80 01 2F

含義為從開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送0x01(開(kāi)關(guān)對(duì)象值“開(kāi)”)到組地址為0x0002的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

通過(guò)組地址關(guān)聯(lián)到的節(jié)點(diǎn)設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)幀后，對(duì)象服務(wù)器操作并逐層解析，先獲得組地址0x0002信息，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)表查詢到與該組地址綁定的接收對(duì)象，根據(jù)組地址綁定到被控?zé)艟?，判斷關(guān)聯(lián)條件是否滿足，最后燈具2做出保存對(duì)象值操作并觸發(fā)“開(kāi)”動(dòng)作，對(duì)象值更新后自動(dòng)反饋數(shù)據(jù)幀：BC 00 02 0A 0B 78 E5 61 01 FB 。圖3所示為數(shù)據(jù)幀發(fā)送情況監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)功能服務(wù)一經(jīng)定義、下載、綁定，通信對(duì)象節(jié)點(diǎn)的信息發(fā)送和接收過(guò)程均自主處理，無(wú)須服務(wù)中心干預(yù)，滿足系統(tǒng)對(duì)于智能識(shí)別和智慧感知的要求。詳細(xì)功能設(shè)計(jì)時(shí)，還可根據(jù)具體場(chǎng)景特征進(jìn)一步拓展設(shè)計(jì)(如：通過(guò)設(shè)置光度傳感器上限/下限值來(lái)智慧感知控制區(qū)域燈光場(chǎng)景)，定義更完善的功能組關(guān)聯(lián)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)各感知對(duì)象之間更復(fù)雜的服務(wù)關(guān)系，使實(shí)訓(xùn)室感知系統(tǒng)具備更加智慧的數(shù)據(jù)感知和處理能力。

圖3 數(shù)據(jù)幀傳輸情況監(jiān)測(cè)

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Designing and Study the Service Model of Smart Training Room Based on Data Driven

HUANGLifen1，HUANGDarong2，CHENDiquan3，LIUDaojing4

(1.Guangdong Vocational Institute of Public Administration, Guangzhou 510800, China; 2. Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400000, China; 3. Shenzhen Keybridge Communications Co., Ltd., Shenzhen 518000, Gungdong, China; 4. Guangzhou College of Technology and Business, Guangzhou 510800, China)

With the practical platform of smart training room, integrating service of IOT (Internet of Things) and equipment perception, the service model of smart training room based on data driven is provided to achieve data driven perception and service, it supports all kinds of devices and senses and controls these devices. Firstly, a new realization of data driven control process used in this model is introduced. Then, the concepts of communication object, data driven sense and control, intelligent service are described in detail, and the structure of smart training room service model based on data driven is provided combined with the reality of campus. Secondly, based on the concept and realization of communication object encapsulation group address, physical address, and communication object services are introduced, the design and application development progress of this model are explained, and the progress of intelligent recognition and smart sense between devices from sensing layer are described. At last, the training room lighting system is taken as an example to validate the smart recognition and the function provided by this service model.

smart training room; data driven; IOT service model; intelligent recognition

2016-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金(61004118,61304104)；重慶市高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(2014-18)；2015年廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目(自然科學(xué))(2015KQNCX195)；2015年廣東省高職教育教學(xué)管理委員會(huì)教改課題(JGW2015010)；重慶市研究生教改重點(diǎn)項(xiàng)目(yjg152011)；重慶市高等教育科學(xué)研究課題(CQGJ15010C)

黃麗芬(1982-)，女，安徽桐城人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

Tel.：18933990826；E-mail：114645808@qq.com

TP 393

A

1006-7167(2017)02-0125-06