CN103067475A - 数据传输方法和WoT系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据传输方法和WoT系统，其中该方法包括：所述中间件获取感知层设备的数据信息；所述中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的协议数据单元PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据；所述中间件对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。通过本发明，能够使不同系统的传感器数据以统一的消息流程和格式在WoT平台上交互信息。

Description

数据传输方法和WoT系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种数据传输方法和WoT系统。

背景技术

基于Web of Things（WoT）技术的物联网系统是把传感器与传感器网络技术、通信网与物联网技术、智能运算技术等融为一体，以实现全面感知、可靠传送、智能处理为特征，连接物理世界的网络。随着物联网技术的发展，其应用将对人们的生产、生活方式产生重大的影响。

WoT业务环境是由感知延伸网络、泛在网终端、网络和业务这四个相对独立，又相互关联的层面承载的，这四个层面也构成了现有的层次化网络架构核心。而WoT业务环境，就是要将现有的分层网络体系架构扁平化为基于Web的体系架构，从而实现泛在网所要求的感知延伸网络、泛在网终端、网络和业务层资源（数据和能力）的融合和互通，实现泛在感知、泛在业务和泛在应用。然而，在现有的网络体系架构中，感知延伸网络自成体系，独立运行；泛在网终端形态各异，功能和性能差异巨大；网络分开运营，组网；业务种类繁多，实现方式不同。

因此目前在WoT中，具有各传感器节点、网关或者应用服务器的开发和部署上各成体系、各自为政的状态，不便于各参与方的传感器数据在WoT平台上进行统一交互，不便于系统整体对外的开放和展示。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种数据传输方法和WoT系统，以解决现有技术存在的WoT系统中传感器数据格式各异不便于交互以及开放展示问题，其中：

根据本发明实施例的数据处理方法包括：所述中间件获取感知层设备的数据信息；所述中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的协议数据单元PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据；所述中间件对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

其中，所述中间件包括：网关中间件、平台中间件和数据适配中间件，所述中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU的步骤包括：在网关接入方式的情况下，所述数据适配中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至所述网关中间件；在平台接入方式的情况下，所述数据适配中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至所述平台中间件。

其中，所述预定帧结构的PDU包括：预定长度的业务数据消息头字段和长度可变的业务数据净荷字段，其中：所述业务数据消息头字段进一步包括以下字段：网关ID、总长度、协议版本、重发次数、序列号、段标识、保留字段；所述业务数据净荷字段进一步包括以下字段：命令标识、保留字段、时间戳、屏蔽位、数据、单位编号、数据类型编号、CRC。

其中，所述数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。

其中，若所述中间件获取的所述数据信息为预定帧结构的PDU，则所述方法还包括：所述中间件直接对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

根据本发明实施例的WoT物联网系统包括：获取模块，用于获取感知层设备的数据信息；数据封装模块，用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据；处理模块，用于对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

其中，所述数据封装模块包括：第一数据封装模块和第二数据封装模块；所述第一数据封装模块用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至网关中间件；所述第二数据封装模块用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至平台中间件。

其中，所述预定帧结构的PDU包括：预定长度的业务数据消息头字段和长度可变的业务数据净荷字段，其中：所述业务数据消息头字段进一步包括以下字段：网关ID、总长度、协议版本、重发次数、序列号、段标识、保留字段；所述业务数据净荷字段进一步包括以下字段：命令标识、保留字段、时间戳、屏蔽位、数据、单位编号、数据类型编号、CRC。

其中，所述数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。

其中，若所述获取模块获取的所述数据信息为预定帧结构的PDU，则所述中间件直接对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，通过定义统一的WoT接口技术规范，使用预定帧结构的PDU封装包括设备业务数据的数据信息，使得不同系统的传感器数据能够以统一的消息流程和格式在WoT平台上交互信息，从而结束分散部署、各自为政的不利现状。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的应用场景的架构图；

图2是本发明实施例的数据传输方法的流程图；

图3至图5是本发明实施例的数据接入场景的示意图；

图6是本发明实施例的PDU的具体格式的示意图；

图7A和图7B是本发明实施例的串口方式和TCP方式传输协议数据单元的示意图；

图8是本发明实施例的WIFP_d业务数据封装格式的示意图；

图9是本发明实施例的资源数量小于64的数据格式的示意图；

图10是本发明实施例的资源数量大于64的数据包1格式的示意图；

图11是本发明实施例的资源数量大于64的数据包2格式的示意图；

图12是本发明实施例的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

参考图1，是根据本发明实施例的WoT系统应用场景的架构图。

本发明的WoT系统为分散部署的传感器节点、网关或者应用服务器提供了一个统一的信息交互平台。通过采用定义的WoT技术接口规范，使得不同系统的传感器数据能够以统一的消息流程和格式在WoT业务平台上交互信息，从而结束这种分散部署、各自为政的不利现状。实现该接口规范的功能模块被称之为WoT业务中间件（或者是WoT适配器）。

WoT系统从结构上分为三部分，分别为应用侧、平台侧和网关侧，各部分之间都通过制定的统一接口进行相互通信，其中，应用侧与平台侧之间、应用侧与网关侧之间都可以通过WIFP_a（WoT Interface Protocol-application）接口来进行资源开放，且WoT网关中间件可通过WIFP_m（WoT InterfaceProtocol-middleware）接口向WoT平台中间件进行注册，完成平台对资源的统一管理。WIFP_d（WoT Interface Protocol-device）接口是各种感知层设备与WoT网关中间件之间的接口，接入方可以通过定义的WIFP_d接口接入到WoT系统中。

在图1中，WoT系统包括：WoT应用、WoT业务平台、WoT业务网关、WoT业务中间件、数据适配中间件、本地感知数据服务器、感知层设备以及数据库。其中：

WoT应用：基于WoT技术开发，以REST API的方式使用业务中间件所提供的数据和能力资源，实现对智慧北邮中设备的控制和信息数据读取的创新型应用。可运行在智能手机、平板电脑以及浏览器中。

WoT业务平台：WoT业务数据与资源能力的存储与管理中心，网关要接入WoT系统中，必须在WoT业务平台上进行注册。主要对网关上传数据进行存储，并通过REST API的方式开放给应用侧，同时可提供资源管理和调度功能。

WoT业务网关：传感器节点接入WoT系统的入口。与传感器在物理链路上相连，可读取传感器感知的数据信息，对传感器下发控制指令。

WoT业务中间件：包括网关中间件和平台中间件，主要以RESTful WebService的方式提供资源的访问和管理能力，可按照规范对数据进行封装，然后统一向外开放。

数据适配中间件：将感知层设备获取的各种异构数据按照统一的格式进行封装，并通过WIFP_d接口传输给WoT中间件，可支持TCP、UDP、HTTP等多种传输协议。

感知层设备：包括各种类型的传感器/控制器、变送器以及通信模块。可以组成传感器网络，感知物理环境中的各种环境数据，并将数据上传至所连接的网关，同时可接受上层系统下发的控制指令，执行相应的控制动作，影响或适应周围的物理环境。

根据本发明的实施例，提供了一种数据处理方法，用于数据接入方通过网关接入方式或平台接入方式向中间件传输数据信息。

参考图2，是本发明实施例的数据处理方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤S202，中间件获取感知层设备的数据信息。

步骤S204，中间件将数据信息封装为预定帧结构的协议数据单元（PDU），其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：注册数据信息和业务数据信息；

步骤S206，业务中间件对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

在感知层设备（数据接入方）接入WOT系统时，有两种接入方式可供选择：网关接入方式和平台接入方式，下面分别描述。

（1）网关接入方式主要面向计算能力受限且不可开发的传感器节点。在这种方式下：由WoT业务中间件向传感器节点/本地服务器主动发起获取数据（读）或者执行命令（写）的请求，发起的方式可以是读/写命令或者访问数据库等，然后由数据适配层将获取的数据封装成统一格式的PDU，再通过WIFP_d接口传输给业务中间件。

（2）平台接入方式主要面向有一定计算能力且可开发的传感器节点和本地感知数据服务器。在这种方式下传感器节点/本地服务器获取传感器数据，并以规定的数据结构将数据封装成协议数据单元（PDU），发送到WoT业务中间件模块；数据传输可以基于串口、以太网口或其他接口的通信协议，但是数据净荷（WIFP_d接口的PDU）的格式不变。

下面参考图3至5描述WoT系统接入场景。

场景一：感知层设备不具备二次开发的能力，所传输的数据格式各异，需要通过WoT网关接入到WOT系统中。参考图3，感知层设备由于自身不具备二次开发的能力，其数据结构各不相同，数据信息经过WoT网关时，首先需要经过数据适配层完成数据适配，使得不同的设备具有相同的数据格式。格式化以后的数据通过WIFP_d接口传入WoT网关中间件或WoT平台中间件。WoT网关中间件具备数据开放能力，WoT应用通过WIFP_a接口访问WoT网关中间件，来实现与感知层设备的通信和对其数据的访问。同时，也可以通过WoT平台提供的WIFP_a接口来访问感知层提供的数据和资源。WoT网关中间件将管理的设备信息和数据信息通过WIFP_m接口上报到WoT平台中间件，供平台进行设备管理或者数据管理。

场景二：感知层设备具有网络通信能力，但无法进行二次开发，传输的数据格式各异，设备需要接入到WoT平台中。参考图4，感知层设备由于自身不具备二次开发的能力，且其数据格式各不相同，数据信息经过网络传输到WoT平台时，需要经过数据适配中间件完成数据适配，使得不同设备传输上来的数据具有相同的数据格式。格式化以后的数据通过WIFP_d接口传入WoT平台中间件，由WoT平台中间件完成设备管理、数据管理以及数据开放。WoT应用通过WIFP_a接口访问WoT平台中间件，来实现与感知层设备的通信和对其数据资源的访问。

场景三：感知层设备具备一定的二次开发能力，可直接接入到WoT平台。参考图5，感知层设备具有二次开发的能力，可以在设备上完成对数据的适配，然后直接通过WIFP_d接口向WoT平台中间件传输格式化的数据信息。WoT应用通过WIFP_a接口访问WoT平台中间件，来实现与感知层设备的通信和对其数据的访问。

本发明中的消息是指WIFP_d、WIFP_m接口之间用来传输业务数据与管理数据的具有特定数据格式的信息实体。WoT系统中的消息分为以下几种类型：

（1）注册消息（MW_MSG_Register）。

WoT网关中间件在向WoT平台注册的过程中需要发送注册消息，其中包含中间件的版本、标识信息、部署信息、出厂信息以及注册元信息等。

注册消息用于网关中间件向WoT平台发送注册请求。注册消息支持XML、JSON和Modbus三种数据交换格式。XML和JSON格式的消息均由多个消息项构成，其中消息项分为必填项和可选项两种类型，必填项的值不能为空，可选项的值可以为空。Modbus是一种应用于工业领域的串行通信标准，注册消息也可采用Modbus中的数据格式来进行传输。MW_MSG_Register消息体的详细结构定义参见表1。

表1

（2）属性消息（MW_MSG_Attribute）。

WoT网关中间件在注册到平台之后，需要将会话密钥和中间件的属性消息发送给平台，属性消息包括中间件的标识信息、状态信息、出厂信息、版本信息、注册平台信息、网络信息、部署信息、资源信息等。

属性消息用于网关中间件向WoT平台上报属性信息。属性消息支持XML、JSON和Modbus三种数据交换格式。XML和JSON格式的消息均由多个消息项构成，其中消息项分为必填项和可选项两种类型，必填项的值不能为空，可选项的值可以为空。

MW_MSG_Attribute消息体的详细结构定义参见表2。

表2

（3）心跳消息（MW_MSG_Heartbeat）。

WoT网关中间件在与平台建立连接之后，需要定期向平台发送心跳消息，以告知平台两者之间的连接状态是否仍然保持。心跳消息包括网关中间件（代理中间件）标识信息、会话密钥、部署的IP地址、端口号、心跳时间等。

心跳消息用于网关中间件与WoT平台间的连接状态保持与监测。心跳消息支持XML、JSON以及Modbus三种数据交换格式。

（4）业务数据消息（MW_MSG_ServiceData）。

数据适配中间件需要将获取的传感器数据通过业务数据消息传递给WoT中间件。业务数据消息包括数据描述信息、命令信息、数据信息、屏蔽位信息以及校验信息等。

业务数据消息用于数据适配中间件向WoT平台上传业务数据，也可用于平台向数据适配中间件发送下行控制数据。业务数据消息支持XML、JSON和Modbus三种数据交换格式。业务数据消息由消息头和消息体两部分构成，消息头长度一定，例如为20字节，消息体则根据所传输业务数据资源不同而长度可变。MW_MSG_ServiceData消息的具体格式请参考图6，具体地，消息头定义如下：

网关ID：接入的WoT业务网关的网关ID，该地址由WoT业务平台统一分配，在分配后需要线下通知接入方并要求接入方写入该字段中；

总长度：业务数据传输消耗的总字节数，等于头长度加PDU长度；

协议版本：协议版本号，目前为“00”版本；

重发次数：当前数据包的重发次数。考虑到一些数据包较为重要，发送方会采用多次发送的方式提高可靠性，本规范定义此字段提供通信双方重发机制；

序列号：标识通信双方发送的数据批量号，建议每完成一次数据通信增加1。序列号与之后的“段”字段需要配合使用，用于标识一个数据批次，当一次传输数据超过PDU的最大传输长度（64个数据），可采用分段的方式将数据分为一个批次的多个段的数据进行传输，这些分段数据包的序列号相同；

段：同一序列号下的数据批次的不同段标识。

消息体（净荷定义）定义如下：

命令标识：标识当前通信的命令类型；

时间戳：标识当前数据的发送时间，采用标准UNIX时间戳；

屏蔽位：以位标识当前数据包中个资源是否传输数据。“0”代表未传输，“1”代表传输，如屏蔽位为“10100110”代表第2、3、6、8号资源传输了数据，与后面的数据内容顺序对应，其余资源未传输数据。如果资源编号多于64，则超过64的资源数据增加报文头中的“段”字段标识，如传输65号资源数据，“段”字段置为0x0001，“屏蔽位”字段首位置1，其余位置0，其余编号资源以此类推。其中资源号需要接入方和被接入方通过线下配置的方式统一；

数据：对应资源的数据值；

CRC：从命令标识字段到CRC的字段的数据的CRC16格式校验数据值。

在此基础上，本发明定义通信协议的数据传输净荷的数据结构为协议数据单元（Protocol Data Unit，以下简称PDU）。数据接入方与被接入方需按照PDU定义的数据结构封装数据。WIFP_d接口不对通信方式严格限制，只需保证所采用通信协议的数据净荷为本发明的协议数据单元（PDU），参考图7A和图7B，分别为串口方式和TCP方式传输协议数据单元的示例。

PDU可以支持对WoT系统中设备注册信息和业务数据信息的表示，而设备的描述信息则通过离线xml文档的方式进行分发。设备注册信息用于描述WoT系统内的感知设备信息。受到感知设备的计算能力和存储能力的限制，感知设备本身可能不能按照本发明的PDU提供或者不能提供完整设备信息，因此本发明将设备注册信息的同步方式规定为线下配置，接入方需要在接入数据前完成相关设备注册数据的配置。

参考图8，WIFP_d业务数据封装格式分为头字段和PDU字段，头字段定长为20字节，PDU字段根据所传输资源数量长度可变。

根据本发明的一个实施例，数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。当资源数量（数据）小于或等于N（N=64）时，如需1号和5号资源数据，其数据包的格式参考图9。

当资源数量大于N（N=64）时，接入节点下资源大于64个时，如需全部70个资源数据，则会分段为两个数据包，数据包1格式参考图10，数据包2格式参考图11。

根据本发明的上述实施例，通过定义统一的WoT设备侧接口规范，使用预定帧结构的PDU传送包括设备注册信息和业务数据信息的数据，使得不同系统的传感器数据能够以统一的消息流程和格式在WoT平台上交互信息。

根据本发明实施例，还提供了一种WoT物联网系统。

参考图9，该WoT物联网系统包括：获取模块10、数据封装模块20和处理模块20，下面详细描述各模块的结构和功能。

获取模块10用于获取感知层设备的数据信息。

数据封装模块20与获取模块10相耦接，用于将来自感知层设备的数据信息封装为预定帧结构的PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据。

处理模块30用于对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

进一步地，所述数据封装模块20包括：第一数据封装模块和第二数据封装模块。第一数据封装模块设置于业务网关，用于将数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至网关中间件；第二数据封装模块设置于业务平台，用于将数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至平台中间件。

进一步地，上述的预定帧结构的PDU包括：预定长度的业务数据消息头字段（例如20字节）和长度可变的数据净荷字段，其中：所述业务数据消息头字段进一步包括以下字段：网关ID、总长度、协议版本、重发次数、序列号、段标识、保留字段；所述数据净荷字段进一步包括以下字段：命令标识、保留字段、时间戳、屏蔽位、数据、单位编号、数据类型编号、CRC。

进一步地，所述数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。

进一步地，若所述获取模块获取的所述数据信息为预定帧结构的PDU，则所述中间件直接对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

本发明的方法的操作步骤与系统的结构特征对应，可以相互参照，不再一一赘述。

综上所述，根据本发明的上述实施例，通过定义统一的WoT接口技术规范，使用预定帧结构的PDU封装包括设备业务数据的数据信息，使得不同系统的传感器数据能够以统一的消息流程和格式在WoT平台上交互信息，从而结束分散部署、各自为政的不利现状。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种数据处理方法，其特征在于，包括：

所述中间件获取感知层设备的数据信息；

所述中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的协议数据单元PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据；

所述中间件对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间件包括：网关中间件、平台中间件和数据适配中间件，所述中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU的步骤包括：

在网关接入方式的情况下，所述数据适配中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至所述网关中间件；

在平台接入方式的情况下，所述数据适配中间件将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至所述平台中间件。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预定帧结构的PDU包括：预定长度的业务数据消息头字段和长度可变的业务数据净荷字段，其中：

所述业务数据消息头字段进一步包括以下字段：网关ID、总长度、协议版本、重发次数、序列号、段标识、保留字段；

所述业务数据净荷字段进一步包括以下字段：命令标识、保留字段、时间戳、屏蔽位、数据、单位编号、数据类型编号、CRC。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述中间件获取的所述数据信息为预定帧结构的PDU，则所述方法还包括：

所述中间件直接对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

6.一种WoT物联网系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取感知层设备的数据信息；

数据封装模块，用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，其中，所述预定帧结构的PDU至少携带有：设备业务数据；

处理模块，用于对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

7.根据权利要求6所述的WoT系统，其特征在于，所述数据封装模块包括：第一数据封装模块和第二数据封装模块；

所述第一数据封装模块用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至网关中间件；

所述第二数据封装模块用于将所述数据信息封装为预定帧结构的PDU，并将该PDU传送至平台中间件。

8.根据权利要求6或7所述的WoT系统，其特征在于，所述预定帧结构的PDU包括：预定长度的业务数据消息头字段和长度可变的业务数据净荷字段，其中：

所述业务数据消息头字段进一步包括以下字段：网关ID、总长度、协议版本、重发次数、序列号、段标识、保留字段；

所述业务数据净荷字段进一步包括以下字段：命令标识、保留字段、时间戳、屏蔽位、数据、单位编号、数据类型编号、CRC。

9.根据权利要求8所述的WoT系统，其特征在于，所述数据净荷字段根据所传输的业务数据信息的资源数量长度可变。

10.根据权利要求6所述的WoT系统，其特征在于，若所述获取模块获取的所述数据信息为预定帧结构的PDU，则所述中间件直接对所述预定帧结构的PDU进行数据处理。

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