CN111652374B

CN111652374B - 一种智慧城市感知设备资源管理方法与系统

Info

Publication number: CN111652374B
Application number: CN202010429071.9A
Authority: CN
Inventors: 王志迁; 徐佳; 季鹏; 黄均发; 耿立宏
Original assignee: Guangzhou Computer Network Information Center Chinese Academy Of Sciences
Current assignee: Guangzhou Computer Network Information Center Chinese Academy Of Sciences
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: CN111652374A

Abstract

本发明公开了一种智慧城市感知设备资源管理方法与系统。本系统包括标识服务模块、标识映射管理模块和智能感知设备标识元数据知识库；标识服务模块，用于对智慧城市中的每一设备A，如果智慧城市的智慧应用系统已经为设备A分配一设备标识，则给智慧应用系统分配一应用标识头，然后将其与设备A的设备标识组合成新的设备标识作为设备A的标准标识；否则利用物联网标识技术为设备A分配一设备标识，作为设备A的标准标识；标识映射管理模块，用于建立标准标识与设备资源服务地址的一对一的第一映射关系，以及结合知识库建立每一设备的各元数据与对应元数据标识的多对多第二映射关系、建立标准标识与设备的各元数据标识的一对多第三映射关系。

Description

一种智慧城市感知设备资源管理方法与系统

技术领域

本发明提出一种智慧城市感知设备资源管理方法与系统，属于智慧城市应用技术领域。

背景技术

目前，随着我国新一代信息基础设施的发展，尤其5G、物联网低功耗广域网络等技术的快速崛起，智慧城市建设驶入了快车，智慧停车、智慧园林、智慧消防、智慧政务、智慧综治等应用加速落地。各类应用的落地为促进智慧城市建设和发展提供了支撑，但是在实际应用中，一种设备资源存在多种应用共享的情况；而一个应用中又会涉及到不同数据传输格式、不同传输协议的设备资源。传统解决智慧城市资源设备异构的方式大致包括以下几种：

1、制定统一的标准体系，包含标准协议、标准框架来实现对于不同资源的互联互通，例如oneM2M，可以支持符合该框架的设备和系统进行数据资源交互；

2、建立统一的大数据中心，不管何种类型的设备资源，将设备接入各类管理平台后将数据资源回传给统一的数据中心，然后通过统一的数据中心为各类智慧城市应用服务；

3、建立一个数据资源转换平台，通过让现有各平台向数据资源转换平台注册，实现物联网异构平台之间的资源交互。类比到智慧城市建设中，就需要各类已建智慧城市应用的向一个中心平台注册资源，来实现数据资源交互，从而为智慧城市应用服务。

上述这些方式中，第一种是在标准层面，通过制定统一的标准来实现数据资源的互联互通，这样的方式对于现存智慧城市应用体系会产生改变；第二种是通过建设数据中心，所有数据资源向中心汇聚；第三种是建立数据资源链接中心的方式，即在数据资源采集存储后，通过一定的转化，实现平台数据层面的资源共享。上述数据资源共享的方式会导致原有项目变得庞大或需要对原有系统进行改造。而且智慧城市建设中从感知设备端的管理到数据层面的处理以及针对多种异构平台存在的现状的统一化解决方案，目前尚未给出具体的解决办法。

造成上述现象的原因是目前智慧城市建设中顶层设计不完善，各系统、资源存在多头管理等问题，研究人员大多都会思考从数据层面着手，通过建立统一城市大数据中心来解决这个问题。这样做，数据整合的效果是达到了，但是对于后续智慧城市其他应用建设过程中，如果涉及到新的软件系统，新的数据资源管理，又需要针对现有的大数据中心进行更新修改，从技术上来说，可扩展性比较差，实际上，这样的顶层设计在后续推动过程中因为牵涉到多个部门系统同时更新，可能会遇到相当大的阻力。

而且，在现实生活中，某些感知设备的管理和使用涉及到多个部门，如果不从最基础的设备资源管理层面去考虑数据互通，到具体应用层面才思考数据互通的问题，具体实施难度大，所以本发明将针对智慧城市各类感知设备资源，提出从设备管理层面解决设备数据资源互通的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于标识元数据的智慧城市智能感知设备资源管理方法与系统，通过该方法和系统，对智慧城市感知设备资源实现异构识别，对设备资源描述进行元数据标注，并分配该元数据对应的元数据标识。通过上述过程对智慧城市所有感知设备利用物联网标识技术建立从设备到设备资源数据描述的多重映射关系，实现智慧城市感知设备资源层面的统一化管理，对外提供统一设备资源服务，为智慧城市应用的支撑提供保障。

第一，参考对象管理组织OMG中的公共仓库元模型CWM标准，结合物联网标识技术设计了两层的元数据体系结构M1和M2，第一层为M1层，这一层是元数据定义层，根据智慧城市常用数据字段提取初始元数据，用于记录元数据；第二层是元数据标识层，利用物联网标识服务对每个元数据资源分配唯一标识，从而建立起智能感知设备标识元数据知识库；

第二，针对智慧城市中各类感知设备资源，利用物联网标识技术统一分配设备标识，此处称为标准标识。对于在原有智慧应用系统中已经分配旧标识的设备，给该智慧应用系统分配应用标识头，然后将应用标识头和旧标识组合成新的标准标识；

第三，针对智慧城市中各类感知设备资源，对于设备资源数据的描述信息，利用标识元数据知识库对设备数据描述信息的元数据进行标识化处理，对于当前标识元数据知识库无法标注的元数据，为该元数据分配元数据标识，并将该元数据和标识的关联关系更新标识元数据知识库；

第四，根据前三步的智能感知设备资源元数据标识管理方法，研发智慧城市设备资源管理系统，该系统由标识服务模块、标识映射管理模块、标识元数据知识库和安全控制模块组成。通过该系统的标识映射管理模块，管理设备标准标识与设备资源服务地址的一对一的第一映射关系；以及标识映射管理模块结合标识元数据知识库，记录设备资源数据元数据与标识元数据的多对多第二映射关系、存储设备标准标识与标识元数据的一对多第三映射关系，设备资源数据，即对设备能够产生并记录下来的数据；设备资源数据元数据，即对记录设备资源数据的描述信息(即元数据)；对于一个具体的设备资源，其数据描述是确定的，比如用“大小、品牌、温度范围”这些数据项来描述一个温度传感器，那“设备资源数据元数据”就是“大小、品牌、温度范围”，在标识元数据知识库中，存在“大小—1101、品牌—1120”等等一系列的记录，然后将这些标识与设备资源数据元数据对应标识起来。结合安全控制模块对数据资源请求用户的权限管理功能，实现对感知设备的管理和数据整合，从感知设备数据资源层实现对不同感知设备的兼容互通。对于新增设备和已有应用系统设备资源，该系统都可以实现数据资源的自主可控访问，为智慧城市各类应用的建设提供标准化的数据支撑。

本发明的技术方案为：

一种智慧城市感知设备资源管理方法，其步骤包括：

1)建立一智能感知设备标识元数据知识库，其包括元数据体系结构M1和M2；其中，元数据体系结构M1用于记录智慧城市中各智能感知设备的元数据；元数据体系结构M2，用于记录各元数据的标识；

2)对于智慧城市中的每一智能感知设备A，如果智慧城市的智慧应用系统已经为该智能感知设备A分配一设备标识，则给该智慧应用系统分配一应用标识头，然后将该应用标识头和该智能感知设备A的设备标识组合成新的设备标识作为该智能设备A的标准标识；如果该智能感知设备A没有设备标识，则利用物联网标识技术为该智能感知设备A分配一设备标识，作为该智能感知设备A的标准标识；

3)对于智慧城市中的每一智能感知设备A，从该智能感知设备A的资源数据描述信息中提取元数据；根据该智能感知设备标识元数据知识库的元数据标识对该智能感知设备A的元数据进行标识化处理；如果该智能感知设备A的一元数据未记录在该智能感知设备标识元数据知识库中，则为该元数据分配一标识，并将该元数据及对应标识的关联关系更新到该智能感知设备标识元数据知识库；

4)标识映射管理模块建立智能感知设备的标准标识与设备资源服务地址的一对一的第一映射关系，以及结合智能感知设备标识元数据知识库建立每一智能感知设备的各元数据与对应元数据标识的多对多第二映射关系、建立智能感知设备的标准标识与该智能感知设备的各元数据标识的一对多第三映射关系。

进一步的，利用物联网标识服务对每个元数据分配唯一标识。

进一步的，依据该智能感知设备A的设备类型、区域给该智能感知设备A分配设备标识。

进一步的，参考对象管理组织OMG中的公共仓库元模型CWM标准，结合物联网标识技术设计两层的元数据体系结构M1和M2，建立该智能感知设备标识元数据知识库。

一种基于所述智慧城市感知设备资源管理方法的资源查询方法，其步骤包括：

1)智慧应用系统对于收到的查询请求，其中所述查询请求包括智能感知设备a及其数据资源信息；根据所要查询的智能感知设备a，获取该智能感知设备a的标准标识ai；

2)智慧应用系统根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第一映射关系，获得该智能感知设备a对应的设备资源信息服务地址；利用智能感知设备标识元数据知识库获得所述查询请求中数据资源信息对应的元数据标识列表；

3)根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第三映射关系获取该智能感知设备a的元数据；然后结合该智能感知设备a的元数据和该元数据标识列表，向标识映射管理模块查询第二映射关系，获取该智能感知设备a的数据资源描述元数据列表；

4)根据获得的该数据资源描述元数据列表向该设备资源信息服务地址发起信息资源查询请求，获取对应的设备数据资源。

一种智慧城市感知设备资源管理系统，其特征在于，包括标识服务模块、标识映射管理模块和智能感知设备标识元数据知识库；其中，

智能感知设备标识元数据知识库，包括元数据体系结构M1和M2；其中，元数据体系结构M1用于记录智慧城市中各智能感知设备的元数据；元数据体系结构M2，用于记录各元数据的标识；

标识服务模块，用于对智慧城市中的每一智能感知设备A，如果智慧城市的智慧应用系统已经为该智能感知设备A分配一设备标识，则给该智慧应用系统分配一应用标识头，然后将该应用标识头和该智能感知设备A的设备标识组合成新的设备标识作为该智能设备A的标准标识；如果该智能感知设备A没有设备标识，则利用物联网标识技术为该智能感知设备A分配一设备标识，作为该智能感知设备A的标准标识；以及对于智慧城市中的每一智能感知设备A，从该智能感知设备A的资源数据描述信息中提取元数据；根据该智能感知设备标识元数据知识库的元数据标识对该智能感知设备A的元数据进行标识化处理；如果该智能感知设备A的一元数据未记录在该智能感知设备标识元数据知识库中，则为该元数据分配一标识，并将该元数据及对应标识的关联关系更新到该智能感知设备标识元数据知识库；

标识映射管理模块，用于建立智能感知设备的标准标识与设备资源服务地址的一对一的第一映射关系，以及结合智能感知设备标识元数据知识库建立每一智能感知设备的各元数据与对应元数据标识的多对多第二映射关系、建立智能感知设备的标准标识与该智能感知设备的各元数据标识的一对多第三映射关系。

进一步的，还包括一安全控制模块，用于对数据资源请求用户的权限管理，实现对智能感知设备的管理和数据整合。

进一步的，还包括一查询模块，用于提供资源查询服务：1)对于收到的查询请求，其中所述查询请求包括智能感知设备a及其数据资源信息；根据所要查询的智能感知设备a，获取该智能感知设备a的标准标识ai；2)根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第一映射关系，获得该智能感知设备a对应的设备资源信息服务地址；利用智能感知设备标识元数据知识库获得所述查询请求中数据资源信息对应的元数据标识列表；3)根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第三映射关系获取该智能感知设备a的元数据；然后结合该智能感知设备a的元数据和该元数据标识列表，向标识映射管理模块查询第二映射关系，获取该智能感知设备a的数据资源描述元数据列表；4)根据获得的该数据资源描述元数据列表向该设备资源信息服务地址发起信息资源查询请求，获取对应的设备数据资源。

一种服务器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行上述方法中各步骤的指令。

与当前已有的相关技术相比，本发明具有以下几点优势：

本发明的核心创新点是提出了一种智慧城市感知设备资源管理方法，实现对智慧城市新增感知设备在资源互通管理层面的统一，通过标识元数据知识库对原有应用系统中智能感知设备和数据资源的标注，实现了智慧城市所有感知设备的统一化管理，结合物联网标识技术，对设备和数据资源进行标识化管理，保证设备资源和数据资源服务的准确性和完整性，利用安全控制机制保证数据资源的安全性，为后续各类智慧城市应用展开提供了底层支撑，降低了智慧城市建设中各类感知设备资源融合互通的难度。

附图说明

图1为智慧城市感知设备资源管理系统；

图2为标识分配流程图；

图3为元数据标识注册流程图；

图4为资源转换流程图；

图5为数据资源查询流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明中技术核心作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

1、标识映射管理模块

标识映射管理模块是基于元数据标识的智慧城市感知设备资源管理系统的中枢，设备资源、标识元数据知识库、标识服务和智慧城市应用系统之间通过标识映射管理模块来进行资源的查询与交互，标识映射管理模块存储和管理各类资源映射信息，根据请求方的需求将各类资源映射关系反馈给请求方。

2、标识服务模块

标识服务模块在本发明中为智慧城市感知设备资源提供标识解析查询和标识分配的服务能力。对所有智慧城市感知设备，标识服务模块为各设备分配标准标识，对于部分已经在应用系统中或其他平台已分配标识的感知设备，更新设备标准标识为应用系统标识加设备旧标识，建立起标准标识与设备资源服务地址的第一映射关系，并将该映射关系注册到标识映射管理模块。

3、标识元数据知识库模块

智慧城市感知设备，每一个物联网应用都会对该设备建立一套描述机制，通过不同的元数据来描述这个设备，利用标识元数据知识库对该设备数据资源描述元数据进行标注，并在标识映射管理模块记录下设备数据资源描述元数据与元数据标识的第二映射关系、设备标准标识与设备数据资源描述元数据的第三映射关系。针对标识元数据知识库尚未存在的元数据，请求标识服务模块分配元数据标识，并记录该元数据更新标识元数据知识库。

4、智慧城市设备资源管理系统

智慧城市设备资源管理系统，集成了上述各模块的服务能力，作为智慧城市感知设备资源与城市智慧应用服务的中间件，实现了二者的快速对接互通。感知设备资源通过和智慧城市设备资源管理系统对接，实现设备资源标识化和数据资源能力的标识化处理。在此基础上，系统还提供访问控制服务、数据存储服务和数据可视化服务，并结合物联网标识提供统一的数据资源服务，支撑智慧城市各类智能化应用建设。

智慧城市感知设备资源管理系统如图1所示，针对城市新增的智能感知设备，感知设备首先由设备资源管理平台进行登记。智慧城市设备资源管理系统中标识分配服务功能，根据感知设备管理云平台提供的设备基本信息和设备数据服务能力描述，分配设备标识，然后利用标识元数据知识库，建立设备数据服务能力描述元数据与该元数据标识的关系，结合访问控制服务、数据存储服务和大数据可视化，对方提供统一数据资源服务，最终支撑上层的各类智慧城市应用。

标识分配流程如图2所示，感知设备拥有者通过设备资源管理云平台向智慧城市感知设备资源管理系统注册一个感知设备，标识分配服务依据设备类型、区域等信息，给设备分配设备标识，并向标识映射管理注册设备标识与设备数据资源描述元数据的第三映射关系。

元数据标识注册流程如图3所示，标识元数据知识库模块根据注册设备的设备数据服务能力描述向标识映射管理注册设备数据资源描述元数据与元数据标识的第二映射关系。由于数据能力描述的多样性和自主性，标识元数据知识库不一定会完整的覆盖所有设备资源数据服务能力的元数据描述，针对库中尚未包含的元数据，向标识分配流程申请元数据标识，并更新标识元数据知识库，再更新设备数据资源描述元数据与元数据标识的第二映射关系。

标识资源转换流程如图4所示，当前一般城市已经建设不少智慧型应用系统，智慧城市感知设备资源管理不仅需要实现新增设备数据资源服务能力统一化服务，对于原有设备资源，也要进行资源的转换，实现数据资源服务能力汇聚，具体的资源转换方法为：利用标识服务模块，为原有应用系统分配应用标识节点头，在应用系统中设备资源直接使用原有的设备标识，在标识映射管理模块中注册标准标识与设备资源服务地址的第一映射关系，这样的方式不需要原有系统进行改造，便可实现应用系统与感知设备资源管理系统的对接。

数据资源查询服务流程如图5所示，数据资源查询服务在上述各模块功能服务基础上，结合访问控制服务，为上层智慧应用系统提供数据资源服务。基本流程如下：

·第一步，智慧应用系统根据实际需求选择某些感知设备，通过统一数据资源服务查询获取这些设备资源的标准标识，根据实际需求，列出系统需要通过这些设备获得的数据资源信息；

·第二步，根据第一步查询获得的标准标识，向标识映射管理模块查询第一映射关系，获得设备资源信息服务地址，根据第一步的数据资源信息，利用标识元数据知识库处理获得这些请求信息对应的元数据标识列表；

·第三步，根据第一步查询获取的设备标准标识，向标识映射管理模块查询第三映射关系获取设备数据资源描述元数据，结合第二步获得的设备数据资源元数据标识列表，向标识映射管理模块查询第二映射关系，获取本设备可以提供的数据资源描述元数据列表；

·第四步，根据第三步获得的数据资源描述元数据列表向第二步获得的设备资源信息服务地址发起信息资源查询请求，获取对应的设备数据资源。

实施例

我国目前在大力推进智慧城市建设，很多城市都在展开新区建设，对于大多数新区而言，展开新型智慧城市建设会更加注重整体基础设施的整体联动和资源共享，从而提升人民生活的舒适性和幸福感。对于智慧新城A，目前A市展开智慧城市建设，需要建立城市所有资源联动中心，这个联动中心是建立在所有城市基础设施资源联通共享的基础之上，通过基础设施之间的整合互通，从而为后续城市智能应用落地提供基础支撑。

A城市目前的情况是需要新部署大量的智能传感设备device_i(i可取值1,2,…,n)，这些感知一般都会有物联网云平台来管理，假设A城市存在物联网云平台platform_j(j可取值1,2,…,n)。众多感知设备会涉及到不同的供应商、不同通信协议、不同设备管理云平台，而且A城市原有的城市基础设施，过去也实现了与原有各个主管部门应用系统的对接，要从设备资源管理层面实现设备资源的管理与共享，需要同时满足对新部署的感知设备的管理和原有应用系统中感知设备的统一服务管理。结合A城市的实际情况，经过调研建立A城市的智慧城市感知设备资源管理系统SystemA，该系统可以对A城市的所有智能感知设备资源进行标识化处理，对设备数据资源服务能力提供标识元数据处理，从而建立起设备与标识、数据与元数据标识等资源之间的多重映射关系，实现感知设备资源的关系，提供统一的数据资源服务。对于城市A已经建设部署的智能应用系统设备资源，解决的办法有两个，一个是将原有感知设备重新在SystemA注册，这样的操作方式方便，但实际的执行难度很大，存在重复监管和重度改造原有系统的难点，第二种方式是将设备资源在原智慧应用系统中的设备标识和数据资源描述与SystemA对接，在不改变现有智慧应用系统的基础上将现有设备数据服务能力通过SystemA可以提供给需要该设备数据资源的使用方使用，从而实现A城市所有智能传感设备产生数据资源的共享。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应当以所附权利要求为准。

Claims

1.一种智慧城市感知设备资源管理方法，其步骤包括：

2)对于智慧城市中的每一智能感知设备A，如果智慧城市的智慧应用系统已经为该智能感知设备A分配一设备标识，则给该智慧应用系统分配一应用标识头，然后将该应用标识头和该智能感知设备A的设备标识组合成新的设备标识作为智能设备A的标准标识；如果该智能感知设备A没有设备标识，则利用物联网标识技术为该智能感知设备A分配一设备标识，作为该智能感知设备A的标准标识；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用物联网标识服务对每个元数据分配唯一标识。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依据该智能感知设备A的设备类型、区域给该智能感知设备A分配设备标识。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，参考对象管理组织OMG中的公共仓库元模型CWM标准，结合物联网标识技术设计两层的元数据体系结构M1和M2，建立该智能感知设备标识元数据知识库。

5.一种基于权利要求1所述智慧城市感知设备资源管理方法的资源查询方法，其步骤包括：

6.一种智慧城市感知设备资源管理系统，其特征在于，包括标识服务模块、标识映射管理模块和智能感知设备标识元数据知识库；其中，

标识服务模块，用于对智慧城市中的每一智能感知设备A，如果智慧城市的智慧应用系统已经为该智能感知设备A分配一设备标识，则给该智慧应用系统分配一应用标识头，然后将该应用标识头和该智能感知设备A的设备标识组合成新的设备标识作为智能设备A的标准标识；如果该智能感知设备A没有设备标识，则利用物联网标识技术为该智能感知设备A分配一设备标识，作为该智能感知设备A的标准标识；以及对于智慧城市中的每一智能感知设备A，从该智能感知设备A的资源数据描述信息中提取元数据；根据该智能感知设备标识元数据知识库的元数据标识对该智能感知设备A的元数据进行标识化处理；如果该智能感知设备A的一元数据未记录在该智能感知设备标识元数据知识库中，则为该元数据分配一标识，并将该元数据及对应标识的关联关系更新到该智能感知设备标识元数据知识库；

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括一安全控制模块，用于对数据资源请求用户的权限管理，实现对智能感知设备的管理和数据整合。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括一查询模块，用于提供资源查询服务：1)对于收到的查询请求，其中所述查询请求包括智能感知设备a及其数据资源信息；根据所要查询的智能感知设备a，获取该智能感知设备a的标准标识ai；2)根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第一映射关系，获得该智能感知设备a对应的设备资源信息服务地址；利用智能感知设备标识元数据知识库获得所述查询请求中数据资源信息对应的元数据标识列表；3)根据该标准标识ai，向标识映射管理模块查询第三映射关系获取该智能感知设备a的元数据；然后结合该智能感知设备a的元数据和该元数据标识列表，向标识映射管理模块查询第二映射关系，获取该智能感知设备a的数据资源描述元数据列表；4)根据获得的该数据资源描述元数据列表向该设备资源信息服务地址发起信息资源查询请求，获取对应的设备数据资源。

9.一种服务器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行权利要求1至5任一所述方法中各步骤的指令。