CN103220285A - 泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，包括预处理模块、RESTful接口模块、控制适配模块和数据库模块，所述预处理模块用于负责从Sink节点取得传感节点采集的数据，对报文中的信息进行格式化处理，并添加时间戳和网络信息后存入数据库模块；所述RESTful接口模块用于响应客户端的请求，提供RESTful接口，并利用预处理模块规范化后的数据和控制适配模块进行感知数据的查询和网络配置；所述控制适配模块用于根据RESTful接口中的网络配置接口进行面向传感网的控制配置；所述数据库模块用于存储预处理模块规范化后的传感数据和网络配置时的事务信息。该系统准入门槛低，适合泛在业务环境下的能力汇聚与开放需求。

Description

泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统

技术领域

本发明涉及一种基于RESTful接口的面向泛在业务环境的能力汇聚与开放系统架构，提供了一种为资源受限设备向外提供服务的方法。

技术背景

在泛在业务环境中，设备的种类和数量众多，通常这些设备都属于资源受限节点，通信时使用各自的私有协议，传统网络中的应用无法与其直接进行交互。当一个应用需要使用多个不同类型的设备提供的能力，或者某类设备的数据需要能够被多个应用同时访问到时，设备能力的汇聚和标准接口的开放就成为节省成本和业务发展所必须的。

如图1所示，传统的资源受限设备的资源接入方式，每个客户端独占一类数据源网络，客户端与数据源之间的通信采用私有协议。在这种小规模的接入方式下，客户端所面对的用户群是极有限的，由于直接面对的私有协议多，客户端开发的准入门槛和维护成本也非常大，不适合用在泛在业务环境下设备的能力汇聚与开发。

REST（REpresentational State Transfer表述性状态转移)是一种针对网络应用的设计和开发方式，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。该技术是一种广泛使用的接口规范，它以HTTP协议作为数据传输的协议，利用HTTP已有方法的语义来实现服务器与客户端间的交互。REST的数据负载通常采用JSON或XML两种方式，JSON相对XML更轻量一些。REST技术的简洁和易于使用，以及其在Web领域的广泛使用使其非常适合作为能力汇聚与开放系统面向客户端的接口标准。

发明内容

本发明针对泛在业务环境下设备的接入问题，设计了一种基于RESTful接口的能力汇聚与开放系统架构，包括传感器网络、预处理模块、RESTful接口模块、控制适配模块和数据库模块等。各模块功能明确，数据源、数据仓储、业务逻辑、外观呈现相互分离，保证了系统架构低耦合和可扩展性质。

为了解决现有技术中的问题，本发明提供的技术方案是：

一种泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，所述泛在业务环境内Sink节点分别连接传感节点与外部设备，向外部设备传递传感节点采集的数据，并向下分发来自外部设备的控制指令；其特征在于所述系统包括预处理模块、RESTful接口模块、控制适配模块和数据库模块，所述预处理模块用于负责从Sink节点取得传感节点采集的数据，对报文中的信息进行格式化处理，并添加时间戳和网络信息后存入数据库模块；所述RESTful接口模块用于响应客户端的请求，提供RESTful接口，包括网络信息查询、数据查询、网络配置、事务查询接口，并利用预处理模块规范化后的数据和控制适配模块进行感知数据的查询和网络配置；所述控制适配模块用于根据RESTful接口中的网络配置接口进行面向传感网的控制配置；所述数据库模块用于存储预处理模块规范化后的传感数据和网络配置时的事务信息。

优选的，所述网络信息查询接口提供GET方法，用于获得节点信息，包括节点标识、节点程序的版本号、节点数据上传周期和相关的备注信息。

优选的，所述数据查询接口提供GET方法，用于从网关查询符合要求的数据列表。

优选的，所述网络配置接口提供POST方法，用于配置节点的数据上报周期，参数包括节点标识符和新的节点数据上报周期。

优选的，所述事务查询接口提供GET方法，用于查询事务的执行进度，参数为调用网络配置接口时返回的事务标识号。

优选的，所述数据库模块包括事务数据库和数据数据库，所述事务数据库用于存储网络配置时的事务信息；所述数据数据库用于存储预处理模块规范化后的传感数据。

优选的，所述控制适配模块进行网络配置包括以下步骤：

a．首先由客户端向RESTful接口后端请求调用配置网络用的接口；

b．RESTful接口后端确认请求来源的合法性以及请求本身的完整性之后，为该次配置指令创建事务记录，存入事务数据库中，获得事务标识号，将该标识后返回给客户端；否则，该次调用配置接口失败，结束；

c．控制适配模块从事务数据库中取出待执行的事务，依次解析并执行并设定相应的事务执行状态；事务的终止状态至少包含两类：a.执行成功；b.执行失败终止；

d．客户端通过获得的事务标识号向RESTful后端查询事务的执行状态；系统限定最小的查询的时间间隔要求，客户端依此执行。

优选的，所述数据数据库的表中设置有节点信息、标识信息、数据和数据的类型描述；所述事务数据库的表中设置有事务标识号、事务描述信息、事务执行状态。

本发明提供的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，，可以作为基于RESTful接口的泛在业务环境下能力汇聚与开放系统架构，传感节点采集的数据到达后Sink节点后，由预处理模块处理后存入数据库模块，由后端模块以REST接口的形式汇聚和开放传感设备的能力，实现感知数据的查询和网络配置。

系统中传感器网络由传感节点和Sink节点组成。传感节点通过传感器和无线发射装置，具备采集和上报数据的能力，能够处理来自Sink节点的控制指令。Sink节点连接传感器网络和外部设备，向传统网络传递传感节点采集的数据，并向下分发来自外部设备的控制指令。

系统包括以下组成部分：预处理模块。从Sink取得数据，对报文中的信息进行格式化处理，在存入数据库模块前添加时间戳和网络信息。RESTful接口模块。向外提供RESTful接口，包括网络信息查询、数据查询、网络配置等接口，开放传感设备的能力。控制适配模块。为RESTful接口中的网络配置接口提供面向传感网的控制适配功能。数据库模块。作为数据仓库存储预处理模块规范化后的传感数据。作为网络配置时的事务信息的存储。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1、系统中的模块的功能非常明确，各个模块仅与一个或二个其它模块有直接关联，因此模块间的耦合度低，系统的可扩展性好；

2、以数据库模块为中心的系统构架将使客户端不需要直接与每类泛在设备直接交互；

3、RESTful接口模块将不同传感器网络的能力用REST方法抽象出来，形成统一的接口，客户端可使用统一的接口访问多个不同类型的网络，而无需为每类设备和报文做适配；

4、当RESTful接口采用广泛使用的HTTP协议和JSON封装时，将广泛使用的Web技术与资源受限的泛在设备相结合实现能力汇聚与开放，其应用前景非常广阔。

本发明针对泛在业务环境下设备的接入问题，设计了一种基于RESTful接口的能力汇聚与开放系统架构，包括传感器网络、预处理模块、RESTful接口模块、控制适配模块和数据库模块等。各模块功能明确，数据源、数据仓储、业务逻辑、外观呈现相互分离。与传统的客户端与数据源一对一使用私有协议直接进行交互的方式相比，能够支持多个不同类型数据源的能力汇聚，且面向客户端的接入方式采用统一标准化的RESTful接口。一个应用可以同时使用多个数据源的能力，一个数据源的能力可以通过同一套接口开放给不同的应用，相比私有协议具有简洁易懂，准入门槛低的优势，适合泛在业务环境下的能力汇聚与开放需求。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术中传统的受限设备资源访问方式的原理架构图；

图2为本发明泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统的系统架构图；

图3为本发明实施例中控制适配相关的事务处理接口调用流程图；

图4为本发明实施例中针对数据查询接口调用的结果；

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

本实施例为泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其系统架构图如图2所示，可以作为基于RESTful接口的泛在业务环境下的能力汇聚与开放系统构架，其中：Sink节点收到传感器网络中节点上报的数据后，交给预处理模块进行数据的格式化处理，并需添加时间戳和网络环境等信息，处理后的数据存入数据库模块。RESTful后端模块以REST接口的形式汇聚和开放传感设备的能力，利用预处理模块规范化后的数据和控制适配模块，实现感知数据的查询和网络配置。控制适配模块为RESTful接口提供面向传感器网络的配置功能。

1.传感器网络

传感器网络由普通传感器节点和Sink节点组成。普通节点通常装备有能够感知某类信息的传感器（如温湿度或位置信息等）。采集后的数据通常通过节点上的无线发射装置，具备在传感器网络中向Sink节点上报数据的能力；根据应用的不同，普通节点有时也能够处理来自Sink节点的控制指令。

Sink节点连接传感器网络和全功能的外部设备，同时具备与传感器网络和全功能设备进行通信的能力。普通节点的数据汇聚到Sink后，由Sink提供给全功能设备进行处理；Sink节点还可接收来自全功能节点的控制指令，在传感器网络中向下分发来自外部设备的控制指令。

2.预处理模块

预处理模块为不同传感器网络的报文进行数据的规整和格式化处理，以使其符合RESTful接口要求的规范，处理完成后的数据存入数据库模块。在系统中，可以有不同类型的节点，它们各自的能力、上报的报文格式、感知的数据类型是不一样的，预处理模块的主要功能是将报文中的节点信息和数据内容提取出来，将其处理成规范的格式。

传感节点受资源所限，通常不能在报文中提供可用的时间信息，预处理模块从Sink取到报文后可为其添加时间戳信息。

在多个不同的传感器网络接入该系统的情况下，一般来说各个传感器网络不知道其它网络或其它感知数据类型的存在，所以其报文中通常没有对其自身网络信息或报文中感知的数据类型的描述，在这种场景下，预处理模块在从Sink取到报文后，有必要为其添加网络信息和感知的数据类型描述。

以监控园区内建筑物室内光照和温度信息为例，在该场景中，由于空间跨度大，部署的传感器网络可能有多个，且各传感器网络本身并无相互区分的标识。传感节点为了节能延长生命周期，每采集20次数据才上报一次。根据这种场景下的应用需求，预处理模块在收到报文后，其工作流程举例如下：

a.将报文中的20个数据分别解析出来形成单独条目；

b.转换数据类型的表示，从传感节点报文中的表示方法向数据库中的表示方法转换；

c.为每个条目添加网络和位置相关信息。该信息可在部署预处理模块时配置，例如，以传感器网络所在的建筑物标识作为网络名，以报文中的源地址作为建筑物内监控区域名，以此映射形成网络信息相关的标识；

d.写入数据库。

3.RESTful接口模块

RESTful接口模块将传感器网络中设备的能力进行抽象，将之封装为RESTful接口供外部应用调用。RESTful接口通常采用HTTP作为数据传输方法，接口交互时的数据使用JSON格式进行封装。系统中RESTful接口的定义以表1为例，实际使用时可依应用的需求做相应增加或裁剪。

以整个系统的需求为参照来设计数据封装用的JSON格式。应答基本的格式可以如同以下格式：

{"status":<status_code>,"reason":<reason>,"data":<data_payload>}；

其中status字段用于表示REST请求的返回状态，至少应包含3类：a.调用成功；b.调用失败；c.未实现。Reason字段用于对调用结果进行文本描述。Data字段用于放置调用结果，结果的格式依接口的功能不同在实现时再作定义。

表1RESTful接口

4.控制适配模块

由于HTTP协议本身的无状态特点，以及网络延时和传输可靠等不确定性，网络配置采用事务控制和异步执行的方式，在保障服务可用性的同时，可以使客户端实施主动交互时的简洁性。

控制适配模块进行网络配置的功能流程如图3所示。

a．首先由客户端向RESTful接口后端请求调用配置网络用的接口。

b．RESTful接口后端确认请求来源的合法性以及请求本身的完整性之后，为该次配置指令创建事务记录，存入事务数据库中，获得事务标识号，将该标识后返回给客户端。否则，该次调用配置接口失败，结束。

c．控制适配模块从事务数据库中取出待执行的事务，依次解析并执行并设定相应的事务执行状态。事务的终止状态至少包含两类：a.执行成功；b.执行失败终止。

d．客户端通过获得的事务标识号向RESTful后端查询事务的执行状态。服务器（系统）可限定最小的查询的时间间隔要求，客户端依此执行。

5.数据库模块的结构和操作

数据库模块在本系统中主要用作两类功能：a.作为数据仓库存储预处理模块规范化后的传感数据；b.在处理网络配置接口时为事务相关信息提供存储支持。

用作传感数据的存储时，表中应包含节点标识信息、数据和数据的类型描述。当存在多个网络时，需包含对不同网络进行区别的网络描述信息。在节点信息中，依需求可对节点型号，节点运行程序版本号，节点配置相关的参数进行记录。

用作事务信息的存储时，至少应包含事务标识号、事务描述信息、事务执行状态等信息。对于事务描述信息，其格式需要与控制适配模块兼容。

进行具体运行时，首先普通节点将数据上报至Sink，由预处理模块从Sink中取出数据并进行规范化预处理，将处理后的数据存入数据库模块。RESTful接口模块对传感器网络的能力进行抽象，提供统一的RESTful接口供客户端调用。

本实施例进行模拟运行时，传感器网络使用的硬件主要有4类：

1、普通节点有2种，分别为Crossbow MPR 2400 (MICAz)和CrossbowMPR XM2110 (IRIS)；

2、Sink节点采用的是Crossbow MPR XM2110 (IRIS)；

3、连接Sink与PC的接口板，采用Crossbow MIB 520 USB InterfaceBoard；

4、最后是传感器板，采用Crossbow MTS300。

传感器网络中的节点使用TinyOS 2.1.0系统。客户端使用RESTful接口后端提供的接口实现核心功能，以Web应用的方式提供人机交互。

具体来说，数据采集是指传感器节点周期地（例如以10秒为周期）在传感器网络中向Sink节点传递数据，包括温度和光照强度两类。Sink与预处理模块通过串口进行通信。预处理模块从Sink节点取得报文，记录取得报文的时间，从中获得节点标识、数据和数据类型信息，规范化后将数据写入数据库模块。RESTful接口后端接收到客户端的查询类请求后，从数据库模块中取得信息，按照接口要求封装后返回给客户端。对于控制类请求，RESTful接口提供了设置节点数据上报周期这个功能。

数据查询类RESTful接口调用示例如下所示：

上述调用为数据查询类的调用，其返回结果使用JSON进行表示。status字段的值为0，reason字段的值为”ok” ，它们表示此次调用成功。返回的数据负载使用JSON中的object类型进行表示。其中，dataset字段为array类型，用于封装满足查询条件的数据集。每个数据条目又使用object对象封装，包含有data、sn、ts、id等4个字段，分别表示光照值、数据的序号、数据的时间戳、数据源的节点标识符。数据负载中还含有数据集的简单统计信息，其封装在字段min、max、median、mean、std_dev中，分别表示最小值、最大值、中值、平均值、标准差。

模拟演示系统的结果如图4和表2错误!未找到引用源。所示，对于同一次查询请求返回的数据，分别采用图形和表格两种呈现方式，体现了RESTful接口面对不同应用需求的良好适应能力。

表2模拟演示系统针对数据查询接口调用的结果进行呈现的结果

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，所述泛在业务环境内Sink节点分别连接传感节点与外部设备，向外部设备传递传感节点采集的数据，并向下分发来自外部设备的控制指令；其特征在于所述系统包括预处理模块、RESTful接口模块、控制适配模块和数据库模块，所述预处理模块用于负责从Sink节点取得传感节点采集的数据，对报文中的信息进行格式化处理，并添加时间戳和网络信息后存入数据库模块；所述RESTful接口模块用于响应客户端的请求，提供RESTful接口，包括网络信息查询、数据查询、网络配置、事务查询接口，并利用预处理模块规范化后的数据和控制适配模块进行感知数据的查询和网络配置；所述控制适配模块用于根据RESTful接口中的网络配置接口进行面向传感网的控制配置；所述数据库模块用于存储预处理模块规范化后的传感数据和网络配置时的事务信息。

2.根据权利要求1所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述网络信息查询接口提供GET方法，用于获得节点信息，包括节点标识、节点程序的版本号、节点数据上传周期和相关的备注信息。

3.根据权利要求1所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述数据查询接口提供GET方法，用于从网关查询符合要求的数据列表。

4.根据权利要求1所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述网络配置接口提供POST方法，用于配置节点的数据上报周期，参数包括节点标识符和新的节点数据上报周期。

5.根据权利要求1所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述事务查询接口提供GET方法，用于查询事务的执行进度，参数为调用网络配置接口时返回的事务标识号。

6.根据权利要求1所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述数据库模块包括事务数据库和数据数据库，所述事务数据库用于存储网络配置时的事务信息；所述数据数据库用于存储预处理模块规范化后的传感数据。

7.根据权利要求6所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述控制适配模块进行网络配置包括以下步骤：

a．首先由客户端向RESTful接口后端请求调用配置网络用的接口；

b．RESTful接口后端确认请求来源的合法性以及请求本身的完整性之后，为该次配置指令创建事务记录，存入事务数据库中，获得事务标识号，将该标识号返回给客户端；否则，该次调用配置接口失败，结束；

c．控制适配模块从事务数据库中取出待执行的事务，依次解析并执行并设定相应的事务执行状态；事务的终止状态至少包含两类：a.执行成功；

b.执行失败终止；

d．客户端通过获得的事务标识号向RESTful后端查询事务的执行状态；系统限定最小的查询的时间间隔要求，客户端依此执行。

8.根据权利要求6所述的泛在业务环境下基于RESTful接口的接入系统，其特征在于所述数据数据库的表中设置有节点信息、标识信息、数据和数据的类型描述；所述事务数据库的表中设置有事务标识号、事务描述信息、事务执行状态。

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