云信任驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)在相關(guān)信息系統(tǒng)應(yīng)用

張 丹

0 引言

近年來，在信息技術(shù)領(lǐng)域，云計算作為一種新興的計算模式被提出，并迅速從概念走向應(yīng)用。每當(dāng)信息科學(xué)領(lǐng)域熱議某種技術(shù)變革新構(gòu)想時，學(xué)者們自然要追溯并剖析由其首倡者給出的定義，或贊同或質(zhì)疑,更多的則是修正與補充。云計算的定義按照維基百科的定義就是將動態(tài)、易擴展且被虛擬化的計算資源通過互聯(lián)網(wǎng)提供出來的一種服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)則是將傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知技術(shù)，通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等傳輸技術(shù)，以及智能運算、智能處理技術(shù)融為一體的連接物理世界的網(wǎng)絡(luò)[1]。云計算的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；?、智能化發(fā)展所需的技術(shù)。而物聯(lián)網(wǎng)則是通過射頻識別( Radio Frequency Identification，RFID) 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

典型的物聯(lián)網(wǎng)就是將每一個物品都賦予一個獨一無二的代碼，將這個代碼存儲在電子標(biāo)簽中貼在物品上，同時將這個代碼所對應(yīng)的詳細信息和屬性存儲在物品信息服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)器中。當(dāng)物品從生產(chǎn)到流通的各個環(huán)節(jié)中被識別并記錄時，通過對象名解析服務(wù)(Object Naming Service,ONS)的解析可獲得物品所屬信息服務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一資源標(biāo)識(UniversalResource Identifier,URI)，進而通過網(wǎng)絡(luò)從物品信息服務(wù)器(Information Server of Things,TIS)中獲得其代碼所對應(yīng)的詳細物品信息和屬性，以進行物品的識別和追蹤管理的目的[2]。物聯(lián)網(wǎng)物品信息傳輸機制易受流量分析、竊聽等網(wǎng)絡(luò)攻擊：ONS查詢后，本地ONS服務(wù)器(L-ONS)獲知遠程TIS的IP地址，L-ONS通過與TIS間的信息交互獲知查詢物品的詳細信息。物品信息由TIS以明文形式發(fā)送給L-ONS，使物聯(lián)網(wǎng)中物品信息傳輸機制存在安全隱患。其實質(zhì)就是利用RFID 技術(shù)，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)以實現(xiàn)全球物品的自動識別，達到信息的互聯(lián)和實時共享。物聯(lián)網(wǎng)是利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)( 有線的、無線的) 建立起來的，其中非常重要的技術(shù)是RFID電子標(biāo)簽技術(shù)。它是以簡單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑的一個由大量聯(lián)網(wǎng)閱讀器和無數(shù)移動標(biāo)簽組成的，比Internet更為龐大的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢。在這個網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可以自動地、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件[3]。

目前，對物聯(lián)網(wǎng)底層信息資源尋址技術(shù)的研究主要集中在兩個基本方面:一是有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)RFID Savant中間件、層次結(jié)構(gòu)、射頻識別（RFID）信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)、可信查詢機制、泛在識別中心( ubiquitous ID center，uIDc)及物聯(lián)網(wǎng)信息資源命名或?qū)ぶ纺Ｐ偷鹊讓蛹夹g(shù)的研究，最有代表性的是孔寧等人提出的物聯(lián)網(wǎng)資源尋址模型;二是基于信任驅(qū)動機制的互聯(lián)網(wǎng)資源或云資源管理與調(diào)度算法的研究[4]。以上研究較好地完善了網(wǎng)絡(luò)底層資源之間的信任驅(qū)動關(guān)系動態(tài)演化機制，從而一定程度上實現(xiàn)了多變、難控的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的動態(tài)信息資源的安全定位。但是這些研究總體存在著信任驅(qū)動機制與物聯(lián)網(wǎng)底層系統(tǒng)分離、通信協(xié)議和尋址定位標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、底層編碼單一、信任功能定義不一致等問題。因此相對物聯(lián)網(wǎng)尋址研究的總體目標(biāo)，以上工作仍然較為初步，尤其是對多域協(xié)作的信任驅(qū)動算法的動態(tài)性描述不足，很少見到通用的甚至較為底層的物聯(lián)網(wǎng)資源尋址技術(shù)的研究。云計算是互聯(lián)網(wǎng)( 目前的物聯(lián)網(wǎng)支撐環(huán)境) 發(fā)展的代表性計算模式。在開放的云環(huán)境下，RFID讀取大量物品標(biāo)簽信息的速度快、響應(yīng)時間短，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)底層尋址的實時性和安全性要求，因此，云計算將對物聯(lián)網(wǎng)計算環(huán)境及應(yīng)用模式產(chǎn)生重大影響;另一方面，基于云的信任驅(qū)動機制作為云資源調(diào)度與管理的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠有效地支持信任主體的信任決策過程，較好地解決信任表達中模糊性和不確定性難題，在物聯(lián)網(wǎng)底層信息資源尋址研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2 云信任驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)在相關(guān)上的應(yīng)用

2.1 云計算的關(guān)鍵技術(shù)

云計算的成功應(yīng)用之一是Google搜索引擎，它的數(shù)據(jù)分布式存儲在各地的數(shù)據(jù)中心，當(dāng)用戶發(fā)出搜索請求時，可以并行地從數(shù)千臺計算機上發(fā)起搜索并進行排名，將結(jié)果反饋給用戶。

（1）虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)將物理資源進行了替換， 呈現(xiàn)給用戶的是一個與物理資源有相同功能和接口的虛擬資源，可能是建立在一個實際的物理資源上，也可能是跨多個物理資源，用戶不需要了解底層的物理細節(jié)。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象不同，可分為存儲虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化和應(yīng)用虛擬化等。

（2）彈性規(guī)模擴展技術(shù)

云計算提供了一個巨大的資源池，而應(yīng)用的使用又有不同的負載周期， 根據(jù)負載對應(yīng)用的資源進行動態(tài)伸縮（即高負載時動態(tài)擴展資源，低負載時釋放多余的資源），將可以顯著提高資源的利用率。該技術(shù)為不同的應(yīng)用架構(gòu)設(shè)定不同的集群類型，每一種集群類型都有特定的擴展方式，然后通過監(jiān)控負載的動態(tài)變化，自動為應(yīng)用集群增加或者減少資源。

（3）分布式存儲技術(shù)

分布式存儲的目標(biāo)是利用云環(huán)境中多臺服務(wù)器的存儲資源來滿足單臺服務(wù)器所不能滿足的存儲需求，其特征是存儲資源能夠被抽象表示和統(tǒng)一管理，并且能夠保證數(shù)據(jù)讀寫與操作的安全性、可靠性等各方面要求。云計算催生了優(yōu)秀的分布式文件系統(tǒng)和云存儲服務(wù)，最典型的云平臺分布式文件系統(tǒng)是Google的GFS和開源的HDFS。

（4）分布式計算技術(shù)

基于云平臺的最典型的分布式計算模式是MapReduce編程模型，MapReduce將大型任務(wù)分成很多細粒度的子任務(wù)，這些子任務(wù)分布式地在多個計算節(jié)點上進行調(diào)度和計算，從而在云平臺上獲得對海量數(shù)據(jù)的處理能力。

（5）多租戶技術(shù)

多租戶技術(shù)目的在于使大量用戶能夠共享同一堆棧的軟硬件資源，每個用戶按需使用資源，能夠?qū)浖?wù)進行客戶化配置，而不影響其他用戶的使用。多租戶技術(shù)的核心包括數(shù)據(jù)隔離、客戶化配置、架構(gòu)擴展和性能定制。

3.2 云計算關(guān)鍵特征分析物聯(lián)網(wǎng)底層技術(shù)

從架構(gòu)上來說，物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3部分組成。最底層是感知層，由傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)組成；中間層是網(wǎng)絡(luò)層，主要由移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)組成；最上層是應(yīng)用層，是指智能運算與智能處理。感知層由監(jiān)護病人身上佩戴的監(jiān)護傳感器節(jié)點、傳感器網(wǎng)關(guān)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要完成監(jiān)護病人節(jié)點以自組織形式構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到傳感器網(wǎng)關(guān)，完成信息的采集[5]。網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、信息中心和管理中心等構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息借助無線通信或有線通信的方式傳送到信息管理中心進行傳遞和處理。應(yīng)用層實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的智能處理，醫(yī)護工作人員利用計算機或PDA隨時查看病人的數(shù)據(jù)，根據(jù)實際情況對病人采取相應(yīng)措施。

物聯(lián)網(wǎng)可以從云計算（Cloud Computing）中獲取信息的計算、存儲和處理能力。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在瞬息之間處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息，實現(xiàn)和超級計算機同樣強大的效能，同時，用戶可以按需計量地使用這些服務(wù)，從而實現(xiàn)將計算作為一種公用設(shè)施來提供的夢想。

云計算服務(wù)層次分為：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IAAS）、平臺即服務(wù)（PAAS）和軟件即服務(wù)（SAAS）3個層次。IAAS是云計算服務(wù)的基礎(chǔ)層，它把基礎(chǔ)資源封裝成服務(wù)；PAAS負責(zé)資源的動態(tài)擴展和容錯管理；SaaS是云計算服務(wù)的高層，它將特定應(yīng)用軟件功能封裝成服務(wù)。云計算技術(shù)體系可分為：物理資源層、虛擬化資源層、管理中間件層和服務(wù)接口層4個層次。物理資源層提供物理設(shè)施服務(wù)，如服務(wù)器集群、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、軟件等；虛擬化層把相同類型的資源整合構(gòu)成同構(gòu)的資源池，如計算資源池、存儲資源池等；管理中間件層負責(zé)資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理等工作；服務(wù)接口層將云計算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services服務(wù)[6]。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)時代的數(shù)字醫(yī)療

以RFID為代表的自動識別技術(shù)可以幫助醫(yī)院實現(xiàn)對病人不間斷地監(jiān)控、會診和共享醫(yī)療記錄，以及對醫(yī)療器械的追蹤等。而物聯(lián)網(wǎng)將這種服務(wù)擴展至全世界范圍。RFID技術(shù)與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）及藥品物流系統(tǒng)的融合，是醫(yī)療信息化的必然趨勢。

物聯(lián)網(wǎng)可以說是我國醫(yī)學(xué)信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的引擎，物聯(lián)網(wǎng)時代是醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要機遇按照經(jīng)濟長波理論，醫(yī)學(xué)信息學(xué)及其產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟中的一個重要支柱產(chǎn)業(yè)，從國家戰(zhàn)略來說，發(fā)展醫(yī)學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)是提高國民生活水平、降低醫(yī)療成本的要求，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)也已成為帶動整個國民經(jīng)濟增長的強大動力。

物聯(lián)網(wǎng)時代是帶動醫(yī)學(xué)信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)的創(chuàng)新，“物聯(lián)網(wǎng)”基于特定的終端，以有線或無線為接入手段，為集團和家庭客戶提供機器到機器、機器到人的解決方案，滿足客戶對生產(chǎn)過程／家居生活監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠程數(shù)據(jù)采集和測量、遠程診斷等方面的信息化需求。物聯(lián)網(wǎng)主要包括4個關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：標(biāo)簽事物的射頻識別技術(shù)（RFID）、傳感網(wǎng)絡(luò)與檢測技術(shù)、智能技術(shù)、納米技術(shù)[7]。我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)應(yīng)該充分利用物聯(lián)網(wǎng)的這些新技術(shù)實行創(chuàng)新革命。標(biāo)簽事物的射頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。在醫(yī)藥產(chǎn)品的研發(fā)中，如果加入該技術(shù)，給研發(fā)的醫(yī)藥產(chǎn)品貼上一個二維碼，增加一個身份識別系統(tǒng)，這個用于身份識別的二維碼一直保持到醫(yī)藥銷售點，則消費者可以通過手機等閱讀器閱讀二維碼，從而知道醫(yī)藥產(chǎn)品原材料的來源和生產(chǎn)地、醫(yī)藥產(chǎn)品研發(fā)的過程、實驗的情況、效果反饋情況、流通的路徑、是否過期等信息，從而確保消費者獲得安全有效的醫(yī)藥產(chǎn)品[8]。傳感器是機器感知物質(zhì)世界的“感覺器官”，可以感知溫度、濕度、二氧化碳的濃度、壓力、各種開關(guān)量、風(fēng)速、角度、高度等信息，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)完全可以通過技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)一種安裝著不同傳感器的醫(yī)藥產(chǎn)品，這些傳感器會對消費者的健康參數(shù)進行監(jiān)控，并且實時傳達到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，則保健中心通過手機等終端提醒消費者去醫(yī)院作檢查。智能技術(shù)是為了有效地達到某種預(yù)期的目的，利用科技知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動地實現(xiàn)與用戶的溝通。其實，物聯(lián)網(wǎng)就是給物體賦予智能，實現(xiàn)人與物體的溝通和對話，甚至實現(xiàn)物體與物體之間的溝通和對話。醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)可以通過技術(shù)創(chuàng)新給醫(yī)藥產(chǎn)品賦予智能，例如以人—物溝通的形式提醒患者吃藥的時間以及吃藥的劑量，還可以通過醫(yī)藥產(chǎn)品之間的相互作用來引導(dǎo)患者如何進行藥物的配合使用。納米技術(shù)的優(yōu)勢意味著體積越來越小的物體能夠通過物聯(lián)網(wǎng)進行交互和連接。

3 結(jié)束語

發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)不僅是當(dāng)前的一項重要戰(zhàn)略任務(wù)，也是未來相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但作為一項新興的、前沿的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)目前在國內(nèi)外還沒有大規(guī)模應(yīng)用的先例，在發(fā)展中也出現(xiàn)了頻率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、標(biāo)簽識別準(zhǔn)確率不夠以及應(yīng)用成本較高等問題。

[1]萬年紅，王雪蓉云信任驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)信息資源尋址模型[J]，計算機應(yīng)用，第31卷第5期2011年5月，1184-1188；

[2]寧煥生等，中國物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)研究[J]，電子學(xué)報，2006，34(12A): 2514-2517；

[3]曹魯，初探云計算與物聯(lián)網(wǎng)的“藍海” [J]，通信世界，2010（7）；

[4]李建欣等，DTM: 一種面向網(wǎng)絡(luò)計算的動態(tài)信任管理模型［J］，計算機學(xué)報，2009，32(3) : 493 － 504

[5]李超，云計算理論及技術(shù)研究進展[J]，科技創(chuàng)業(yè)月刊，2009（12）；

[6]王守信等，一種基于云模型的主觀信任評價方法［J］，軟件學(xué)報，2010，21(6) : 1341 － 1351，

[7]游戰(zhàn)清，李蘇劍，無線射頻識別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M]，北京:電子工業(yè)出版社，2005.You ZQ，LISJ.RFID Theory and Application [M]，Beijing: Publishing House of Electronics Industry,2005.(in Chinese)。

[8]李鴻強等，心電醫(yī)療監(jiān)護物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]，計算機應(yīng)用研究，第27卷第12期2010年12月，4600-4603