發布日期：2022-04-20 點擊率：83
引言
物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的。
“感知礦山”是物聯網在煤礦領域的典型應用。“感知礦山”是通過高速網絡實現對礦山的全面覆蓋，對礦山的人(人員定位、無線通信)、設備(綜合自動化)、環境(安全監控、礦壓監控等)全面感知，并利用直觀形象的應用，來全面展現和管理礦山?！案兄V山”是將先進的自動控制、通信、計算機、信息和現代管理等技術相結合，將生產過程的控制、運行與管理作為一個整體，以實現企業的優化運行、控制與管理。
目前，大多數煤礦已經建設了安全監測監控系統、人員定位系統、給排水系統、通風系統、通訊系統、緊急避險系統等信息子系統，實現了基礎信息的感知與采集。但是因為沒有統一的數據標準，各子系統獲取的數據五花八門，只是考慮到數據的獲取而沒有考慮數據的推廣應用，簡單地為了信息化而信息化，各個系統之間的數據無法共享，資源重復配置，“信息孤島”現象嚴重。部分綜合自動化系統也僅僅是簡單地將各子系統集中展示，并未真正實現數據的有效分析利用及各子系統的聯動，沒有給礦山的科學管理和決策帶來實際的作用。
制定礦用物聯網的數據標準是煤礦物聯網的關鍵技術。只有數據具有統一的表達、交換和處理標準，才能真正實現數據的充分利用，從而實現多系統的聯動，通過數據分析幫助管理和決策。
本文以礦用設備管理為研究課題，以設備的管理信息為研究對象，提出一種基于抽象語法標記1(AbstractSyntaxNotationOne，ASN.1)的管理信息數據標準，包括命名、語法、編碼及應用協議，實現數據的統一描述及傳輸，以滿足多系統對同一數據源的獲取及利用，為真正實現'感知礦山”秘智慧礦山”打下基礎。
1工作原理
本文參考簡單網絡管理協議(SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP)的設計，采用面向對象的設計思路，將每個管理信息看作一個管理對象，比如一個屬性、一個配置，甚至一個實時值，都看做一個管理對象。
然后，采用OID的編碼方法和樹形結構對每個管理對象進行唯一標識；按照設備類型編寫管理信息庫，每個管理信息庫包含該類設備的所有管理信息對象，管理信息庫的編寫采用ASN.1，ASN.1規定了可以使用的數據類型和語法。
被管理的設備實現ASN.1描述的管理信息庫device.mib,將抽象數據結構映射到本地具體實現的數據結構；管理設備參考device.mib可以知道被管設備具有哪些管理對象以及相應的名字、類型和語義等，然后通過應用通信協議訪問被管設備。信息傳輸采用基本編碼規則(BasicEncodingRules，BER)。
設備管理的架構如圖1所示。
2管理對象數據標準
2.1對象命名
數據交換標準的一個核心問題就是命名的唯一性問題。命名用于標記管理對象。本文采用名字-數字對來命名一個管理對象。文本描述的名字方便于人閱讀和查找，而對應的數字則用于設備之間的通信。
圖1設備管理架構示意圖
管理對象的命名結構采用OID的樹形結構。管理對象的對象標識符是從根節點開始到對象節點路徑上邊標識的順序連接，是一系列點分數字串的形式，它是對象的唯一標識。
管理對象命名結構舉例如圖2所示，則傳感器的類型(type)這個管理對象的對象標識符為為“1.1.1.2”。
2.2描述語法
管理信息庫的描述應獨立于平臺、機器與程序語言。ASN.1用一種統一的方式描述數據結構，與具體的機器與語言無關，本文采用簡化的ASN.1對管理對象進行描述。
為了數據描述的簡潔性和可擴展性，本數據標準支持表1所示基本數據類型：
每個類型有一個唯一標簽，用來區分不同的數據類型,作為數據傳輸時接收方判斷數據類型的依據。用戶也可以使用TEXTUAL-CONVENTION自定義數據類型(類似C語言的typedef自定義數據類型)。
一個管理對象定義通常包括下面五個域：
(1)OBJECT:是一個字符串名，它叫OBJECTDEscriptOR，它指定對象類型，這個類型和OBJECTIDENTIFIER相對應。
語法：對象類型的抽象語法。描述對象的類型和取值范圍等。
定義：對對象類型語義的文本描述。實現中必須保證對象的實例滿足這個定義。
訪問:只能取只讀，讀寫，只寫或不能訪問這四個值。
狀態：強制(mandatory)，可選(optional)或過時的obsolete)。
2.3應用協議
應用協議主要包括管理對象的讀寫，規定了3種報文,報文屬于應用層，與通信鏈路類型無關，見表3。
2.4編碼規則
傳輸采用 BER（Basic Encoding Rules）編碼規則。BER傳輸語法的格式是 TLV 三元組
TLV每個域都是一系列八位組，對于組合結構，其中V還可以是TLV三元組。BER傳輸語法是基于八位組的，自定界的編碼，因為其中L明確界定了八位組的長度。BER是大端編碼的，其八位組的高位比特在左手邊。傳輸時結構如圖4所示：
3實例及分析
傳感器設備的部分設備管理信息描述如下所示：
sensorTypeOBJECT-TYPE
SYNTAXINTEGER
ACCESSread-only
STATUSmandatory
DEscriptION
“傳感器類型:CH4(1),CO(2),CO2(3),H2S(4)…可
增加擴展類型”
::={sensor1)
sensorNameOBJECT-TYPE
SYNTAXOCTETSTRING
ACCESSread-only
STATUSmandatory
DEscriptION
“傳感器名稱”
::={sensor2)
sensorValueUpdateRateOBJECT-TYPE
SYNTAXINTEGER
ACCESSread-write
STATUSmandatory
DEscriptION
“傳感器數據刷新時間，單位為ms”
::={sensor3)
sensorStatusOBJECT-TYPE
SYNTAXINTEGER
ACCESSread-write
STATUSmandatory
DEscriptION
“傳感器狀態：正常(1),掉線(2),故障(3)……”
::={sensor4)
上述實例是傳感器類型設備管理信息庫描述文件(sensor.mib)的一部分，定義了sensorType、sensorName、sensorValueUpdateRate、sensorStatus等傳感器管理對象sensorType的類型是整數，訪問權限是只讀，狀態是強制實現，OID是sensor.1(完整OID是1.1.1.1)。其他設備如要訪問這個管理對象，則使用應用協議的1號報文GetObjectValue,參數為sensor.1，然后通過BER編碼發送給具體的傳感器設備,傳感器設備根據OID找到對應的管理對象，然后通過3號報文Response返回具體值。
4結語
本文提出一種基于ASN.1的礦用物聯網管理信息數據標準，包括管理對象的命名、語法、應用通信協議與編碼規則，該標準提供了一種統一描述和傳輸數據的方法，獨立于平臺與語言，為煤礦各子系統數據的充分分析利用以及后續的系統聯動、科學管理與決策提供了基礎，是實現真正的“感知礦山”的關鍵技術。該標準只是一種可能的數據標準，目前僅應用于本公司的設備管理，這里拋磚引玉，煤礦行業的數據標準建立需要整個行業的共同努力。
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