GB/T 40778.1-2021 物联网 面向Web开放服务的系统实现 第1部分：参考架构

　　ICs 35 . 1 10 Css L 79

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40778 . 1—2021

　　物联网 面向 web开放服务的系统实现

　　第 1 部分：参考架构

　　Internetofthings—web-orientedopenservicesystem implementation—part1 :

　　Referencearchitecture

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40778 . 1—202 1

　　GB/T 40778 . 1—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件是 GB/T 40778《物联网 面向 Web开放服务的系统实现》的第 1 部分。 GB/T 40778已经发布了以下部分：

　　— 第 1 部分：参考架构;

　　— 第 2 部分：物体描述方法。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC 28)提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国电子科技集团公司信息科学研究院、中国电子技术标准化研究院、无锡物联网产业研究院、深圳赛西信息技术有限公司、郑州大学、富士康工业互联网股份有限公司、南开大学、北京东土科技股份有限公司、无锡物联网创新中心有限公司。

　　本文件主要起草人：王凡、李孟良、杨宏、高惠琳、韩丽、郭雄、张弛、赵向阳、马超、李建慧、张学琴、王晓春、刘佩云、陈恩庆、孙伟、李然、刘洋、颜建卿、姜广松、雷根、韩世豪、董子轩、李涛、卢冶、程远、庄宝森、董接莲。

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　　引 言

　　本文件主要解决物联网发展过程中信息碎片化，打通信息孤岛，让物联网中的数据信息在各系统之间实现连接，达到物与物互联的目标，进而实现万物互联。 本文件规定了面向 Web 开放服务的物联网系统的参考架构，为面向 Web 开放服务的物联网系统的顶层设计提供参考。

　　GB/T 40778《物联网 面向 Web 开放服务的系统实现》计划由 2 个部分构成。

　　— 第 1 部分：参考架构。 目的在于提供一套面向 Web 开放服务的物联网系统架构。

　　— 第 2 部分：物体描述方法。 目的在于统一面向 Web 开放服务的异构物联网系统间物体描述。

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　　物联网 面向 web开放服务的系统实现

　　第 1 部分：参考架构

　　1 范围

　　本文件规定了面向 Web 开放服务的物联网系统的参考架构和功能组件，并对协议适配、物体描述、物体发现、物体共享和安全保障等功能组件进行了描述。

　　本文件适用于面向 Web 开放服务的物联网系统的顶层设计，为面向 Web 的开放服务与物体交互实现提供指导。

　　2 规范性引用文件

　　本文件没有规范性引用文件。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　全功能设备 full-functiondevice

　　按照约定协议，通过网络能够自主与 web 服务器进行通信的设备。

　　3.2

　　受限功能设备 reduced-functiondevice

　　通过网络，按照约定协议，不能够自主与 web 服务器进行通信，需要网关进行信息传输的设备。

　　3.3

　　面向 web开放服务 web-orientedopenservice

　　通过 Web技术提供的开放性服务。

　　3.4

　　物联网 web功能组件 IoTwebfunctionalcomponent

　　物联网系统中用于实现物联网面向 Web 开放服务的软件功能模块。

　　3.5

　　物体 thing

　　物理世界或信息世界中一个对象，该对象可被标识并整合入通信网中。

　　[来源：ITU-T Y. 4000/Y. 2060-2012,3 . 2 . 3]

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　CoAP 受限应用协议(Constrained Application Protocol)

　　DHCP 动态主机配置协议 (Dynamic Host Configuration Protocol)

　　FFD 全功能设备(Full-function Device)

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　　HTTP 超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol)

　　MQTT 消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport)

　　RFD 受限功能设备(Reduced-function Device)

　　TCP 传输控制协议(Transmission Control Protocol)

　　UDP 用户数据报协议(User Datagram Protocol)

　　5 参考架构

　　面向 Web 开放服务的物联网系统的参考架构如图 1 所示，包括 RFD、FFD、边缘网关、Web 服务器和 Web 客户端模块。 面向 Web 开放服务的物联网系统应用场景见附录 A。

　　图 1 面向 web开放服务的物联网系统参考架构

　　面向 Web 开放服务的物联网系统参考架构各部分描述如下：

　　a) RFD：受限功能设备由于自身功能限制，本身不安装功能组件，需通过边缘网关与 Web 服务器进行信息传输;

　　b) FFD：全功能设备自身安装物联网 Web 功能组件，通过边缘网关或直接通过网络与 Web 服务器进行信息传输，也可通过物联网 Web 功能组件，实现物联网的多种功能;

　　c) 边缘网关：部署在网络边缘侧的网关设备，可与 RFD 和 FFD进行信息传输，通过网络与 Web服务器进行信息传输，也可通过物联网 Web 功能组件，实现物联网的多种功能;

　　d) Web 服务器：可向 Web 客户端提供服务，通过物联网 Web 功能组件可提供物联网相关服务;

　　e) Web 客户端：可向 Web 服务器发出请求，通过物联网 Web 功能组件可呈现物联网相关服务;

　　f) a1 : Web 客户端向 Web 服务器发起物联网相关的 Web 服务请求;

　　g) a2：将 Web 客户端请求内容进行传输，也可采用 Web Socket进行推送;

　　h) b1 : RFD 和 FFD通过边缘网关与 Web 服务器之间的数据上报、控制指令下发等信息传输;

　　i) b2: FFD与 Web 服务器之间的数据上报、控制指令下发等信息传输;

　　j) c1: RFD采用本身低能耗的传输方式与边缘网关之间的数据上报、控制指令下发等信息传输;

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　　k) c2: FFD与边缘网关之间的数据上报、控制指令下发等信息传输。

　　6 物联网 web功能组件

　　6 . 1 物联网 web功能组件描述

　　物联网 Web 功能组件安装在相应模块上，用于向 Web 客户端提供物联网服务。 物联网 Web 功能组件如图 2 所示，包括协议适配、物体描述、物体发现、物体共享和安全保障功能。

　　图 2 物联网 web功能组件

　　6 . 2 协议适配

　　协议适配功能通过使用标准的物联网接入协议，提供多种协议接入适配，具备与 RFD/FFD建立连接的能力，下面列出主要的 Web 协议，具体实现时可根据需要选择性使用。 Web 协议接入适配描述如下：

　　a) HTTP适配：HTTP集成是针对 TCP链接的应用，消息请求方式为请求/应答;

　　b) CoAP适配：CoAP集成是针对 UDP 低功耗短连接的应用，消息请求方式为请求/应答;

　　c) MQTT适配：MQTT集成是针对 TCP 长链接的应用，消息格式为消息发布/订阅;

　　d) 其他适配：其他适配是针对私有物联网接入协议进行适配，消息格式根据需求进行调整。

　　6 . 3 物体描述

　　物体描述功能对接入的设备和设备所产生的信息进行描述，以下从物体属性、状态、动作和能力四个方面进行描述：

　　a) 属性：一组描述接入物联网的 RFD/FFD 基本属性和重要特征的元数据，应包含设备的名称、 ID、类型、自身特征参数等信息;

　　b) 状态：一组描述接入物联网的 RFD/FFD实时性状态的元数据，应包含设备的工作状态、所在位置等信息;

　　c) 动作：一组描述接入物联网的 RFD/FFD 所具有的行为能力的元数据，应包含设备访问、接收指令及执行和反馈行为结果的信息;

　　d) 能力：一组描述接入物联网的 RFD/FFD所能提供的功能或服务的元数据，应包含设备可提供的功能清单或服务列表等信息。

　　6 . 4 物体发现

　　物体发现功能对 Web 客户端提供发现接入物联网的 RFD/FFD 的能力，包括资源发现、数据发现、

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　　网络发现等，具体描述如下。

　　a) 资源发现：Web 资源发现是在大型分布 Web 环境获取信息的有效方法，可为用户提供一致的、有组织的信息视图。 Web 系统根据用户的搜索 目标，以智能化收集与主题相关的页面集合，然后采用机器学习或信息检索的方法对收集到的信息进行智能处理和分析，最后以方便、有效的检索方式满足用户的信息检索需求。

　　b) 数据发现：通过通用的数据格式和交换格式，在网页中以标准化的方式表达它们之间的关系，从而使机器理解网页内容的含义，使用户更容易发现、共享、重用和处理信息。

　　c) 网络发现：接入网络的设备通过 DHCP等方式自动获取 IP 地址，以网络发现协议的形式向网络内的其他物体进行广播，让设备在网络内互相发现。 用户可通过网络发现的方式发现网络范围内物体信息资源。

　　d) 能力发现：物联网系统根据不同的要求会形成整体的能力，该能力可以通过物体描述功能在能力段进行描述，并在全网进行广播或者订阅。 用户可以通过网络对其所具备的整体能力进行发现，从而进一步提升物联网系统的可用性和便捷性。

　　6 . 5 物体共享

　　物体共享功能可在相应的安全保障下，将接入物联网的 RFD/FFD 在不同的 Web 服务器和 Web客户端之间进行共享，资源共享、数据共享、网络共享和能力共享是物体共享的四种方式，具体描述如下：

　　a) 功能共享：可将 RFD/FFD所具备的功能在不同的 Web 服务器和 Web 客户端之间共享;

　　b) 资源共享：可将物联网所具备的网络资源、数据资源等在不同的 Web 服务器和 Web 客户端之间共享;

　　c) 网络共享：可将物联网系统的网络连接在不同的 Web 服务器和 Web 客户端之间共享;

　　d) 能力共享：可将物联网系统所具备的能力在不同的 Web 服务器和 Web 客户端之间共享。

　　6 . 6 安全保障

　　安全保障功能对接入物联网的 RFD/FFD和相关数据、服务提供安全保障功能，包括鉴权认证、数据安全、设备安全和网络安全，具体描述如下：

　　a) 鉴权认证：提供针对不同用户和不同设备之间的鉴权认证服务，确定其访问或接入权限;

　　b) 数据安全：对物联网面向 Web所开放的服务提供全链条的数据安全服务，保障传递数据的秘密性、完整性和可用性;

　　c) 设备安全：对系统内的设备提供软件层面的安全保障，提升其稳定性、可靠性和可用性;

　　d) 网络安全：设备与系统，设备与设备、系统与系统之间的网络连接安全保障，提升网络可靠性和信息传输的安全性。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　物联网面向 web开放服务的应用场景

　　A.1 通过边缘网关连接

　　该场景描述如下：RFD 与边缘网关连接，通过边缘网关与 Web 服务器进行交互，用户通过 Web 客户端获取物联网信息。 通过边缘网关连接示例如图 A. 1 所示，温度传感器、门禁传感器等 RFD 和智能门锁、摄像头等 FFD通过边缘网关与 Web 服务器保持通信，用户通过 Web 客户端可以查看设备数据和状态，以及下发相应的控制指令，调整设备的使用方式和模式。

　　图 A.1 通过边缘网关连接示例

　　A.2 与 web服务器直连

　　该场景描述如下：FFD与 Web 服务器直连，用户通过 Web 客户端获取物联网信息。 与 Web 服务器直连示例如图 A. 2 所示，FFD 本身具有连入网络的功能，摄像头、智能门锁等带电设备往往属于此类，通过与网络连接，用户可以通过 Web 客户端直接查看设备状态信息，以及控制设备。

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　　图 A.2 与 web服务器直连示例