感知层设备大规模应用共性问题探索——物联网感知层设备配置技术研究

感知层设备大规模应用共性问题探索——物联网感知层设备配置技术研究

孙长江  谢欣岳  张勇 杨建权

新疆金牛能源物联网科技股份有限公司  新疆克拉玛依市  834000

[摘  要] 针对目前物联网感知层设备大规模应用过程中存在的设备配置工作量大、配置操作复杂等问题，通过对存在问题以及现有配置方式的调研分析，研究“无感知配置”相关技术，开发了设备无感知配置解决方案，能够极大减少配置步骤，满足物联网感知层设备大面积大规模部署应用的需要。

[关键词] 物联网；感知层；无感知配置；

一、 引言

随着感知层智能仪表的海量应用、大规模部署，各类物联网系统的应用深刻改变着人们的生活方式，但其背后还隐藏着很多不被人们关注的问题，例如物联网系统中覆盖空间跨度极大，种类众多，数量庞大，存在一定专业技术背景的感知层设备，应该如何部署，如何运维，如何管理。这些问题已在各种领域，各类行业，各个环节，方方面面的影响着物联网系统的部署规模、应用效果和发展前景。

二、存在的问题

    聚焦到物联网系统部署应用的关键环节——物联网感知层设备配置，尤其是感知层智能仪表大规模动态应用与人工配置之间的矛盾问题，是当下困扰物联网现场管理的重大问题之一，主要表现在以下几个方面：

1、智能仪表数量众多

    由于智能仪表数量众多，必然存在安装工艺位置不同、生产厂家不同、协议不同、量程不同、精度不同、配置软件不同、配置工具不具。以新疆油田采油二厂为例，已实施油井三千多口，安装智能压力变送器六千多台，每个工艺点对应的智能仪表配置的参数都是不一样，这就会派生出六千多个配置清单。

2、少量工程技术人员与众多需要配置的智能仪表之间的矛盾

    由于智能仪表的配置相对比较复杂，主要需配置网络ID号、通道号、仪表组号、仪表编号、连接秘钥、仪表最大休眠时间、周期休眠时间7个参数。由于厂家的不同，又造成配置方法不尽相同，主要表现在配置软件不同，配置工具不同，有用笔记本来进行配置的，也有用手操器进行配置的。以上原因造成能满足配置的工程师必须是经过专业培训的人员，基本以产品厂家人员为主。

3、智能仪表不是固定在某个位置永远不动

    油井初次实施物联网建设，智能仪表的参数都是由厂家技术人员根据井号规划出对应的配置参数，并完成智能仪表的参数配置工作。当这些油井转到属地单位进行管理后，智能仪表会因为各种原因需要从安装的工艺部位拆除，如仪表校验、现场修井等情况，拆除之后就要面临着重新安装，一旦安装错误，数据将无法回传到后台。排查此类故障也将费时费力。

4、智能仪表被拆除之后，仪表自己和后台并不知道仪表已被拆除

    这种情况造成的结果就是仪表依然在往后台发送数据，但此时的数据已为无效数据，仪表电池电量被白白浪费；后台人员通过数据值可认为现场仪表出现故障，发出派遣仪表工进行检查的指令，造成人员工作的浪费。

三、问题存在的原因分析

    物联网发展至今，很多技术都在突飞猛进，表现在芯片处理能力不断提升、功耗越来越低、抗干扰能力越来越强，但围绕感知层、传输层、应用层的物联架构关没有发生本质的改变，往下对现场工艺部分的感知一直没有得到重视，也没有成熟的技术手段去感知工艺部分。仪表往上为实现这三层架构，存在必须通过人工参与三层的所有配置工作、三层设备必须一一绑定等弊端。仪表感知层往上、往下分别存在的问题，造成我们普遍见到的物联网运用，都不是一个完整的物联网系统架构。

图1 感知层设备配置贯穿物联网系统各个环节

因为智能仪表的配置参数中绑定了每个工艺点所要求的对应数据，这些数据又是事先写入到每个智能仪表中，智能仪表一旦被写入相应的参数数据，就宣告了这个智能仪表只能隶属于某个工艺节点。

四、常规解决方案

1、管理规定法

通过管理规定避免智能仪表变动安装位置，其实质就是把智能仪表的部署变为静态部署，不能随意改变安装位置。目前该方法在油田现场被大量采用，虽然有一定的效果，但是随着智能仪表数量的增加，智能仪表从外观上又很难区分开对应在哪个工艺节点上进行安装，该方法大大增加了现场的工作量和管理难度。

2、平台配置法

    对相同网关下的智能仪表提前在后台通过数据库配置好相应参数，可以实现相同网关下的仪表互换，但跨网关则无法互换，使用非常受限。

五、最新的解决技术

  要解决感知层智能仪表大规模动态应用与人工配置之间的矛盾问题，核心是要解决智能仪表事先绑定了工艺节点的相应配置参数，而是能跟据工艺节点的变化，灵活的给仪表自动配置上工艺节点所需的参数。

图2 无感知配置操作示意图

借助无感知配置技术，该项技术是为解决工艺部分的识别与物联，同时取代人工在物联网系统中的配置工作。使每一个工艺节点都能被感知，打通智能仪表、网关、平台与工艺环节的数据互联互通，依托该项技术，无需工程技术人员参与智能仪表的配置工作，智能仪表可以打破管理规定随意安装。

    通过该技术智能仪表一旦被拆除，后台和智能仪表可以立即感知，智能仪表就不再采集数据，仪表进入深度休眠状态。

六、技术的创新点

1、该项技术实现了非绑定状态下的数据识别，在物联网系统中要实现数据识别，在用的传统技术都是通过前端物理绑定、后端数据比对的方式来完成的，研发团队攻克众多技术难点，首次在国内实现了无需绑定即可完成感知层的数据识别。

图3 通过该技术实现设备全生命周期动态管理

2、该项技术可实现仪表的全生命周期的动态管理。仪表全生命周期管理最大的难点在于，仪表是动态变化，靠人工无法实时地掌握这些变化。不管仪表是处于工作状态、库存状态、检定状态等，都可以用该项技术进行动态管理。

七、该技术的推广价值

该技术解决了物联网系统中物物相联的共性问题，在物联网领域有着广泛的推广价值，尤其适用于大规模、动态部署的感知层仪表。

参考文献

[1]王晓喃, 刘建明. 无线传感器网络中的关键技术研究[J]. 传感器与微系统, 2009, 28(8): 1-4.

[2]王殊, 胡富平. 无线传感器网络的理论及应用[M]. 北京航空航天大学出版社, 2007.