基于OBIX智能建筑服务集成平台的实现

摘 要：目前信息技术的不断发展，使智能建筑逐步成为我国建设“数字城市”、“数字地球”的主要节点。针对当前我国智能建筑服务系统集成的现状，介绍OBIX标准的特点及其在智能建筑集成中的应用意义，提出采用基于OBIX协议、C/S体系结构，集合XML/Web Services技术实现智能建筑服务集成平台，并通过互联网为企业客户提供远程访问服务，以实现自动化控制建筑内部的电气设备。最后对系统设计进行总结，提出进一步完善的方向。

关键词：智能建筑；系统集成；XML/Web Services技术

中图分类号：TP311.52

随着计算机技术的发展，建筑规模的日益扩大，各种综合服务数字网变得越发重要，这就需要一个通用的应用平台和操作界面来实现对子系统的监控和资源的共享管理[1]，于是出现了智能建筑系统集成。我们通常可以将系统集成理解为一个通用的系统平台，将不同厂商、不同技术、不同要求、不同功能、不同接口的子系统进行连接，实现智能一体化管理的整合。集成的系统是通过对各个子系统的协调控制来实现合并集成，以达到1+1>2的效果，而不是简单的相加，集成后的系统大大地提高了系统的运行机制和服务管理方面的运作[2]。

目前的集成平台已能对多种协议、接口技术进行支持，OPC是一种较为成熟的也是面向平台的公共集成接口技术，它的主要功能是标准化设备软件，但由于它只能使用Windows系统作为接口方式，这就受到很大的局限性，随着XML/Web Services技术的出现，异构自动控制网络又有了新的集成方式。XML/Web Services技术是面向Web的一种集成技术，它与平台无关、与语言无关、与协议无关[3]。XML/Web Services技术已成为智能建筑集成技术新的发展方向。本系统中的OBIX（开放楼宇信息交换标准），正是基于XML/Web Services技术的一种开放性标准，它完成智能建筑自动控制系统的数据交换和互操作。

随着科技的发展，集成系统已使用互联网的低成本微处理器结合多层次网状结构来实现。小型终端设备的功能可以使不同设备之间的信息进行相互交换，也就是实现M2M（Machine-to-Machine），机器对机器的数据传输以及远程监控[4]。OBIX在对M2M的共同特征进行描述时可以使用XML、HTTP等标准语法，并且可以通过高速网络对M2M信息进行无阻碍传递，为信息交换提供平台。

1 功能需求

智能大厦实质上是采用总体规划的方法将楼宇自动化系统、办公自动化系统以及通信自动化系统三者融为一体，为人们提供一个合理、高效、舒适、安全、便利的建筑环境[5]。本系统运用OBIX协议实现智能建筑内部电气控制系统集成，其中包括创建管理人员角色、设置账户权限；建筑内部区域、空间结构的划分、电气设备的监控和管理。在所有的实现过程中，既要保证系统的安全性又要实现对多个子系统的易集成性，同时还要体现整个物业管理的高水平、高效率。于是将系统划分成功能模块，如图1所示。

图1 系统功能结构图

服务管理的主要功能是建筑内部的各种电气服务进行注册并进行管理；账户管理既要为用户提供注册界面，还要对用户的权限进行严格管理；区域管理要划分出建筑内部的控制区域，并对这些区域进行注册；设备管理除了对设备注册外还要负责设备的维护；对设备特殊控制效果是在场景管理中实现的，通过协议转换将定义好的一组电气设备进行集合控制。本系统的核心是设备控制，在设备控制中不仅可以查询设备状态，而且可以对不同的服务实现相互控制。场景控制命令是通过场景控制子系统来发出的；将控制信号发出后同时负责接收反馈信号；日志管理功能模块中需要详细记录用户的访问时间、IP地址、退出时间以及系统的各种异常，便于维护人员进行查看。

2 平台的实现

2.1 关键技术。由于本系统考虑最多的是安全和速度问题，于是选择了三层的C/S模式作为平台的体系结构，C/S提供的应用接口不仅操作简单易用，而且为不同的终端设备提供访问控制，将无使用权限的功能屏蔽显示，使系统中的集成接口程序组IB-MCSDUpdata只运行在集成管理系统的服务器上，从而保证系统的安全性，同时也提高了速度。系统使用MySQL Server 5.0作为数据库的服务器，结合Visual C++ 2010对程序开发编程，应用Apache Http Web Server+FastCGI+MySQL作为作为本系统的WEB服务器构架，SVN代码版本控制系统，Obix的模块通过FastCGI与Apache服务器相连，FastCGI是常驻型的CGI，也就是说它一旦被激活就不需要再次fork，对分布式运算也能较好的支持。FastCGI对HTTP请求还满足OBIX标准的REST互操作方式，即建立在对象模型之上以读、写和调用为基础。

2.2 平台实现。在智能建筑服务集成平台系统中，OBIX服务器为终端提供所有的WEB服务，中间服务器负责接收OBIX服务器发出的场景和控制命令，以便对各区域设备实施控制。

只有系统管理员才能对服务管理子系统进行管理，服务管理子系统提供“照明服务”、“安防服务”、“监控服务”等，但不能存在同名服务。由于账户管理子系统对账户有注册、修改和删除等权限，所以为了确保系统的安全性，必须严格管理系统的操作权限。目前基本采用基于角色的权限控制模型作为系统授权方式[6]。在本系统中，只有本服务的服务管理员才具有对隶属本服务账户进行管理的权限。如：设备管理子系统对设备的添加、修改、删减权限；场景管理子系统对场景的创建、修改和删除权限，都只能由该服务的管理员来进行，并且必须保证设备名和场景名的唯一性。对于读取区域列表的任务由服务管理模块来完成。设备管理子系统对设备的控制因设备的不同而不同，以安防设备为例，存在红外探头、烟雾传感器等；以电气设备为例，存在灯光、调光设备、窗帘电机、空调、电视等，每个具体设备设计的控制页面也各不相同。场景控制子系统控制发送不同时段的场景，在发送控制时，需要将请求转发到中间件服务器上，场景请求发送成功后，会弹出相应的提示信息。用户从登陆到退出这一时间段所做的所有操作步骤，全部由日志管理子系统中的数据库自动进行记录，所有记录只有系统管理员具备查看权限。

2.3 集成部分的实现。在oBIX标准中，信息模型以Read、Write和Invoke为基础的REST方式建立在对象模型之上，是以对象和合同为基础的一种对象模型，它采用SOAP或HTTP对网络传输进行绑定[7]。在HTTP模式下，可以获取、创建、修改和删除资源，正好对应Get、Post、Put和Delete四种方式与之对应。如果用POST方式来对Delete进行处理，那么余下的种方式恰好是Get对应Read（读）、Post对应Write（写）、Put对应Invoke（调用）。系统集成部分的具体开发流程如图2所示。

图2 系统集成部分开发流程图

3 系统安全性

本系统采用分级的方式去设置用户权限，不同用户具有不同的权限即拥有唯一的ID号，每个用户只能读写自己权限范围内的程序和数据。为防止系统资料受到破坏，重要的敏感资料不经授权将无法访问，对权限较高的用户还必须进行身份认证。同时采用数据库备份的方法来资料进行防灾难恢复，这就要求管理员严格按照备份周期来备份，将操作员的姓名、备份内容、时间以及文件所在位置等信息详细纪录在纸质文档上。对日志管理进行完善，对所有的用户访问信息、数据库操作等都要有操作日志记录，出现安全问题时，操作人员能很快从日志记录中追查、分析出非法操作。

4 结束语

本文提出并建立基于OBIX协议的智能建筑集成平台系统，该系统结合了企业的MIS系统和互联网应用以实现智能建筑中不同服务管理间的系统集成，为用户使用互联网对系统进行访问提供便利。目前该系统已被企业正常投入使用，应用效果反映良好，由于时间和经验关系，系统还有待进一步完善，今后的开发将集中在在一体化集成的其他方面，如在集成技术中加入对智能家居的控制技术等。

参考文献：

[1]Davidsson Paul，Boman Magnus.Distributed monitoring and control of office buildings by embedded agents[J].Information Sciences，2005.

[2]程大章，龙惟定.智能化大楼的建筑设备[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]董春桥.智能建筑自控网络[M].北京：清华大学出版社，2008.

[4]李威.关于M2M通信技术应用的研究[D].武汉理工大学，2006.

[5]于滔.智能建筑中安全防范系统设计与实现[D].西南交通大学，2003.

[6]江水.基于角色的存取控制――RBAC[J].计算机工程，1998（10）.

[7]Rainer，Jr R K，etal.Risk Analysis for Information Technology[J].Journal of Management Information Systems，1991，08.

作者简介：曹冰（1976.01-），女，四川自贡人，讲师，硕士，研究方向：图形图像、嵌入式。

作者单位：四川工程职业技术学院 计算机系，四川德阳 618000