用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，為每一個海底觀測儀器設(shè)計一個存儲在云端的“虛擬設(shè)備”，與實際儀器一一對應(yīng)，包含了儀器所有配置信息，能夠隨著實際儀器更新進(jìn)行自動更新，能夠根據(jù)通用唯一識別碼（UUID）隨時獲取，同時在多臺主機(jī)上同時進(jìn)行智能配置。當(dāng)一個新的儀器接入到海底觀測網(wǎng)中時，管理系統(tǒng)自動識別其UUID，并且根據(jù)UUID向云端請求其cloud?puck，獲取cloud?puck之后自動根據(jù)其中信息對儀器進(jìn)行配置。本發(fā)明的有益效果在于：與人工配置相比，這種配置方法可以自動配置多臺主機(jī)，更加智能化，并且能夠極大地提高海底觀測的配置速度、可擴(kuò)展性和互操作性。
【專利說明】用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋探測領(lǐng)域，具體涉及一種用于大型海底觀測網(wǎng)的快速配置新儀器的方法，即用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一個海底觀測網(wǎng)的示意圖如圖1所示。圖中從通信服務(wù)器開始，往上至互聯(lián)網(wǎng)符號處，所有的服務(wù)器共同組成管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)向下負(fù)責(zé)管理所有的觀測儀器，包括對儀器進(jìn)行控制、管理觀測數(shù)據(jù)等等；向上負(fù)責(zé)應(yīng)答用戶的需求，根據(jù)用戶的需求向其提供相應(yīng)的服務(wù)，包括下載某個儀器某個時間段的數(shù)據(jù)、控制某個儀器等等。
[0003]當(dāng)前海底觀測網(wǎng)的規(guī)模越來越大，從原來的僅包含一個儀器到現(xiàn)在包含數(shù)百上千個儀器。而且海底觀測網(wǎng)的 管理系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，從原來的集中系統(tǒng)，到現(xiàn)在的分布式系統(tǒng)。原來配置一個新儀器(可能的儀器有:溫鹽深儀、地震儀、矢量流速計、葉綠素測量儀、聲學(xué)多普勒剖面儀等等)，一般是由儀器操作員人工進(jìn)行配置，只需要在一臺系統(tǒng)主機(jī)上安裝相關(guān)驅(qū)動軟件，錄入配置信息和元數(shù)據(jù)信息即可，這個過程我們成為“儀器配置”。而現(xiàn)在，不僅儀器數(shù)目龐大，而且往往不僅僅需要給一臺主機(jī)配置，甚至可能是需要同時配置數(shù)百臺主機(jī)(系統(tǒng)對儀器進(jìn)行操作就必須“認(rèn)識”該儀器，也就是必須進(jìn)行配置)。這樣，人工配置過程出現(xiàn)錯誤的概率就大大增加。而配置錯誤無疑將給整個系統(tǒng)造成非常嚴(yán)重的后果，輕則儀器相關(guān)觀測數(shù)據(jù)失去可讀性，重則危及整個海底觀測系統(tǒng)的正常運行。因此有必要設(shè)計一種智能配置機(jī)制，來更有效地配置儀器。同時，由于海底觀測網(wǎng)的特殊性，這種配置機(jī)制，還需要有非常好的可擴(kuò)展性和互操作性。
[0004]海底觀測網(wǎng)通常包含非常多的觀測儀器(每個儀器里面包含至少一個傳感器)，組成一個傳感器web網(wǎng)絡(luò)。這些儀器需要跟儀器管理員、岸基數(shù)據(jù)中心(就是管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，用來存儲和管理觀測系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的)實現(xiàn)互操作。甚至，為了檢測海底突發(fā)異常事件，例如海嘯等，儀器之間還需要實現(xiàn)互操作。所謂互操作，就是系統(tǒng)內(nèi)部各組成成員之間(各儀器之間)能夠有效地交換和共享信息，并且根據(jù)交換和共享的信息作出相應(yīng)的行為(可能的行為會有:更改采樣頻率、調(diào)整儀器角度等等)，從而能夠協(xié)調(diào)工作，達(dá)到一個共同的目標(biāo)。為了實現(xiàn)這些復(fù)雜的、多種實體之間的信息的交換和共享，需要在主機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件和其他信息到系統(tǒng)中，這一安裝過程就是儀器的配置過程。儀器的配置主要包括以下三個方面的內(nèi)容:
[0005]接口軟件:通過接口軟件，系統(tǒng)能夠與儀器進(jìn)行信息的交換。
[0006]儀器驅(qū)動軟件:實現(xiàn)接口軟件中所提供的接口方法。(這里的接口軟件就相當(dāng)于一些方法的名稱，例如，可能有“turn off”這樣一個方法，但是沒有具體實現(xiàn)。然后驅(qū)動軟件里需要具體實現(xiàn)“turn off”這個方法，告訴電腦我這個“turn off”怎么關(guān)閉儀器)
[0007]儀器元數(shù)據(jù):以機(jī)器可讀或者人類可讀的方式去描述和定義一個儀器。元數(shù)據(jù)可能包括儀器制造商、序列號、校驗參數(shù)等等(元數(shù)據(jù)安裝在主機(jī))。沒有元數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)沒有任何科學(xué)價值。(因為沒有元數(shù)據(jù)的話，沒法解讀觀測數(shù)據(jù)。例如，一個觀測數(shù)據(jù)可能是7.9。沒有元數(shù)據(jù)的話，我根本不知道他的單位，他的測量精度，他是在哪里、什么時間測量得到的。)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了實現(xiàn)自動配置、即插即用的目的，本發(fā)明設(shè)計了一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，它是一個基于云端(存儲在云端)的云配置方法，用于促進(jìn)儀器配置的自動化、智能化。
[0009]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采取下述的技術(shù)方案:為每一個海底觀測儀器設(shè)計一個存儲在云端的“虛擬設(shè)備”，與實際儀器一一對應(yīng)，包含了儀器所有配置信息，能夠隨著實際儀器更新進(jìn)行自動更新，能夠根據(jù)通用唯一識別碼(UUID)隨時獲取，同時在多臺主機(jī)上同時進(jìn)行智能配置。當(dāng)一個新的儀器接入到海底觀測網(wǎng)中時，管理系統(tǒng)自動識別其UUID，并且根據(jù)UUID向云端請求其cloud puck,獲取cloud puck之后自動根據(jù)其中信息對儀器進(jìn)行配置。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:與人工配置相比，這種配置方法可以自動配置多臺主機(jī)，更加智能化，并且能夠極大地提高海底觀測的配置速度、可擴(kuò)展性和互操作性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0012]圖1是一個海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)示例圖。
[0013]圖2為“虛擬設(shè)備” Cloud PUCK的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的儀器配置過程；
`[0015]圖4為Cloud PUCK的標(biāo)準(zhǔn)儀器接口 UML圖；
[0016]圖5為Cloud PUCK的標(biāo)準(zhǔn)儀器解碼器UML圖；
[0017]圖6為Cloud PUCK的儀器數(shù)據(jù)解碼器示意圖；
【具體實施方式】
[0018]本實施例設(shè)計一個云配置方法和系統(tǒng)，為每一個海底觀測儀器配備一個唯一的
“虛擬設(shè)備”-云配置精靈cloud puck,存儲在云端。每個儀器與其cloud puck--對
應(yīng)，用 UUID(Universal Unique Identifier,通用唯一識別碼)進(jìn)行唯一識別。Cloud puck里面包含了儀器配置所需要的所有信息，包括儀器元數(shù)據(jù)、儀器接口軟件、儀器驅(qū)動軟件等
坐寸ο
[0019]當(dāng)一個新的儀器接入到海底觀測網(wǎng)中時，管理系統(tǒng)自動識別其UUID，并且根據(jù)UUID向云端請求其cloud puck,獲取cloud puck之后自動根據(jù)其中信息對儀器進(jìn)行配置。
[0020]同時，由于儀器元數(shù)據(jù)、驅(qū)動軟件會不定期進(jìn)行更新，Cloud PUCK也提供相應(yīng)的更新方法，對相應(yīng)cloud puck實體進(jìn)行更新。
[0021]為了滿足管理系統(tǒng)和觀測儀器之間的互操作的需求，管理系統(tǒng)需要對觀測儀器的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，以識別觀測數(shù)據(jù)。Cloud TOCK提供了一套靈活的、適合不同種類傳感器的解碼機(jī)制。
[0022]具體說明如下:[0023]對于每一個儀器，都將按圖2所示配置一個“虛擬設(shè)備” cloud puck,它存儲有如下信息:cloud puck的通用唯一識別碼(也稱UUID，是與儀器——對應(yīng)的關(guān)鍵碼，將由海底觀測網(wǎng)的管理系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行分配，以保證唯一性)、儀器自身的序列號(也稱Instrument serial number)、儀器名稱(也稱 Instrument name)、儀器生產(chǎn)廠家的 ID (也稱Manufacturer ID,由管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分配)、儀器類型ID (也稱Instrument type ID,由管理系統(tǒng)統(tǒng)一編碼)、儀器版本ID (也稱Instrument version ID,儀器自身版本編碼)、puck使用的PUCK版本號(也稱I3UCK version,由管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理)、元數(shù)據(jù)信息頭大小(也稱Header size，用于尋址，即頭部分的元數(shù)據(jù)信息到哪里結(jié)束，并開始存儲儀器的觀測數(shù)據(jù)格式)、儲儀器的觀測數(shù)據(jù)格式(也稱Observation Data Format)。
[0024]儀器服務(wù)軟件(包括儀器接口軟件和驅(qū)動軟件)以jar文件(可以用其他文件格式；因為本實施例的系統(tǒng)是用java寫的,所以jar文件比較方便)的形式存儲在cloud puck中。海底觀測網(wǎng)需要處理的觀測儀器類型可能達(dá)到幾百上千種。每種儀器都有自己獨特的命令集和通信協(xié)議，而這些命令集和通信協(xié)議是與這些儀器交互時必須遵循的規(guī)則。這就給管理系統(tǒng)造成了非常大的交互壓力。例如，系統(tǒng)需要包含一些應(yīng)用模塊，例如對這些儀器進(jìn)行初始化、接收和解碼觀測數(shù)據(jù)、控制儀器的電源、記錄儀器的運行狀態(tài)等等。解決這一問題的一個辦法就是:針對每一種應(yīng)用，為每一個儀器類型專門設(shè)計符合其協(xié)議要求的應(yīng)用程序。這樣帶來的問題是:當(dāng)一種新的儀器接入網(wǎng)中，或者某個已經(jīng)存在的儀器協(xié)議發(fā)生變化時，應(yīng)用程序就需要改變。
[0025]這里采用另一種方法來解決問題，即定義標(biāo)準(zhǔn)儀器接口，如圖4所示是標(biāo)準(zhǔn)儀器接口軟件類的UML圖(其中的英文是用于表示類名，這里的東西包括在Instrument servicejar里)。管理系統(tǒng)不直接與儀器交互，而是通過標(biāo)準(zhǔn)儀器接口與儀器進(jìn)行交互。這樣當(dāng)增加新儀器，或者儀器協(xié)議發(fā)生變化時，就不需要改變管理系統(tǒng)的應(yīng)用程序，只需要對標(biāo)準(zhǔn)儀器接口的實現(xiàn)進(jìn)行更新即可。如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)儀器接口在圖4中稱為“儀器類”(類名為“Instrument”)由“儀器服務(wù)類” (Instrument Service)實現(xiàn)。其中 Instrument Service實現(xiàn)了海底觀測儀器共同的方法(例如，接收數(shù)據(jù)，控制電源等等)，而將其他方法(就是沒有實現(xiàn)的方法，打了 abstract標(biāo)簽)設(shè)置為虛擬方法。同時，由特定(就是具體某種儀器，比如ADCP (Acoustic Doppler Current Prof iler,聲學(xué)多普勒剖面儀服務(wù)類))的儀器服務(wù)(所謂儀器服務(wù)，就是專門用于操作這個儀器的各種服務(wù)的軟件，例如，管理它的數(shù)據(jù)，控制它的電源使用等等)對Instrument Service進(jìn)行擴(kuò)展(舉例來說,就是用于操作ADCP這種儀器的各種服務(wù)的類ADCP service,這個類是instrumentservice的子類,子類是對父類instrument service的擴(kuò)展)。例如，ADCP有著自己獨特的函數(shù)方法，只需要在ADCPservice中擴(kuò)展相應(yīng)的函數(shù)即可。而且由于海底觀測儀器的共同方法占據(jù)了所有方法的70%，這就極大地方便了新儀器的配置。新儀器的服務(wù)中只需要擴(kuò)展非常少的方法函數(shù)即可。Instrument service是一個父類，里面包含了很多方法(function),這些方法里面包含了上述“共同方法”，包括:CTD service (溫鹽深儀服務(wù)類)、FIuoto service (地震儀服務(wù)器)、ADV service (矢量流速計服務(wù)類)等。
[0026]然后，儀器服務(wù)的實現(xiàn)(圖4整個就是實現(xiàn)的UML示意圖)將以jar文件的形式存儲在其cloud puck中(存在Instrument service jar,即儀器服務(wù)軟件組件),管理系統(tǒng)可以直接提取使用。[0027]儀器的觀測數(shù)據(jù)格式采用OGC (Open Geospatial Consortium,開放地球空間組織)制定的0&M標(biāo)準(zhǔn)(Observation&Measurement,觀測與測量)進(jìn)行編碼,采用XML文件格式。由于海底觀測網(wǎng)將處理各種不同類型的儀器，而各種儀器都有自己獨特的觀測數(shù)據(jù)格式。為了實現(xiàn)海底觀測網(wǎng)管理系統(tǒng)與儀器的互操作，管理系統(tǒng)需要能夠識別不同類型儀器的觀測數(shù)據(jù)，因此需要設(shè)計相應(yīng)的解碼器對其進(jìn)行解碼。與儀器服務(wù)類似，這里也需要定義標(biāo)準(zhǔn)解碼器接口，如圖5所示是對標(biāo)準(zhǔn)解碼器接口軟件類的UML圖。
[0028]管理系統(tǒng)接收到觀測數(shù)據(jù)后，如圖6所示，將遵循下面的流程進(jìn)行解碼:
[0029](I)根據(jù)UUID搜索相關(guān)解碼適配器，如果找到了，轉(zhuǎn)入步驟(3)，否則轉(zhuǎn)入步驟
(2)；
[0030](2)查詢其關(guān)聯(lián)cloud puck，提取其中的觀測數(shù)據(jù)格式，通過擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)解碼器接口的方法增加解碼適配器；
[0031](3)利用解碼適配器進(jìn)行解碼。
[0032]為了提高Cloud PUCK的可擴(kuò)展性,cloud puck中提供適當(dāng)余量,可以用于存儲其他格式的相關(guān)文件(例如sensorML文件)，并提供相應(yīng)的地址指針進(jìn)行尋址。此即為圖2中的有效組件標(biāo)簽。
[0033]當(dāng)新的儀器接入到海底觀測網(wǎng)中后，管理系統(tǒng)探測到儀器的接入后，將按示意圖3所示自動進(jìn)行配置:
[0034](I)根據(jù)儀器UUID向云端請求其cloud puck;
[0035](2)獲得cloud puck后，提取其中的元數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)格式和儀器軟件；
[0036](3)輸入元數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)格式生成對應(yīng)的解析適配器，安裝儀器驅(qū)動軟件；
[0037](4)與儀器進(jìn)行交互。
[0038]本實施例還能在實際儀器更新時進(jìn)行自動更新，其更新方法如下:
[0039]1.通過檢測儀器廠商的驅(qū)動軟件更新情況、設(shè)備操作員的指令，判斷是否需要更新，如果需要，轉(zhuǎn)至2，否則結(jié)束；
[0040]2.判斷更新來源,如果來源于軟件廠商,直接獲取更新源,對cloud puck相應(yīng)部分進(jìn)行更新；
[0041]3.如果來源于設(shè)備操作員，提示設(shè)備操作員進(jìn)行上傳更新源。
【權(quán)利要求】
1.一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，其特征是包括如下步驟: 根據(jù)用戶指令，為每一個海底觀測儀器配備一個唯一的“虛擬設(shè)備” cloud puck,存儲在云端，每個儀器與其cloud puck--對應(yīng),用UUID進(jìn)行唯一識別，cloud puck里面包含了儀器配置所需要的所有信息，包括儀器元數(shù)據(jù)、儀器接口軟件、儀器驅(qū)動軟件； 當(dāng)一個新的儀器接入到海底觀測網(wǎng)中時，管理系統(tǒng)自動識別其UUID，并且根據(jù)UUID向云端請求其cloud puck,獲取cloud puck之后自動根據(jù)其中信息對儀器進(jìn)行配置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，其特征是“虛擬設(shè)備” cloud puck存儲有如下信息:cloud puck的通用唯一識別碼UUID、儀器自身的序列號Instrument serial number、儀器名稱Instrument name、儀器生產(chǎn)廠家的IDManufacturer ID、儀器類型 ID Instrument type ID、儀器版本 ID Instrument versionID、puck使用的PUCK版本號PUCK version、元數(shù)據(jù)信息頭大小Header size、儲儀器的觀測數(shù)據(jù)格式(也稱 Observation Data Format)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，其特征是:根據(jù)用戶指令定義標(biāo)準(zhǔn)儀器接口，管理系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)儀器接口與儀器進(jìn)行交互；當(dāng)增加新儀器，或者儀器協(xié)議發(fā)生變化時，只對標(biāo)準(zhǔn)儀器接口的實現(xiàn)進(jìn)行更新。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，其特征是:管理系統(tǒng)接收到觀測數(shù)據(jù)后 ，遵循下面的流程進(jìn)行解碼: (1)根據(jù)UUID搜索相關(guān)解碼適配器，如果找到了，轉(zhuǎn)入步驟(3)，否則轉(zhuǎn)入步驟(2); (2)查詢其關(guān)聯(lián)cloudpuck,提取其中的觀測數(shù)據(jù)格式，通過擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)解碼器接口的方法增加解碼適配器； (3)利用解碼適配器進(jìn)行解碼。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于海底觀測網(wǎng)儀器智能配置的云配置方法，其特征是:獲取cloud puck之后自動根據(jù)其中信息對儀器進(jìn)行配置的步驟如下: 獲得cloud puck后，提取其中的元數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)格式和儀器軟件； 輸入元數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)格式生成對應(yīng)的解析適配器，安裝儀器驅(qū)動軟件。
【文檔編號】H04L12/24GK103532750SQ201310467742
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】李秀, 黃容生, 郭振華, 馬輝 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院