专利名称：一种物联网计算机系统的制作方法
技术领域：
本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统。。
背景技术：
随着计算机技术、电子技术的快速发展，互联网的兴起，物联网的出现，使的今天的社会变成了以计算机为核心的信息社会。在信息社会中，信息的获取、处理、交流和决策都需要大量高质量的计算机软件，尤其是物联网高度稳定性、可靠性、安全性和可控性的特点，这就促使人们对计算机软件的品种、数量、功能、质量、成本和开发时间等提出了越来越高的要求。然而，不幸的是，要想使软件功能更强、使用更方便，开发出来的软件就越复杂、越庞大。人们的软件开发能力越显得力不从心，以致软件开发计划一拖再拖，成本失去控制，软件质量得不到保证，最终导致整个项目的失败。·作为崭新的综合性信息系统，物联网并不是单纯的网络概念，它包括信息的感知、传输、处理决策、服务等多个方面，呈现出自身显著的特点。首先是对客观物理世界的全面感知，它不仅表现在对单一的现象或目标进行多方面的观察获得综合的感知数据，也表现在对现实世界各种物体现象的普遍感知；其次是物联网实体间的泛在互联，表现在各种物体经由多种接人模式实现异构互联，也突出表现在物联网不仅包括互联网、电信网等公共网络，还包括电网和交通网等专用网络，错综复杂，形成“网中网”的形态；第三是智慧的信息处理和决策，它体现在物联网中从感知到传输到决策应用的信息流，并最终为控制提供支持，也广泛体现出物联网中大量的物体和物体之间的关联和互动。物体互动经过从物理空间到信息空间，再到物理空间的过程，形成感知、传输、决策、控制的开放式的循环。物联网具有显著的异构性、混杂性和超大规模等特点。异构性表现在不同制造商、不同拥有者、不同类型、不同级别、不同范畴的对象网络共存于物联网中，网络之间在通信协议、信息属性、应用特征等多个方面存在差异性，并形成混杂的异构网络或“网中网”形态；混杂性表现在网络形态和组成的异构混杂性，多信息源的并发混杂性，场景、服务和应用的混杂性等多个方面；物联网是物理世界与信息空间的深度融合系统，是涉及全球的人、机、物的综合信息系统，其规模之大无所不包。物联网的上述特点决定了感知层数据的特性，即异构的、混杂的、大规模的实时流感知数据，同时，感知数据还具有一个显著特点就是时空特性，就是感知数据在特定时间和特定空间内才有意义，如果不在这个地点或过了这个时间，数据的意义可能就不大了。如中关村大街的交通相关信息，这些交通信息通过很多节点实时采集，是大数据量的随时间不断采样的实时流信息。这些信息是在这个区域的人车才真正需要了解当时的详细拥塞或停车信息等，以便及时掌握交通动态，调整行车路线或停止地方，其他地方的人们可能不关心这个区域的交通信息，或仅仅只需要了解大概情况，实时性要求也不是很高，如了解中关村大街的历史交通信息等，另外，物联网的物体之间需要协同交互，对事件及时做出反应，这就需要实时性采集、处理和控制。如在中关村大街上前后行驶的两辆车需要实时交互，既要保持畅通行驶，又要通过保持一定的车距来保证安全性，这就需要在当前场景下局部空间内车辆之间实时通信和决策处理。由此可见国内外同类产品对异构、混杂和超大规模的物联网应用的支持是不够的。为解决这个软件危机，人们一直在进行着持续不断的努力。概括起来，人们的努力有两个方向，一是软件工程、软件项目管理的方向，一是软件技术革新的方向。从诞生到现在，软件产业涌现了大量的技术革新。每一次的技术革新都向解决软件产业的基本矛盾迈进了一步。在所有的技术革新中，软件框架平台是最有意义的，也是最有生命力的。框架平台的使用很好地解决了以上问题。框架最大的好处就是重用，因为框架已经完成了软件开发中基础的、底层的功能，开发人员可以不用再考虑底层开发的细节，而是把精力完全地放在业务逻辑的开发上。这就使得开发人员不用从头开始进行软件的开发，缩短了软件的开发周期，简化了软件开发的难度，增强了软件的健壮性和可维护性。软件框架(Software Framework)是整个或部分软件系统的可重用设计。一个框架是多个可复用的设计构件的集合体，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，它为构件复用提供了上下文(Context)关系。 由于框架平台对软件开发的巨大意义，国际国内很多企业投入框架平台的产品的研发。主要的框架平台包括IBM WebSphere、Oracle Service Bus、锐易特Infomatic、东方通Tonglntegrator、金蝶Apusic,这些框架平台都是符合面向服务架构SOA的中间件，它们不是某个产品，而是一种全新的集成应用，协调资源和操纵信息的框架，这些平台比较适合基于互联网的企业信息系统的开发，不能对物联网应用提供全方位(尤其不能对传感层)支撑，不适合物联网应用系统。在物联网传感设备接口系统中，设备接口程序开发人员除了关心外设本身的工作方式和控制方式以外还不得不关心操作系统和硬件平台的技术细节，这无疑加重了设备驱动程序开发和维护的负担，特别是在当前多种嵌入式操作系统和硬件平台并存的情况下。在物联网应用中，传感网络发展规模越来越大，也越来越复杂，传感设备的异构性也变的更高，以下几个问题越来越突出物理上隔离普通的一个物联网应用中，传感网往往就由很多不同的子网组成，可以分布在不同的地理位置上；传感设备种类繁多如在智能家居应用中，有采集电视、冰箱、洗衣机、壁挂率、照明灯等状态，以及采集温度、湿度、甲醛浓度、CO浓度等环境状态的各类传感器；传感设备数目大量增大；设备往往也来自于不同厂家和公司；设备型号不同；在传感网络中运行着各种各样的应用系统，随着应用系统的多样化，对带宽要求的提高和用户对网络的性能要求的提高。这些问题使得对传感设备的管理十分复杂。
发明内容
为了解决目前遇到的问题，本方案提出了用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，此框架在传统符合面向服务架构的ESB(企业服务总线)基础上，根据物联网中传感设备接入特点，借鉴计算机网网络设备管理SNMP (简单网络管理协议)的原理，设计了传感网络管理体系结构并开发了传感网络管理协议SNMP (Sensor Network ManagementProtocol)，在此基础上，采用“插件”和“设备驱动”技术，把基于SOA的企业服务总线ESB(Enterprice ServiceBus)平台拓展到物联网从等层的传感互动、数据聚集、到上层的智能应用、应用客户端支持，提供了全方位框架支持，并且把平台的软件组件硬件化，固化到嵌入式设备中。本发明实施例是这样实现的，一种用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，所述计算机系统基于框架技术，并且把物联网应用共性的核心支撑构件硬件化、设备化，所述计算机系统包括下列固化在嵌入式设备中的部件南桥，用于为传感数据的传输提供网关，并且对各种设备进行集中控制和管理；北桥，是物联网应用的枢纽，完成应用引擎、客户端代理及数据适配器之间的转接功能，并提供协议转换、安全控制等基础服务；通讯接口，由一系列针对有线或者无线通讯方式进行数据接收和发送的组件，南桥调用这些通讯接口，通过通讯总线接收传感设备发送来的数据；
显示设备接口，由一系列针对特定显示设备的数据发送和用户指令接收组件，南桥调用这些显示设备接口，显示设备状态信息或者接收用户传感设备的控制指令；传感设备接口，由一系列针对特定传感设备和仪表构成的数据采集组件，南桥通过解析设备描述文件，调用这些传感设备接口，由传感网络管理协议、总线对物联网应用状态或者环境数据进行多维感知和数据采集；应用引擎，用于为物联网应用提供核心引擎，它提供统一的管理控制，完成对服务部署、管理、监控、注册、查找功能的统一操作，为用户快速便捷的完成SOA整合环境下总线的搭建工作提供工具支持；应用客户端代理，用于为核心框架支撑的所有应用系统客户端提供开发与运行支持，该层组件提供了应用组件接口，支持应用客户端的开发，该层还提供了与应用引擎的企业服务总线接入；数据适配器，用于实现对各种数据源的信息源的存取操作适配，把应用数据封装成松耦合、地址透明的数据服务构件。进一步，把与传感网络中的传感设备相联的支撑构件进行硬件化、设备化，形成叫做南桥的固化件。进一步，所述南桥与传感网络连接，根据传感网络管理协议SNMP，自动收集各种在线传感设备的相关状态信息，借助于设备描述文件，对接受的设备状态数据进行编码传输；另一方面接受远程或者本地的传感设备控制指令，借助于设备描述文件，对接受的指令进行编码，通过传感设备接口实现对传感设备的控制。进一步，把与物联网应用的业务构件相联的支撑构件进行硬件化、设备化，形成叫做北桥的固化件。进一步，所述北桥功能如下信息流转包括信息的侦听和转换，与客户端进行消息传递；消息侦听负责屏蔽不同协议、不同数据格式、不同访问方式的客户端消息接收，信息转换负责调用消息适配器，进行消息的转换、封装、提取，提供出口函数接口以实现业务对象与集成消息之间的转换；信息分发包括本地服务调用和远程服务的路由，是北桥的核心功能；本地服务调用根据消息转换后消息封装的服务描述，对本地服务进行调用，以同步方式得到的服务结果，通过消息转换进行消息封装，服务路由根据消息转换后消息封装的服务描述，通过服务描述文件中的地址信息，调用消息分发器，分发到运程服务节点中的应用引擎，以异步方式得到服务调用结果，通过消息转换进行消息封装；数据适配北桥为数据服务组件提供了服务容器和总线，支持基本数据处理零代码，使得有由开发人员只需关注业务数据模型和特殊数据处理逻辑，服务容器把持久化对象、对象关系映射、数据访问对象通过数据总线绑定到一起。本发明提供的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统为所有基于框架开发的物联网应用系统提供统一的体系结构，所以应用的软件结构一致性好；基于框架的开发，提供应用组件的标准结构，支持应用组件的动态插拔，容易建立更加开放的系统；由于提取出了物联网应用的共性基础组件作为主体框架部分，为业务组件和传感设备定义了标准的接口，因此在物联网新项目的开发过程中共性部分的代码不需要从头编写，只需要在框架的基础上进行一些应用相关构件的开发和调整便可满足要求，软件生产效率和质量也得到了提高，对于开发过程而言，这样做会提高软件的质量，降低成本，缩短开发时间，简化软件地开发难度，增大软件的效益；软件设计人员专注于对应用领域的了解，使需求 分析更充分；存储了经验，可以让那些经验丰富的人员去设计框架和应用领域构件，而不必限于低层编程；允许采用快速原型技术；有利于在一个项目内多人协同工作；可重用性(Reusability)是高质量软件的重要属性，软件重用意味着思想和代码的一次开发后，可多次用于多个软件，从而提高了软件的可靠性、质量与开发效率，由于框架能重用代码，从一个已有构件库中建立应用变得非常容易，另外框架为构件提供了统一定义的接口，从而使构件间的通信简单，而且大力度可重用性使得平均开发费用降低，开发速度加快，开发人员减少，维护费用降低。把框架平台的组件固化成嵌入式设备中的部件，使得物联网应用设计与开发生产规范化、工程化、节省空间、运行速度加快、提高可靠性，便于大规模生产和实现标准化。
图I物联网应用框架平台RSS的结构图，是本发明实施例提供的RSS框架平台结构图。图2物联网计算机框架的结构图；是本发明实施例提供的物联网计算机核心框架结构图。图3框架创新技术构成图；是本发明实施例提供的RSS物联网应用框架平台的技术流程图；图4框架应用引擎的流程图，是本发明实施例提供的基于企业服务总线(ESB :Enterprise ServiceBus)技术的应用引擎的功能结构图；图5框架客户端支撑组件结构图，是本发明实施例提供的应用客户端组件的功能组成结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图I示出了本发明实施案例提供的物联网计算机系统结构图。应用客户端层1，是由RSS物联网计算机框架支撑的所有应用系统客户端结构，该层组件提供了应用组件接口，支持应用客户端的开发，该层还提供了与应用引擎的企业服务总线接入。应用引擎层2，是RSS物联网计算机框架的核心，它通过实现企业服务总线ESB(Enterprise Service Bus)提供物联网应用开发和运行的支撑。平台引擎主要有以下功能特点基于面向服务架构S0A，提供可构建基于面向服务的、松耦合的、灵活拆分的信息交换平台。产品中的服务组件按照其提供功能方式的应用对象划分，分为基础服务和应用服务。基础服务为应用引擎提供基本功能支撑；应用服务完成对应用系统及用户访问程序的接入。服务组件之间基于XML同步/异步消息传送机制，采用标准的传输方式，完成彼此间的互联互通。·应用引擎提供统一的管理控制台，完成对服务部署、管理、监控、注册、查找等功能的统一操作，为用户快速便捷的完成SOA整合环境下总线的搭建工作提供工具支持。应用引擎的每个服务节点支持可定制配置的并发、多实例运行，通过对一个或者多个服务节点组成程序集进行正确的配置，为应用引擎提供稳定的运行环境。通过对总线服务节点进行统一、集中管理，用户可以从手动管理分布在总线不同物理位置下的服务节点所带来的繁杂工作中解脱出来，实现了对总线上服务节点的高效地部署与管理，从而摒除了分布式总线所带来的难于统一、集中管理的问题。应用引擎完成动态链接、智能路由、信息流转等服务总线核心功能，并提供协议转换、安全控制等基础服务；应用引擎经由适配器体系衔接各种数据源和应用系统，并实现规则引擎、流程驱动等核心服务到总线的挂接；应用引擎以代理的形式为总线客户提供服务，具体完成特定业务流程下的信息流转任务；管理控制台辅助完成对服务注册信息、配置信息等关键元数据的管理。信息流转，即信息的路由、传递、转换等，是应用引擎的核心功能。首先，它在保证信息的可靠传递的同时，屏蔽不同协议、不同数据格式、不同访问方式造成的信息交换不畅；其次，它在提高服务的逻辑独立性的同时，大大降低服务之间的耦合性和依赖关系，使得应用系统可以适应不断变化的要求；另外，由通畅的信息流转衔接起来的服务可以被组合成为明确的工作流程，以满足业务处理的需要。服务监控应用引擎提供了集中的可视化服务监控机制，客户可以方便地对部署在分布式服务总线上的各服务节点进行实时监控。通过总线全局拓扑的方式，域与域之间的逻辑关联关系以及某一个域与服务主机的逻辑隶属关系得以生动的展现，借此用户可以鸟瞰总线的全局环境。通过各种监控仪表盘，总线业务服务运转的状况、在调用服务等过程中产生的标志性问题以及对相关问题的诊断等得到了更直观的、实时的展现。同时，通过消息报告，用户可以获得更为具体、细致的服务交易执行情况。传感网关层3，一方面，它将传感网络与Internet连接，通过重新封装信息以使从一个系统中传来的信息被另一个系统读取，通过同应用通信建立和管理会话，传输已经编码的数据，并解析逻辑和物理地址数据，从而实现两者之间的信息交换；另一方面，自动收集各种在线传感设备的相关状态信息，生成设备描述文件，对各种设备进行集中控制和管理，是数据感知层的核心。具体地说，传感网关具备以下功能I)接入功能主要实现传感网络与电信网络的连接；2)联网功能主要实现传感网络内部传感设备之间的连接；3)传送功能主要实现传感网络内部传感设备与电信网络之间报文的传递；4)核心功能地址功能，实现自身IP地址的获得以及支持传感网络内部传感设备终端获得IP地址；Q0S功能，实现多业务流的分级处理及转发；安全功能，通过认证与加密机制，防止外部网络对内部传感网络的非法访问以及内部传感网络的非法接入。5)远程管理功能主要实现物联网应用层对传感设备的远程管理和控制。传感设 备接口层4，由一系列针对特定传感设备和仪表构成的数据采集组件以及与网关之间的传输模块(比如ZigBee)，用于对物联网应用状态或者环境数据进行多维感知和数据采集。数据的产生、获取、传输、处理、应用是物联网的重要组成部分，其中数据的获取是物联网智能信息化的重要环节之一，没有它，物联网也就成了无水之源、无木之木。在物联网中，终端数据的获取主要是通过RFID、传感器、红外感知设备、全球定位系统等设备实现对数据的实时采集，设备接口层组件通过和这些传感设备连接，并通过传输模块传递给网关。图2示出了本发明实施案例提供的物联网计算机核心框架结构图。南桥5，为传感数据的传输提供网关，并且对各种设备进行集中控制和管理；一方面，它与传感网络连接，根据SNMP协议(该协议将在下一小节介绍)，自动收集各种在线传感设备的相关状态信息，借助于设备描述文件，对接受的设备状态数据进行编码传输；另一方面接受远程或者本地的传感设备控制指令，借助于设备描述文件，对接受的指令进行编码，通过传感设备接口实现对传感设备的控制。北桥6，是物联网应用的枢纽，完成应用引擎、客户端代理及数据适配器之间的转接功能，并提供协议转换、安全控制等基础服务；详细功能描述如下信息流转包括信息的侦听和转换，与客户端进行消息传递。消息侦听负责屏蔽不同协议、不同数据格式、不同访问方式的客户端消息接收，信息转换负责调用消息适配器，进行消息的转换、封装、提取，提供出口函数接口以实现业务对象与集成消息之间的转换；信息分发包括本地服务调用和远程服务的路由，是北桥的核心功能。本地服务调用根据消息转换后消息封装的服务描述，对本地服务进行调用，以同步方式得到的服务结果，通过消息转换进行消息封装，服务路由根据消息转换后消息封装的服务描述，通过服务描述文件中的地址信息，调用消息分发器，分发到运程服务节点中的应用引擎，以异步方式得到服务调用结果，通过消息转换进行消息封装。数据适配北桥为数据服务组件提供了服务容器和总线，支持基本数据处理零代码，使得有由开发人员只需关注业务数据模型和特殊数据处理逻辑，服务容器把持久化对象(PO)、对象关系映射(ORM)、数据访问对象(DAO)通过数据总线绑定到一起。通讯接口 7，由一系列针对特定通讯方式(有线或者无线)进行数据接收和发送的组件，南桥调用这些通讯接口，通过通讯总线(CB Communication Bus)接收传感设备发送来的数据；显示设备接口 8，由一系列针对特定显示设备的数据发送和用户指令接收组件，南桥调用这些显示设备接口，显示设备状态信息或者接收用户传感设备的控制指令；传感设备接口 9，由一系列针对特定传感设备和仪表构成的数据采集组件，南桥通过解析设备描述文件，调用这些传感设备接口，由SNMP (Sensor NetworkManagementProtocol传感网络管理协议)总线对物联网应用状态或者环境数据进行多维感知和数据米集。应用引擎10，为物联网应用提供核心引擎，它提供统一的管理控制，完成对服务部署、管理、监控、注册、查找等功能的统一操作，为用户快速便捷的完成SOA整合环境下总线的搭建工作提供工具支持；应用客户端代理11，为核心框架支撑的所有应用系统客户端提供开发与运行支持，该层组件提供了应用组件接口，支持应用客户端的开发，该层还提供了与应用引擎的企业服务总线接入；·
数据适配器12，实现对各种数据源的信息源的存取操作适配，把应用数据封装成松耦合、地址透明的数据服务构件。图3示出了本发明实施案例提供的图I物联网计算机系统的技术方法图，该方法包括在步骤S301中，设备接口层“设备驱动”技术的应用，使得针对传感设备的接口程序跨硬件平台和操作系统移植而无需对源代码进行任何修改；本框架平台的设备接口层，采用了在嵌入式环境下设备驱动程序的方式，通过这种方式开发的设备驱动程序能够跨硬件平台和操作系统移植而无需对源代码进行任何修改。这种开发方式无疑会受到独立设备制造商(IHV)的欢迎，因为这样的开发方式能缩短设备接口的开发周期并且更快地支持多个平台。同时，这样的开发方式能让设备接口程序开发人员将全部的注意力集中到设备本身的功能和特性上，从而有助于提高设备接口程序的质量。在步骤S302中，基于框架+插件技术的传感网关结构，使得异构的传感设备可以实现“插拔”式的插入传感网关，从而实现物联网的动态接入；本框架平台的传感网关核心框架及其传感设备插件共同组成了物联网智能传感终端的运行和监控、管理、配置的整体系统环境，系统的总体体系结构为传感设备接入传感网关采用了“插件”形式，网关主控作为宿主程序。这种设备插件的实现形式采用动态链接库组件方式，实现统一的接口规范，由于网关主控程序与设备插件使用的是同一个地址空间，因此网关主控程序访问函数指针列表极其方便。当主控程序得到设备插件的一个接口指针时，连接它们的唯一中介是接口的二进制结构。当主控程序查询查询插件的某个接口时，它所请求的实际上是具有特定格式的一块内存。当设备插件返回一个接口指针时，它告诉主程序的实际上是此块内存的地址。同时，动态链接库为二进制编码方式，在二进制级上集成软件，便于知识产权保护，避免人为修改文件造成的破坏，较好地实现了代码隐藏。由于相对整体软件的编制量来说，开发单个设备插件的开发工作量仅是一小部分，且不需要全部整体软件所有模块的重新编译与发布，就使得开发设备插件的周期大大缩短。同时也可根据业务需求不同的情况，开展多个设备插件的分工并行独立开发，提高了开发效率和产品质量。
设备插件集合管理采用简易方便的文件级管理方式，如果用户增加新的设备，只需将开发后的设备插件文件放到指定目录下即可；如果不需要使用哪个插件，在指定目录下删除相应文件就可完成。插件库集合中的插件数量将随着业务需求的变化而不断增加，插件功能的覆盖也会不断扩充和完善，既保证了整体软件可靠性，同时又非常有利于技术成果的积累。在步骤S303中，创新性的提出传感网络管理协议SNMP，屏蔽了不同种类的设备、不同厂家生产的设备、不同型号的设备的异构性，使得设备管理终端可以一个统一的接口和协议来管理所有传感设备；它的基本思想就是为不同种类的设备、不同厂家生产的设备、不同型号的设备，定义一个统一的接口和协议，使得设备管理终端可以使用统一的外观面对这些需要管理的传感设备进行管理。RSS框架平台创造性把广泛应用于计算机网络管理的标准-简单网络管理协议SNMP (Simple Network Management Protocol)拓展为传感网络管理协议SNMP (Sensor Network Management Protocol)。RSS框架平台支持的传感网络管理体系结构就是尽可能地满足传感网络管理需求的一个通用框架。从概念上说，对于一个具有特定 需求的实际网络而言，它应该能够根据用户的需要，开发成为一个满足用户需求的一个具体的传感网络管理系统。任何一个传感网络管理的体系结构都应该包含以下四个方面的子模型信息模型(information model)-被管传感设备对象的描述,如MIB结构和定义；组织模型(organizational model)-处理和支持管理系统的组织结构；通信模型(communication model)-描述为实施管理目的所需要的通信过程，包括MIB访问和管理协议等；功能模型(functional model)-传感网络管理任务的组成结构,包括功能域和管理功能等。下图给出了传感网络管理体系结构的子模型及其关系。在步骤S304中，基于企业服务总线(ESB :Enterprise Service Bus)技术的应用引擎，提供了物联网应用的服务开发、运行及应用系统集成的支撑；应用引擎是物联网应用的支撑层，它的RSS物联网计算机框架的核心，提供物联网应用的服务开发、运行及应用系统集成的支撑，实现了企业服务总线ESB的功能。在步骤S305中，基于Portal技术的应用客户端组件提供了物联网应用的客户端开发支持和与应用弓I擎企业服务总线的接入。图4示出了本发明实施案例提供的基于企业服务总线(ESB EnterpriseServiceBus)技术的应用引擎的功能结构图。服务访问代理13，用于实现在分布式SOA环境中客户应用系统便捷的接入总线，通过发起总线服务请求或建立基于总线的事件驱动机制，月艮务访问代理使得用户可以灵活方便的调用部署在分布式总线环境下的各服务。服务总线14，是物联网应用的企业服务总线(ESB)，ESB是SOA架构的一个支柱技术，作为一种消息代理架构它提供消息队列系统，使用诸如Http、Socket、SOAP或JMS等标准技术来实现。它是一种开放的、基于标准的消息机制，通过简单的标准适配器和接口，来完成粗粒度应用(比如服务)和其他组件之间的互操作；服务总线提供业务应用构件的服务封装、服务注册、服务流程编排、服务调度和服务监控等功能；数据总线是一种特殊的服务总线，是使用企业服务总线模式将企业数据存取封装为数据服务，它允许“可视化”对企业数据的ETL (是数据抽取Extract、转换Transform、清洗Cleansing、装载Load的过程)操作，它提供了任意服务直接访问企业数据任意部分的功能。服务流程编排器15,平台提供基于 BPEL4WS (Business Process ExecutionLanguage for Web Services,简称BPEL)的服务编排工具辅助服务访问代理满足请求者对组合服务的要求，使得服务的组合和业务应用流程的实现更为方便。服务资源注册中心16，是适应分布式SOA与信息整合实际需要的服务资源注册产品，通过参与业务服务在整个SOA生命周期的各个阶段，对企业级SOA架构的设计、开发、部署、运行提供全方位支持。它即是信息整合套件的重要组成部分，同时也可以辅助分布式企业服务总线实现统一的服务资源的注册、搜索与治理，服务资源注册中心基于Web管理方式，支持多种关系数据库与多种服务扩展，提供灵活方便的服务注册、查找等功能。它遵照UDDI规范实现，采用标准WSDL (Web Service Description Language)对服务资源信息进行描述，提供基于SOAP的外部访问接口，实现了访问的平台无关性和厂商无关性，从而使得在分布式企业服务总线下服务的可见性得到了控制、服务版本得到了管理、服务信息的变更得到了分析和传达、服务使用情况得到了监视、服务信息得到了共享，服务资源的一致性得到了保证。 服务监控中心17，为企业服务总线提供了可视化的总线监控平台，能够对分布于总线不同物理节点下的业务服务提供实时、动态、灵活的智能监控，通过丰富的图形展示界面，服务监控中心将总线服务运行状态以及各执行指标数据直观的展现给客户，使得用户对总线各业务服务的性能和健康情况一目了然，从而快速的了解总线各个环节运行状况。服务监控中心实现了总线监控、服务监控、消息报告这三个核心功能，以此不仅可以帮助用户从多种管理角度评估业务、环境的健康性与有效性，为管理团队与业务执行者提供高质的、有效的数据支持，同时它还提供了辅助测量SLA承诺的手段，使得企业IT部门可以实时、有效地对IT基础设施进行管理。服务侦听器18，用于接收客户端发来的服务请求的消息。整合平台提供了 HTTP、SOCHET, SOAP、JMS, FTP五种通道，来为业务应用之间传递消息，用户可以通过配置，实现对消息通道的动态变更，平台引擎提供了针对每种通道的侦听器。HTTP通道提供了传感网络环境良好条件下，可相互信任的双方之间基于HTTP协议进行消息交换的通道；S0CKET通道提供了传感网络环境良好、数据安全要求不是太苛亥IJ，大数据量传输的条件下(主要是局域网)，双方之间基于SOCKET形式进行消息交换的通道；S0AP通道主要为不同机构间提供了基于国际标准化的服务接口 WEBSERVICE的信息交换通道；FTP通道提供数据文件传输通道JMS主要为不同服务节点之间消息交换，或者业务实时性要求不是太高的条件下，提供的基于JMS消息中间件的异步消息传输渠道。它的主要优点在于在传感网络不通的情况下，提供消息队列缓存，传感网络故障回复后，不需额外的程序控制，自动进行消息传输。服务适配器19，实现对各种数据源、信息源、以及各种应用系统的无缝衔接，是政府信息交换和信息整合的重要构成部分，该产品不仅提供各种预制的适配器供信息整合项目直接配置使用，同时还提供标准的扩展接口供特殊需求下的扩展开发。根据数据源类型以及对其整合方式的不同，通用适配器可划分为应用适配器、协议适配器与数据适配器。应用适配器，通过实现特定应用进程接口(API)，提供对业务应用的连接支持。
协议适配器，提供对标准协议(包括SOCKET、FTP、EJB、LDAP、XML、JDBC、HTTP、JMS、EmaiUffeb Services、JCA、C0RBA、RMI等)应用的连接支持。数据适配器，提供对各种数据源，包括关系数据库、TXT数据文件、EXCEL数据文件等的连接支持。服务适配器主要实现对各种数据源、信息源、以及各种应用单元系统的服务封装接口，是企业信息交换和信息整合的重要构成部分，框架平台不仅提供各种预制的适配器，同时还提供标准的扩展接口供特殊需求下的扩展开发。具体地，Adapter实现以下的功能实现消息的安全、可靠传递；实现消息的透明传递，Adapter的实施者不必关注传递技术细节；接口通用化，降低因环境不同导致的业务应用编程的复杂性；实现具有标准的消息封装、变换、接收功能。引擎运行时20，引擎运行时是框架引擎的核心组件，它的主要功能是负责启动和控制平台的工作进程。主要功能包括以下功能主控程序根据配置信息启动工作进程管理器；工作进程管理器通过消息队列侦听器接受各种消息通道的消息，管理消息分发控制器线程、为本地服务建立服务运行环境(Service Context)、和反馈服务结果消息给客户端；工作进程管理器可以根据配置启动一个或多个工作进程从而提高消息传递的效率。消息分发器21，负责对本地服务进行消息传递以及把消 息分发到部署目标服务的本地或者运程服务器。它主要负责分布式服务总线下消息的分发与路由，通过静态路由、动态路由以及规则路由三种路由方式实现灵活的消息通讯与交互；支持同时请求多个服务提供者，使得位于与消息代理不同工作域的服务提供者也可以收到消息代理发送的消息，从而实现消息的跨域传递；提供消息发布/订阅功能，以便实现消息的推拉模式，从而服务于高性能、大吞吐量的广播应用。主要包括以下功能消息转换，负责调用服务适配器，进行消息的转换、封装、提取，提供出口函数接口以实现业务对象与集成消息之间的转换；本地服务调用，根据消息转换后消息封装的服务描述，对本地服务进行调用，以同步方式得到的服务结果，通过消息转换进行消息封装；服务路由，根据消息转换后消息封装的服务描述，通过服务描述文件中的地址信息，调用消息分发器，进行本地服务调用，或者分发到运程服务节点中的消息队列，以异步方式得到服务调用结果，通过消息转换进行消息封装；服务代理，服务代理根据查询服务注册中心得到的服务配置及其运行环境信息，创建本地服务实例。图5示出了本发明实施案例提供的应用客户端组件的功能组成结构图。应用用户22，是框架系统的最终展示结果，用户可以按照自己的需要随时定制自己的应用。展现层是通过Portal技术对各个应用的抽取、portlet定制、portlet管理等功能将应用层的不同应用反应在不同用户的页面上，在开发完应用服务之后，除了需要在前端完成调用服务的界面(包括降调用后的结果显示在界面上)，还需要实现下面的三个功能服务汇总，有些服务来自于外部的系统，但是，用户要求把所有的服务都集中到一个界面上，以统一的风格显示；个性化功能服务注册中心包含了提供的所有服务，不同的用户可能选择不同服务集，所以需要一个前端用户界面集成机制来显示定制服务，即提供个性化功能，每个用户可以看到不同的服务集合；针对不同设备的显示，用户可能使用不同的设备来访问这些服务，比如手机。一个系统要能够根据不同的设备显示相应格式的数据。应用模块容器23，框架通过模块容器把前台各种应用客户端组件封装成可以独立、动态部署的应用构件。服务总线接入24，主要实现在分布式SOA环境中客户应用系统便捷地接入总线，通过发起总线服务请求或建立基于总线的事件驱动机制，使得客户端可以灵活方便的调用部署在分布式总线环境下的服务，还可根据业务需求建立流程编排与制定应用的操作细节，从而提高应用系统的规范性与可操控性。服务总线接入提供委派目录发现和通道实现替代的功能，为了简化前台客户端访问远程服务，框架平台采用了代理模式，代理模式给某一个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对源对象的引用，该机制包括以下三个组件服务代理组件(Service proxy)、服务委派组件(service delegate)和提供者定位组件(Provider locator)。本发明实施例提供的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统从下向上分为传感设备接口层、传感网关层、应用引擎层和应用客户端四层。下两层支持物联网感知互动层的多维感知和数据采集，通过“插件”技术和“设备驱动”技术，提供框架 平台与各种各样的传感设备的通信接口，实现了传感设备的动态“插拔”和传感信息的无缝接入。上两层通过企业服务总线ESB技术支撑物联网应用的开发、运行和异构系统之间城的互联互通。设备接口层“设备驱动”技术的应用，使得针对传感设备的接口程序跨硬件平台和操作系统移植而无需对源代码进行任何修改；基于框架+插件技术的传感网关结构，使得异构的传感设备可以实现“插拔”式的插入传感网关，从而实现物联网的动态接入；传感网络管理协议SNMP创新性的提出，屏蔽了不同种类的设备、不同厂家生产的设备、不同型号的设备的异构性，使得设备管理终端可以一个统一的接口和协议来管理所有传感设备；基于企业服务总线(ESB Enterprise Service Bus)技术的应用引擎,提供了物联网应用的服务开发、运行及应用系统集成的支撑；基于Portal技术的应用客户端组件提供了物联网应用的客户端开发支持和与应用弓I擎企业服务总线的接入。用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统是基于中间件技术的企业信息化应用(包括物联网应用)框架平台，它整合目前流行的企业服务总线、构件开发、设计模式、分布式计算、中间件、说明性规约、企业架构和关注点分离、企业应用集成等多种软件开发技术，提供了适合企业级应用、结构稳定、可扩展、组件可复用的框架平台，并为各种上层业务组件和下层传感设备定义了接口，通过依赖注入(控制翻转)技术，实现业务组件和传感设备的动态插拔。RSS以对物联网应用四层结构(传感层、传输层、数据中心层、智能应用层)提供全方位支撑。此框架为所有基于平台开发的应用系统提供统一的体系结构，所以应用的软件结构一致性好；基于框架平台的开发，提供应用组件的标准结构，支持应用组件的动态插拔，容易建立更加开放的系统；由于提取出了物联网应用的共性基础组件作为主体框架部分，为业务组件和传感设备定义了标准的接口，因此在物联网新项目的开发过程中共性部分的代码不需要从头编写，只需要在框架的基础上进行一些开发和调整便可满足要求，软件生产效率和质量也得到了提高，对于开发过程而言，这样做会提高软件的质量，降低成本，缩短开发时间，简化软件地开发难度，增大软件的效益；软件设计人员专注于对应用领域的了解，使需求分析更充分；存储了经验，可以让那些经验丰富的人员去设计框架和应用领域构件，而不必限于低层编程；允许采用快速原型技术；有利于在一个项目内多人协同工作；可重用性(Reusability)是高质量软件的重要属性，软件重用意味着思想和代码的一次开发后，可多次用于多个软件，从而提高了软件的可靠性、质量与开发效率，由于框架能重用代码，从一个已有构件库中建立应用变得非常容易，另外平台为构件提供了统一定义的接口，从而使构件间的通信简单，而且大力度可重用性使得平均开发费用降低，开发速度加快，开发人员减少，维护费用降低。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，所述计算机系统基于框架技术，并且把物联网应用共性的核心支撑构件硬件化、设备化，所述计算机系统包括下列固化在嵌入式设备中的部件 南桥，用于为传感数据的传输提供网关，并且对各种设备进行集中控制和管理； 北桥，是物联网应用的枢纽，完成应用引擎、客户端代理及数据适配器之间的转接功能，并提供协议转换、安全控制等基础服务； 通讯接口，由一系列针对有线或者无线通讯方式进行数据接收和发送的组件，南桥调用这些通讯接口，通过通讯总线接收传感设备发送来的数据； 显示设备接口，由一系列针对特定显示设备的数据发送和用户指令接收组件，南桥调用这些显示设备接口，显示设备状态信息或者接收用户传感设备的控制指令； 传感设备接口，由一系列针对特定传感设备和仪表构成的数据采集组件，南桥通过解析设备描述文件，调用这些传感设备接口，由传感网络管理协议、总线对物联网应用状态或者环境数据进行多维感知和数据采集； 应用引擎，用于为物联网应用提供核心引擎，它提供统一的管理控制，完成对服务部署、管理、监控、注册、查找功能的统一操作，为用户快速便捷的完成SOA整合环境下总线的搭建工作提供工具支持； 应用客户端代理，用于为核心框架支撑的所有应用系统客户端提供开发与运行支持，该层组件提供了应用组件接口，支持应用客户端的开发，该层还提供了与应用引擎的企业服务总线接入； 数据适配器，用于实现对各种数据源的信息源的存取操作适配，把应用数据封装成松耦合、地址透明的数据服务构件。
2.如权利要求I所述的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，把与传感网络中的传感设备相联的支撑构件进行硬件化、设备化，形成叫做南桥的固化件。
3.如权利要求I所述的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，所述南桥与传感网络连接，根据传感网络管理协议SNMP，自动收集各种在线传感设备的相关状态信息，借助于设备描述文件，对接受的设备状态数据进行编码传输；另一方面接受远程或者本地的传感设备控制指令，借助于设备描述文件，对接受的指令进行编码，通过传感设备接口实现对传感设备的控制。
4.如权利要求I所述的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，把与物联网应用的业务构件相联的支撑构件进行硬件化、设备化，形成叫做北桥的固化件。
5.如权利要求I所述的用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，其特征在于，所述北桥功能如下 信息流转包括信息的侦听和转换，与客户端进行消息传递； 消息侦听负责屏蔽不同协议、不同数据格式、不同访问方式的客户端消息接收，信息转换负责调用消息适配器，进行消息的转换、封装、提取，提供出口函数接口以实现业务对象与集成消息之间的转换； 信息分发包括本地服务调用和远程服务的路由，是北桥的核心功能；本地服务调用根据消息转换后消息封装的服务描述，对本地服务进行调用，以同步方式得到的服务结果，通过消息转换进行消息封装，服务路由根据消息转换后消息封装的服务描述，通过服务描述文件中的地址信息，调用消息分发器，分发到运程服务节点中的应用引擎，以异步方式得到服务调用结果，通过消息转换进行消息封装； 数据适配北桥为数据服务组件提供了服务容器和总线，支持基本数据处理零代码，使得有由开发人员只需关注业务数据模型和特殊数据处理逻辑，服务容器把持久化对象、对象关系映射、数据访问 对象通过数据总线绑定到一起。
全文摘要
本发明公开了一种用于开发支持物联网应用的新型的计算机系统，主要包括南桥、北桥、通讯接口、显示设备接口、传感设备接口等。把物联网应用共性的核心支撑进行硬件化和设备化，提高整个物联网应用的操作速度，节省存储空间，改善可靠性，降低成本，物联网应用设计与开发生产规范化、工程化，便于大规模生产和实现标准化。基于框架平台的开发，支持应用组件的动态插拔，容易建立更加开放的系统；定义了标准的接口，只需要在框架的基础上进行应用相关构件的开发，提高软件的质量，降低成本，降低开发难度，有利于在一个项目内多人协同工作；可重用性提高了软件的可靠性、质量与开发效率，使得平均开发费用降低，开发速度加快，维护费用降低。
文档编号H04L29/08GK102902536SQ20121034896
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者胡清河, 张爽 申请人:杭州泛和科技有限公司