T-31SIOT 001.2-2017 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范 第2部分 系統(tǒng)間通信協(xié)議

登記號T/31334310115F0772017工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范第2部分：系統(tǒng)間通信協(xié)議Applicationdevelopmentcomponentcriterionofindustrialinternetofthi2017-08-20發(fā)布2017-10-15實(shí)施上海市物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布 I Ⅱ 12規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 1 25協(xié)議要求 25.1一般要求 25.2協(xié)議結(jié)構(gòu) 25.3服務(wù)質(zhì)量 25.3.1服務(wù)質(zhì)量的一般要求 25.3.2無應(yīng)答模式 5.3.3一次應(yīng)答模式 35.3.4兩次應(yīng)答模式 35.4數(shù)據(jù)質(zhì)量 5.5消息編碼 6功能要求 3附錄A(規(guī)范性附錄)二進(jìn)制通信協(xié)議 5A.1傳輸協(xié)議 5A.2功能描述 8A.3協(xié)議取值表 IT/31SIOT001《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范》擬分成部分出版，目前計(jì)劃發(fā)布以下部分的中文版和英文版：——第1部分：模型和術(shù)語；——第2部分：系統(tǒng)間通信協(xié)議；——第3部分：設(shè)備接入與數(shù)據(jù)采集；——第4部分：監(jiān)視與控制；——第5部分：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲與處理；——第6部分：信息管理與應(yīng)用。本部分為T/31SIOT001的第2部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本部分的某些內(nèi)容可能涉及專利。本部分的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本部分由上海市物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)協(xié)會(huì)提出并歸口。本部分起草單位：上海寶信軟件股份有限公司、上海慶科信息技術(shù)有限公司、上海寶康電子控制工程有限公司、上?？婶斚到y(tǒng)軟件有限公司、上海宏力達(dá)信息技術(shù)股份有限公司、勵(lì)元科技(上海)有限公司、上海市物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)協(xié)會(huì)、上海力信測量技術(shù)有限公司、上海市標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)、上海金自天正信息技術(shù)有限公司、公安部第三研究所、上海理想信息產(chǎn)業(yè)(集團(tuán))有限公司、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所。本部分主要起草人：黃明、董文生、林苑、唐捷、周建平、劉濤、鐘淮、王藝鈞、張曉日、劉麗、王櫻、Ⅱ工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)信息化發(fā)展中的一個(gè)新興領(lǐng)域，也是未來智能制造的重要支撐技術(shù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用之間的橋梁和紐帶，研究并制定《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范》的目的是指導(dǎo)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的多個(gè)產(chǎn)業(yè)多方協(xié)作，推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的良性發(fā)展?！豆I(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范第2部分：系統(tǒng)間通信協(xié)議》所規(guī)范或規(guī)定的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間通信協(xié)議，能為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)高效、暢通、安全的通信提供具有指導(dǎo)價(jià)值的參考模型，以及應(yīng)該遵循的原則性方法或要求。1T/31SIOT001的本部分規(guī)定了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中系統(tǒng)間通信協(xié)議所涉及的術(shù)語，規(guī)定了系統(tǒng)間本部分適用于工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)平臺和設(shè)備的開發(fā)者，為其提供基礎(chǔ)和依據(jù)，保證產(chǎn)品面向應(yīng)用開發(fā)時(shí)的一致性。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。T/31SIOT001.1工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)組件規(guī)范第1部分：模型和術(shù)語3術(shù)語和定義T/31SIOT001.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。為了便于使用，以下重復(fù)列出了T/31SIOT001.1中的一些術(shù)語和定義。采用變長編碼對無符號型整數(shù)的一種編碼方式。整數(shù)傳輸時(shí)采用最高有效位存儲在最低的內(nèi)存地址處，最低的有效位存儲在最高的內(nèi)存地址處的字節(jié)序。表示對象次序的整數(shù)序號，對同一對象而言具有唯一性。數(shù)據(jù)信息承載最基本單元，用于表示上位機(jī)中從傳感器和其他待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中獲得的非電量或者電量信號。服務(wù)質(zhì)量qualityofservice;QoS賦予數(shù)據(jù)流某個(gè)級別的傳輸優(yōu)先級，來標(biāo)識它的相對重要性，使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身提供的各種機(jī)制為數(shù)據(jù)流提供特殊的傳輸服務(wù)。2POINT所有記錄中最近采集的一條記錄。數(shù)據(jù)質(zhì)量qualityofdata設(shè)備數(shù)據(jù)讀取質(zhì)量的表示，指明其可信程度。傳輸協(xié)議中信息的載體，用于數(shù)據(jù)或者指令的表示。組件的代理，用于POINT和組件的組織和查詢邏輯。具有點(diǎn)數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)存儲功能的物理設(shè)備和邏輯功能模塊。下列縮略語適用于本文件。URI:統(tǒng)一資源標(biāo)識符(UniformResourceIdentifier)5協(xié)議要求5.1一般要求工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中存在大量不同類型的設(shè)備，在通信能力、計(jì)算性能等方面存在差異，系統(tǒng)間通信協(xié)議應(yīng)適用于不同層次的設(shè)備接入到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，一般應(yīng)滿足如——協(xié)議結(jié)構(gòu)簡單；——支持網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量；——支持?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量；——高壓縮比的消息編碼。系統(tǒng)間的二進(jìn)制通信協(xié)議的協(xié)議要求見A.1。協(xié)議結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單明確，以適用于傳感器等計(jì)算能力較弱的設(shè)備。服務(wù)質(zhì)量(QoS)通過協(xié)議本身設(shè)置的一組數(shù)據(jù)收發(fā)規(guī)則，為傳輸提供一種安全機(jī)制，解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題。數(shù)據(jù)傳輸和控制中應(yīng)依據(jù)不同的應(yīng)用場景提供不同的服務(wù)質(zhì)量。在正常情況下，如果網(wǎng)絡(luò)只用于特定的無時(shí)間限制的應(yīng)用系統(tǒng)，并不需要QoS。但是QoS對數(shù)據(jù)傳輸和控制等關(guān)鍵應(yīng)用是十分必要的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載或擁塞時(shí)，QoS能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟3依據(jù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，可把服務(wù)質(zhì)量按取值不同無應(yīng)答模式下發(fā)送方只發(fā)送一次，不保證數(shù)據(jù)一定被接收方處理。無應(yīng)答模式特別適合發(fā)送方受硬件條件限制、沒有足夠的數(shù)據(jù)存儲空間且無法緩存發(fā)送數(shù)據(jù)的場合。該模式也適合當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)特別嚴(yán)重、發(fā)送數(shù)據(jù)量非常大、發(fā)送方無法忍受長時(shí)間應(yīng)答等待的場合。一次應(yīng)答模式下發(fā)送方如果沒有收到反饋，繼續(xù)發(fā)送。在正常流程下，客戶端發(fā)送一個(gè)消息給服務(wù)端，服務(wù)端收到消息后進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果反饋給客戶端。當(dāng)客戶端沒有將消息成功發(fā)送給服務(wù)端，或者服務(wù)端沒有將處理結(jié)果反饋給客戶端，客戶端都不會(huì)收到反饋消息。如果出現(xiàn)這種情況，客戶端會(huì)一直向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)，直至收到服務(wù)端反饋兩次應(yīng)答模式下保證接收方有且僅有一次執(zhí)行消息。在正常流程下，第一次應(yīng)答時(shí)客戶端發(fā)送請求給服務(wù)端，服務(wù)端收到請求后執(zhí)行指令，保存消息的ID并將執(zhí)行結(jié)果發(fā)回給客戶端。第二次應(yīng)答時(shí)客戶端將消息ID再傳送給服務(wù)端，服務(wù)端刪除保存的消息ID,并回傳給客戶端。在第一次應(yīng)答時(shí)，如果客戶端沒有收到服務(wù)端的第一次回復(fù)，會(huì)反復(fù)進(jìn)行傳送。而服務(wù)端第一次收到消息時(shí)會(huì)執(zhí)行，但是如果多次收到同一條消息，服務(wù)端會(huì)去比對存儲的消息ID,如果發(fā)現(xiàn)重復(fù)，就拒絕再次執(zhí)行，同時(shí)將前一次的執(zhí)行結(jié)果反饋給客戶端。工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)質(zhì)量代表了數(shù)據(jù)獲取時(shí)的狀態(tài)，即與設(shè)備真實(shí)值的關(guān)系，不同的數(shù)據(jù)質(zhì)量對于分析設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)應(yīng)用具有重要的指示作用，應(yīng)提供不同情境下采集和處理的數(shù)據(jù)的可信程度。數(shù)據(jù)質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)模型見A.1.2.6。由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備特點(diǎn)，傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)包應(yīng)該控制在適當(dāng)?shù)拇笮》秶鷥?nèi)。大多數(shù)情況下，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)恼蛿?shù)的數(shù)值并不大，如果采用定長編碼，就必須要預(yù)留空間以保證大數(shù)值的數(shù)可以進(jìn)行傳輸，這樣會(huì)浪費(fèi)寶貴的網(wǎng)絡(luò)流量。為在帶寬較少或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的環(huán)境中提高通信效率，有效降低網(wǎng)絡(luò)流量，宜參考變長編碼的方法，對根據(jù)需要傳輸?shù)恼蛿?shù)的數(shù)值范圍進(jìn)行編碼，小數(shù)使用短的字節(jié)進(jìn)行編碼，而大數(shù)使用長的字節(jié)進(jìn)行編碼。每個(gè)byte的最高bit位表示后面的一個(gè)byte是否是這個(gè)整數(shù)的一部分，如果標(biāo)識位bit7為0,表示后面緊鄰的字節(jié)與這個(gè)整數(shù)表達(dá)無關(guān)，如果bit7為1,表示后面的字節(jié)為這個(gè)整數(shù)的一部分。當(dāng)整數(shù)小于128時(shí)，就可以用一個(gè)字節(jié)進(jìn)行表示。如圖1所示。76543210依據(jù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，系統(tǒng)間通信協(xié)議宜具備以下功能：4——時(shí)間區(qū)間數(shù)據(jù)查詢功能；——快照數(shù)據(jù)查詢功能；——數(shù)據(jù)訂閱與發(fā)布功能；——數(shù)據(jù)上傳與存儲功能；——點(diǎn)注冊功能；——點(diǎn)查詢功能；——點(diǎn)與組件關(guān)聯(lián)關(guān)系查詢功能。系統(tǒng)間的二進(jìn)制通信協(xié)議的功能描述見A.2。5(規(guī)范性附錄)二進(jìn)制通信協(xié)議A.1傳輸協(xié)議A.1.1消息結(jié)構(gòu)傳輸協(xié)議是建立在TCP/IP上的應(yīng)用層傳輸與控制協(xié)議。協(xié)議的消息結(jié)構(gòu)如圖A.1所示，包含三消息頭圖A.1消息結(jié)構(gòu)消息頭由1個(gè)字節(jié)構(gòu)成，具體含義通過不同bit位的組合表示，其結(jié)構(gòu)如圖A.2所示。76543210消息類型圖A.2消息頭結(jié)構(gòu)組件到組件的通信協(xié)議包括：1)查詢指定時(shí)間區(qū)間的數(shù)據(jù)；2)查詢快照記錄數(shù)據(jù)。2)通知TRAP事件。c)PUT發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議。向組件發(fā)送POINT的數(shù)據(jù)。A.1.2.2.2組件與注冊器之間的協(xié)議組件與注冊器之間的協(xié)議包括：1)注冊組件；62)注冊POINT;3)注冊組件關(guān)聯(lián)的POINT。1)查詢組件代號；2)查詢POINT代號；3)查詢與組件關(guān)聯(lián)的POINT;4)查詢組件屬性。當(dāng)發(fā)送方發(fā)送消息時(shí)，用于標(biāo)識該消息是否是第一次發(fā)送。如果值為0,表示此消息為首次發(fā)送；如果值為1,則表示此消息之前已經(jīng)發(fā)送過。重復(fù)標(biāo)識只在服務(wù)質(zhì)量值為1或2時(shí)才有作用。就接收方而言，重復(fù)標(biāo)識為1時(shí)不能用于判斷該消息曾經(jīng)已經(jīng)接收過，但如果該值為0則可以斷言該消息為首次收到。A.1.2.4服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量的取值及含義如表A.1所示。表A.1服務(wù)質(zhì)量的取值000101210311保留A.1.2.5保留字段協(xié)議中某些byte或bit字段因暫時(shí)不用，留作為保留字段。協(xié)議中所有保留字段均設(shè)為0,僅用于做消息合法性檢驗(yàn)。A.1.2.6數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量代表了數(shù)據(jù)獲取時(shí)的狀態(tài)，也就是與設(shè)備真實(shí)值的關(guān)系，本部分中數(shù)據(jù)質(zhì)量取值遵從OPCFoundation的標(biāo)準(zhǔn)，只采用OPCFoundation中的低8位，共一個(gè)字節(jié)。其格式如圖A.3所示。76543210QQSSSSLL圖A.3數(shù)據(jù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)格式其中，QQ代表主質(zhì)量，SSSS代表子狀態(tài)，LL代表受限狀態(tài)，不依賴值及含義如表A.2所示。7表A.2主質(zhì)量取值及含義值012當(dāng)主質(zhì)量為Good時(shí)，子狀態(tài)取值及含義如表A.3所示。表A.3子狀態(tài)取值及含義(Good)值06當(dāng)主質(zhì)量為Uncertain時(shí)，子狀態(tài)取值及含義如表A.4所示。表A.4子狀態(tài)取值及含義(Uncertain)值0145EngineeringUnitsExc6當(dāng)主質(zhì)量為Bad時(shí)，子狀態(tài)取值及含義如表A.5所示。表A.5子狀態(tài)取值及含義(Bad)值01234567受限狀態(tài)取值及含義如表A.6所示。8表A.6受限狀態(tài)取值及含義值0123A.2功能描述A.2.1組件到組件的通訊協(xié)議A.2.1.1GET獲取協(xié)議A.2.1.1.1查詢時(shí)間區(qū)間的數(shù)據(jù)查詢POINT指定時(shí)間區(qū)間的數(shù)據(jù)的消息格式如圖A.4和圖A.5所示。POINT代號邏輯關(guān)系時(shí)間值圖A.4區(qū)間數(shù)據(jù)查詢消息格式：發(fā)送空游標(biāo)表示首次查詢；否則，表示再一次查詢，此時(shí)游標(biāo)非空，無需后面幾列查詢條件。POINT類型時(shí)間戳值圖A.5區(qū)間數(shù)據(jù)查詢消息格式：應(yīng)答返回結(jié)果的游標(biāo)如果為空，表示查詢完畢，否則利用返回的游標(biāo)進(jìn)行剩余數(shù)據(jù)的查詢。A.2.1.1.2查詢快照記錄數(shù)據(jù)查詢POINT快照記錄數(shù)據(jù)的消息格式如圖A.6和圖A.7所示。類型POINT代號圖A.6快照記錄消息格式：發(fā)送總返回碼時(shí)間戳值圖A.7快照記錄消息格式：應(yīng)答如果查詢成功，總返回碼為0表示后面會(huì)有數(shù)據(jù)，每一個(gè)記錄的查詢情況由分項(xiàng)返回碼表示；否則，9后面沒有數(shù)據(jù)。A.2.1.2TRAP訂閱協(xié)議A.2.1.2.1注冊TRAP事件向組件注冊TRAP事件的消息格式如圖A.8和圖A.9所示。邏輯關(guān)系與POINT類圖A.9注冊TRAP事件消息格式：應(yīng)答向組件通知TRAP事件的消息格式如圖A.10所示。POINT代號POINT類型時(shí)間戳值A(chǔ).2.1.3PUT發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議向組件發(fā)送POINT的數(shù)據(jù)的消息格式如圖A.11和圖A.12所示。時(shí)間戳值總返回碼POINT代號圖A.12發(fā)送POINT數(shù)據(jù)消息A.2.2組件與注冊器之間的協(xié)議A.2.2.1REG注冊協(xié)議A.2.2.1.1注冊組件注冊組件的消息格式如圖A.13和圖A.14所示。屬性名屬性名和屬性值必須成對出現(xiàn)，參見組件屬性；值類型指定了屬性值的數(shù)據(jù)類型。A.2.2.1.2注冊POINT注冊POINT的消息格式如圖A.15和圖A.16所示。屬性名屬性名和屬性值必須成對出現(xiàn)，參見POINT屬性。A.2.2.1.3注冊組件關(guān)聯(lián)的POINT注冊組件關(guān)聯(lián)的POINT的消息格式如圖A.17和圖A.18所示。組件代號POINT代號圖A.17注冊組件關(guān)聯(lián)POINT消息格式：發(fā)送圖A.18注冊組件關(guān)聯(lián)POINT消息格式：應(yīng)答A.2.2.2.1查詢組件代號查詢組件代號的消息格式如圖A.19和圖A.20所示。邏輯關(guān)系圖A.19查詢組件代號消息格式：發(fā)送第一次查詢時(shí)傳入具體的查詢條件，后續(xù)查詢時(shí)直接使用上一次返回的游標(biāo)作為查詢條件。重復(fù)的varint組件代號圖A.20查詢組件代號消息格式：應(yīng)答游標(biāo)為空時(shí)，表示此次查詢已經(jīng)返回了所有數(shù)據(jù)；否則，表示后續(xù)還有數(shù)據(jù)，需要再次提交查詢請求，并將該游標(biāo)返回。A.2.2.2.2查詢POINT代號查詢POINT代號的消息格式如圖A.21和圖A.22所示。POINT屬性邏輯關(guān)系圖A.21查詢POINT代號消息格式：發(fā)送第一次查詢時(shí)傳入具體的查詢條件，后續(xù)查詢時(shí)直接使用上一次返回的游標(biāo)作為查詢條件。重復(fù)的varintPOINT代號圖A.22查詢POINT代號消息格式：應(yīng)答游標(biāo)為空時(shí)，表示此次查詢已經(jīng)返回了所有數(shù)據(jù)；否則，表示后續(xù)還有數(shù)據(jù)，需要再次提交查詢請求，并將該游標(biāo)返回。A.2.2.2.3