海洋觀測網(wǎng)絡(luò)化智能接口標準的研究
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1．3 變送器電子數(shù)據(jù)表格(TEDS)
TEDS技術(shù)是IEEE 1451最重要的技術(shù)革新之一，是使變送器能夠像計算機上USB鼠標一樣實現(xiàn)“即插即用”功能的關(guān)鍵所在，使傳感器具有了自我識別和自我描述的能力。它能夠充分描述傳感器的類型、行為、性能屬性和相關(guān)的參數(shù)，并將其向終端傳送，使終端可了解應(yīng)用的傳感器或執(zhí)行器的相關(guān)參數(shù)，并做出相應(yīng)調(diào)整。增加或更換不同的變送器時，只要在TEDS中增加或改變相關(guān)的內(nèi)容即可。不同的子標準定義的TEDS格式并不完全一致，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行選擇。
TEDS的實現(xiàn)由于受到海洋觀測環(huán)境的限制以及實現(xiàn)成本等方面的影響，目前主要有硬件實現(xiàn)和軟件虛擬實現(xiàn)兩種方法。硬件實現(xiàn)上，TED S一般貯存在變送器內(nèi)置電子存儲設(shè)備中，也可以采用虛擬TEDS，TEDS相關(guān)信息以數(shù)據(jù)庫形式存儲在系統(tǒng)中。
1．4 智能變送器Web服務(wù)(STWS)
STWS由一系列用于訪問IEEE 1451智能變送器的Web服務(wù)組成。STWS建立在面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)和IEEE 1451．0變送器服務(wù)的基礎(chǔ)上，并且由Web服務(wù)定義語言(WSDL)來描述。STWS WSDL規(guī)范被分為6個主要元素：定義、類型、信息、端口類型、綁定和服務(wù)。STWS為IEEE 1451智能變送器提供了一個統(tǒng)一標準的Web服務(wù)。
STWS有3種存在方式，如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/192748.htm
1)存在于單獨的計算機中，為IEEE 1451智能變送器服務(wù)；
2)存在于NCAP中，為基于IEEE 1451的傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；
3)存在于集成的IEEE 1451智能變送器中。
通過STWS這個標準方式，我們可以實現(xiàn)IEEE 1451智能變送器在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用方面(傳感器應(yīng)用)的互操作性。
2 OGC SWE(傳感器Web整合框架)
2005年，開放地理空間聯(lián)盟(OGC)提出了一種革命性的開放標準架構(gòu)——傳感器Web整合框架(SensorWeb Enablement，SWE)，目標是能夠通過Web發(fā)現(xiàn)、訪問、應(yīng)用所有類型的接入Internet的傳感器資源(包括硬件資源和數(shù)據(jù)資源)，為構(gòu)建“即插即用”的基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò)提供一個標準的平臺。SWE是一個全新的標準框架，給海洋界提供了海洋觀測系統(tǒng)發(fā)展的新機遇，而且還在不斷地修訂和完善中。
2．1 概念與功能
通常我們所說的傳感網(wǎng)(sensor network)是一個計算機可訪問的網(wǎng)絡(luò)，它是由地理空間上分布的許多傳感器組成，用以監(jiān)測不同地區(qū)的環(huán)境因素，如溫度、聲音、震動、壓力、物體的運動或者一些污染情況。而傳感器Web是指通過Web可訪問的傳感網(wǎng)，使用標準協(xié)議和應(yīng)用程序接口(API)，我們可以通過Web訪問接入網(wǎng)絡(luò)的傳感器數(shù)據(jù)。
SWE致力于實現(xiàn)傳感器觀測數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)、交換和處理，以及觀測系統(tǒng)的任務(wù)分配，其想實現(xiàn)的功能主要包括：
1)發(fā)現(xiàn)滿足用戶及時需求的傳感器系統(tǒng)、觀測數(shù)據(jù)以及觀測方法；
2)確定傳感器的性能和測量質(zhì)量；
3)訪問傳感器參數(shù)；
4)檢索以標準方式描述的實時或存檔的觀測數(shù)據(jù)；
5)傳感器采集數(shù)據(jù)的任務(wù)分配；
6)通知由基于某些標準的傳感器或傳感器服務(wù)發(fā)布的告警。
2．2 體系結(jié)構(gòu)
SWE能夠完善海洋觀測系統(tǒng)的方法主要有兩種：一是以標準形式描述傳感器以及觀測數(shù)據(jù)；一是定義標準的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口。
為了支持上述方法，OGC—SWE已經(jīng)開發(fā)并測試了如下規(guī)范：
1)觀測與測量(OM)——標準概念模型，采用XML架構(gòu)，用于描述存檔的和實時的底層傳感器觀測數(shù)據(jù)。OM標準可以實現(xiàn)海洋儀器之間的數(shù)據(jù)互操作。
2)傳感器建模語言(SensorML)——標準概念模型，采用XML架構(gòu)，用于描述傳感器、系統(tǒng)和工作流程；對于傳感器的發(fā)現(xiàn)和定位，海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的配置，傳感器觀測數(shù)據(jù)的處理等提供必需的信息。
3)變送器置標語言(TML)——概念模型，采用XML架構(gòu)，用于描述變送器內(nèi)部以及出入海洋觀測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)流，為Web信息交互提供了統(tǒng)一的標準格式。
4)傳感器觀測服務(wù)(SOS)——標準Web服務(wù)接口，用于請求、寄存、過濾和檢索觀測數(shù)據(jù)以及傳感器系統(tǒng)信息。SOS在客戶端與觀測數(shù)據(jù)庫之間起中介作用。
5)傳感器規(guī)劃服務(wù)(SPS)——標準Web服務(wù)接口，用于響應(yīng)用戶需求，分配傳感器任務(wù)。SPS在客戶端和傳感器收集管理環(huán)境之間起中介作用。
6)傳感器告警服務(wù)(SAS)——標準Web服務(wù)接口，用于發(fā)布和訂閱來自傳感器的警報。
7)Web通知服務(wù)(WNS)——標準Web服務(wù)接口，用于異步傳輸來自SAS、SPS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和其他服務(wù)的信息或警報。
上述規(guī)范是SWE的核心，能夠為海洋觀測系統(tǒng)提供大量統(tǒng)一的Web服務(wù)接口，為滿足終端用戶需求的傳感器自識別、觀測數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)交互、任務(wù)分配以及告警信息發(fā)布等功能的實現(xiàn)提供了具體的解決方案。
2．3 傳感器建模語言(SensorML)
傳感器建模語言是SWE的關(guān)鍵組成部分，并且提供了標準傳感器模型和XML代碼，用以描述與傳感器相關(guān)的工作過程，包括傳感器系統(tǒng)的測量和測量后加工處理。所有的處理過程都定義了它們的輸入、輸出、參數(shù)、方法和相關(guān)元數(shù)據(jù)。它提供的是傳感器系統(tǒng)的功能模型，而并不是系統(tǒng)硬件的詳細描述。
可擴展標示語言(XML)架構(gòu)可以被用于發(fā)布傳感器性能、定位和接口的正式描述。Web客戶端和服務(wù)器能夠分析并翻譯XML數(shù)據(jù)，實現(xiàn)傳感器的自動發(fā)現(xiàn)，并評估這些傳感器的特性。另外，如果預(yù)先對海洋觀測系統(tǒng)不了解，這些信息也使應(yīng)用軟件能夠定位和處理底層傳感器數(shù)據(jù)。
在XML架構(gòu)中，針對不同的目的，傳感器控制接口與上層系統(tǒng)能夠自動通信：確定傳感器的狀態(tài)和位置信息；發(fā)送命令到傳感器或傳感器平臺；訪問存檔的或?qū)崟r數(shù)據(jù)。通過一個專有的或自定義的接口，或者通過IEEE 1451標準接口，都能實現(xiàn)基于Web的應(yīng)用與底層傳感器系統(tǒng)的連接。
2．4 傳感器接口描述符(SID)
傳感器接口描述符(SID)由德國的52North公司開發(fā)，被看做OGC—SWE的一部分。對于側(cè)重于Web服務(wù)的SWE來說，SID是實現(xiàn)觀測系統(tǒng)底層傳感器互操作性的一種可行方法。它以一種標準方式描述傳感器接口以及它的命令和數(shù)據(jù)響應(yīng)格式，并對這種描述進行解釋。對于接口的描述，我們需要使用擴展的SensorML。對于SID來說，SID翻譯器的使用是非常重要的。SID翻譯器讀接口描述，然后會依據(jù)相應(yīng)的信息生成對于儀器的命令。原則上存在兩種運行模式：
1)SID翻譯器周期性地向儀器發(fā)送命令，讀出測量數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到SOS；
2)SID響應(yīng)SWE客戶端發(fā)送的請求，生成相應(yīng)的專有儀器命令。
使用SID的一個海洋觀測系統(tǒng)模型如圖3所示：
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