本發(fā)明涉及智能建筑領域，更具體的，本發(fā)明涉及基于IoT的智能建筑管理系統(tǒng)。

背景技術：

IoT是Internet of Things的縮寫，通常稱為“物聯(lián)網(wǎng)”，指的是將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)相連，讓所有能夠被獨立尋址的各種各樣的嵌入式傳感器實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)能夠使建筑中的監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和樓控中心進行很好的結合，組成建筑物的智慧大腦。

BMS是指建筑管理系統(tǒng)，是Building Management System的簡稱，系統(tǒng)立足于各個維護建筑運行的自動控制系統(tǒng)，為建筑的管理、運營提供服務。系統(tǒng)的目標是對建筑內(nèi)的所有設備采用現(xiàn)代化技術，進行全面有效的監(jiān)控和管理，確保建筑內(nèi)的所有設備處于高效、節(jié)能的最佳運行狀態(tài)，為建筑內(nèi)的人員提供一個安全、舒適、便捷的工作和生活壞境。

SOA是指面向服務的體系結構，它將應用程序的不同功能單元成為服務，通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。面向服務的架構是一種粗粒度、松耦合服務架構，服務之間通過簡單、精確定義接口進行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型。SOA將能夠幫助軟件工程師們站在一個新的高度理解企業(yè)級架構中的各種組件的開發(fā)、部署形式，采用SOA架構的系統(tǒng)能夠更加從容的面對業(yè)務的急劇變化。

隨著我國移動通信網(wǎng)絡和信息技術的發(fā)展，國民經(jīng)濟水平的提高，企業(yè)和居民對能提供安全、智能、便捷服務的智能建筑管理和智能家居的需求越來越高，目前現(xiàn)有的智能建筑管理系統(tǒng)存在架構層次簡單、采集的數(shù)據(jù)錯誤率高、自動化層度不高的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有智能建筑管理系統(tǒng)中服務質(zhì)量(QoS)不高，傳感器數(shù)據(jù)誤報率高的問題，本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑管理系統(tǒng)，運用面向服務的體系結構(SoA)，使服務與設備之間能無縫交互，系統(tǒng)的可信度、可靠性、智能化高。

本發(fā)明技術方案提供一種基于IoT的智能建筑管理系統(tǒng)，所述IoT為物聯(lián)網(wǎng)，包括應用層、自動化層、虛擬化層、物理層、安全與信用管理層和配置管理層，

所述自動化層，用于采用機器學習機制，根據(jù)用戶活動來自動操作和執(zhí)行命令與事件；

所述虛擬化層包括虛擬設備管理模塊；

所述虛擬設備管理模塊，用于負責虛擬化智能設備，并管理虛擬設備；

所述物理層包括設備裝備；

所述設備裝備，用于提供集成在設備上使設備能被應用程序訪問的所有功能組件；

所述安全與信用管理層包括服務管理模塊和上下文管理模塊、通信管理模塊、安全與信用管理模塊；

所述服務管理模塊，用于管理應用程序的請求，并利用虛擬設備管理模塊提供的服務來處理應用程序的請求；

所述上下文管理模塊，用于負責管理相同設備或與同一個虛擬實體相關聯(lián)的所有設備測量值；

所述通信管理模塊，用于負責管理設備與設備之間以及設備與系統(tǒng)其他模塊之間的通信；

所述安全與信用管理模塊，用于負責系統(tǒng)中所有的與安全相關的操作

所述配置管理層包括服務質(zhì)量管理模塊和布局管理模塊；

所述布局管理模塊，用于負責在建筑平面圖上將設備分配到計劃的位置，支持應用程序發(fā)現(xiàn)要使用的設備，并對發(fā)現(xiàn)的結果進行用戶界面顯示；

服務質(zhì)量管理模塊，用于負責系統(tǒng)中所有QoS相關的操作，保證系統(tǒng)中服務和設備的QoS水平維持在所要求的水平，所述QoS表示服務質(zhì)量。

而且，所述設備裝備，包括如下單元，

資源管理單元，用于采集設備傳感器的數(shù)據(jù)，或向設備的執(zhí)行器發(fā)送執(zhí)行命令；

注冊單元，用于將設備注冊到系統(tǒng)的注冊表中，并存儲設備在建筑中的位置信息、與物理實體的關聯(lián)關系、以及設備的類型；

接入單元，用于提供訪問設備服務的接口，解析收到的請求并訪問請求的設備資源；

配置或重新配置設備單元，用于進行設備相關配置；

而且，所述通信管理模塊，包括如下單元，

智能設備組件單元，用于負責選擇和配置設備的接口，同時負責路由傳輸和調(diào)度數(shù)據(jù)包；

網(wǎng)關組件單元，用于負責對集中式路由和集中式信道進行分配，當在不同的域和網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包時，還負責翻譯網(wǎng)絡和應用協(xié)議。

而且，所述虛擬設備管理模塊，包括如下單元，

注冊表單元，用于負責從設備裝備獲取設備信息，并將設備的所有信息存儲到一個集中式索引數(shù)據(jù)庫中；

虛擬設備管理器單元，用于負責配置和管理虛擬設備的資源，并為服務質(zhì)量管理模塊設定QoS級別，計算設備的信任級別；

設備發(fā)現(xiàn)管理器單元，用于負責根據(jù)應用程序的請求來發(fā)現(xiàn)虛擬設備，查詢注冊找出最可能滿足程序請求的設備或設備組。

而且，所述服務質(zhì)量管理模塊，包括如下單元：

監(jiān)測單元，用于負責監(jiān)測設備所提供服務的QoS，監(jiān)測設備連接狀態(tài)的QoS；

QoS變更管理單元，用于與通信管理模塊和虛擬設備管理模塊協(xié)同處理QoS的變更。

而且，所述服務管理模塊，包括如下單元，

處理單元，用于處理應用程序的請求；

發(fā)現(xiàn)單元，用于發(fā)現(xiàn)滿足應用程序請求的服務；

組織單元，用于組織和編排發(fā)現(xiàn)的服務，以滿足應用程序的請求；

訪問單元，用于訪問虛擬設備的服務，通過向虛擬設備管理模塊發(fā)送請求，來發(fā)現(xiàn)能提供請求所需服務的設備；

數(shù)據(jù)管理單元，用于從設備獲取請求的數(shù)據(jù)，處理并發(fā)送給上下文管理模塊和將轉(zhuǎn)發(fā)到應用程序的服務。

而且，所述上下文管理模塊，包括如下單元，

上下文提取單元，用于從設備采集的測量數(shù)據(jù)中提取上下文數(shù)據(jù)，然后當需要修改配置時發(fā)送給安全與信用管理模塊。

而且，所述安全與信用管理模塊，包括如下單元，

設備安全配置單元，用于向虛擬設備管理模塊下發(fā)命令，根據(jù)設備的信用值對各個設備進行安全配置；

安全通信單元，用于向通信管理模塊下發(fā)命令，確保安全通信；

授權與接入控制單元，用于通過向服務管理模塊輸出命令實現(xiàn)對服務和設備的訪問進行授權和接入控制，確保僅有已被授權的用戶有權根據(jù)預定義的策略訪問服務和設備；

信用值計算單元，用于從上下文管理模塊中獲取數(shù)據(jù)，來計算和管理系統(tǒng)中用戶面和設備面的信用值。

而且，所述自動化層，包括如下模塊，

事件管理模塊，用于接收服務管理器轉(zhuǎn)發(fā)的設備數(shù)據(jù)，跟蹤、管理系統(tǒng)中的事件，將事件發(fā)送到案例推理模塊；

案例推理模塊，用于應用機器學習算法，分析傳感器的數(shù)據(jù)來提取行為模式，為當前遇到的問題自動尋找潛在的有用的解決方法，從而改變系統(tǒng)指令，推理結果輸入到業(yè)務流程管理模塊；

業(yè)務流程管理模塊，用于存儲應用程序的業(yè)務處理流程，編排業(yè)務處理的步驟，當應用程序的業(yè)務流程改變時，發(fā)送新的命令給命令編輯模塊；

命令編輯模塊，用于轉(zhuǎn)發(fā)新的命令給服務管理模塊，為應用程序的業(yè)務流程配置服務。

本發(fā)明通過在系統(tǒng)架構中加入安全與信用管理層、自動化層，降低了數(shù)據(jù)的錯誤率，提高了系統(tǒng)的智能化、自動化程度。

本發(fā)明系統(tǒng)架構中的安全與信用管理層、自動化層，極大的降低了數(shù)據(jù)的錯誤率，提高了系統(tǒng)的智能化和自動化程度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、可靠、實時地傳輸傳感器的測量數(shù)據(jù)；

2、通過計算數(shù)據(jù)的信用值避免假報警，并確保系統(tǒng)中沒有惡意攻擊或功能有故障的設備來影響系統(tǒng)決策；

3、通過系統(tǒng)架構中自動化層的功能組件實現(xiàn)系統(tǒng)先進的智能化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的架構層次圖；

圖2為本發(fā)明實施例的功能架構圖。

具體實施方式

以下根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明具體實現(xiàn)進行說明。

參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種基于IoT的智能建筑管理系統(tǒng)，包括：

應用層，用于處理和監(jiān)聽物聯(lián)網(wǎng)應用程序訪問本發(fā)明架構服務的請求；

自動化層，用于根據(jù)用戶的活動自動配置服務給用戶；包括事件管理模塊、案例推理(CBR)模塊、業(yè)務流程管理模塊、命令編輯模塊；

虛擬化層，用于負責虛擬化設備并注冊設備和服務及其與物理實體之間的關系；包括虛擬設備管理模塊；

物理層，用于提供集成在設備上使設備能被應用程序訪問的所有功能組件，即設備裝備；

安全與信用管理層，負責確保設備及傳感器收集到的數(shù)據(jù)的可信度，包括系統(tǒng)中所有負責通信安全和接入控制的功能塊，具體有服務管理模塊、上下文管理模塊、通信管理模塊、安全與信用管理模塊；

配置管理層，用于負責設備、虛擬設備、服務、以及系統(tǒng)中其他所有模塊的配置，包括服務質(zhì)量(QoS)管理模塊、布局管理模塊。

參見圖2，本發(fā)明實施例提供的一種基于IoT的智能建筑管理系統(tǒng)，各部分具體實現(xiàn)如下：

設備裝備，用于提供集成在設備上使設備能被應用程序訪問的所有功能組件，具體實施時可采用使設備能提供指定服務，并能與其他設備和系統(tǒng)模塊進行通信的一組軟件。這些軟件集成在智能設備上，如自動上報數(shù)據(jù)的溫度傳感器。

進一步的，所述設備裝備，包括如下單元：

資源管理單元，用于采集設備傳感器的數(shù)據(jù)，或向設備的執(zhí)行器發(fā)送執(zhí)行命令。

注冊單元，用于將設備注冊到系統(tǒng)的注冊表中，并存儲設備在建筑中的位置信息、與物理實體的關聯(lián)關系、以及設備的類型是傳感器、制動器還是兩者兼具；具體的，設備與物理實體的關系是指如一個傳感器用來測量哪個房間的溫度、控制房間的哪個窗戶等。

接入單元，用于提供訪問設備服務的接口，解析收到的請求并訪問請求的設備資源。

配置或重新配置設備單元，用于進行設備相關配置。具體的，配置或重新配置設備，主要包括配置新的資源和服務、更改設備的網(wǎng)絡配置、檢測設備的性能等。

因此，設備裝備采集的設備數(shù)據(jù)經(jīng)通信管理模塊上傳到虛擬設備管理模塊。

通信管理模塊，用于負責管理設備與設備之間以及設備與系統(tǒng)其他模塊之間的通信，具體實施時可以是一些集成在智能設備或網(wǎng)關上的功能組件組。

進一步的，所述通信管理模塊，包括如下單元：

智能設備組件單元，用于負責選擇和配置設備的接口，同時負責路由傳輸和調(diào)度數(shù)據(jù)包。

網(wǎng)關組件單元，用于負責對集中式路由和集中式信道進行分配，當在不同的域和網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)包時，網(wǎng)關組件單元還負責翻譯網(wǎng)絡和應用協(xié)議。

具體的，當在不同的域和網(wǎng)絡接口之間傳輸包時，網(wǎng)關負責翻譯網(wǎng)絡和應用協(xié)議。如將一個CoAP/UDP的包轉(zhuǎn)換成一個HTTP/TCP的包，或?qū)⒁粋€6LowPan(IPv6)的包轉(zhuǎn)換成一個標準的WiFi包(IPv4)，反之亦然。

虛擬設備管理模塊，負責虛擬化智能設備，并管理虛擬設備。

進一步的，所述虛擬設備管理模塊，包括如下單元：

注冊表單元，負責從設備裝備獲取設備信息，并將設備的所有信息存儲到一個集中式索引數(shù)據(jù)庫中，以便于被服務及時發(fā)現(xiàn)。

具體的，注冊表單元分為兩個部分，網(wǎng)關和集中式索引數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)關負責處理與其相連接的設備，集中式索引數(shù)據(jù)庫中存儲了每個設備的網(wǎng)關資料。

虛擬設備管理器單元，用于負責配置和管理虛擬設備的資源，以確保設備能獲得必要的資源，并為服務質(zhì)量管理模塊設定QoS級別。并且為了確保設備的安全配置并計算出設備的信任級別，虛擬設備管理器單元與安全與信用管理模塊相連。

設備發(fā)現(xiàn)管理器單元，負責根據(jù)應用程序的請求來發(fā)現(xiàn)虛擬設備。從服務管理模塊獲取應用請求，查詢注冊找出最可能滿足程序請求的設備或設備組。

具體的，發(fā)現(xiàn)虛擬設備是指根據(jù)請求查找出滿足要求的服務類型、設備類型、與某一特定虛擬實體的關聯(lián)關系、在建筑中計劃的位置等。

布局管理模塊，負責在可視化的建筑平面圖上將設備分配到計劃的位置，主要用于應用程序發(fā)現(xiàn)其要使用的設備，并對發(fā)現(xiàn)的結果進行可視化的用戶界面顯示。因此，布局管理模塊接收虛擬設備管理模塊發(fā)送的設備數(shù)據(jù)進行計劃，將設備清單輸出到虛擬設備管理模塊，虛擬設備管理模塊將提供設備的服務清單經(jīng)通信管理模塊轉(zhuǎn)發(fā)到設備裝備。

QoS管理模塊，即服務質(zhì)量管理模塊，用于負責系統(tǒng)中所有QoS相關的操作，保證系統(tǒng)中服務和設備的QoS水平維持在所要求的水平。

進一步的，所述QoS管理模塊，包括如下單元：

監(jiān)測單元，用于負責監(jiān)測設備所提供服務的QoS，以確保它維持在服務級別協(xié)議(SLAs)要求的水平；還可以監(jiān)測設備連接狀態(tài)的QoS。

QoS變更管理單元，用于與通信管理模塊和虛擬設備管理模塊協(xié)同處理QoS的變更，如為了解決在設備一級低QoS的問題，通訊管理模塊需要更改網(wǎng)絡配置或者由虛擬設備管理模塊經(jīng)重新配置應用程序的資源分配。

因此，QoS管理模塊和與通信管理模塊和虛擬設備管理模塊分別建立數(shù)據(jù)交互，以監(jiān)測或變更服務和連接的Qos。

服務管理模塊，用于管理應用程序的請求，并利用虛擬設備管理模塊提供的服務來處理應用程序的請求。

進一步的，所述服務管理模塊，包括如下單元：

處理單元，用于處理應用程序的請求。

發(fā)現(xiàn)單元，用于發(fā)現(xiàn)滿足應用程序請求的服務。

組織單元，用于組織和編排發(fā)現(xiàn)的服務，以滿足應用程序(主要是高級應用程序)的請求。

訪問單元，用于訪問虛擬設備的服務，通過向虛擬設備管理模塊發(fā)送請求，來發(fā)現(xiàn)能提供請求所需服務的設備。

數(shù)據(jù)管理單元，用于從設備獲取請求的數(shù)據(jù)，處理并發(fā)送給上下文管理器和將轉(zhuǎn)發(fā)到應用程序的服務。

因此，應用層發(fā)送應用請求到服務管理模塊，服務管理模塊根據(jù)應用程序請求的服務訪問虛擬設備管理模塊，從虛擬設備管理模塊取得與應用請求相應的設備數(shù)據(jù)，作為設備上下文輸入到上下文管理模塊。

上下文管理模塊，負責管理相同設備或與同一個虛擬實體相關聯(lián)的所有設備測量值。

所述上下文管理模塊，包括如下單元：

上下文提取單元，用于從設備采集的測量數(shù)據(jù)中提取上下文數(shù)據(jù)，然后當需要修改配置時發(fā)送給安全與信用管理模塊，上下文模塊會影響系統(tǒng)的安全配置，改變訪問控制策略以及更改設備的信用值。

自動化層，采用機器學習機制，根據(jù)用戶活動來自動操作和執(zhí)行命令與事件。

進一步的，所述自動化層，包括如下模塊：

事件管理模塊，用于接收服務管理器轉(zhuǎn)發(fā)的設備數(shù)據(jù)，跟蹤、管理系統(tǒng)中的事件，將事件發(fā)送到案例推理模塊。

具體的，所述事件可以根據(jù)應用程序的請求預定義。

案例推理模塊(CBR)，是自動化層的核心模塊，應用機器學習算法，分析傳感器的數(shù)據(jù)來提取行為模式，為當前遇到的問題自動尋找潛在的有用的解決方法，從而改變系統(tǒng)指令，推理結果輸入到業(yè)務流程管理模塊。具體實施時，可應用現(xiàn)有的機器學習算法。

具體的，案例推理模塊將其所使用的案例存在一個案例庫中，每個案例包括問題描述和問題的解決方法兩部分，其中問題描述包括傳感器的ID及其測量值、案例處于活動狀態(tài)的日期和時間等，問題解決方案是指系統(tǒng)中執(zhí)行的動作，包括執(zhí)行器的ID和將要采取的措施。例如：當用戶移動時，案件推理模塊通過分析傳感器的數(shù)據(jù)，可以知道他們的移動方向、在公寓中的位置等信息，與他們之前的活動進行比較來自動搜索解決方案，提取運行模式，如開門、打開空調(diào)開關、準備咖啡等等。

業(yè)務流程管理模塊，用于存儲應用程序的業(yè)務處理流程，編排業(yè)務處理的步驟。當應用程序的業(yè)務流程改變時，發(fā)送新的命令給命令編輯模塊。

命令編輯模塊，用于轉(zhuǎn)發(fā)新的命令給服務管理模塊，來為應用程序的業(yè)務流程配置服務。

安全與信用管理模塊，負責系統(tǒng)中所有的與安全相關的操作。

進一步的，所述安全與信用管理模塊，包括如下單元：

設備安全配置單元，用于向虛擬設備管理模塊下發(fā)命令，根據(jù)設備的信用值對各個設備進行安全配置。

安全通信單元，用于向通訊管理模塊下發(fā)命令，確保安全通信。設備之間以及設備與整個系統(tǒng)之間通過加密數(shù)據(jù)進行通信，并對數(shù)據(jù)的完整性進行檢查。

授權與接入控制單元，通過向服務管理模塊輸出命令實現(xiàn)對服務和設備的訪問進行授權和接入控制，確保僅有已被授權的用戶有權根據(jù)預定義的策略訪問服務和設備。

信用值計算單元，用于從上下文管理模塊中獲取數(shù)據(jù)，來計算和管理系統(tǒng)中用戶面和設備面的信用值。

進一步優(yōu)選的實現(xiàn)方式是，在用戶面，對通過身份驗證的用戶，根據(jù)用戶的當前行為與之前行為的對比以及用戶的訪問配置文件，綜合計算出他們的信用值。在設備面，通過對比設備當前的測量值與該設備之前的測量值，以及與同一虛擬實體關聯(lián)的其他同類型的設備測量值，來計算出該設備的信用值。例如，一個房間中的某個溫度傳感器突然上報一個相當高的溫度值，可能有一下三個原因：1、傳感器出現(xiàn)了故障，2、傳感器已被黑客攻擊，3、該房間發(fā)生了異常事件如一場大火。通過對比該傳感器的溫度和房間內(nèi)其他溫度傳感器的溫度，安全與信用管理模塊可以識別是發(fā)生了火災、傳感器故障還是被黑客攻擊。如果是火災會維持該設備的信用值，如果是傳感器故障或被黑客攻擊，則會降低該設備的信用值。

具體實施時，本發(fā)明技術方案可采用計算機軟件模塊化技術實現(xiàn)。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在圈里要求范圍內(nèi)作出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。