一种开放环境下的控制系统及其实现方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种开放环境下的控制系统及其实现方法，属于物联网和M2M技术领域。
【背景技术】
[0002]随着互联网技术和应用的发展，各种物联网和M2M应用正在逐步普及。在这些应用中，可以将开放的云端资源引入智能化控制应用，使得智慧化M2M服务的使用门槛降低、控制功能更加智慧化和丰富、具有更好的灵活性和适应性并降低了用户总的拥有和使用成本。与此同时，广泛自动采集M2M的各种传感和控制反馈信息，通过各种大数据应用分析，得出决策支持信息，又可以进一步促进M2M应用的总体水平，进一步扩充和普及M2M应用的范围。但是，目前的云端与应用系统的结合方式只普遍存在两种方式:一是把应用中的传感信息上传到云端，利用云端来进行存储和同步;二是通过云端发出控制命令来控制M2M应用系统。并没有系统有效地做到在M2M的控制应用中把开放资源作为控制系统的输入以及用这些资源来参与控制策略的生成。
[0003]此外，虽然在M2M的控制应用中引入开放资源和自动采集开放传感与控制反馈信息具有很大的优越性，但是开放环境下的时延、可靠性、安全性、和原有控制设备的兼容等也是必须解决的问题。而本发明能够很好地解决上面的问题。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于解决了上述现有技术的不足，提出了一种开放环境下的控制系统，该系统能够有效地使用开放环境下各种资源，与此同时，还能够在使用这些资源的情况下避免或降低开放环境下的时延、可靠性、安全性、和原有控制设备的兼容等因素对控制的影响。
[0005]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:本发明提供了一种开放环境下的控制系统，该系统包括η层控制结构，其中η 2 2，每层控制结构的构造方式相同，都包括通信接口模块、通信协议处理模块、控制数据处理模块、策略数据处理模块。本发明系统是将通信和控制功能分配到不同层次的控制结构中，各层功能及其关系包括如下:
[0006]通信接口模块:包括南向通信接口和北向通信接口。相对于每层来说，其南向接口面向本层的被控制端，北向控制接口则面向本层的控制端，这两个通信接口分别实现与南北方向的通信。
[0007]通信协议处理模块:完成控制数据和策略数据的发送、接收、流量控制、路由控制、高层协议数据分离、安全控制等功能。完成将层次内部的两类数据(即控制数据、策略数据)转发到南向或北向接口的功能。
[0008]控制数据处理模块:实现对控制数据的处理，控制数据主要包括:传感/反馈数据、执行数据、前两类数据所需的中间处理数据等。
[0009]策略数据处理模块:实现控制策略数据的处理、转发和执行，控制策略数据主要是一组规则数据，用于定义控制器的控制行为，控制器根据规则和输入的控制数据，产生控制数据输出或控制中间变量数据的输出。
[0010]本发明上述控制结构中的通信接口模块的特征如下:
[0011]根据不同的层次，南北向通信模块使用不同或相同的底层通信协议。例如:在传感网网关中，南向使用ZigBee协议，北向使用IP协议;而在服务器驻留的服务程序中，则南北向均为计算机内部的进程间通信协议。
[0012]本发明上述控制结构模块的层次相对性关系包括如下:
[0013]I)相对北向的层次是控制点，相对南向的层次是被控制点；
[0014]2)没有南向接口的被控制点被称为末端被控制点；
[0015]3)末端被控制点只能受一个北向控制点的完全控制，而这个北向控制点采用通用或专用的规则引擎来执行相应的控制策略；
[0016]4)非末端控制点可以有多个北向控制点，分别完成不同的控制任务或控制数据处理模块任务，其每个控制点实现的为部分控制。这体现了系统适应分布式控制处理应用的需要。
[0017]本发明上述系统在运行过程中，策略数据和控制数据分离;在相邻两层控制结构的数据交互过程中，控制数据通过控制数据接口进行传送，策略数据通过策略数据接口进行传送，保证了控制策略设置的灵活性和可变性，并能够充分利用网络资源对复杂的控制策略进行智能化处理。
[0018]本发明还提供了一种开放环境下的控制系统的实施方法，该方法包括如下步骤:
[0019]步骤1:建立传感控制平台。该平台主要功能包括:生成和改变各层被控制点的控制策略、收发和处理来自各层被控制点的数据、收发和处理来自开放环境的信息资源。根据平台服务规模的大小，它可以是一个集中系统，也可以是一个分布式系统，平台可以实现和运行多个层次的控制结构；
[0020]步骤2:根据开放环境下系统结构的要求，设计和实现网关、中间控制点等实际设备，网关包括中间控制/受控层的全部或部分功能；
[0021 ]步骤3:确定末端被控制点；
[0022]步骤4:根据末端控制点控制的需要，确定所需的控制数据和策略数据资源，这些资源包括本地的反馈和传感信息资源、来自开放环境的传感信息和中间处理信息资源、策略生成及策略执行资源等；
[0023]步骤5:根据对实时性、安全性、可靠性等控制性能的考虑，以及对智能化程度、经济型、技术可实现性的考虑，确定这些资源的来源，即终端、网关、自有服务器、开放环境等；
[0024]步骤6:根据来源的相对关系，将上述来源划分到不同的层次中，并将控制功能分配到这些层次中；
[0025]步骤7:根据这些层次所在环境及其具体情况，确定它们的功能和南北向接口；
[0026]步骤8:确定、实现并下载各层次的控制策略。
[0027]本发明上述步骤I?4是初始建设步骤，步骤5?8是运行步骤。
[0028]本发明的上述方法应用于开放环境下的控制系统，使得控制系统能够充分利用开放环境的资源完成控制。
[0029]有益效果:
[0030]1、本发明降低了控制系统拥有和运行成本。在控制要素非常多的前提下，如果所有传感信息和处理能力(例如气候气象信息、语音识别和自然语言命令处理能力)均来自本地闭环系统，其拥有和使用成本将是不可承受的，通过互联网获取其中一部分开放信息服务可以大大降低人力物力财力的支出。
[0031]2、本发明保证了控制所需的实时性。开放资源参与的控制需通过互联网进行，如果所有控制逻辑都在服务器侧实现，则由于互联网的特性的原因，控制的实时性很难得到保证。本发明可以使控制逻辑根据成本和性能的要求分布在不同层次，从而有充分的条件保证控制所需的实时性。
[0032]3、本发明保证了控制应用的可靠性和安全性。在分层、分布部署的控制逻辑(即策略执行)中，适当分配控制功能、设置控制策略，可以在网络中断的情况下，保证控制的安全可靠。与此同时，可以根据需要在不同层次设置数据接入的安全措施(如防火墙、加密传输等)，有利于保证开放环境下控制应用的安全性。
[0033]4、本发明开放性和价值链的整合优势。实现了控制与开放环境资源的无缝融合，具有很好的开放性。在使用这些资源的同时，也为开放环境提供了传感信息、控制反馈信息等，在开放网络支持下，这一结构还可以将控制与整个价值链的其他操作关联，如设备制造、销售、维修，控制策略专家服务等。使得各种控制功能的应用更加方便，有利于其普及和对现有实体服务的升级。
[0034]5、本发明高度的灵活性和适应性。其灵活性和适应性表现在两个方面:a.结构可以部署可变的策略执行机构并有策略数据通道的支持，可以根据需要改变控制策略;b.本发明结构本身可以适应不同方式的控制系统部署，接入异构的数据资源，能够广泛适应不同领域的控制应用。
【附图说明】
[0035]图1为本发明的控制结构层次关系示意图。
[0036]标识说明:1_表示层间控制数据交换;2-表示层间策略数据交换;3-表示相对的北向结构(控制点)；4_表示相对的南向结构(被控制点)。
[0037]图2为本发明的控