ПНСТ 649-2022 Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей. Часть 5. Описание интерфейсов

        ПНСТ 649-2022

(ИСО/МЭК 29182-5:2013)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

СЕТИ СЕНСОРНЫЕ

Типовая архитектура сенсорных сетей

Часть 5

Описание интерфейсов

Information technology. Sensor networks. Sensor Network Reference Architecture. Part 5. Interface description

ОКС 35.110

Срок действия с 2023-01-01

до 2026-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой образовательной организацией высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" и Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "РСТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 октября 2022 г. N 73-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО/МЭК 29182-5:2013* "Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 5. Определения интерфейсов" [ISO/IEC 29182-5:2013 "Information technology - Sensor networks: Sensor Network Reference Architecture (SNRA) - Part 5: Interface definitions", MOD] путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом**. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011** (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д.1, e-mail: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Сенсорные сети имеют широкий диапазон областей применения. Однако на практике созданы и развернуты сенсорные сети для относительно небольшого числа областей применений. Частично это вызвано нерентабельностью для определенных областей применения, частично - техническими трудностями создания нетривиальной сенсорной сети необходимой сложности. В настоящее время сложность процесса проектирования не позволяет использовать архитектуру одной сенсорной сети для другой сенсорной сети. Как правило, при проектировании сенсорной сети разработку необходимо начинать с нуля. Однако сенсорные сети в различных областях применения имеют общие особенности, которые проявляются при выборе архитектуры сети и сущностей/функциональных блоков для использования в архитектуре.

Целями серии стандартов "Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей" являются:

- предоставление рекомендаций для проектирования и развертывания сенсорных сетей;

- оптимизация функциональной совместимости сенсорных сетей;

- создание автоматически конфигурируемых (plug-and-play) компонентов сенсорных сетей для упрощения добавления/удаления сенсорных узлов в существующую сенсорную сеть или из нее.

Серия стандартов "Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей" предназначена для использования проектировщиками сенсорных сетей, разработчиками программного обеспечения, системными интеграторами и поставщиками услуг для удовлетворения требований клиентов, в том числе любых надлежащих требований к функциональной совместимости.

Серия стандартов "Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей" состоит из семи частей:

- первая часть содержит общий обзор и требования к типовой архитектуре сенсорных сетей;

- вторая часть устанавливает термины и определения, используемые в типовой архитектуре;

- третья часть определяет типовую архитектуру с различных точек зрения, таких как бизнес, операционная, системная, техническая, функциональная и логическая;

- четвертая часть определяет модели двух классов сущностей типовой архитектуры (физических и функциональных сущностей);

- пятая часть определяет интерфейсы различных сущностей типовой архитектуры;

- шестая часть предоставляет подробную информацию по разработке международных стандартизированных профилей;

- седьмая часть определяет принципы проектирования типовой архитектуры с учетом требований к интероперабельности.

Стандарты серии "Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей" не определяют требования к соответствию стандартам. Сенсорные узлы и соответствующая сенсорная сеть должны соответствовать требованиям приложения или руководства разработки.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает описание и требования к интерфейсам сенсорной сети (SN) сущностей типовой архитектуры сенсорной сети и включает:

- интерфейсы между функциональными уровнями для предоставления доступа к службам модулям более верхнего уровня для обмена сообщениями с модулями более нижнего уровня;

- интерфейсы между сущностями типовой архитектуры сенсорной сети, обеспечивающие предоставление служб и приложений сенсорной сети.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1** Информационные технологии. Эталонная архитектура для сенсорных сетей (SNRA). Часть 1. Общий обзор и требования

ПНСТ 421-2020** (ИСО/МЭК 29182-4:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей. Часть 4. Модели сущностей

ПНСТ 519-2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 2. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 519-2021.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

AL - прикладной уровень (application layer);

BFL - уровень базовых функций (basic function layer);

CLM - межуровневое управление (cross layer management);

HL - уровень аппаратного обеспечения (hardware layer);

SAP - точка доступа к службам (service access point);

SL - уровень служб (service layer);

SN - cенсорная сеть (sensor network);

SNRA - типовая архитектура для сенсорных сетей (sensor network reference architecture).

5 Обзор интерфейсов SN

SN - это система, состоящая из взаимосвязанных (через беспроводную или проводную связь) и пространственно распределенных сенсорных узлов для сбора, обработки, передачи и предоставления информации из окружающей среды и, при необходимости, реагирования с помощью одного или нескольких исполнительных устройств.

Сенсорные сети могут применяться в таких областях, как мониторинг окружающей среды, управление логистикой, промышленная автоматизация, интеллектуальные системы автомагистралей и внешняя защита. К различным приложениям сенсорных сетей предъявляются различные требования к службам, типам служб, функциям обработки, интерфейсам, операционным атрибутам и т.д., что влияет на структуру, конструкцию и характеристики SN.

Интерфейс - это общая граница между двумя интерактивными сущностями или модулями, поэтому описание интерфейса зависит от сущностей или модулей с двух сторон. Интерфейс определяется в физической или логической форме.

Целью разработки обобщенных описаний интерфейсов SN является обеспечение интероперабельности между модулями внутри сенсорного узла, между сенсорными узлами и другими сущностями. Описание набора стандартных интерфейсов для SN является одним из наиболее эффективных подходов к обеспечению интероперабельности сенсорных сетей.

Сенсорные узлы и другие сущности должны обмениваться сообщениями, содержащими сенсорные данные или команды для предоставления служб и реализации приложений в сенсорной сети. Сообщения проходят через разные функциональные уровни в каждой сущности и переходят от одной сущности к другой. Интерфейсы между разными уровнями и интерфейсы между одноранговыми модулями на функциональных уровнях различных сущностей (например, сенсорный узел или шлюз) используются для предоставления приложений и служб сенсорной сети. На рисунке 1 представлены три класса архитектур сенсорных сетей, определенных в ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1, и интерфейсы, позволяющие использовать сенсорные сетевые службы и приложения. На рисунке 1 показаны интерфейсы между функциональными уровнями в сенсорном узле или шлюзе и интерфейсы между физическими сущностями.

Настоящий стандарт определяет общие интерфейсы для построения инфраструктуры SN. Конкретные интерфейсы и их реализации, такие как формат сообщений и механизм обмена, выходят за рамки настоящего стандарта.

Рисунок 1 - Интерфейсы, позволяющие использовать сетевые службы и приложения сенсорной сети

6 Интерфейсы между различными функциональными уровнями

6.1 Общие положения

С архитектурной точки зрения существует пять функциональных уровней сенсорного узла, как показано на рисунке 1:

- HL;

- BFL;

- SL;

- AL;

- CLM.

Сенсорные узлы и шлюзы могут иметь одинаковые уровни, но модули на каждом уровне могут быть различными. Например, сенсорный узел может интегрировать различные датчики, в то время как уровень аппаратного обеспечения шлюза не включает датчики.

Связь между функциональными модулями на уровне осуществляется интерфейсом между этими уровнями, который предоставляет точки доступа к службе данных и управления. Сущность SAP данных и сущность SAP управления определены в каждом из интерфейсов между уровнями.

На рисунке 2 показаны четыре основных интерфейса между функциональными уровнями, которые включают:

- интерфейс между уровнем аппаратного обеспечения сенсорного узла и уровнем базовых функций (I/F HL/BFL);

- интерфейс между уровнем базовых функций и уровнем служб (I/F BFL/SL);

- интерфейс между уровнем служб и прикладным уровнем (I/F SL/AL);

- набор интерфейсов между межуровневым управлением и прикладным уровнем, уровнем служб и уровнем базовых функций (I/F CLM/AL-SL-BFL), а именно CLM/AL, CLM/SL и CLM/BFL.

Рисунок 2 - Описание интерфейсов между функциональными уровнями, обеспечивающими службы и приложения сенсорной сети

Межуровневое управление может производить управление оборудованием на уровне аппаратного обеспечения сенсорного узла через CLM/BFL и HL/BFL.

На рисунке 2 представлены некоторые функциональные модули на каждом уровне. Модули, показанные на рисунке 2, являются общими и определены в ПНСТ 421-2020. Конструкция сенсорного узла может быть отличной от представленной ввиду требований к приложению. При разработке сенсорной сети могут быть выбраны некоторые слои и соответствующие интерфейсы в соответствии со сценариями применения.

6.2 Интерфейс HL/BFL

Интерфейс HL/BFL является интерфейсом между уровнем аппаратного обеспечения сенсорного узла и уровнем базовых функций, который содержит физические (аппаратное обеспечение) и логические (программное обеспечение) компоненты сенсорного узла. Через интерфейс HL/BFL функциональные модели на уровне базовых функций взаимодействуют с уровнем аппаратного обеспечения сенсорного узла.

Уровни аппаратного обеспечения сенсорного узла обеспечивают инфраструктуру, в том числе процессор, память, устройство связи, источник питания и другое дополнительное оборудование. Интерфейс HL/BFL предоставляет службы взаимосвязи для уровня базовых функций для доступа и использования оборудования сенсорного узла.

Уровень аппаратного обеспечения сенсорного узла предоставляет два вида служб уровню базовых функций. Одной из них является служба данных уровня аппаратного обеспечения через сущность данных уровня аппаратного обеспечения SAP (HLDE-SAP). Другим видом является служба управления уровнем аппаратного обеспечения через сущность управления уровня аппаратного обеспечения SAP (HLME-SAP). Две сущности SAP показаны на рисунке 3. Функциональные модули на уровне базовых функций могут использовать указанные SAP для поддержки передачи блока данных на уровень базовых функций между одноранговыми функциональными модулями уровней. Модули на уровне базовых функций получают доступ к данным на уровне аппаратного обеспечения (например, к сенсорным данным) с помощью HLDE-SAP, а модули на уровне базовых функций управляют аппаратными модулями на уровне аппаратного обеспечения (например, с помощью исполнительного устройства) с помощью HLME-SAP.

Рисунок 3 - Точка доступа к службе, предоставляемая интерфейсом HL/BFL

Производители датчиков определяют и реализуют собственные физические интерфейсы датчиков. Такие интерфейсы, определенные производителями, редко бывают совместимы друг с другом, что затрудняет взаимоподключаемость и интероперабельность. Для обеспечения взаимоподключаемости и интероперабельности данных/информации от разнородных датчиков также должны быть определены типы данных и форматы данных.

Интерфейс HL/BFL определяется в терминах механических, электрических и логических сигналов на интерфейсе и в виде протокола их упорядочивания (сигнализацией). Требования к описанию интерфейса HL/BFL включают:

- механизмы обмена информацией, примитивы и форматы сообщений в HLDE-SAP и HLME-SAP между уровнем аппаратного обеспечения сенсорного узла и различными функциональными модулями на уровне базовых функций должны быть определены и разработаны в соответствии с требованиями уровня базовых функций;

- характеристики аппаратного обеспечения узла, которые используются для приложений верхнего уровня, должны быть описаны в метаданных аппаратного обеспечения;

- для доступа на уровне базовых функций к уровню аппаратного обеспечения сенсорного узла на основе метаданных узла (таких как тип датчика, тип единицы измерения) и типов подключения физического оборудования (например, PCI, USB) должен быть разработан стандарт интерфейса.

6.3 Интерфейс BFL/SL

Интерфейс BFL/SL - это логический интерфейс между уровнем базовых функций и уровнем служб. Уровень базовых функций предоставляет базовые функции для уровня служб через интерфейс BFL/SL. Уровень служб предоставляет такие службы, как поддержка коммуникации, управление группами, управление данными, управление безопасностью, самолокализация и т.д.

Интерфейс BFL/SL определяет тип и формат данных, которые связаны с модулями на уровне базовых функций, например, тип выполняемой базовой функции, тип генерируемой информации и структура передаваемых данных.

Уровень базовых функций предоставляет два вида служб для уровня служб. Одной из них является служба данных уровня базовых функций через сущность данных SAP уровня базовых функций (BFDE-SAP). Другим видом является служба управления уровнем базовых функций через сущность управления уровня базовых функций SAP (BFME-SAP). Две сущности SAP показаны на рисунке 4. Функциональные модули на уровне служб могут использовать указанные SAP для поддержки передачи блока данных на уровне служб между одноранговыми функциональными модулями уровней. Модули на уровне служб получают доступ к данным на уровне базовых функций (например, данные связи) через BFDE-SAP, а модули на уровне служб управляют модулями на уровне базовых функций (например, данные управления) через BFME-SAP.

Рисунок 4 - Точка доступа к службе, предоставляемая интерфейсом SL/BFL

Требования к описанию интерфейса BFL/SL включают:

- механизмы обмена информацией, примитивы и формат сообщений в BFDE-SAP и BFME-SAP должны быть определены в соответствии с требованиями уровня служб;

- функции на уровне базовых функций должны быть определены в стандартном API для обеспечения возможности их вызова функциями на уровне служб.

6.4 Интерфейс SL/AL

Интерфейс SL/AL - это логический интерфейс между уровнем служб и прикладным уровнем. Уровень служб предоставляет службы функциональным модулям на прикладном уровне и межуровневом управлении. Прикладной уровень содержит целевой модуль приложения для узла, такой как обработка сенсорных данных. Сложность прикладного уровня зависит от сложности приложений SN.

Интерфейс SL/AL определяет тип и формат данных, которые связаны с модулями на уровне служб, такие как метаданные службы, в том числе тип службы, информацию о состоянии службы и информацию управления службами. Модули на прикладном уровне получают доступ к данным на уровне служб (например, данным топологии сети) через SLDE-SAP и управляют модулями на уровне служб (например, данными управления сетью) через SLME-SAP.

Уровень служб предоставляет два вида служб для прикладного уровня. Одним видом является служба данных уровня служб через сущность данных SAP уровня служб (SLDE-SAP). Другим видом является служба управления уровнем служб через сущность управления уровнем служб SAP (SLME- SAP). Две сущности SAP показаны на рисунке 5. Функциональные модули на прикладном уровне могут использовать указанные SAP для поддержки передачи блоков данных на прикладном уровне между одноранговыми функциональными модулями уровней. Примитивы интерфейса, зависящие от реализации модулей, выходят за рамки настоящего стандарта.

Рисунок 5 - Точка доступа к службе, предоставляемая интерфейсом AP/SL

Требования к описанию интерфейса SL/AL включают:

- механизмы обмена информацией, примитивы и формат сообщений в SLDE-SAP и SLME-SAP между модулями на уровне служб и модулями на прикладном уровне должны быть определены и разработаны в зависимости от требований прикладного уровня;

- функции на уровне служб должны быть определены в стандартном API для обеспечения возможности их вызова функциями на прикладном уровне. С использованием API-интерфейсов, которые выступают в качестве "строительных блоков", на прикладном уровне могут быть предоставлены решения, соответствующие требованиям пользователей. Таким образом, API на уровне служб могут вызываться прикладным уровнем.

6.5 Интерфейс CLM/(AL-SL-BFL)

Интерфейс CLM/AL-SL-BFL - это набор логических интерфейсов между межуровневым управлением и прикладным уровнем, уровнем служб и уровнем базовых функций. Указанные интерфейсы относятся к разным уровням архитектуры узла, но имеют схожие характеристики.

Межуровневое управление предоставляет общую информацию и устанавливает общие функции для прикладного уровня, уровня служб и уровня базовых функций в сенсорном узле, такие как управление устройствами, управление сетью и управление QoS. Например, модули на прикладном уровне, уровне служб и уровне базовых функций должны подчиняться описанию интерфейса каждого уровня при доступе к модулям в CLM.

Прикладной уровень, уровень служб и уровень базовых функций предоставляют службы управления для межуровневого управления. Указанные службы представляют собой службу управления прикладным уровнем через сущность управления прикладного уровня SAP (ALME-SAP), службу управления уровнем служб через сущность управления уровня служб SAP (SLME-SAP) и службу управления уровнем базовых функций через сущность управления уровня базовых функций SAP (BFME-SAP). Три сущности SAP показаны на рисунке 6. Функциональные модули в межуровневом управлении могут использовать указанные SAP для поддержки передачи блока данных на разных уровнях между одноранговыми функциональными модулями.

Рисунок 6 - Точка доступа к службе, предоставляемая интерфейсом CLM/(AL-SL-BFL)

Требования к описанию интерфейса CLM/(AL-SL-BFL) включают:

- механизмы обмена информацией, примитивы и формат сообщений в ALME-SAP, SLME-SAP и BFME-SAP между модулями на разных уровнях (таких как прикладной уровень, уровень служб, уровень базовых функций и межуровневое управление) должны быть определены в соответствии с требованиями межуровневого управления;

- для межуровневого управления может быть разработан стандартный API, который вызывается модулями на других уровнях.

7 Интерфейсы между сущностями, предоставляющими службы и приложения SN

7.1 Общие положения

Сущности в SNRA используют интерфейсы между уровнями для обмена сообщениями и модули в одноранговых функциональных модулях для разрешения сообщения для выполнения процесса связи. Для предоставления служб и приложений сенсорной сети также необходимы интерфейсы между функциональными уровнями, интерфейсы между сущностями в SNRA.

Одноранговые функциональные уровни, на которых происходит обмен информацией между сущностями, основаны на требованиях приложений сенсорной сети. Интерфейс между сущностями является набором протоколов одноранговых функциональных модулей на одних и тех же уровнях. На рисунке 7 представлена архитектура SN, которая включает следующие сущности:

- пользователь: сущность, которая использует приложения сенсорной сети для реализации своих требований. Приложение сенсорной сети является сценарием использования сенсорных сетей, например, мониторинг температуры, домашняя автоматизация или мониторинг здоровья. Пользователь может взаимодействовать с поставщиком услуг через стандартный интерфейс (интерфейс 1 на рисунке 7);

- поставщик услуг: сущность, которая предлагает пользователям услуги, например, набор общих услуг, и поддерживает общую обработку данных, функции управления и другие общие службы, включая слияние данных с разных шлюзов, управление безопасностью, управление доступом и т.д. Данные службы могут использоваться разными приложениями. Поставщик услуг предоставляет функции пользователю с помощью нормализованного интерфейса (интерфейс 1 на рисунке 7), который может демонстрировать разнородную информацию, собранную из магистральных сетей;

- магистральная сеть: сущность, которая соединяется со шлюзами через различные сети доступа, например Ethernet, GPRS, CDMA, GSM или TD-LTE. Магистральная сеть и сети доступа работают как транспортные сети, которые передают данные от сенсорной сети поставщику услуг. Описание интерфейсов для магистральных сетей выходит за рамки настоящего стандарта;

- шлюз: сущность, которая является мостом между сенсорной сетью и другими сетями. Функциональные возможности шлюза включают в себя трансляцию протоколов, функции сбора или агрегирования локальных данных, обработку данных и т.д.

- сенсорный узел: сущность, которая является устройством, измеряющим и собирающим данные из физической среды. Шлюз может обрабатывать и передавать данные на другой сенсорный узел или на шлюз. Сенсорный узел включает датчики, исполнительные устройства, модуль связи, процессор и источник питания.

Рисунок 7 - Интерфейсы между сущностями, предоставляющими службы и приложения SN

В сенсорной сети компоненты могут быть заменены другими компонентами с аналогичным интерфейсом и другой реализацией функций. Стандартные интерфейсы скрывают технологии, лежащие в основе, и обеспечивают интероперабельность служб.

На рисунке 7 показаны пять интерфейсов между сущностями, предоставляющими службы и приложения сенсорной сети:

a) интерфейс 1: интерфейс между пользователем и поставщиком услуг;

b) интерфейс 2: интерфейс между сенсорным узлом и пользователем;

c) интерфейс 3: интерфейс между шлюзом и поставщиком услуг;

d) интерфейс 4: интерфейс между сенсорным узлом и шлюзом;

e) интерфейс 5: интерфейс между сенсорными узлами.

В таблице 1 указаны требуемые интерфейсы между функциональными уровнями разных сущностей (например, пользователь, поставщик услуг, шлюз, сенсорный узел). Хотя не требуется точное соответствие функциональных уровней шлюза, поставщика услуг или пользователя, в указанных сущностях должны существовать соответствующие функциональные сущности. Для простоты, поскольку архитектура функциональных уровней всех сущностей выходит за рамки настоящего стандарта, для каждого функционального уровня используется то же имя, что и в архитектуре сенсорных узлов в таблице 1.

Пример - Согласно таблице 1 для интерфейса 1 необходимо определить механизм обмена информацией между прикладным уровнем поставщика услуг и прикладным уровнем пользователя. Механизм обмена информацией между уровнем базовых функций поставщика услуг и уровнем базовых функций пользователя определяется другими стандартами, такими как TCP/IP.

Таблица 1 - Требуемые интерфейсы и функциональные уровни

7.2 Интерфейс 1

Интерфейс 1 - это интерфейс между пользователем и поставщиком услуг. Пользователь отправляет запрос поставщику услуг через интерфейс 1 для получения необходимой информации, такой как идентификация сенсорных узлов, информация о местоположении, план мониторинга/наблюдения или протоколы управления устройств или исполнительных устройств, подключенных к сенсорным узлам. Поставщик услуг отправляет обработанные данные или запрошенную информацию в приложение через интерфейс 1. Различные пользователи могут взаимодействовать с поставщиком услуг через общий интерфейс 1. Интерфейс определяет такие функции, как аутентификация, связь и управление. Например, для получения данных о температуре в комнате пользователь отправляет запрос на обнаружение службы со своего уровня служб уровню служб поставщика услуг. При получении ответа от поставщика услуг, который может предоставить эту службу, пользователь отправляет запрос на получение температуры в реальном времени, и поставщик услуг получает данные датчиков от сенсорных узлов и шлюза. Поставщик услуг отправляет данные о температуре с прикладного уровня на прикладной уровень пользователя. Механизм обмена сообщениями различен в разных функциональных модулях уровней.

Механизм обмена сообщениями на прикладном уровне и уровне служб между поставщиком услуг и пользователем определяется протоколами A и B, показанными на рисунке 8.

Требования к описанию интерфейса 1 включают:

- интерфейс 1 является основным и обязательным в SN согласно общей архитектуре сенсорной сети с точки зрения коммуникаций;

- приложения сенсорной сети могут быть разделены на множество классов в соответствии с моделью доставки данных, например, периодические отчеты с данными, приложения, управляемые событиями, и приложения, управляемые запросами. В интерфейсе 1 должны быть определены режим приложения сенсорной сети, протокол обмена данными, язык меток данных, формат кадра на прикладном уровне (протокол A) и уровне служб (протокол B);

- обмен сообщениями на прикладном уровне и на других уровнях ниже уровня служб происходит между пользователем и поставщиком услуг. Для механизма обмена сообщениями на уровнях ниже прикладного уровня может быть использован стандартный протокол связи, такой как TCP/IP;

- для приложений сенсорной сети должны быть разработаны механизм обмена сообщениями и форматы данных приложений на прикладном уровне между пользователем и поставщиком услуг (см. рисунок 8).

Рисунок 8 - Обмен информацией через интерфейс 1

7.3 Интерфейс 2

Интерфейс 2 - это интерфейс между сенсорным узлом и пользователем. Пользователь может обмениваться информацией о приложении и получать доступ к службам сенсорного узла через интерфейс 2 напрямую без шлюза.

Уровень обмена сообщениями между сенсорным узлом и пользователем зависит от требований приложения. Механизм обмена сообщениями между сенсорным узлом и пользователем на прикладном уровне, уровнях служб и базовых функций определяются протоколами A, B и C (см. рисунок 9).

Требования к описанию интерфейса 2 включают:

- интерфейс 2 не является обязательным в сенсорных сетях в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети с точки зрения коммуникаций. Интерфейс 2 должен быть определен, если пользователю необходимо прочитать некоторую информацию из сенсорного узла или управлении сенсорным узлом напрямую;

- для предоставления служб и приложений в сенсорной сети для интерфейса 2 должны быть разработаны механизм обмена сообщениями и формат данных на прикладном уровне (протокол A) или уровне служб (протокол B) между сенсорным узлом и пользователем;

- механизм обмена сообщениями на уровне (протокол C) ниже уровня служб может использовать существующий стандарт или определяться в соответствии с требованиями приложения. Протоколы связи интерфейса 2 на уровнях базовых функций могут быть такими же, как в интерфейсе 4 или 5, например IEEE 802.15.4, UWB и PCI.

Рисунок 9 - Обмен информацией через интерфейс 2

7.4 Интерфейс 3

Интерфейс 3 - это интерфейс между шлюзом и поставщиком услуг. Через интерфейс 3 происходит обмен данными, собранными из локальных сенсорных сетей, и управляющими сообщениями, такими как регистрация, отмена регистрации локальной сенсорной сети, сбор данных, управление устройством и т.д.

Механизм обмена сообщениями на прикладном уровне и уровне служб между поставщиком услуг и шлюзом определяется протоколами A и B (см. рисунок 10).

Требования к описанию интерфейса 3 включают:

- интерфейс 3 является основным и обязательным в сенсорных сетях в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети с логической точки зрения;

- для обеспечения функционирования приложений сенсорной сети для интерфейса 3 должны быть разработаны механизмы обмена сообщениями и формат данных на прикладном уровне (протокол A) и уровне служб (протокол B) между сенсорным узлом и пользователем;

- механизм обмена сообщениями на уровнях ниже уровня служб может использовать стандартный протокол связи, такой как GSM, ADSL и WCDMA;

- протокол A интерфейсов 3 и 1 должны быть совместимы и объединены для настройки единой службы для пользователя.

Рисунок 10 - Обмен информацией на разных уровнях через интерфейс 3

7.5 Интерфейс 4

Интерфейс 4 - это интерфейс между сенсорным узлом и шлюзом. Уровни обмена сообщениями между сенсорным узлом и шлюзом зависят от требований приложения.

Например, запросы приложений от пользователя или поставщика услуг обрабатываются в шлюзе, и шлюз организует задачу для сенсорных узлов через интерфейс 4. Сообщения на прикладном уровне и других уровнях ниже прикладного уровня обмениваются между сенсорным узлом и шлюзом.

В случае сенсорных узлов, передающих сенсорные данные на шлюз без обработки данных через интерфейс 4, между сенсорным узлом и шлюзом происходит обмен только сообщениями функциональных модулей на уровне служб и уровне базовых функций.

Механизм обмена сообщениями на уровне служб прикладного уровня и основные функциональные уровни между сенсорным узлом и шлюзом определяются протоколами A, B и C (см. рисунок 11).

Требования к описанию интерфейса 4 включают:

- интерфейс 4 является основным и обязательным в сенсорных сетях в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети с точки зрения коммуникации;

- необходимость разработки механизмов обмена сообщениями и формат сообщений на прикладном уровне или уровне служб между сенсорным узлом и шлюзом зависит от требований приложения. Если для интерфейса 4 для обмена информацией должны быть разработаны и использованы модули на прикладном уровне (протокол A) или уровне служб (протокол B), необходимо использовать механизмы обмена сообщениями и форматы сообщений на прикладном уровне или уровне служб между сенсорными узлами и шлюзом. Например, если требуется новый модуль локализации для службы сенсорной сети, необходимо разработать механизм обмена сообщениями и формат сообщений на уровне служб;

- протоколы связи (протокол C) интерфейса 4 на уровнях базовых функций могут быть разработаны, или следует использовать стандартные протоколы, такие как IEEE 802.15.4, ISA 100 и Wireless HART. Для интерфейсов 4 и 5 может быть использован один и тот же протокол связи, но обычно указанные интерфейсы имеют разные функциональные модели и выполняют разные функции. Например, управление сетью и управление безопасностью необходимы на интерфейсе 4 для шлюза для управления сенсорными узлами, и эти функции могут не потребоваться в интерфейсе 5.

Рисунок 11 - Обмен информацией на разных уровнях через интерфейс 4

7.6 Интерфейс 5

Интерфейс 5 - это интерфейс между сенсорными узлами. Сенсорные узлы обмениваются информацией о топологии сети, управляющей информацией и сенсорными данными через интерфейс 5.

Механизм обмена сообщениями на прикладном уровне, служб и базовых функций между сенсорными узлами определяется протоколами A, B и C (см. рисунок 12).

Требования к описанию интерфейса 5 включают:

- интерфейс 5 является основным и обязательным в сенсорных сетях в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети с точки зрения коммуникации;

- необходимость разработки механизма обмена сообщениями и форматов данных на прикладном уровне (протокол A) или уровне служб (протокол B) между сенсорными узлами для приложений сенсорной сети зависит от требований приложения. При необходимости обмена информацией между одноранговыми функциональными модулями на уровне служб или прикладном уровне, должны быть разработаны механизм обмена сообщениями и формат сообщений на прикладном уровне или уровне служб между сенсорными узлами;

- протоколы связи (протокол C) интерфейса 5 на уровнях базовых функций могут быть разработаны, или следует использовать стандартные протоколы. Для интерфейса 5 могут быть использованы различные стандартные протоколы в зависимости от требований приложения и возможностей сенсорных узлов, например, IEEE 802.15.4 и IEEE 802.11p.

Рисунок 12 - Обмен информацией на разных уровнях через интерфейс 5

Приложение ДА

(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

Таблица ДА.1

Приложение ДБ

(справочное)

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта

Таблица ДБ.1