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1 引言
數(shù)字城市的基本內(nèi)涵是利用現(xiàn)代信息技術(shù)（包括電腦技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和GIS/GPS/RS技術(shù)等）實(shí)現(xiàn)城市中各行業(yè)、各領(lǐng)域的信息化，并將城市中的眾多信息孤島連接起來(lái)形成一個(gè)整體。繼而以數(shù)字城市為基礎(chǔ)，逐步實(shí)現(xiàn)地域數(shù)字化乃至全國(guó)的數(shù)字化。自上世紀(jì)末以來(lái)，數(shù)字城市已經(jīng)被許多大中城市列為重點(diǎn)發(fā)展方向，逐步在世界范圍內(nèi)形成建設(shè)的高潮。
在數(shù)字城市的建設(shè)中，傳統(tǒng)信息領(lǐng)域的技術(shù)及其應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，一般都有較為全面系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。然而，作為數(shù)字城市中重要的建設(shè)基礎(chǔ)與內(nèi)容，控制與集成卻還處于一種較為無(wú)序的狀態(tài)，多種標(biāo)準(zhǔn)共存、沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可遵循、系統(tǒng)之間的互聯(lián)和互操作性很差，根本不能滿足數(shù)字城市對(duì)信息化的要求，在數(shù)據(jù)信息的可得性方面存在著很多困難，更談不上數(shù)據(jù)信息的可用性問(wèn)題。
以以太網(wǎng)和無(wú)線技術(shù)為代表的通信技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)控制、智能建筑等自動(dòng)化系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，可以說(shuō)以太網(wǎng)+TCP(UDP)/IP已經(jīng)成為“事實(shí)上”的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這解決了系統(tǒng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)的可達(dá)性問(wèn)題。在數(shù)字城市中，控制與集成有其自身的特殊性和行業(yè)應(yīng)用背景，不能簡(jiǎn)單地將信息領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范移植過(guò)來(lái)。因此，必須根據(jù)該領(lǐng)域的特征與具體應(yīng)用相結(jié)合，制定該應(yīng)用領(lǐng)域的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，總結(jié)出該領(lǐng)域的基本特征、系統(tǒng)框架、模型和技術(shù)規(guī)范。
國(guó)家有關(guān)部門(mén)組織控制和系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)起草，對(duì)數(shù)字城市、智能建筑中控制和系統(tǒng)集成的通信協(xié)議等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)。本文將提出控制和系統(tǒng)集成的通信協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從總體上給出該應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)框架與模型，是該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)與核心部分。
2 體系結(jié)構(gòu)
2.1 標(biāo)準(zhǔn)范圍
在數(shù)字城市的控制與集成中，核心的基礎(chǔ)設(shè)施是一些硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)構(gòu)成的信息站點(diǎn)（單元），它們是各控制管理系統(tǒng)的基本單元，也是信息數(shù)據(jù)的基本處理單元。每個(gè)信息站點(diǎn)一方面管理自己內(nèi)部的各種硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源，同時(shí)為其它信息站點(diǎn)或用戶提供各種類(lèi)型的服務(wù)。因此，本標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TCP/IP傳輸層以上規(guī)范信息站點(diǎn)中各種資源和服務(wù)的外部互操作特性，規(guī)范系統(tǒng)的應(yīng)用通信協(xié)議，使之能夠有序協(xié)調(diào)工作。在此體系結(jié)構(gòu)中，主要包括信息站點(diǎn)模型，信息站點(diǎn)中的資源模型、通信模型、服務(wù)模型，以及分布式系統(tǒng)的模型。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)范圍
2.2 站點(diǎn)模型
信息站點(diǎn)是實(shí)際系統(tǒng)中基本的組成單位，每個(gè)信息站點(diǎn)各自都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。在硬件上對(duì)應(yīng)于一定的設(shè)備，包含一些基本的物理模塊，如傳感器、控制器、執(zhí)行器、網(wǎng)絡(luò)接口等基本部件；在軟件上，則包含一個(gè)能夠獨(dú)立自主地運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)。通常，信息站點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用圖2來(lái)表示，主要可以分為六大部分。
(1) 基于IP網(wǎng)絡(luò)的通信部分，主要負(fù)責(zé)與其它信息站點(diǎn)和控制系統(tǒng)進(jìn)行交互通信，實(shí)現(xiàn)信息交流和系統(tǒng)控制。
(2) 基于簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議SOAP（Simple Object Access Protocol）的消息傳輸、控制和訪問(wèn)部分，實(shí)現(xiàn)上層的服務(wù)與下層的網(wǎng)絡(luò)通信的連接，使應(yīng)用服務(wù)成為可能。
(3) 服務(wù)接口部分，提供標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用服務(wù)接口，一方面信息站點(diǎn)的所有對(duì)外的功能服務(wù)都通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口來(lái)展現(xiàn)，另一方面，外界通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口來(lái)訪問(wèn)和調(diào)用信息站點(diǎn)內(nèi)部的功能，完成一定的任務(wù)。每個(gè)信息站點(diǎn)都提供幾種基本的通用服務(wù)，包括讀（Get）、寫(xiě)（Set）、通告（Notify）、添加（Add）、刪除（Delete）等服務(wù)。外界對(duì)服務(wù)的訪問(wèn)是通過(guò)下層的SOAP來(lái)進(jìn)行的，并將服務(wù)的結(jié)果通過(guò)SOAP反饋回去。而服務(wù)的具體執(zhí)行過(guò)程則需要操作和利用信息站點(diǎn)內(nèi)部所包含的資源對(duì)象。
(4) 控制管理內(nèi)核是信息站點(diǎn)的核心部件，也稱之為中央控制器。它主要具備兩個(gè)方面的功能：一是統(tǒng)一管理和調(diào)度信息站點(diǎn)的所有資源，包括信息站點(diǎn)的基本描述、組成對(duì)象、安全等對(duì)象資源；二是接受外界提交的服務(wù)請(qǐng)求，通過(guò)調(diào)度和執(zhí)行完成相應(yīng)的任務(wù)，并以服務(wù)的形式返回給外界。
(5) 信息站點(diǎn)所包含的資源對(duì)象部分，是信息站點(diǎn)運(yùn)行、管理和操作的對(duì)象和基礎(chǔ)。主要包括I/O對(duì)象、功能模塊對(duì)象、基本配置對(duì)象等，有的還可能具有集成資源對(duì)象，主要適用于系統(tǒng)集成。
(6) 安全管理部分，它在網(wǎng)絡(luò)之上提供基本的安全檢測(cè)、驗(yàn)證、加密、解密等基本管理功能，以保證信息站點(diǎn)軟硬件和數(shù)據(jù)的安全。
圖2 信息站點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
如圖2所示，就構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信息站點(diǎn)系統(tǒng)模型，是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，能夠獨(dú)自地完成相應(yīng)的任務(wù)。信息站點(diǎn)的基本運(yùn)行過(guò)程是：
(1) 控制管理內(nèi)核自主地運(yùn)行，控制、管理和調(diào)度內(nèi)部的基本對(duì)象和邏輯對(duì)象，并按既定的程序執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；
(2) 當(dāng)外部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向信息站點(diǎn)提交請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)SOAP協(xié)議的轉(zhuǎn)換而調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口；
(3)
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