ULAAAS:使用Web服务体系结构的统一本地自动化服务

苏雷什年代¹， L. Sheela女士医学博士²

印度泰米尔纳德邦蒂鲁纳韦利安娜大学区域中心EEE系PG学生[嵌入式系统技术]
助理教授，印度泰米尔纳德邦蒂鲁纳韦利安娜大学区域中心电子电子设备系

摘要

自动化在许多应用中变得越来越重要，如工厂监控、家庭自动化、传感器和执行器集成。目前，ABB、LANCIER、CA等自动化供应商为这些应用提供了有效的大规模自动化工具。在这个项目中，我们解决了本地自动化问题，由于不同的控制器和工具，没有集成方案。每个本地用户都需要一个用于远程控制设备的web地址。商业web服务器模块是可用的，需要托管或可以通过IP地址访问。不同的产品开发导致web缺乏标准化。为了说明这种不便，在该方案中采用了统一的监测方法。它使用可互操作的web服务为所有用户提供具有个性化GUI的开源web服务。安全策略和基站级系统集成是首要考虑的问题。web服务运行不同的服务，即数据库服务、用户管理服务、统一显示服务、配置服务、web管理服务。 The access definition of each service is modeled by Unified模型ing UML语言。

关键字

自动化、Web服务、开源网站、统一驾驶、智能家居

介绍

Web技术将最简单的静态页面赋予了更为复杂的动态页面，并将其与数据库连接起来，用于互联网应用、电子银行等应用。本文论述了家庭自动化的现状，即局部自动化。通过互联网实现家庭自动化的渴望是一个巨大的奇迹。家庭自动化包括对家庭活动的监控和对电器的控制。与工业自动化相比，使用机器人设备来完成整个制造任务。由于计算机化或机器人机器能够快速有效地处理重复的任务，在制造过程中变得越来越必要。他们使用大型PLC、SCADA和HMI系统来控制这一活动。工业自动化的效率是根据准确性来衡量的，但在家庭自动化的情况下，用户需要将成本效率作为首要考虑因素。

综合监控系统充分利用了网络技术的优势。综合监测系统在许多领域的调查、检测和决策中发挥着重要作用。在局部系统中，综合监测比单一测量更有益。实现的家庭自动化系统是单一测量和控制通过IP地址。这种基础设施状态不得不使用静态寻址，静态寻址的成本很高，因为不适合家庭自动化。市场上现有的具有以太网连接的嵌入式控制器可用于此目的，但运行成本较高。

以前的集成架构工作主要集中在具有旋涡式无线传感器节点的高端系统。它们为控制和监视设备提供了新的可用性。该实现使用基于SOAP的web服务[2]-[3]。本文对IEEE1451智能传感器统一web服务进行了改进，为传感器应用程序与智能传感器[3]的访问和互操作提供了标准化途径。

随着互联网新业务需求的不断增长，网络控制平面在ISP网络中经历了多次的演进。云计算服务面临的主要问题是可伸缩性和灵活性[4]。云计算具有高效运行的服务架构，本文启发该服务应用于家庭自动化。

在[5]中，我们描述了一个分层模型，并给出了简化软件开发的方法。在本文中，我们开发了一个将所有家庭用户集成为单一监控系统的系统，用户可以通过本项目后面描述的安全策略从不同的家庭访问数据。为用户开发了可定制的图形用户界面，与商业产品相比，图形用户界面更加统一，互动性更强。家庭自动化需要将电能表的数值获取到监控站，监控站提供一个数据库来存储这些数值。该数据库在为监控系统服务方面具有较大的优势。如今，大多数动态网站在后端运行数据库服务器，并且前面板设计得很好，以表示数据库中的数据。本文采用了类似的方法;所有用户都提供了安全的用户名，他们可以通过该用户名访问。

本文的核心项目是数据库之间的通信，数据库采用SQL SERVER 2008。它协调所有用户置于单一监控系统之下。为了验证系统的性能，将多个家庭连接到系统中，每个控制都是同时进行的。该项目的主要工作如下。

1)降低家庭自动化的运行成本，因为每个用户都共享访问家庭的公共域。

2)消除硬件依赖，任何类型的硬件接口都可以使用。

3)开源网站，创建新用户与自定义页面。服务器分别运行每一个服务。

4)通过UML建模很好地定义了安全策略和访问控制。

5) SSIS集成在数据库之间传输数据，因为每个节点都是数据库参数的控制。

本文的组织结构如下。第二部分描述了家庭自动化的结构，并给出了家庭自动化系统的定义。第三节给出了系统的体系结构。第四节给出了实现方法。第五节介绍了系统的验证。最后，第六部分给出了结论和未来工作。

家庭自动化结构

A.监控系统界面

自动化系统的主要属性是提高精度，从输出反馈直接馈送到输入。该反馈系统由传感器或传感器网络组成，第二代传感器技术是组网使能[16]。下面列出了一些商业自动化工具及其接口标准。

ABB使用i-bus, 4或8个模块可以简单地插入到基本家电上。西门子(Synco living)具备KNX连接能力。CA过程自动化由模块化组件和标准技术组成。

每个自动化系统都有单片机，它可以将物理参数转换为数字参数，并反馈给系统。微控制器可以通过LPT、RS-232、RS-422、RS-485、GPIB、USB、PCI等接口标准通过中间件或直接对网络进行提示。在这个项目中，由PC控制的自动化使用上述任何接口。在Visual Basic 2010中开发了一个简单的中间件来实现硬件与PC之间的连接。

B.统一自动化方案

本文采用的自动化方案如图2所示。它类似于基站集成[1]，每个家庭都被视为基站。家庭自动化单元被预测为位置自动化系统。每个本地自动化系统由监测和控制设备组成。家庭自动化包括电能表作为主要监控装置，控制装置连接到继电器或接触器。雷竞技网页版在该装置的基础上，分别采用了功率调节继电器和接触器。雷竞技网页版电能表的控制是按需过程，电能表的数据是连续输入到数据库的。这里提出了数据丢失和同步的问题。在失去网络的情况下，数据存储在本地数据库中，通过集成过程将数据迁移到服务器数据库中。

当有大量的自动化系统连接到系统时，这个问题会更严重。这种系统的主要优点是:1)不需要单独改变方案;2)安全策略可以经常变化，不会造成用户负担;3)成本效益监测;4)所有监控系统均为模块化，可从系统中拆卸，配置较少。

本自动化系统通过URL地址访问，比IP地址访问更方便，本地系统重新连接主服务器时，将动态IP地址和用户名、密码一起输入到数据库中。该特性对于消除静态IP依赖的本地自动化来说是至关重要的。该自动化系统可以在GPRS、EDGE、3G等多种技术下运行，很少考虑本地自动化系统的响应。一些关键的电气安全措施是在本地硬件上实施的。

A.系统设计

统一本地自动化系统的系统设计如图3所示。在本地监控基站中，有硬件配置、数据采集、本地数据库和接口等子模块。模块的功能如下。

硬件配置:提供软件与自动化硬件之间的接口。接口由RS-232、USB、GPIO等常用总线完成。这里使用的驱动程序是系统驱动程序，没有特殊的固件。该阶段包括支持Windows平台的工作。

数据采集:提供了自动化设备各节点数据采集的框架。将采集到的数据查询到本地数据库。

本地数据库:用于存储采集到的数据。使用SQL SERVER 2008部署的本地数据库

B. Web服务

该系统的网站包含了类似于本地监控基站的子模块。所有模块都通过互联网托管部署。用户管理服务:运行web页面，用户可以添加新用户，编辑用户的配置文件。统一显示服务:包括各用户自动化节点数据的显示服务。配置服务:运行web服务，用户可以在web服务中编辑设备类型、与中间件的接口方法。Web管理服务:它是专门用于Web管理的，可以查看Web服务运行的关键信息。在每个web服务中，后台运行数据库，管理员持有角色定义来修改、编辑数据库相关操作。

数据库:运行SQL SERVER 2008 R2。它从每个本地数据库中提取数据并存储到相应的用户表中。

C.用户访问定义

图4.3显示了本地用户、远程用户和管理用户的用户访问定义模型的UML图。本地用户访问的硬件和所做的更改输入到本地数据库。远程用户通过internet访问家中，远程数据库通过本地数据库获取家中的信息，远程用户必须跨用户登录认证。管理用户负责网站及其服务的管理。

D.非查询数据的机制

数据通过互联网从每个节点获取。如果在internet上的丢失导致数据从本地数据库丢失到主数据库。在这个项目中，它包括了来自中间件独立模块的工作简单插入机制。完整的方法包括SSIS集成过程，在数据迁移中很有用。图5显示了从本地到远程数据库的数据获取模型

E.分层架构实现

图6显示了前面讨论的设计的实现。软件工具和相应的设计层如图所示。局部监控基站的子模块是在VISUAL BASIC 2010中实现的。在VISUAL STUDIO 2010中植入了web服务子模型。

临床实验研究

答:硬件

为了验证软件和web服务的功能，使用Proteus ISIS7软件工具对原型硬件进行了模拟。仿真包括PIC16F877a单片机，其中四个器件连接，用仿真中的LED表示。得到的仿真结果如图7所示。仿真结果显示了通过VSPE与独立模块配对的虚拟串口

b .中间件

用于硬件接口的独立模块是在visual basic 2010中开发的。图8所示为家庭自动化系统的中间件，用户需要通过web服务提供的登录来访问本地数据库和主数据库，以记录监控系统的状态。在这一阶段的工作中，部署了用户登录和状态窗口。硬件接口由RS-232端口完成，使用虚拟串口仿真器VSPE运行虚拟串口对。

c .网站

网站托管在服务器上，它运行的各个服务都参照WCF web服务来提取、更新和显示用户的内容。图9显示了在服务器上运行的新用户创建和用户登录模块。

结论

本文通过运行数据库服务、用户管理服务、统一显示服务、配置服务和web管理服务等不同的web服务，实现了一个统一的本地自动化系统，并对各个服务的功能进行了验证。在这种情况下，由于网络故障或电源故障而遗留下来的数据从本地数据库迁移到主数据库，这是由SSIS集成实现的。该网站由商业网站托管公司托管;该网站与多个用户共享，这使得运行成本很低。在原型硬件的帮助下，通过互联网更容易地控制家用电器。

开源的自动化系统和网站为终端用户提供了非常可行和可靠的低成本自动化。本文从密码管理和硬件密钥认证等方面进行了安全考虑。未来将通过这一集成过程实现大规模和小规模的完整自动化系统。此外，这种集成也可以做其他数据库，如ORACLE, MYSQL。

鸣谢

感谢安娜大学区域中心EEE系，蒂鲁奈维利。我要特别感谢所有教职员工在整个工作过程中的支持。我要感谢我的父母、朋友和所有祝福我的人，他们在项目工作的困难时期给予我全心全意的支持和鼓励。

参考文献

郭忠文，陈鹏鹏，张浩，蒋明星，李春荣，“IMA:一种基于传感器网络的集成监控体系结构”，IEEE学报。Instrum。量。，vol. 61, no. 5, pp.1287-1295, May 2012.
Rumen Kyusakov, Jens Eliasson, Jerker Delsing, Jan van Deventer,Jonas Gustafsson，“使用面向服务的架构将无线传感器和执行器节点与IT基础设施集成”，IEEE Trans。印度河。通知。，vol. 9, no. 1, pp. 43-51, Feb 2013.
Eugene Y. Song和Kang B. Lee，“STWS: IEEE 1451智能传感器的统一Web服务”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 57, no. 8, pp.1749-1756, Aug 2008.
Kim-Khoa Nguyen和Mohamed Cheriet， Écolede technology Supérieure，“在IP网络上实现基础设施即服务(IaaS):从分布式到虚拟化控制平面”，IEEE通讯杂志，pp. 136-147, 2013年1月。
Miguel A. Zamora-izquierdo, Jose Santa和Antonio F. Gomez-Skarmeta，“室内环境智能的集成和网络化家庭自动化解决方案”，IEEE CS，第66-77页，2010。
Cameron L. Smallwood, Jared Wennermark，“分布式自动化系统的好处”，IEEE Indus。应用杂志，第65-73页，2010年。
Scott de Deugd, Randy Carroll, Kevin E. Kelly, Bill Millett，和Jeffrey Ricker，“SODA:面向服务的设备架构”，IEEE CS和IEEE ComSoc，第94- 97页，2006。
Fernando Pianegiani, David Maci和Paolo Carbone，“基于抽象客户-服务器架构的开放式分布式测量系统”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 52, no. 3, pp. 686-692, Jun2003.
Matteo Bertocco, Franco Ferraris, Carlo Offelli和Marco Parvis，“分布式测量系统的客户端-服务器架构”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 47, no. 5, pp.1453-1458, Oct 1998.
乔玉良，刘国平，郑庚，胡文山，“NCSLab:一种具有丰富交互功能的基于网络的全球规模控制实验室”，电子工程学报。印度河。选举。，vol. 57, no. 10, pp. 3253-3265, Oct 2010.
Wieslaw Winiecki, Michal Karkowski，“基于java的分布式测量系统设计新软件环境”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 51, no. 6, pp. 1340-1346, Dec 2002.
Luigino Benetazzo, Matteo Bertocco, Franco Ferraris, AlessandroFerrero, Carlo Offelli, Marco Parvis和Vincenzo Piuri，“基于web的分布式虚拟教育实验室”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 49, no. 2, pp. 349-355, Apr 2000.
Alessandro Ferrero和Vincenzo Piuri，“WWW环境下虚拟实验室实验的仿真工具”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 48, no. 3, pp. 741-746, Jun 1999.
DomenicoGrimaldi, LiberoNigro, Francesco Pupo，“基于java的分布式测量系统”，IEEE Trans。Instrum。Measum。，vol. 47, no. 1,pp. 100-103, Feb 1998.
Myongsoo Kim和John J. Metzner，“配电自动化中智能电子设备的密钥交换方法”，IEEE Trans。《电力输送》，第25卷，第1期。3，第1458-1464页，2010年7月。
Deborah Homan，“加速仪器控制和自动化”，IEEE仪器。Measum。Mag, pp. 40-44, 2013年8月。