GB/T 41816-2022 物联网 面向智能燃气表应用的物联网系统技术规范（正式版）

ICS35.110物联网面向智能燃气表应用的物联网Internetofthings—Technicalspecificationofinternetofthingssystem国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T41816—2022 Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 1 2 25.1系统结构 25.2通用要求 3 36.1功能要求 3 5 56.4可扩展性 5 5 57IoT联接管理平台 67.1功能要求 6 77.3可靠性 77.4可扩展性 7 77.6接口要求 88智能燃气表 88.1人机交互 88.2提示与报警 88.3记录与存储 88.4计费 98.5控制 98.6自检测 8.7通信 8.8数据上传 8.9远程控阀 8.10远程参数设置 8.11唯一身份标识 8.12抄读成功率 9安全 Ⅱ9.1一般要求 9.2智能燃气表安全 9.3主站安全 10.1功能试验 10.2主站试验 10.3IoT联接管理平台试验 10.4智能燃气表试验 10.5安全试验 附录A(资料性)智能燃气表数据格式 附录B(资料性)智能燃气表身份标识编码规则 ⅢGB/T41816—2022本文件按照GB/T1.1—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。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/TC28)提出并归口。本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、中国城市燃气协会、中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司、成都秦川物联网科技股份有限公司、北京市燃气集团有限责任公司、港华投资有限放实验室有限公司、上海英辰信息技术有限公司、廊坊新奥智能科技有限公司、腾讯云计算(北京)有限气集团股份有限公司、广州燃气集团有限公司、无锡物联网产业研究院、辽宁航宇星物联仪表科技有限股份有限公司、西安航天自动化股份有限公司、宁夏隆基宁光仪表股份有限公司、无锡物联网创新中心有限公司、上海飞奥燃气设备有限公司、中国科学院上海高等研究院、上海真兰仪表科技股份有限公司、上海海思技术有限公司、浙江苍南仪表集团股份有限公司、北京必创科技股份有限公司、成都千嘉科技表集团有限公司、浙江正泰仪器仪表有限公司、廊坊润能燃气设备有限公司、成都中科慧源科技有限公信技术股份有限公司、北京中电华大电子设计有限责任公司、利尔达科技集团股份有限公司、厦门骐俊物联科技股份有限公司、郑州安然测控技术股份有限公司、重庆市山城燃气设备有限公司。1GB/T41816—2022物联网面向智能燃气表应用的物联网系统技术规范2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T5080.7—1986设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案GB/T22239—2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB/T36951—2018信息安全技术物联网感知终端应用安全技术要求GB/T37025—2018信息安全技术物联网数据传输安全技术要求GB/T37092—2018信息安全技术密码模块安全要求GB/T37093—2018信息安全技术物联网感知层接入通信网的安全要求GM/T0054—2018信息系统密码应用基本要求3术语和定义GB/T33745—2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1理并作出反应的智能服务系统。3.2物联网系统internetofthingssystem具备物联网功能的系统。3.3可接入主站，并实现数据交换的燃气计量仪表。2基于智能燃气表应用，提供业务逻辑运算与定制化展示、数据收发与通信、数据保存与安全处理、系统运维管理等服务的软硬件信息系统。IoT联接管理平台IoTconnectionandmanagementplatform联接网络和主站，并提供联接管理、设备管理、通信用户识别卡(号)管理、信息安全管理等服务的软件服务平台。在一次试验中，系统抄读成功的次数与应抄读的次数的百分比。见式(1): (1)ηs——一次抄读成功率；n₁——一次试验中，抄读未成功的次数；n——一次试验中，应抄读的次数。[来源：JG/T162—2017,,有修改]下列缩略语适用于本文件。API应用程序接口(ApplicationProgrammingInterface)APP应用软件(APPlication)OID对象标识符(ObjectIDentifier)UI用户界面(UserInterface)5系统结构和通用要求5.1系统结构面向智能燃气表应用的物联网系统由物联网节点的智能燃气表、IoT联接管理平台和主站，以及相应的数据交换链路构成。结构见图1。智能燃气表(通过内置的感知采集单元)对燃气流量、压力、温度等数据进行采集，所采集的数据传递至IoT联接管理平台，平台将主站所要求的数据上传至主站，主站进行数据处理、分析，进一步实现计量、计费、统计分析、监控管理、智能服务等燃气应用业务。主站经由IoT联接管理平台向智能燃气表发出数据需求指令。智能燃气表、IoT联接管理平台和主站提供相应的接口用以支持经由物联网的通信链路进行数据交换。3数据交换链路数据交换链路GB/T41816—2022数据交换链路数据交换链路主站主站[oT联接管理平台智能燃气表1智能燃气表21智能燃气表n行数据和指令传输。一种通信方式损坏时不影响其他通信方式使用。有关智能燃气表业务的应用接口调用与数据共享的服务。4GB/T41816—2022主站应支持向燃气用户自动推送基础服务信息和定制服务信息。用户服务管理应能：气用具对应分配信息管理等；计费管理应能：c)支持燃气计量销售业务中多种支付通道。5GB/T41816—2022智能化管理宜包括以下功能：a)为数据分析能力提供数据源支持；企业用户识别卡管理应能：c)支持对智能燃气表用户识别卡地理位置进行管理，包括智能燃气表地理位置API提供、地理位置信息分析等。主站实时性应符合以下要求：a)平均适用间隔时间不小于16000h;b)系统升级时不影响系统运行；c)系统容量有不少于30%的冗余度。主站开放性要求如下：a)允许不同厂家的终端接入；b)允许与其他系统交换数据。a)能存储不小于3年的业务数据量；b)运行内存占用应低于50%。6GB/T41816—20227IoT联接管理平台2)支持智能燃气表基于MQTT、CoAP、HTTP、TCP、UDP等主流通信协议接入；1)为智能燃气表的上下行通信提供编解码转换能力与消息解析能力；2)支持服务器端设备缓存，以实现设备和用户应用间的数据双向同步。2)支持设备告警信息分级管理与存储；3)支持智能燃气表的内部配置管理；4)支持智能燃气表的固件升级；IoT连接管理平台的接入管理至少应提供南向连接、网络接入、北向连接等方面的功能。要求如下：c)北向连接：宜向主站开放API,以资源的形式为应用提供设备管理、数据管理、应用管理、群组管理、订阅管理、访问控制等公共业务服务。当北向应用下达设备控制或管理命令时，IoT联接管理平台可将其转换为相应的协议操作发给终端。7.1.3多租户服务当以公有云服务构建IoT联接管理平台时，应能支持提供多租户服务，IoT联接管理平台各租户之7GB/T41816—2022IoT联接管理平台的数据处理应能：b)支持智能燃气表主动上报信息；c)支持主站下发信息采集设置和命令；d)支持主流的web服务交互方案；a)支持添加数据仓库；c)支持冷热数据分离处理。IoT联接管理平台实时监控应能：a)监控网络运行；b)支持自监控预警；c)监控智能燃气表状态。IoT联接管理平台实时性要求如下：b)在查询一年以内历史数据的情况下终端上报数据或主站下发数据的时间低于30s。IoT联接管理平台可靠性要求如下：a)应支持全年全天候持续服务；b)如采用云计算部署，用户端应用系统和数据库应能按需在云平台上按策略进行故障备份。IoT联接管理平台可扩展性要求如下：a)软件采用便于升级的模块化设计；b)软件升级时平台暂停服务时间不超过30min;c)支持分布式和云部署。IoT联接管理平台至少能存储1年的智能燃气表终端数据。8GB/T41816—2022南向接口为智能燃气表与IoT联接管理平台之间的接口。要求如下：a)IoT联接管理平台应能通过该接口获取智能燃气表上报的业务和状态信息，并通过该接口应b)IoT联接管理平台应能通过该接口实现对智能燃气表的通信状态管理、设备管理、数据采集、协议适配等。7.6.2北向接口北向接口为IoT联接管理平台与主站之间的接口。要求如下：a)IoT连接管理平台应能通过该接口将感知控制域中上报的各节点的业务和状态数据转发至8.1人机交互智能燃气表人机交互通过按键和显示屏等实现。要求如下：量、当前时间等信息。为节省电量显示屏平时宜为休眠状态，可通过按键、插卡等方式触发8.2提示与报警2)含阀门控制单元的智能燃气表，应有阀门状态提示；3)智能燃气表通信时应有对应的信道状态提示，当远程信道发生错误时，显示屏应有错误b)报警：2)应具备超限报警、错误操作报警、通信异常报警、电磁干扰报警、阀门异常报警等报警3)报警应能持续显示，直到报警原因解除。9GB/T41816—2022记录数据要求如下：c)支持设置记录间隔。所采用的数据格式见附录A。智能燃气表应支持表端计费方式或主站(后台)计费方式。表端计费要求如下：a)支持通过IC卡或无线信道进行充值或参数设置；b)应提供密钥认证功能；主站应支持通过远程通信方式采集计量数据并完成计费。8.5控制2)在用户完成充值且主站授权发送开阀指令后，能通过插卡或者按键控制阀门打开。c)智能燃气表电源断电或电池电压降至其最低工作电压时：e)智能燃气表支持长期未使用或在设置时间内未检测到流量，智能燃气表宜自动控制阀门关闭并报警。GB/T41816—2022a)智能燃气表应具有硬件单元故障自检功能；b)带修正仪的智能燃气表应有温度传感器、压力传感器的超限或故障自检功能。远程通信应支持执行以下流程和要求：c)当错峰定时通信时间到达时，智能燃气表应发起与主站的连接请求；d)通过长按键可手动触发智能燃气表与主站的连接请求；e)在长连接通信状态下应保持智能燃气表与主站实时连接的通信状态；g)通信状态下接收主站下发的断开命令或接收主站命令超时后，应断开当前通信方式；之差的绝对值应小于或等于校时允差；i)智能燃气表同一时刻应仅有一个通信方式处于正常连接状态，传输数据时优先选择已处于正常连接状态的通信方式；j)智能燃气表在规定次数内无法与主站进行通信，判断为通信异常，终止连接并显示通信异常，a)人工启动后，智能燃气表显示屏宜显示相应的提示；c)支持对智能燃气表进行参数配置；智能燃气表数据上传方式包括自动上传信息、人工采集上传信息和事件驱动主动上传信息三种类型。数据上传要求如下：a)自动上传信息应按采集任务设定的时间间隔自动采集智能燃气表数据；c)当定时自动上传信息失败时，智能燃气表应支持其他采集方式的补采功能，保证数据的完GB/T41816—2022障信息等；智能燃气表远程控制阀门功能要求如下：b)当远程关闭阀门后，应只有在远程发出授权开阀指令后并通过插卡或者按键操作才能打开控8.10远程参数设置智能燃气表应支持主站对运行参数进行远程设置。智能燃气表在系统中宜具备唯一身份标识。智能燃气表身份标识编码规则见附录B。8.12抄读成功率智能燃气表一次抄读成功率不应低于99%。9安全面向智能燃气表应用的物联网信息安全系统应符合GB/T8.4物联网安全扩展要求。22239—2019中8.1安全通用要求和智能燃气表宜采用GB/T37092—2018中规定的三级及以上密码模块或通过国家密码管理部门核准的硬件密码产品实现密码运算和密钥管理。智能燃气表的通信安全应符合以下要求：a)传输完整性满足GB/T37025—2018中7.1的要求；b)传输保密性满足GB/T37025—2018中7.8的要求。智能燃气表对平台的访问控制应符合GB/T36951—2018中5.4.2中c)和d)的要求。失效保护应符合GB/T36951—2018中6.4.4的要求。GB/T41816—2022物理接口安全应符合GB/T36951—2018中6.4.7的要求。智能燃气表数据可用性应符合GB/T36951—2018中5.5.1的要求。a)密码算法应满足GM/T0054—2018中5.1的要求；b)密钥管理应满足GM/T0054—2018中8.4的要求；c)主站对智能燃气表安全状态应进行集中管控。主站对智能燃气表的鉴别应符合GB/T37093—2018中6.2.2的要求。访问控制应符合GB/T37093—2018中6.2.3的要求。日志审计应符合GB/T37093—2018中6.2.8的要求。9.4IoT联接管理平台安全IoT联接管理平台的数据传输安全技术应符合以下要求：a)数据传输性能满足GB/T37025—2018中7.4的要求；b)信息传输策略和程序满足GB/T37025—2018中7.5的要求。10.1功能试验测试配合设备包括：有线或无线方式连接至被测主站；GB/T41816—2022主站实时性试验步骤如下。面，查询1年以内的数据，观察并记录网络测试工具上显示的页面响应时间。测试a)按照GB/T5080.7—1986中表1和表10的序贯试验方案4:9测试计算，核对试验结果是否b)在测试电脑上运行压力测试工具，触发主站7天不间断进行采集、建档和收费业务，核对试验主站可扩展性试验步骤如下：a)根据主站制造商提供的设计文件，通过UI页面或API的方式，对模块进行自定义组合；确认UI自定义页面操作无异常或API自定义组合无异常信息返回；主站开放性试验步骤如下：b)根据主站制造商提供的设计文件描述的系统交互数据接口，通过接口测试工具对接口进行读、a)根据主站制造商提供的设计文件描述的数据存储类型，模拟插入3年的业务数据量，检查确认GB/T41816—2022线或无线方式连接至被测主站。对IoT联接管理平台实时性进行如下试验：c)准备N台测试电脑，其中，N需要满足在30s内所有测试电脑的施压进程数总和应大于200000次。在N台测试电脑上运行压力测试工具，增加进程数，同时对平台常用业务进行施压，观察压力测试工具中显示的进程数，当在30s内施压进程数总和大于200000次后，提取对IoT管理平台可靠性进行如下试验：a)按照GB/T5080.7—1986中表1和表10的序贯试验方案4:9测试计算，核对试验结果是否对IoT管理平台可扩展性进行如下试验：a)根据平台制造商提供的设计文件，通过UI页面或API的方式，对模块进行自定义组合，确认UI自定义页面及API自定义组合无异常；b)根据主站制造商提供的运维手册，进行软件测试版本更新，核对试验结果是否符合7.4b)的要求。根据平台制造商提供的设计文件描述的数据存储类型，模拟插入1年的智能燃气表终端数据量，检查确认平台存储的1年间的智能燃气表终端数据内容、数据顺序等，核对试验结果是否符合7.5的要求。GB/T41816—2022智能燃气表试验应在下列条件下进行：a)温度：20.0℃±5.0℃;b)相对湿度：35%～85%;e)气体介质：使用空气或者其他气体进行试验，气体中无游离水或油等杂质存在。使用空气作为对智能燃气表远程通信能力进行如下试验：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；b)按照智能燃气表制造商提供的上报事件列表，人为触发一个事件，核对试验结果是否符合c)主站对智能燃气表设置定时连接时间，到达该时间时，核对试验结果是否符合8.7.1b)的j)智能燃气表处于正常连接状态时，从另一个信道发起通信请求，检查智能燃气表在整个过程中k)对装有控制阀的智能燃气表在通信正常的状态下人为断开通信，在连续通信失联次数达到设对智能燃气表本地通信能力进行如下试验：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；地通信的结果是否符合8.7.2的相关要求；GB/T41816—2022对试验结果是否符合8.7.2的相关要求。对智能燃气表数据上传能力进行如下试验：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；d)核对燃气表上传信息内容，核对试验结果是否符合8.8d)的要求；如智能燃气表带有修正仪，按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作。主站授权后分别发出关阀指令、开阀指令，每条指令下发成功后，都进行按键或插入IC卡的操作，检查智能燃气表动作，核对检查结果是否符合8.9的要求。按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作。在主站对智能燃气表依次下发三种参数配置，检查智能燃气表是否能准确响应主站配置，核对检查结果是否符合8.10的要求。审查智能燃气表制造商提交的文件，核对审查结果是否符合8.11的要求。设置智能燃气表以5min的间隔主动上传数据，且上传不少于500次，记录主站收到的数据，核对试验结果是否符合8.12的要求。检查确认面向智能燃气表应用的物联网系统已通过网络安全等级保护三级测评，并取得相应备案证书，核对备案证书测评指标是否符合9.1的要求。智能燃气表安全单元试验流程如下：密码管理部门颁发的硬件密码产品资质证书；核对审查结果是否符合9.2.1的要求；b)审查智能燃气表制造商提交的文件，检查确认安全芯片的硬件信息与芯片固件绑定。GB/T41816—2022智能燃气表通信安全试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；时采用密码技术保证数据传输完整性；智能燃气表访问控制试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；b)审查智能燃气表制造商提交的文件，验证确认智能燃气表能够提供安全措施控制数据的本地智能燃气表失效保护试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；b)审查智能燃气表制造商提交的文件，确认智能燃气表能够自检出已定义的设备故障并进行工作情况与声明一致；d)审查智能燃气表制造商提交的文件，验证确认智能燃气表的手动控制功能优先级高于自动控e)若智能燃气表具备操作系统，对操作系统注入故障，检查确认在操作系统崩溃时燃气表能够重启。智能燃气表物理接口安全试验流程如下：c)审查智能燃气表制造商提交的文件，验证确认无法通过外接存储设备自启动。性。核对审查结果是否符合9.2.6的要求。GB/T41816—2022主站安全管理试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；c)检查密钥管理安全性是否满足9.3.1b)的要求；d)检查主站对智能燃气表安全状态的管控是否符合9.3.1c)的要求。主站鉴别试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；于预共享密钥的双向认证或基于公钥基础设施的接入鉴别机制；c)检查主站对智能燃气表的鉴别失败的处理能力，核对检查结果是否符合GB/T37093—2018主站访问控制试验流程如下：a)按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作；b)检查主站是否通过ACL方式控制智能燃气表对通信网的访问；c)检查主站是否制定和执行访问控制策略的功能；d)检查主站是否支持白名单机制，限制智能燃气表对通信网络的访问，核对检查结果是否符合GB/T37093—2018中6.2.3的要求。按图1连线，并启动主站和燃气表运转工作。检查主站是否对智能燃气表接入安全检查进行日记否符合GB/T37093—2018中6.2.8的要求。10.5.4IoT联接管理平台安全试验IoT联接管理平台的数据传输安全试验流程如下：检查IoT联接管理平台数据传输信任能力，确认IoT联接管理平台与智能燃气表间传输管理、鉴合GB/T37025—2018中7.4的要求。检查IoT联接管理平台数据传输策略和程序，确认可明文传输的信息类别和范围，对于敏感数据，数据传输速率，核对检查结果是否符合GB/T37025—2018中7.5的要求。GB/T41816—2022(资料性)智能燃气表数据格式如表A.1所示。表A.1智能燃气表数据格式对象名称数据类型单位用表A.1所示数据格式表述的智能燃气表各类对象的数据见表A.2序号对象名称数据类型单位说明1燃气温度℃正常值—50～99,0xFFFF表示温度异常或者没有温度传感器2燃气压力UINT32Pa0xFFFFFFFF标识压力异常或者没有压力传感器3工况累积量UINT64m³当前工况累积量4标况累积量UINT64m³当前标况累积量。仅对有标况补偿的表具有效5工况瞬时流量UINT32m³/h—6标况瞬时流量UINT32m³/h仅对有标况补偿的表具有效7结算数据源UINT80——工况结算；1——标况结算8结算模式UINT8—0——气量预结算；1——金额预结算；2——后付费9结算主体UINT80——表端结算；1——后台结算当前单价UINT32金额表时有效当前周期用量UINT64m³气量表时有效剩余金额元金额表时有效阀门状态UINT80——阀门关闭；1——阀门开启；255——阀门异常余量(金额)不足一级门限元金额表时有效余量(金额)不足二级门限元金额表时有效调价生效日期年月日周期起始日期年月日阶梯数量UINT8GB/T41816—2022表A.2智能燃气表各类对象的数据描述(续)序号对象名称数据类型单位说明阶梯1单价UINT32元/m阶梯1气量UINT32m阶梯2单价UINT32阶梯2气量UINT32—阶梯3单价UINT32阶梯3气量UINT32阶梯4单价UINT32阶梯4气量UINT32阶梯5单价UINT32阶梯5气量UINT32剩余气量UINT64气量表时有效余量(气量)不足一级门限UINT64气量表时有效余量(气量)不足二级门限UINT64气量表时有效阀门状态UINT80——阀门关闭；1——阀门开启；255——阀门异常阀门权限锁定UINT80——阀门权限未锁定；1——阀门权限锁定控制器电量状态UINT80～3。0表示电量不足或掉电，1表示电量低.2表示电量中等，3表示电量高信号强度UINT80～3。0表示差，1表示中等，2表示较好，3表示极好计量干扰状态UINT80——无干扰；1——有干扰泄漏报警UINT80———无报警；1——有报警信号线断线报警UINT80——无报警；1——有报警计量装置缺电报警UINT80——无报警；1——有报警控制器开盖报警UINT80——无报警；1——有报警表具管道拆卸报警UINT80——无报警；1——有报警服务器地址模式UINT80——IP地址模式；1——域名模式服务器IP地址4个UINT8IP地址模式有效服务器域名地址64字符域名模式有效服务器端口UINT163表具主动上报时间起点时间时分秒表具上报错峰间隔UINT8S0表示没有错峰间隔；大于0时，表具在上报起始时间点后根据“表流水号后三位×上报错峰间隔”进行错峰GB/T41816—2022表