基于航道物联网感知网的统一通讯服务（IOT）平台研究采购需求.docx

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1、基于航道物联网感知网的统一通讯服务QoT）平台研究采购需求1 .项目研究目标研究航道物联网，提取道、标、船、闸、过江、跨江、临江、工程工地等物理实体的感知数据，将物联网和现有的航道系统互联网整合起来，构建统一的航道物联网平台，统一整合现有、在建和未来建设航道信息化系统资源，对整合的航道物联网内的航道传感器及设备、云端系统、应用系统和航道基础设施等实施实时的数字化管理和控制，通过不断集成嵌入多维度的智能化体系模块,实现“云、网、边、端”的协同高效贯通、微服务架构下具有统一标识航道物联化设备之间的有效数据融通、以及平台前端、后台和数据库之间多种方式的互联互通。航道物联网平台聚焦航道基础设施数字化体

2、系建设的硬件层以及数据传输层协议设计，针对现有通讯服务平台存在的无法进行精细化管理、灵巧扩展和平滑升级等问题，基于微服务架构，提供具有更低的接入成本、更强的数据解析能力和更丰富的多维融合平台接口的设计建议，帮助完善和规范数据接入标准和协议。充分利用大数据、云计算、5G和物联网技术为智慧航道信息化系统提供数据存储和智能决策服务的相关指导，提出多维感知体系构建的相关方案建议，助力推动水运行业数据资源整合与深度应用，提升航道信息化管理水平。2 .项目研究内容2.1. XX省航道终端设备的物联化方案研究根据XX省航道业务应用场景，研究航道物联化终端设备的网络通讯问题，重点研究航道前端设备和后台数据库的

3、无线通讯问题。为了保证航道物联的丰富性和业务覆盖性，研究分阶段建设的航道业务系统物联化终端设备方案。一是航标遥测遥控终端、水位遥测遥报终端、桥梁净高监测终端、船舶流量监测终端等现有航道物联化终端设备的物联化方案，以及桥梁防撞预警、综合水文、流速流量等新建业务的物联化方案。二是以航标工作船终端为典型代表的未来新建业务的物联化方案，以及满足航道物联化终端设备扩展的通用物联化方案研究。具体研究包括：2.1.1, 现有航道物联化终端设备的物联化方案研究（1）通讯协议研究及技术分析对航标遥测遥控、水位遥测遥报、桥梁净高监测、船舶流量监测四种终端的物联化情况及无线通讯状况进行分析，同时调研新增的“桥梁防撞

4、预警”、“综合水文”、“流速流量”三类终端设备的物联化建设现状，针对通讯服务平台统一现有及新增终端通信协议、无线接入方式以及数据传输方式等在兼容性和可扩展性方面存在的不足，提出现有物联化设备的通讯及接入方法的改造和升级方案，实现现有终端设备的有效互联互通和相关航道物联化应用，为航道物联化提供设备互联和数据支撑，启示未来新增航道业务的物联化建设。（2）无线接入技术研究当前，所有设备所需无线网络连接方式有局域网和广域网两种。局域网连接方式主要为蓝牙、ZigBee.WiFi等，这是个人穿戴设备、消费电子设备、仓储与物流设备、智能家居等终端设备采用的网络技术。广域网连接方式主要是借助电信运营商提供的蜂

5、窝数据网络连接，如3G、4G、5G等，在交通、能源等各行业终端广泛采用。为了更好地实现终端设备的有效互联互通，根据流域面积宽广、部分航道流经峡谷和大桥等遮蔽物导致信号会减弱甚至消失、电力需求、电池供电选择、物理障碍的存在以及成本等特点，IOT平台推荐使用低功耗广域网络（LowPowerWideAreaNetWOrk,简称LPWAN）中的NB-IOT的连接技术。2.1.2, 满足航道物联化终端设备扩展的通用物联化方案研究（1）在现有和新增航道物联化终端方案的基础上，考虑智慧航道/感知航道未来感知终端业务扩展需求，研究并提出统一通用的航道感知终端的物联化方案,兼顾现有、新增和未来扩展终端的物联化应

6、用，支持XX省航道终端设备在航道物联网平台上的接入，保证设备端和云端可以稳定的进行双向通信第一，实现数据更好地传输，IOT平台可使用WebSocket连接的通讯方式，具有节约带宽、节约资源和实时高的特点。第二，实现终端设备更好地有效互联互通，根据流域面积宽广、部分航道流经峡谷和大桥等遮蔽物导致信号会减弱甚至消失、电力需求、电池供电选择、物理障碍的存在以及成本等特点IOT平台推荐使用LPWAN中的NB-IOT的接入技术,具有信号覆盖面大、交互功耗低、经济性高的特点。第三，实现客户端主题化定制，IOT平台可支持MQTT、AMQP、XMPP、DDS等多种支持实时的发布/订阅的物联网通讯协议。第四，实

7、现船舶精确定位，IOT平台可使用RTK技术，通过组成差分观测值，进行差分计算处理，能在不到一秒钟内给出厘米级别的定位结果。第五，从保障物联航道数据安全传输出发，需要制定终端设备加密方案，加密后，设备上存储的所有数据都需要输入正确的凭证才能读取，保证物联网数据安全。（2）研究航道物联化网络设备的无线通讯协议为了使IOT平台实现终端设备与云端之间的通信传输，更好支持赋能云对接、设备直连等多种接入方式，同时结合物联网平台，设备可支持MQTT、HTTP等多种协议，对比HTTP协议由于占据过大的资源而几乎不应用在嵌入式终端设备之中和基于UDP连接通信的CoAP协议，基于TCP连接的MQTT协议有着更高的

8、可靠性，更适合于有报警信息和控制命令的系统，并且MQTT协议采用异步通信方式，无需应答，有着更好的工作性能，故在使用Modbus协议进行数据采集，并对数据进行封装后，IOT平台可选择通过MQTT协议与云服务器平台连接，作为两者之间通信的标准协议。（3）研究并设计物联化航道终端设备的SDK或者驱动方案，方便物联网终端设备进行硬件植入设计，保证物联网终端可以快速上云；结合物联网平台，可支持4G/5G、NB-IoT、WiFi等多种接入方式，方便不同航道场景（道、标、船、闸等应用场景）设备进行多模组网。第一，总体架构可分为驱动SDK、设备数据管理、设备管理、应用层、安全负载以及运维监控6大组成部分。其

9、中驱动SDK层位于设备管理层和设备数据管理层之间，用于提供标准或者私有协议连接物理设备的SDK,负责向设备的数据采集和指令控制，若有新增的协议，可快速扩充SDK,基于SDK可实现驱动的快速开发。第二，终端设备接入IoT平台的具体流程为：首先，航道终端设备想要接入IOT平台，需要先向管理平台申请注册，成功之后才能进行数据传输。终端设备传输数据到平台的时候，平台先对数据的发送方，即终端设备进行鉴权，只有设备已经进行注册了，才接收该终端数据，同时把鉴权结果反馈给终端。其次，平台对已经注册的终端数据进行收集和解析，根据不同终端类型或数据类型进行不同格式的解析处理，并存入数据库。第三，每种通讯协议对应一

10、个SDK服务，用于对终端数据的解析，由终端鉴权服务适配对应的SDK服务，例如倾角传感器类的终端设备有专门的SDK为其适配。第四，所有在平台上注册的终端，上传的数据都由统一入口（网关）进入，由网关将不同通讯协议的数据转发到对应的数据驱动，对数据进行解析，并拆解入库，并提供对应的数据接口，用于第三方系统对接，获取数据。2.2. XX省航道物联网平台设计梳理现有航道通讯服务平台，结合智慧航道物联网应用需求，设计适合智赛航道发展和业务需求的XX省航道物联网平台，为航道物联化应用和物联网平台建设提供指南。具体研究内容包括：2.2.1, XX省中心服务平台的调研与优化建议对省航道通讯服务平台的建设和使用情

11、况进行调研，具体针对平台底层框架升级、服务重构等平台优化需求，设计基于微服务架构和集群部署架构的统一通讯服务（IoT）平台改造和优化建议，以满足更多种类航道终端接入、上报数据、下发控制指令等。2.2.2, 设计XX省统一的航道物联网平台总体框架设计XX省统一的航道物联网平台总体框架，重点对平台的设备管理层、驱动SDK层、设备数据管理层、应用层、负载安全层、运维监控层进行详细设计或规划。（I）设备管理层设备管理层将提供对设备进行管理的能力，用于解决对多种类型设备进行管理的问题，主要包括状态管理、设备控制和设备连接管理等功能。状态管理是管理层对设备的状态进行管理，包括状态上报和状态查询等，当设备状

12、态发生变更时，将会逐个或批次上报当前状态数据。设备控制是管理层对设备进行控制，当设备端接收到管理层下发的控制指令数据后，进行指令数据解析、指令识别以及指令执行，并回复给管理层指令的执行结果。设备连接管理用于控制每个终端设备之间的连接关系和连接状态。（2）驱动SDK层该模块用于通过各种协议例如TCP、MQTT等与设备建立通讯关系，实现具体交互。（3）设备数据管理层该模块用于对各种终端设备上报的数据进行管理,包括数据收集、数据查询、数据转发等，当终端设备进行数据上报时，管理层将数据收集起来，并分类进行存储，管理层需要查询数据时，按关键字进行查找，实现快速定位。当终端设备发出数据请求时，管理层先检测

13、其权限，若有权限，则将对应数据转发给终端设备。（4）应用层应用层位于物联网平台的最顶层，与用户直接进行交互，包括数据开放、报警服务等功能。应用层可以直接给用户提供所需的数据，当物联网平台的某个终端设备出现错误时，应用层可以直接给用户提供报错信息，让用户进行处理。（5）负载安全层负载安全层用于对物联网平台进行安全保护，包括负载均衡和用户鉴权等。负载均衡用于对终端设备进行负载监控，保证每一个终端设备都不会超载。用户鉴权用于对用户进行权限检查，判断该用户是否有权限访问某个终端设备。（6）运维监控层运维监控层将提供对平台进行维护、监控以及错误排查的能力，主要包括日志查询等。运维监控层以日志形式记录设备

14、的通信和控制操作信息，并通过搜索引擎技术,提供多关键词检索等服务,通过日志查询服务,可以对设备进行诊断，定位设备问题，为设备的问题修改提供依据。2.3. 航道物联化设备管理和监控运维应用框架研究本项目对航道物联化设备管理和监控运维应用框架研究，具体内容包括：2.3.1, 物联化设备管理研究重点研究包括航道终端设备（道、标、船、闸等终端设备）生命周期管理、高级搜索、标签、设备任务、设备影子、设备文件、数字挛生等服务，提供高可靠高安全的航道设备管理能力。2.3.2, 研究并提出传感器和设备的数据处理方案重点研究M2M（传感器之间）通信、设备数据存储、设备数据计算、消息队列服务等，满足不同场景下的业

15、务需求。23.3. 研窕并提出航道物联化设备的监控运维应用方案新的业务场景和业务需求对物联化设备的监控运维提出了新的要求，通讯服务平台需要具备与航道物联化设备的实时监控和交互运维能力。重点研究内容包括：实例级监控报警、运维大盘、全链路日志分析、设备OTA升级、远程登录、设备智能诊断和安全中心服务，开发一整套监控和维护物联化设备的运维系统。2.4. 航道物联化数据库的改造与升级研究本项目研究并设计物联化航道数据库改造与物联化升级方案，主要研究和设计数据结构改造和升级方案，根据物联化终端通讯协议及业务逻辑来进行，重点对终端设备进行数据建表，以及对服务进行划分建库。具体研究内容包括：2.4.1, 数

16、据库结构的调研和优化建议数据结构的设计和业务逻辑、已有或者要制定的终端通讯协议有着不可分割的关联性，也是至关重要的。主要设计工作包括三个方面：(I)省航道通讯服务平台己经对四类终端数据进行建表管理，并与通讯协议一一对应，本项目通过研究和设计，对应物联化数据表进行梳理和升级调整，并融入设备管理、设备运维监控管理等数据内容；(2) IOT平台数据解析的流程为航道相关终端设备注册到“统一IoT通讯服务平台”后，平台会对终端数据进行收集和解析，将获取的GPSRTU、北斗RTU、测深仪等数据根据不同终端类型或数据类型进行不同格式的解析处理，并存入数据库。(3)为了更高效的管理、持续增加、修改和维护数据，最大化业务应用价值，IoT平台可在数据库表上建立视图。视图是由数据库中的一个表或多个表导出的虚拟表，是一种虚拟存在的表，方便用户对数据的操作，可以将复杂的查