關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層MVC開(kāi)發(fā)的研究

韓麗娟， 沈宥臣， 仲偉男， 閆紅杰

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第3次浪潮，代表了下一代信息發(fā)展技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)融入了射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能技術(shù)與嵌入式技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)將在很大程度上改善人們的生活和工作方式。

物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行延伸和擴(kuò)展，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間進(jìn)行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)了物品信息互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息實(shí)時(shí)共享[1]。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有 3個(gè)層次[2]：①傳感系統(tǒng)（設(shè)備層）[3]，通過(guò)各種技術(shù)手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)和物相關(guān)信息的識(shí)別和采集；②通信網(wǎng)絡(luò)（信號(hào)傳輸和獲取層），包括現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及各種接入網(wǎng)和專用網(wǎng)，目的是對(duì)采集來(lái)的信息進(jìn)行可靠傳輸和處理；③應(yīng)用和業(yè)務(wù)（應(yīng)用層），即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、個(gè)人電腦等終端進(jìn)行。其中傳感技術(shù)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了前兩個(gè)層次，主要由無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）、傳感網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成，而第 3個(gè)層次則是以軟件為主的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，完成對(duì)信息的處理和再創(chuàng)造，并向用戶提供最及時(shí)、最可靠的服務(wù)。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)研究的重要方向。

“查詢型（智能檢索）”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是指在一般校園管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了物聯(lián)網(wǎng)的理念，模擬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層接收信息并分類進(jìn)行分析、判斷、處理，返回可靠的各項(xiàng)服務(wù)信息。

現(xiàn)從基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層MVC3層架構(gòu)技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的信息識(shí)別采集傳輸過(guò)程、基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園系統(tǒng)所能提供的獨(dú)特服務(wù)3個(gè)方面進(jìn)行論述。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的MVC 3層架構(gòu)技術(shù)

[4]。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中控制處理中心，能夠?qū)o(wú)序的“感知”信息加工為有序的、可靠的信息并以友好的方式呈獻(xiàn)給用戶，仍舊屬于“瀏覽器/服務(wù)器（B/S，Browser/Server）”系統(tǒng)的范疇。MVC架構(gòu)模型是開(kāi)發(fā)B/S系統(tǒng)的優(yōu)良途徑。鑒于MVC開(kāi)發(fā)的模塊化思想的先進(jìn)性，引入物聯(lián)網(wǎng)概念后，考慮到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層是基于軟件開(kāi)發(fā)的信息處理層，其開(kāi)發(fā)模式和架構(gòu)設(shè)計(jì)上非常適合采用MVC的思想。

MVC是3個(gè)單詞的縮寫,分別為：模型(Model)、視圖(View)和控制Controller)。MVC模式的目的就是實(shí)現(xiàn)Web系統(tǒng)的職能分工。MVC作為一種模塊化的設(shè)計(jì)思想，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①多個(gè)視圖能共享一個(gè)模型。在MVC設(shè)計(jì)模式中，模型響應(yīng)用戶請(qǐng)求并返回響應(yīng)數(shù)據(jù)，視圖負(fù)責(zé)格式化數(shù)據(jù)并把它們呈現(xiàn)給用戶，業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)表示分離，同一個(gè)模型可以被不同的視圖重用，所以大大提高了模型層程序代碼的可重用性；②模型是自包含的，與控制器和視圖保持相對(duì)獨(dú)立，因此可以方便地改變應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)規(guī)則，由于MVC的3個(gè)模塊相互獨(dú)立，改變其中1個(gè)不會(huì)影響其他2個(gè)，所以依據(jù)這種設(shè)計(jì)思想能構(gòu)造良好的松耦合的組件；③控制器提高了應(yīng)用程序的靈活性和可配置性，控制器可以用來(lái)連接不同的模型和視圖去完成用戶的需求，控制器為構(gòu)造應(yīng)用程序提供了強(qiáng)有力的重組手段。

傳統(tǒng)MVC架構(gòu)如圖1所示[5]。

圖1 傳統(tǒng)MVC架構(gòu)

控制器：接受用戶請(qǐng)求，調(diào)用模型響應(yīng)用戶請(qǐng)求并選擇視圖顯示響應(yīng)結(jié)果；視圖：顯示模型狀態(tài)，響應(yīng)模型狀態(tài)更新并把用戶輸入數(shù)據(jù)傳遞給控制器；模型：封裝應(yīng)用程序狀態(tài)，響應(yīng)狀態(tài)查詢，處理業(yè)務(wù)流程，通知視圖更新?tīng)顟B(tài)。

引入物聯(lián)網(wǎng)之后，現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)模型不能夠很好地完成應(yīng)用層多種不同的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，因?yàn)榕c物相連的終端服務(wù)器[6]不僅接收來(lái)自用戶的請(qǐng)求，而且接收與感知層相連的接收器（設(shè)備終端）的信息。由此設(shè)計(jì)出如圖2的架構(gòu)。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的MVC架構(gòu)模型

在此模式中，視圖和模型保持不變，控制器Servlet分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制器。靜態(tài)控制器是接收來(lái)自瀏覽器的用戶請(qǐng)求，并根據(jù)用戶請(qǐng)求作出相應(yīng)處理。動(dòng)態(tài)控制器包含各種接口，接收感知層傳輸信息，并沿“響應(yīng)請(qǐng)求”路線調(diào)用各種模型處理。

靜態(tài)控制器(Static_Servlet)管理由用戶發(fā)出的各種請(qǐng)求（主要包括查詢請(qǐng)求），定義為“靜態(tài)控制器”。

動(dòng)態(tài)控制器（Dynamic_Servlet）管理由物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備終端所感知的信息，能夠不斷地、隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地改變物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，在時(shí)空上具有一定的不確定性，定義為“動(dòng)態(tài)控制器”。

使用此新型架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)：

①靜態(tài)控制器和動(dòng)態(tài)控制器共用一個(gè)模型，在架構(gòu)上保證了數(shù)據(jù)傳遞的一致性和信息的共性；②采用分層控制的方式，繼承了MVC分層管制的優(yōu)良特性，從物理和人兩個(gè)方面考慮到了系統(tǒng)不同用戶的相異點(diǎn)，物體和物體相連將變動(dòng)信息輸入系統(tǒng)，人通過(guò)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)物體信息；③MVC開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的模塊化特性，便于維護(hù)，與對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層大量傳感器信息的管理相適應(yīng)；④MVC開(kāi)發(fā)模式應(yīng)用于該層，可大大提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，為將來(lái)基于物聯(lián)網(wǎng)的大型系統(tǒng)（如機(jī)場(chǎng)智能監(jiān)控、土地資源智能利用等）的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。

事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層集成了物聯(lián)網(wǎng)所有的感知信息，是所有信息匯總和處理的中心，新型MVC架構(gòu)為這個(gè)中心提供了一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和維護(hù)基地，為其每一次升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。在這種思想的指導(dǎo)下，“基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的信息識(shí)別、采集、傳輸

基于物聯(lián)網(wǎng)的信息識(shí)別、采集、傳輸參考文獻(xiàn)[7]。

2.1 感知層、傳輸層與應(yīng)用層的連接

（1）教室溫度識(shí)別

①每個(gè)教室安裝一個(gè)溫度傳感器，實(shí)時(shí)感應(yīng)教室溫度信息。若溫度發(fā)生變化，傳感器將通知接收器，接收器接收溫度信息，之后信息傳送到終端服務(wù)器；②信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)确绞絺魉偷浇K端服務(wù)器，由系統(tǒng)進(jìn)行處理。

（2）座位狀態(tài)

①每個(gè)座位安裝壓力傳感器，當(dāng)有人坐上去時(shí)，壓力傳感器狀態(tài)位變?yōu)?1，沒(méi)有人時(shí)狀態(tài)位為 0；②信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)确绞絺魉偷浇K端服務(wù)器，由系統(tǒng)進(jìn)行處理。

（3）車位狀態(tài)

①每個(gè)車位安裝壓力傳感器，當(dāng)有車駛上去時(shí)，壓力傳感器狀態(tài)位變?yōu)?1，空時(shí)狀態(tài)位為 0；②信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)确绞絺魉偷浇K端服務(wù)器。

2.2 進(jìn)一步處理

由物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層終端處理信息并實(shí)時(shí)反饋給用戶。

3 智慧校園系統(tǒng)所提供的獨(dú)特服務(wù)

系統(tǒng)在靜態(tài)信息管理的基礎(chǔ)上，增加了教室信息管理、座位信息管理、車位信息管理及其與物聯(lián)網(wǎng)的接口，實(shí)現(xiàn)與物互聯(lián)。

系統(tǒng)的用例圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)用例

教室信息接口接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)中接收器的溫度、教室狀態(tài)等動(dòng)態(tài)信息，通過(guò)MVC3層架構(gòu)控制數(shù)據(jù)庫(kù)信息存儲(chǔ)；同樣座位信息接口接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)中的接收器的座號(hào)、座位狀態(tài)等動(dòng)態(tài)信息，通過(guò)MVC3層架構(gòu)控制數(shù)據(jù)庫(kù)信息存儲(chǔ)，繼而向用戶（學(xué)生或教師）提供教室狀態(tài)、座位狀態(tài)信息。

車位信息接口接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)中接收器的車場(chǎng)名稱、車場(chǎng)類別、車位編號(hào)、車位狀態(tài)信息，通過(guò)MVC3層架構(gòu)控制數(shù)據(jù)庫(kù)信息存儲(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，是未來(lái)10年或更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)、部署、實(shí)現(xiàn)和完善的系統(tǒng)；其中的應(yīng)用層不僅承載著豐富的業(yè)務(wù)邏輯和海量的信息處理[8]，而且是同用戶直接通訊的模塊，其地位是不言而喻的。用新型MVC架構(gòu)模式開(kāi)發(fā)應(yīng)用層，增強(qiáng)了系統(tǒng)可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，為物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是一個(gè)具有廣闊前景的研究領(lǐng)域，其對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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