工業(yè)4.0通信技術(shù)研究現(xiàn)狀知識(shí)分享

1、此文檔僅供收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除1 DDS實(shí)時(shí)系統(tǒng)傳統(tǒng)通信模型大多是基于客戶端/服務(wù)器(Client/Server , C/S) 的通信模型，模型中通信的雙方通過遠(yuǎn)程調(diào)用的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 但隨著分布式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用， 各分部節(jié)點(diǎn)之間的信息交換需求提升 以及信息交換的質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)基于C/S架構(gòu)的以業(yè)務(wù)流程 為中心的分布式軟件系統(tǒng)難以滿足日益提升的需求。 這種架構(gòu)下系統(tǒng) 大多采用遠(yuǎn)程過程調(diào)用協(xié)議( Remote Procedure Call ,RPC )來完成 節(jié)點(diǎn)間的信息交互，但是此種傳送方式可傳輸數(shù)據(jù)量小、效率低。存 在服務(wù)器瓶頸以及單點(diǎn)失效等問題。因此對(duì)象管理組織(

2、ObjectManagementGroup, OMG在Data DistributionService for Realtime System 發(fā)布了數(shù)據(jù)分布服務(wù)( Data Distribution Service ， DDS。DDS是一種面向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布式服務(wù)規(guī)范，該規(guī)范描述 了分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的發(fā)布、傳輸和接受的接口和行為。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，DDS為雙層框架結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層 (data local reconstruction layer，DLRL 和以數(shù)據(jù)位中心的發(fā)布訂閱機(jī)制( data-centric publish/subscribe ， DCPS。DCPSH是D

3、DS的核心和基礎(chǔ)。DCPS1提供了數(shù)據(jù)發(fā)布的基礎(chǔ)架 構(gòu)，確保正確有效的傳輸適當(dāng)?shù)男畔⒔o適當(dāng)?shù)慕邮照摺?該機(jī)制模型建 立了“全局?jǐn)?shù)據(jù)空間”的概念，信息的發(fā)布者和訂閱者在全局空間中 分別發(fā)布和訂閱自己所需要的數(shù)據(jù)類型， 該數(shù)據(jù)經(jīng)過中間件處理之后 進(jìn)行傳送， 將傳統(tǒng)的 C/S 模式轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)模式。 DCPS 層將用戶對(duì)資源的需求情況和資源的可用情況均轉(zhuǎn)化為服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service , QoS的參數(shù)，QoS包含多種策略形式，每種策略通過與一個(gè)被賦值的名字關(guān)聯(lián)來描述服務(wù)的行為；同時(shí)，QoS貫穿整個(gè)DDSS信過程，開發(fā)者通過預(yù)先確定系統(tǒng)所需的 QoS來對(duì)其進(jìn) 行設(shè)定，從

4、而程序化服務(wù)器行為。DLRL作為數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層，其本身是可供選擇的，通過DCPS供的服務(wù)，簡(jiǎn)化編程實(shí)現(xiàn)工作，將服務(wù)整合到應(yīng)用層，方便用戶直接 訪問變更的數(shù)據(jù)， 從而達(dá)到與本地語(yǔ)言結(jié)構(gòu)無縫連接的目的。 具體實(shí) 現(xiàn)機(jī)制為：通過類的形式封裝 DCPS1提供的服務(wù)，并建立每個(gè)類與 DCPS1相應(yīng)服務(wù)的映射關(guān)系，然后通過本地語(yǔ)言結(jié)構(gòu)對(duì)DLRL層的類進(jìn)行操縱,讓用戶能夠方便快捷地訪問數(shù)據(jù)。DLRL層可以將更新后的 本地?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)重組 , 然后中間件發(fā)消息給所有已經(jīng)訂閱過該數(shù)據(jù)的訂 閱者更新本地的拷貝信息。從系統(tǒng)功能分析，DDS需要滿足以下技術(shù)：包含鏈路建立和刪除 的鏈路動(dòng)態(tài)管理； 采用隊(duì)列技術(shù)、 定時(shí)器技術(shù)

5、以及鎖機(jī)制的數(shù)據(jù)高效 管理；保證分布式節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)時(shí)性。由于DDS系統(tǒng)出身于美國(guó)軍方，目前標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品大部分為美國(guó)公 司和組織把持和主導(dǎo)，DDS主要應(yīng)用于軍事設(shè)備，諸如美國(guó)海上戰(zhàn)爭(zhēng) 中心（NSWC的高性能分布式計(jì)算系統(tǒng)（HiPer-D），HiPer-D可以同 時(shí)跟蹤成千上萬(wàn)個(gè)目標(biāo)， 并能完成多艘艦船的幾百個(gè)計(jì)算機(jī)之間的協(xié) 同通訊；洛馬美國(guó)海軍Aegis （宙斯盾）開發(fā)是構(gòu)架武器系統(tǒng)；波音 公司掃描鷹無人機(jī)偵查及地面控制系統(tǒng)；德國(guó)RoboScout機(jī)器人偵察 車內(nèi)部通訊系統(tǒng)等。如今在軍事領(lǐng)域以外，DDS也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民航以及工業(yè)控制等領(lǐng)域，成為分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布 / 訂閱的

6、標(biāo) 準(zhǔn)和解決方案。諸如大眾汽車輔助駕駛與安全集成系統(tǒng)，CAE飛行模擬器系統(tǒng)，歐洲空中交通管理系統(tǒng)。2 oneM2M在高通、 愛立信、華為等芯片制造商、 設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商的推 動(dòng)下，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）邀請(qǐng)7家ICT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織一 中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA、日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會(huì)（ARIB） 和電信技術(shù)委員會(huì)（TTQ、美國(guó)電信工業(yè)解決方案聯(lián)盟（ATIS、和通 信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA ）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI、以及韓國(guó)電信技術(shù) 協(xié)會(huì)（TTA）,作為發(fā)起組建了 OneM2l標(biāo)準(zhǔn)化組織。2.1 On eM2M平 臺(tái)介紹On eM2M平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)致力于通過建設(shè)水平共性能力平臺(tái)來支撐各

7、種 行業(yè)應(yīng)用開發(fā)及部署， 避免業(yè)務(wù)平臺(tái)的相互分離， 所導(dǎo)致的平臺(tái)零散 化和投資重復(fù)化。從平臺(tái)邏輯功能分析， 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要分為兩類： 連接管理平臺(tái) 以及應(yīng)用支撐平臺(tái)。 連接管理平臺(tái)主要包括終端管理及網(wǎng)絡(luò)連接管理 功能，例如 Jasper 平臺(tái)；應(yīng)用支撐平臺(tái)主要包括應(yīng)用支持和業(yè)務(wù)分 析能力。OneM2平臺(tái)融合了兩類平臺(tái)的功能，提供了一個(gè)滿足多業(yè)務(wù) 的全面、通用平臺(tái)。On eM2平臺(tái)具有以下優(yōu)勢(shì)：1）首個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，互通性好，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、 終端三者互聯(lián)互通，降低開發(fā)調(diào)試成本。2) OneM2平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用支撐平臺(tái)的多樣性。通過語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)數(shù)據(jù)理解，并形成標(biāo)準(zhǔn)化 API 接口，

8、促進(jìn)平臺(tái)間互通。3) OneM2具有良好的連接管理能力。OneM2ME良好的連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連通管理，保證傳輸?shù)姆€(wěn)定順暢。2.2 On eM2M在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域一直是 OneM2M!點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域，2016年TP#24次會(huì)議, 重申工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)是 On eM2l的優(yōu)先推廣產(chǎn)業(yè)。On eM2在工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng)中的有七種典型應(yīng)用場(chǎng)景：2.2.1 按需采集工業(yè)數(shù)據(jù)：SCADA系統(tǒng)對(duì)PLC設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，因此需要數(shù)據(jù) 預(yù)處理并按需傳輸。2.2.2 工業(yè)數(shù)據(jù)的完整性：工業(yè)監(jiān)控需要保證數(shù)據(jù)傳輸過程中為保證監(jiān)控的有效性， 需要保 證數(shù)據(jù)包的完整性。2.2.3 企業(yè)間協(xié)作生產(chǎn)的數(shù)

9、據(jù)處理：跨企業(yè)協(xié)作要去根據(jù)不同的企業(yè)業(yè)務(wù)需求， 部署相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集 及處理機(jī)制。2.2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：自動(dòng)化生產(chǎn)中為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋， 從而滿足對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的充分 控制，要求系統(tǒng)進(jìn)行有優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。2.2.5 工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)安全保護(hù)：工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)與執(zhí)行數(shù)據(jù)、 資料對(duì)企業(yè)至關(guān)重要， 對(duì)于上述信息通過權(quán)限認(rèn)證、授權(quán)、加密保障數(shù)據(jù)安全。226 工業(yè)領(lǐng)域的QoS機(jī)制：工廠中為保證業(yè)務(wù)的QoS需要收集、傳輸大量數(shù)據(jù)，并根據(jù)所收 集到數(shù)據(jù)對(duì)不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制。2.3 On eM2M在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的未來發(fā)展2.3.1 OneM2M平臺(tái)與現(xiàn)有工業(yè)協(xié)議OPC-UA勺互操性O(shè)PC-UA是 一種目前工業(yè)界廣泛使用的工業(yè)協(xié)議與信息模型，將OneM2IWIAST作組引入OPC-UA勺信息模型和互操作模式，并將OPC-UA的信息模型映射成OneM2資源。2.3.2 On eM2M結(jié)合公共服務(wù)例如韓國(guó)電信SK發(fā)布的基于On eM2M的開放物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)ThingPlug ，通過與釜山市政府合作，推廣平車管理服務(wù)、建筑能源 管理服務(wù)以及智能物聯(lián)網(wǎng)安全服務(wù)。2.3.3基于OneM2的開源項(xiàng)