GB/T 33904-2017 工业物联网仪表服务协议

　　ICS 25 . 040 N 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33904—2017

　　工业物联网仪表服务协议

　　Serviceprotocolforinstrumentofindustrialinternetofthings

　　2017-07-12 发布 2018-02-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33904—20 17

　　GB/T 33904—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国机械工业联合会提出。

　　本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC 124)归口 。

　　本标准起草单位：中国科学院沈阳自动化研究所、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、研祥智能科技股份有限公司、福建上润精密仪器有限公司、北京国电智深控制技术有限公司。

　　本标准主要起草人：刘阳、柳晓菁、庞观士、戈剑、田雨聪、张天石、梅恪、任军民。

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　　引 言

　　随着工业信息网络技术的发展，以网络体系结构为主要特征的物联化工业仪表代表了新一代控制网络的发展趋势。 它可以实现真正意义上的办公自动化与工业自动化的无缝融合。 其良好的互连性和可扩展性使之成为一种真正意义上的工业物联化网络体系结构，在工业物联网中，仪表的身份标识、应用属性、服务、互操作的标准化使用是实现仪表互联互通目标首先需要解决的问题。

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　　工业物联网仪表服务协议

　　1 范围

　　本标准规定了工业物联网仪表服务标识的编码规则和内容及服务标识发布的准则。

　　本标准适用于工业物联网仪表服务的管理与应用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 25069 信息安全技术 术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 25069 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　数据 data

　　信息的可再解释的形式化表示，以适用于通信、解释或处理。

　　[GB/T 5271 . 1—2000 , 定义 01 . 01 . 02]

　　3.2

　　工业自动化仪表 industrialautomationinstrument

　　在工业生产过程中，对工艺参数进行检测、显示、记录或控制的仪表。

　　注：本标准中简称仪表。

　　3.3

　　应用 application

　　为解决工业过程测量和控制中的问题的特定软件功能单元。

　　[GB/T 19769 . 1—2015,定义 3 . 6]

　　3.4

　　可扩展标记语言 eXtensiblemarkuplanguage;XML

　　标准通用标记语言的子集，一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言。

　　3.5

　　服务 service

　　对象和/或对象类的执行是建立在另一个对象和/或对象类的请求基础上的操作或功能。

　　[GB/T 31230 . 3—2014,定义 3 . 3 . 32]

　　3.6

　　工业物联网 industrialinternetofthings

　　物联网在工业领域中各类应用的总成，是实现广义工业领域范围的智慧应用及信息共享的基础平台。

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　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　HTTP 超文本传输协议(hypertext transfer protocol)

　　XML 可扩展标记语言(eXtensible markup language)

　　5 工业物联网仪表服务标识编码

　　5 . 1 工业物联网仪表建模

　　工业物联网仪表的通用模型是建立仪表共享的前提。 本模型提出的 InstrumentML是基于可扩展标记语言(XML)的、关注于如何描述工业仪表和仪表系统以及有关测量的通用模型，为系统用户发现需要操作的仪表对象提供必要的信息，描述了工业物联网仪表可提供的服务信息(参见附录 A) 。

　　InstrumentML模型包括工业物联网仪表身份标识信息和工业物联网仪表应用属性信息，用于描述仪表的基本特性。 这些基本特性包括：

　　—Identifier(仪表的身份标识);

　　—Construction(仪表的结构属性);

　　—Function(仪表的功能属性);

　　—Performance(性能属性);

　　—Location(位置属性);

　　—Bussiness(商业属性)。

　　InstrumentML模型架构见图 1。

　　图 1 InstrumentML基本架构图

　　在图 1 中，Identifier表达形式参考 GB/T 33901 , Construction、Function、Performance、Location 以及 Business 参考 GB/T 33900。身份标识协议以及应用属性协议共同组成了 InstrumentML 的通用

　　模型。

　　5 . 2 编码结构

　　为了确保工业物联网仪表服务标识的唯一性，对其结构和长度规定如下：工业物联网仪表服务标识的总长度为 48 bits,编码结构为：服务类别+服务操作，该编码在工业物联网仪表寄存器中采用大端模式进行存储，服务类别具体内容见 5 . 3 . 1,服务操作具体内容见 5 . 3 . 2 。表 1 为工业物联网仪表服务标识编码。

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　　表 1 工业物联网仪表服务标识编码

　　在工业物联网仪表服务标识编码中，内容格式以 1 bit 为单位来描述。 图 2 是工业物联网仪表服务标识编码的完整格式。

　　图 2 工业物联网仪表服务标识编码的完整格式

　　5 . 3 服务标识的编制

　　5 . 3 . 1 服务类别

　　服务类别长度为 16 bits,服务类别指工业物联网仪表对于服务类型的标识，这些服务包括工业仪

　　表观测服务 (Industrial Instrument Observation Service, IIOS)、工业仪表配置服务 (Industrial Instru- ment Configure Service , IICS)、工业仪表规划服务(Industrial Instrument Plan Service , IIPS)、工业仪表警 告 服 务 ( Industrial Instrument Alarm Service , IIAS)、工 业 仪 表 网 络 注 册 服 务 ( Industrial Instrument Web Register Service, IIWRS)。服务类别标志号的字段位于仪表服务标识编码的第 0~ 15 位，采用 16 bits表示，每一位中，“1”代表支持该服务，“0”代表不支持该服务，使用第 0~4 位进行编码，第 5~15 位预留，编码方式如下：

　　— 第 0 位—工业仪表观测服务;

　　— 第 1 位—工业仪表配置服务;

　　— 第 2 位—工业仪表规划服务;

　　— 第 3 位—工业仪表警告服务;

　　— 第 4 位—工业仪表网络注册服务;

　　— 第 5~15 位—预留。

　　服务类别的完整格式如图 3 所示。

　　图 3 服务类别完整编码格式

　　5 . 3 . 2 服务操作

　　5 . 3 . 2 . 1 工业仪表观测服务(IIOS)标识方法

　　工业仪表观测服务(IIOS)是工业仪表服务中的基本服务，提供了一种标准方式来实现对遥感、现场监测、固定或移动等所有传感器系统的信息获取，它处于用户和工业仪表感知数据仓库或者实时感知数据之间，为用户访问数据信息提供便利。

　　如果把工业仪表网络看成是一个数据源，IIOS就相当于应用层与数据之间的桥梁。 应用层发送请

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　　求给 IIOS服务，IIOS服务查询数据源，并将获取的实时或者历史观测数据返回给应用层。

　　IIOS服务主要完成观测数据的获取，其核心操作有：GetCapabilities、Describesensor 和 GetObser- vation。除了 3 个核心操作之外，6 个增强性操作：GetResult、GetFeatureOflnterest、GetFeatureOfln- terestTime、GetObservationById、GetDescribeObservationType、GetDescribeResultModel。本 标 准 主

　　要是在遵循服务标准规范的基础上实现这些基本操作，以下分别介绍这些操作：服务参数共有 32 bits,位于服务标识编码中第 16~47 位，第 16~24 位用来描述 IIOS服务的 9 种操作，第 25~47 位用来保留扩展 IIOS服务。 通过消息和内容对用户端请求数据进行判断是否属于 IIOS 的相关操作。 每个 bit 对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作，“0”表示不支持，“1”表示支持，可以支持多操作，见表 2 。

　　表 2 IIOS服务类型编码表

　　5 . 3 . 2 . 2 工业仪表配置服务(IICS)标识方法

　　工业仪表配置服务(IICS)是工业物联网仪表的基本服务，它提供了一种标准的配置方式实现对遥感、现场监测、固定或移动等所有传感器系统的信息写入。 应用层发送请求给 IICS 服务，IICS 服务查询请求设备资源的写权限，如果权限允许那么应用调用此服务对仪表进行配置。

　　IICS服务与 IIOS服务类似，在完成获取设备操作权限后，需要对设备进行写操作，其核心操作有：

　　GetCapabilities、SetMatchAuthority 和 SetConfigureSensor。除了 3 个核心操作之外，5 个增强性操作： SetResultStatus、SetFeatureOflnterest、SetComandById、SetDescribeObservationType、SetDescribeRe- sultModel。服务操作共有 32 bits,位于服务标识符编码中第 16~47 位，第 16~23 位用来描述 IICS 服

　　务的 8 种操作，第 24~47 位用来保留扩展 IICS 服务，通过消息和内容来判断元数据确定 IICS 服务的操作类型。 每个 bit对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作，“0”表示不支持，“1”表示支持，可以支持多操作，见表 3 。

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　　表 3 IICS服务类型编码表

　　5 . 3 . 2 . 3 工业仪表规划服务(IIPS)标识方法

　　工业仪表规划服务(IIPS) , 旨在为具有一定信息处理能力的工业仪表提供一个统一的复杂任务提交模式。 在一些特定的应用环境中，工业仪表需要独立或者协同完成一系列复杂的操作，这些操作是简单的观测与配置服务的集合，工业仪表需要完成这些预先设计好的复杂的操作集合，称之为规划服务，因此定义了一组规划服务应用模式。

　　本协议对工业仪表规划服务规定了 8 个操作，它们被分为信息操作和功能操作。 信息操作是 Get-

　　Capabilities、GetDescribeTasking、GetDescribeResultAccess、GetStatus。功 能 操 作 是 GetFeasibility、 Submit、Update、Cancel。服务操作共有 32 bits,位于服务标识编码中第 16~47 位，第 16~23 位用来描

　　述 IIPS服务的 8 种操作，第 24 ~ 47 位用来保留扩展 IIPS 服务，通过消息和内容来判断元数据确定IIPS服务的操作类型。 每个 bit对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作，“0”表示不支持，“1”表示支持，可以支持多操作，见表 4 。

　　表 4 IIPS服务类型编码表

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　　5 . 3 . 2 . 4 工业仪表警告服务(IIAS)标识方法

　　工业仪表警告服务(IIAS)用于发布和订阅工业仪表网络的告警，它是一个客户端能注册并接受工业仪表报警信息的服务。 IIAS提供预先定义和客户定制两种报警服务。 在预先定义模式时，IIAS 向注册用户发送订阅请求，用户确认返回是否订阅这个告警;在客户定制模式时，告警服务根据用户已预定的告警条件，判定观测数据是否构成告警，若满足告警条件，即启动告警，向己经订阅的用户发送该告警通知。 IIAS服务主要包括报警公布、预定和通知进程。

　　IIAS服务中包括的核心操作有：GetCapabilities, GetSubscribe, DeleteSubscription, RenewSub- scription, GetDescribeAlert 和 GetDescribeSensor。服务操作共有 32 bits, 位于服务标识编码中第 16~

　　47 位，第 16~21 位用来描述 IIAS服务的 6 种操作，第 22~47 位用来保留扩展 IIAS 服务，通过消息和内容来判断元数据确定 IIAS服务的操作类型。 每个 bit对应的数值“0”或 “1”指工业物联网仪表是否支持相应操作，“0”表示不支持，“1”表示支持，可以支持多操作，具体内容见表 5 。

　　表 5 IIAS服务类型编码表

　　5 . 3 . 2 . 5 工业仪表网络注册服务(IIWRS)标识方法

　　工业仪表网络注册服务(IIWNS)是用户在使用工业仪表前，需要建立用户应用与工业仪表的对应使用关系，即注册服务，是其他四项服务的基础。

　　网络注册服务是一种工业仪表服务接口，需要满足系统用户注册，它所支持操作主要由核心操作和

　　可增强操作构成。 核心操作包括用户注册(RegisterUser)、获取服务能力(GetCapabilities)、通告发布 (DoNotification)。可增强操作包括创建通讯 (DoCommunication) 和接受用户响应 (DoReplay)。服务操作共有 32 bits,位于服务标识符编码中第 16~47 位，第 16~20 位用来描述 IIWRS服务的 5 种操作，第 21~47 位用来保留扩展 IIWRS服务，通过消息和内容来判断元数据确定 IIWRS 服务的操作类型。

　　每个 bit对应的数值“0”或“1”指工业物联网仪表是否支持相应操作，“0”表示不支持，“1”表示支持，可以支持多操作，见表 6 。

　　表 6 IIWRS服务类型编码表

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　　表 6(续)

　　6 工业物联网仪表服务体系结构

　　本协议旨在解决工业物联网仪表使用异构性，为构建即插即用的基于 Web 的工业仪表网络提供 一

　　个标准使用模式。 为了支持该标准使用模式，协议中提出 6 种组件：InstrumentML、IIOS、IICS、IIPS、

　　IIAS 以及 IIWRS,协议的体系结构和各服务组件之间的关系如图 4 所示。

　　图 4 工业物联网仪表服务体系结构图

　　7 工业物联网仪表服务标识发布

　　这里采用 XML 文档对工业仪表服务进行描述，首先查询端向信息发布设备发送如下 HTTP指令。

　　GET/ service/ Service HTTP/1 . 1

　　Host : identifier

　　Accept: service/xml

　　HTTP协议具有四种可执行操作类型，包括 GET、PUT、POST、DELETE,分别对应查询、添加、更新和删除。 Host为设备端的唯一身份标识符，Accept: service/ xml 表示接受的查询结果类型为 XML文档格式。 通过工业仪表统一的 XML文档(仪表服务模型)，建立基于工业仪表 XML互操作标识符，

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　　通过 XML文档中标签的元数据来建立起服务关系。

　　这里采用 XML 文档对工业物联网仪表服务标识进行发布，设备端返回的结果 XML 文档格式如下。

　　〈? xml version="1 . 0"?〉

　　〈 service 〉

　　〈service_type〉value〈/service_type〉

　　〈operation〉value〈/operation〉

　　〈/ service 〉

　　设备返回的结果采用典型的 XML文档格式，对于工业物联网仪表服务标识进行描述，各种编程语言都对于 XML文档具有较强并且便捷的解析能力。 其中，service为文档的根节点，表示工业物联网仪表服务标识，service_type, operation标签对应的编码含义如下，在 value 中对于这些标签进行赋值：

　　—service_type(服务类别);

　　—operation(服务操作)。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　InstrumentML释义

　　异构工业仪表网络的各种观测数据、各种类型的传感器、中间交换的信息格式之间存在着差异性。为了有效屏蔽这些差异性和实现异构工业仪表网络互操作，本协议提出了工业仪表网络 WEB信息建

　　模，即 InstrumentML工业仪表信息模型。InstrumentML采用了 XML方案，有效的结合了 XML 的灵

　　活性和可扩展性。 InstrumentML是工业物联网仪表服务协议中的关键组件之 一 。该组件为系统进行自动发现符合用户需求提供必要的信息，把工业仪表的物理平台或逻辑算法描述成处理或处理链模型，处理和处理链模型就是组合上述工业仪表信息资源，即对有限的资源进行重新组合和规划来实现高级的信息共享。

　　由于工业仪表类型的多样性，工业仪表信息模型要普遍适用于分布式异构仪表需求很困难，但是 InstrumentML模型描述语言可以提供统一的信息模型框架，抽象出其面向处理的各个模型片段，然后提出一种支持这种通用模型框架的软件。 为了能快速地构建出不同工业仪表信息模型，可以研究不同仪表元数据标准或处理模型标准，在抽象模型基础上标准化的定制其信息模型模板。 基于模板的工业仪表处 理 建 模 的 过 程 中，专 业 的 建 模 人 员 把 特 定 的 工 业 仪 表 模 型 汇 总 元 数 据 字 段 映 射 到 InstrumentML元数据描述字段，从而在抽象的工业仪表公共模型中建立对应的元数据组和参数模板。将已经建好的标准模板可视化，用户往标准字段填入相应的值，最终生成完整的工业仪表信息模型。

　　对于一个 InstrumentML模型实例来说，其物理处理模型需要在元数据信息中对仪表的硬件和时空参考及位置进行建模：

　　a) 收集工业仪表感测的相关特征、地理位置特征、描述信息和相关文档资料。

　　b ) 定义涉及的现象、测量单位、坐标参照系和关键字等字典，使用 XLink 引用字典或本体中定义的词汇。 这些信息主要采用 InstrumentML 的元数据组模型记录。

　　c) 在收集了工业仪表的相关信息后，对工业仪表的平台进行建模，包括误差、精度以及量程等。

　　d) 对工业仪表涉及的处理过程进行建模编码。

　　e) 将工业仪表处理模型组合成处理链模型。 处理链建模师构造处理、输入、输出、参数之间的连接关系。

　　f) 验证模型的语法结构和逻辑结构，形成新的 InstrumentML实例。

　　其建模流程如图 A. 1 所示。

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　　图 A.1 InstrumentML建模流程图

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 5271 . 1—2000 信息技术 词汇 第 1 部分：基本术语

　　[2] GB/T 19769 . 1—2015 功能块 第 1 部分：结构

　　[3] GB/T 33901 工业物联网仪表身份标识协议

　　[4] GB/T 33900 工业物联网仪表应用属性协议