1、ICS 35.110 M 11 DB13 河北省 地方标准 DB 13/T 5251 2020 农业物联网网关和传感器网络节点 技术规范 Technical specifications for agricultural Internet of Things gateways and sensor network nodes 2020 - 11 - 19 发布 2020 - 12 - 19 实施 河北省市场监督管理局 发 布 DB13/T 5251 2020 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由河北省工业和信息化厅提出。 本标准由河北省信息技术标准化技术
2、委员会（ HEB/TC 18）归口。 本标准起草单位：石家庄国创明慧物联网科技有限公司、邢台市公安局、邢台现代职业学校、武 汉智菱物联科技有限公司、石家庄雷神电子仪器有限责任公司、石家庄圣启科技有限公司、河北欧速 电子科技有限公司、河北润田节水设备有限公司、河北雷行物联网科技有限公司。 本标准主要起草人：于卫平、黄辉、檀国平、董雪、赵亮、朱立功、李焕、赵士雄。 DB13/T 5251 2020 1 农业物 联网网关和传感器网络节点技术 规范 1 范围 本标准 规定 了农业物联网网关和传感器网络节点的 体系结构、技术要求、试验方法 等。 本标准适用于对农业生产环境数据采集、传输、处理和预警以及对
3、灌溉、通风、保温、补光等现 场机电设备进行控制管理。 2 规范性引用文件 下列 文件 对于本文件的应用是 必不可少的。 凡是 注日期的引用文件， 仅该日期的版本适用于本 文 件。凡是不注日期的引用文件，其 最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件 。 GB/T 4208-2017 外壳防护等级（ IP代码） GB/T 7665-2005 传感器通用术语 GB/T 17626.5-2019 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌 (冲击 )抗扰度试验 GB/T 30269.2-2013 信息技术 传感器网络 第 2部分：术语 GB/T 30269.701-2014 信息技术 传感器网络 第 701部分
4、：传感器接口：信号接口 GB/T 30269.901-2016 信息技术 传感器网络 第 901部分：网关通用技术要求 GB/T 33474-2016 物联网 参考体系结构 GB/T 33745-2017 物联网 术语 GB/T 38624.1-2020 物联网 网关 第 1部分：面向感知设备接入的网关技术要求 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本 文件 。 3.1 物联网 internet of things;IOT 通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进 行处理并作出反应的智能服务系统。 GB/T 33745-2017，定义 2.1.1 3.
5、2 物联网网关 internet of things gateway 具有数据存储能力、计算能力和协议转换能力等，可以通过北向接口与应用平台建立通信连接和 通过南向 接口与感知控制设备进行通信的实体。 GB/T 38624.1-2020，定义 3.1 3.3 数据采集与控制节点 data acquisition and control node 农业物联网中用于采集和存储各类传感器数据，或用于控制各类现场设备（灌溉、通风、保温、 补光装置等），并具有和网关进行双向数据交互功能的嵌入式技术。 DB13/T 5251 2020 2 3.4 农业物联网数据应用平台（以下简称应用平台） Agricul
6、tural Internet of Things Data Application Platform（ Application Platform） 在网络基础设施上传递、展示、分析、计算、存储农业物联网数据信息，并包含数据通信、设备 管理、安全管理等功能的应用支撑管理平台。 3.5 传感器 transducer/sensor 能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件 组成。 GB/T 7665-2005，定义 3.1.1 3.6 传感（器）网（络） sensor network 利用传感器网络节点及其他网络基础设施，对物理世界进行信息采集并对采集的信
7、息进行传输和 处理，并为用户提供服务的网络化信 息系统。 GB/T 30269.2-2013，定义 2.1.6 3.7 数字通道 digital channel 网关或数据采集节点的数字输入通道，用于采集各类传感器的数字输出信号。 3.8 模拟通道 analog channel 网关或数据采集与控制节点的模拟输入通道，用于采集各类传感器的模拟输出信号。 3.9 感知对象 sensing object 物联网用户期望获取信息的对象。 GB/T 33474-2016， 定义 3.13 3.10 控制对象 control object 物联网用户期望执行操控的对象。 GB/T 33474-2016，
8、 定义 3.14 4 体系结构 物联网网关和传感器网络节点具有信息采集、标识读取、信息存储、根据网络指示执行特定操作 等功能，其位于农业物联网和物理环境交互的边界，组网结构应符合 GB/T 33474-2016第 7章 第 9章规 定的要求，在网络中处的位置体系结构见图 1所示。同时，物联网网关和传感器网络节点之间可以通过 多种形式进行通讯，如：有线、无线等方式，通常实现基于近场数据交互。 传输网络提供网络连接功能，用于支撑物联网信息的双向数据传输和控制。农业物联网数据应用 平 台 （以下简称应用平 台）在汇集物联网网关和传感器网络节点获取的数据后，为各种物联网应用的 管理、执行设备提供共性功
9、能和支撑，包括数据的统一收发与分析处理、管理物联网网关和传感器网 络节点设备、配置各类参数、下发设备控制命令等。 DB13/T 5251 2020 3 图 1 物联网网关和传感器网络节点体系结构图 农业物联网网关和传感器网络节点主要作用概述如下： a) 物联网网关 ： 1) 支撑传感器网络节点和传输网络互联，可与传感器网络节点形成自主网络并对传感器网 络节点进行管理； 2) 接收并识别数据中心发送的行业传感器标准库以及传感器网络节点或物联网网关采集端 口所接入的传感器类型等 配置信息； 3) 通过物联网网关或传感器网络节点的数字通道、模拟通道获取各类传感器输出的采集数 据，并根据行业传感器标准
10、库以及端口接入的传感器类型，进行真实测量值的计算和存 储，然后通过传输网络将真实测量数据传输至数据中心； 4) 提供协议转换、地址映射、信息融合、安全认证等功能。 b) 传感器网络节点 ： 1) 传感器网络节点通过物联网网关连接至农业物联网网络； 2) 传感器网络节点可通过数据采集端口获取感知对象的各种属性并上传数据，也可通过控 制端口获取控制对象的运行状态，并实现对控制对象的操作控制； 3) 根据农业物联网的不同业务场景需求，数据 采集与设备控制功能既可以由一个传感器网 络节点独立完成，也可以由两个传感器网络节点分别实现。 5 基本要求 5.1 技术要求 5.1.1 环境适应性要求 物联网网
11、关、 传感器网络节点 应能适应下列工作环境条件： a) 温度： -30 +50； b) 湿度： 5 95%（非凝露） 。 DB13/T 5251 2020 4 5.1.2 壳体结构要求 物联网网关和传感器网络节点的外壳结构均应满足如下要求： a) 外壳、接插件和零件宜采取防腐措施，其表面、涂层或镀层应均匀、牢固，不应有气泡、裂 痕、明显剥落和斑点；外壳应同时具备抗紫外线特性； b) 物联网网关和传感器网络节点应采用密封式结构，能防水、防尘及防虫等，应满 足 IP65 以上 防护等级要求； c) 电路与接地部分（外壳）间应能承受 500V 的介电强度试验，交流 50Hz，历时 1min 不应出现
12、 击穿与闪络现象，且漏电电流不得大于 5mA； d) 安装方式应支持挂墙或抱杆方式，其紧固件应无松动和脱落现象。 5.1.3 技术要求 农业物联网网关和传感器网络节点技术指标应符合表 1的技术要求。 表 1 物联网网关和传感器网络节点技术要求 项目 类型 要求 试验方法 数据采集误差 物联网网关、传感器网络节点 1 6.3.2 控制管理 物联网网关 能通过数据中心配置物联网网关和传感器网络节点接 入的传感器类型 6.3.3 能通过数据中心对物联网网关进行远程升级 6.3.3 传感器网络节点 能通过数据中心下发控制命令，配合物联网网关实现传 感器网络节点对现场设备的开关控制 6.3.3 物联网网
13、关、传感器网络 节点 能通过数据中心配置物联网网关和传感器网络节点采 集 数据的变化阈值、上限阈值、下限阈值，实现事件 上报 6.3.3 能通过数据中心设置数据采样周期 6.3.3 系统时钟计时 误差 0.5 6.3.4 无故障连续运行时 间 物联网网关、传感器网络 节点 16000h 以上 6.3.5 外壳防护等级 根据 GB/T 4208-2017 第 5 章及第 6 章相关定义，防护等级达到 IP65 以上 6.3.6 浪涌抗扰度 4kV 6.3.7 通信距离 物联网网关与各节点间的最远通信距离不低于 3km 6.3.8 通信方式 符合 GB/T 30269.701-2014 第 5.7
14、 条规定 6.3.9 数据安全 符合 GB/T 30269.901-2016 第 6.2 条规定 6.3.10 5.1.4 外部接口要求 5.1.4.1 物联网网关接口应符合下列要求 ： DB13/T 5251 2020 5 a) 物联网网关与传感器的连接端口应符合 GB/T 30269.701-2014 第 4 章信号类型及第 5 章电气 参数的规定； b) 应至少具备一个串行数字输入通道，可采用 RS232 或 RS485 接口类型； c) 应至少具备 6 个模拟量输入通道，模拟量应支持 4mA 20mA 电流输入或 0V 10V 电压输入， 模数转换分辨率不低于 12bit； d) 应至
15、少具备 2 个数字量输入通道，电压输入范围为 0V 10V，应采用 光耦合器 进行内外部电 气隔离； e) 每个传感器输入通道应具备对外提供 DC3.3V、 DC5V、 DC12V 传感器工作电源的能力，最大输 出功率不小于 10W； f) 传感器接口防护等级应至少达到 IP65，宜采用航空插座实现物联网网关与传感器的连接。 5.1.4.2 传感器网络节点接口要求 ： a) 传感器网络节点与物联网网关的连接端口应符合 GB/T 30269.701-2014 第 4 章信号类型及第 5 章电气参数的规定； b) 应至少具备 10 个模拟量输入通道，模拟量应支持 4mA 20mA 电流输入或 0V
16、 10V 电压输入， 模数转换分辨率不小于 12bit； c) 每个传感器输入通道应具备对外提供 DC5V、 DC12V 传感器工作电源的能力； d) 当传感器网络节点用于现场设备的开关控制时，应至少具备两路开关量节点输出，可连接外 部继电器。 5.1.5 供电要求 物联网网关应同时具备内置电池供电、光伏供电、外部电源供电能力；传感器网络节点应至少具 备内置电池供电和外部电源供电能力。当采用外部电源供电时，宜使用 12V或 24V直流电源供电，电压 允许波动变幅为 -10% +10%。 5.2 基本功能要求 5.2.1 物联网网关功能要求 ： a) 应根据传感数据采样周期自动关闭和开启相应传感
17、器输入通道的对外供电电源，以支持低功 耗 模式下的运行； b) 可通过数据中心传输行业传感器标准库、配置物联网网关和传感器网络节点端口所接入的传 感器类型以及数据上报周期等工作参数； c) 可通过物联网网关数字通道、模拟通道获取各类传感器输出的电信号，或通过传感器网络节 点上传的各类传感器采集数据，根据行业传感器标准库中与所配置的传感器类型对应的真实 测量值的算法，完成各类传感器测量值计算； d) 应根据数据中心所配置的传感数据上报周期，实现休眠与定时唤醒功能； e) 应具备自身状态信息的传感和上传能力，包括主板温度、电池电压、外部供电电压和设备振 动信息，并支持 GB/T 30269.901
18、-2016 第六章 6.5 条设备管理要求所规定的 6.5.2 条日志管 理和 6.5.4 条故障管理功能； f) 应具备 GPS 或北斗定位功能； g) 网络通讯出现中断，物联网网关应进行数据缓存并在网络恢复后续传； h) 单个物联网网关可支持至少 50 个传感器网络节点同时在线； i) 应向传感器网络节点提供认证鉴权等功能； DB13/T 5251 2020 6 j) 可以维护传感器网络节点的可达性状态、唤醒时间以及工作模式等配置； k) 可对控制节点转发现场设备控制命令。 5.2.2 传感器网络节点功能要求 ： a) 可根据传感数据采样周期自动关闭和开启相应传感器输入通道的对外供电电源，
19、以支持低功 耗模式下 的运行； b) 可根据数据中心所配置的传感数据上报周期，实现休眠与定时唤醒功能； c) 应具备自身状态信息的传感和上传能力，包括电池电压或外部供电电压等信息； d) 可对物联网网关下发的控制命令正确解析，完成对现场机电设备的开关操作； e) 可对现场机电设备的开、关状态信息进行获取并上传。 6 试验方法 6.1 试验条件 ： a) 试验温度为 -30 +50（可将设备置于温箱，在 -30和 +50两个温度点分别测试）； b) 相对湿度不超过 95%； c) 电源电压 DC24V（或 DC12V） 10%。 6.2 试验准备 ： a) 将物联网网关、传感器网络节点按照说 明
20、书正确安装，并与传感器或控制设备正常连接，数 字输入通道或模拟输入通道至少接一路传感器； b) 按照设备说明书要求完成相关设置，并加电预热，所有设备应处于非休眠模式。 6.3 试验方法 6.3.1 本标准并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合 国家有关标准和法律、法规规定的条件。 6.3.2 数据采集误差 将监测仪表（可用标准 电流 源代替模拟）的输出信号，通过模拟通道接入到物联网网关或传感器 网络节点，然后通过应用平台查看实时电流数据，在标准电流源的量程范围内改变数据，分别记录三 次电流数据的显示值 VS1、 VS2、 VS3和应用平台显示值 VT1、
21、VT2、 VT3,利用公式 （ 1） 计算数据采集误 差 V： V=Max(|(VT1-VS1)|， |(VT2-VS2)|， |(VT3-VS3)|)/M 1000 (1) 式中： M 标准电流源的量程范围（量程），单位为安（ mA）； VT1、 VT2、 VT3 数据中心显示值，单位为安（ mA）； VS1、 VS2、 VS3 标准电流源显示值，单位为安（ mA）。 6.3.3 控制管理 ： a) 将传感器连接至物联网网关、传感器网络节点的模拟通道或者数字通道，在应用平台向物联 网网关下发行 业传感器标准库，以及配置所接入传感器的类型，物联网网关、传感器网络节 DB13/T 5251 20
22、20 7 点应能按默认规定的时序向应用平台发送采集数据，应用平台接收并显示所有数据，试验时 间为 48h； b) 在应用平台指定物联网网关升级版本并执行远程升级操作，物联网网关应能正常升级到目标 版本并可通过应用平台验证版本号； c) 应用平台下发 10 次设备开关控制指令，传感器网络节点应能根据指令正确控制现场设备的开 关操作； d) 应用平台设置物联网网关和传感器网络节点的数据上报策略为非周期性上报 ,并配置物联网 网关和传感器网络节点采集数据的变化阈值、上限阈值、下限阈值，物联 网网关和传感器网 络节点在采集数据满足不同阈值越限条件下上报 100 次数据至应用平台，在应用平台检查接 收到
23、的所有数据； e) 应用平台设置物联网网关和传感器网络节点的数据上报策略为周期性上报并配置采样周期， 物联网网关和传感器网络节点上报 100 次采集数据并发送到应用平台，应用平台接收并显示 所有数据，检查数据接收时间间隔。 6.3.4 系统时钟计时误差 按照标准时钟对物联网网关、传感器网络节点进行对时，连续运行 48h完成试验。 利用公式（ 2） 计算计时误差 t。 t=（ Th-Ts） /Ts 1000 (2) 式中： t 计时误差； Th 物联网网关、数据采集与控制节点走过的时间，单位为秒（ s）； Ts 标准时钟走过的时间，单位为秒（ s）。 6.3.5 无故障连续运行时间 将物联网网关
24、、传感器网络节点连接正确并启动，以 1h为单位存储数据，在 6.1的检测条件下，不 断电连续运行 16000h，运行期间应无任何故障；从应用平台提取历史数据，应能完整显示 16000h数据。 6.3.6 外壳防护等级 在物联网网关、传感器网络节点不增加额外壳体的情况下，按 GB/T 4208-2017中第 11至第 15章规 定的试验方法进行外壳防护等级试验，试验结果应符合 5.1.3中防护等级要求。 6.3.7 浪涌抗扰度 将物联网网关、传感器网络节点按 GB/T 17626.5-2019中第 8章的规定，对工作状态中的受检设备 进行浪涌抗扰度实验，应符合 5.1.3中防浪涌要求。 6.3.
25、8 通信距离 将物联网网关与传感器网络节点置于室外无遮挡空旷区域，物联网网关与传感器网络节点距离为 3km，以至少 1.2kbps的速率进行数据包发送测试，应保证通信双方数据准确无误，均无数据包丢失。 6.3.9 通信方式 ： DB13/T 5251 2020 8 a) 将物联网网关与传感器网络节 点正常启动（设备之间距离小于 3km），设备自动进行组网， 准备两台网络协议分析仪正常启动，分别接入传感器网络节点所在的局域网内和物联网网关 的数据上传通道内； b) 触发传感器网络节点进行数据上报； c) 捕获两台网络协议分析仪获取的数据包，进行解析对比，若数据一致，则可确定通信方式。 6.3.10 数据安全 设备认证：在物联网网关和传感器网络节点之间提供一机一帐号的设备认证机制，进行数据发送 测试，保证双方互认，无被篡改、窃听状态。 _
