物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)融合體系

張明會，孟 印（大連東軟信息學院，遼寧 大連 116023）

ZHANG Ming-hui,MENG Yin(Dalian Neusoft Institute Information,Dalian 116023,China)

1 概 述

近年來，物聯(lián)網(wǎng) （Internet of Things,IoT）作為一個新興領(lǐng)域已經(jīng)引起國內(nèi)外學術(shù)界、IT界、工業(yè)界的高度重視，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，各個國家相關(guān)單位都在花巨資進行大量科學研究。我國在2010年3月召開的全國兩會上，政府工作報告中明確指出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)已成為國家經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略支柱之一。根據(jù)目前較通用的定義，物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng) （如RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)等），按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種智能化網(wǎng)絡(luò)。它涵蓋了從信息采集、傳輸、存儲、處理直至應(yīng)用的全過程。

無論國內(nèi)還是國外，物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)才處于起步階段，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的定位和特征還存在一些混亂的概念，物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)模型和體系結(jié)構(gòu)尚沒有形成統(tǒng)一的標準，其相關(guān)研究和開發(fā)還存在一定程度的盲目性。然而，不論從哪一角度考察物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，可以確定的是物聯(lián)網(wǎng)是一個由多項信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系，這些技術(shù)并不是孤立存在的，它們需要按照一定的機制協(xié)同合作，最終服務(wù)于上層應(yīng)用。基于此，本文首先分析了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上將底層的編碼技術(shù)加入物聯(lián)網(wǎng)體系中，基于擴展體系結(jié)構(gòu)，將中間件技術(shù)引入信息整合層，實現(xiàn)信息的智能處理目的。

2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要研究其組成部件以及這些部件之間的關(guān)系，按研究者關(guān)心的角度不同，可以劃分不同類型的體系結(jié)構(gòu)。目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個廣泛認同的體系結(jié)構(gòu)，最具代表性的是歐美支持的EPCGIobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)日本的Ubiquitous ID（UID）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，IBM提出了8層物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持開放架構(gòu)，如圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)基本應(yīng)用流程主要有3步：全面感知→可靠傳送→智能處理?；谶@個流程，中國物聯(lián)網(wǎng)工作委員會結(jié)合中國物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用情況也給出了物聯(lián)網(wǎng)的3層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)是全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品的跟蹤與信息的共享，這需要從公共物聯(lián)網(wǎng)的角度探討物品的編碼方法，使全球物品都納入到統(tǒng)一的編碼之中，因此，物品編碼是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的骨架之一。物品編碼可對實體及實體相關(guān)信息進行代碼化，通過統(tǒng)一、規(guī)范化的編碼來建立全球通用的信息交換語言。編碼應(yīng)該提供對單個物理對象的惟一標識，應(yīng)該有足夠大的地址空間來標識全球所有實物對象，并應(yīng)建立相應(yīng)的管理制度。

鑒于些，本文將編碼技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，從物聯(lián)網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)角度，采用SOA體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)，通過Web服務(wù)的封裝與組合、快速的服務(wù)重構(gòu)完成從數(shù)據(jù)到信息，從信息到知識的業(yè)務(wù)價值的層次轉(zhuǎn)化，從而支持供應(yīng)鏈分布式應(yīng)用從信息感知化→服務(wù)互聯(lián)化→智能化的海量數(shù)據(jù)處理的協(xié)同轉(zhuǎn)變過程，從而將物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)進一步擴展，得到如圖3所示的6層擴展物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。

（1）編碼層：編碼層是物聯(lián)網(wǎng)的基石，編碼是物聯(lián)網(wǎng)中 “物”的身份證，貫穿物聯(lián)網(wǎng)各環(huán)節(jié)始終。

（2）信息采集層：該層是物聯(lián)網(wǎng)信息的源頭，利用多種傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、二維碼、攝像頭、GPS、智能物體等實現(xiàn)對物理對象的感知和數(shù)據(jù)獲取。

（3）信息接入層：該層的主要功能是通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng) （如GSM網(wǎng)、TD-SCDMA網(wǎng)）、無線接入網(wǎng) （如WiMAX）、無線局域網(wǎng) （WiFi）、其它通信設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，將來自感知層的信息傳送到網(wǎng)絡(luò)層。

（4）網(wǎng)絡(luò)層：該層主要是以IPV6和IPV4以及后IP為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源整合成一個互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò)。

（5）信息整合層：對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)以及不確定信息進行實時的管理和控制，完成重組、清洗、融合等處理，并將信息轉(zhuǎn)化為內(nèi)容提供服務(wù)，通過SOA體系結(jié)構(gòu)的建立完成信息的整合處理，為上層應(yīng)用提供一個良好的接口。

（6）應(yīng)用服務(wù)層：該層主要是集成底層的功能，構(gòu)建面向各類行業(yè)的實際應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)融合

基于上述擴展體系結(jié)構(gòu)，本文分析物聯(lián)網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：編碼技術(shù)、感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能處理技術(shù)、應(yīng)用仿真技術(shù)及公共技術(shù)。詳細描述如圖4所示。

物聯(lián)網(wǎng)是一個由多項信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系，這的異構(gòu)特征決定必須將各關(guān)鍵技術(shù)有效的融合，才能將RFID及其它接入設(shè)備采集到的異質(zhì)信息進行有效整合，最終服務(wù)于應(yīng)用。

3.1 感知技術(shù)融合——協(xié)同感知方法

物聯(lián)網(wǎng)的感知層是物聯(lián)網(wǎng)信息的源頭，是智能信息采集的關(guān)鍵部分，針對物聯(lián)網(wǎng)多元異構(gòu)性、超大規(guī)模性、動態(tài)性特征，研究物聯(lián)網(wǎng)的Web服務(wù)多種協(xié)同技術(shù)融合方法及其多層優(yōu)化機理，從而建立一個從傳統(tǒng)的應(yīng)用集成到海量數(shù)據(jù)處理異構(gòu)化、感知化、智能化的智能協(xié)同服務(wù)架構(gòu)。針對物聯(lián)網(wǎng)多元異構(gòu)性、超大規(guī)模性、動態(tài)性等特征，研究物聯(lián)網(wǎng)的多種自動采集技術(shù)的協(xié)同感知方法，目前大多數(shù)的研究都是從RFID技術(shù)與傳感技術(shù)融合為切入點，實現(xiàn)終端或子網(wǎng)屬性、狀態(tài)和功能角色的互發(fā)現(xiàn)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合——異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自治與融合

物聯(lián)網(wǎng)是一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)：接入技術(shù)異構(gòu)、傳輸網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、終端服務(wù)異構(gòu)，必然需要結(jié)構(gòu)迥異的多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐，這些無線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供了多種多樣的通信方式、接人手段和無處不在的服務(wù)，如何充分利用不同網(wǎng)絡(luò)間的互補特性，實現(xiàn)具有端到端服務(wù)質(zhì)量保證的服務(wù)，是目前亟待解決的難題。

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源共享的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合平臺已經(jīng)是發(fā)展的趨勢，這種網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性主要表現(xiàn)在：（1）不同的無線頻段特性導(dǎo)致的頻譜資源使用的異構(gòu)性；（2）不同的組網(wǎng)接入技術(shù)所使用的空中接口及相關(guān)協(xié)議的差異性和不可兼容性；（3）業(yè)務(wù)需求的多樣化； （4）終端的多樣化； （5）不同運營商所實施的不同的運營管理策略。以上幾個方面交叉聯(lián)系相互影響構(gòu)成了末端接入網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性。不同通信網(wǎng)絡(luò)的融合是為了更好地服務(wù)于異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。協(xié)同技術(shù)是實現(xiàn)多網(wǎng)融合及無線服務(wù)的泛在化、高速化和便捷化的必然選擇，也是未來的物聯(lián)網(wǎng)資源共享亟待解決的問題。

3.3 跨層技術(shù)融合——中間件

物聯(lián)網(wǎng)中間件是業(yè)務(wù)應(yīng)用程序和底層數(shù)據(jù)獲取設(shè)備之間的橋梁，它封裝RFID讀寫器管理、數(shù)據(jù)管理、事件管理等通用功能，實現(xiàn)軟件復(fù)用，從而降低應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)成本和縮短開發(fā)周期。物聯(lián)網(wǎng)中間件是數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、事件管理的中心，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用集成的核心部件，所以在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條中占有重要的地位。

目前物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用RFID中間件實現(xiàn)跨層技術(shù)融合，如基于SOA的RFID中間件、基于Web Services的RFID中間件、基于RFID的EPC中間件等都是將信息整合層技術(shù)融入到中間件的設(shè)計中，實現(xiàn)多技術(shù)融合。

4 結(jié) 論

社會各界在較短時間內(nèi)對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了極大的關(guān)注,說明許多人相信物聯(lián)網(wǎng)可能對人類社會、人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生巨大的影響。作為一個由多技術(shù)共同支撐的新型技術(shù)體系，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為社會各界研究的焦點問題之一。本文從技術(shù)融合角度提出一種擴展后的體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分析目前感知技術(shù)融合、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合、中間件技術(shù)等的研究熱點。技術(shù)融合能有效地推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有廣闊應(yīng)用前景。

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