物聯(lián)網(wǎng)建設中的元數(shù)據(jù)應用研究

袁維海

（安徽經(jīng)濟管理學院，安徽 合肥230059）

1 引 言

1999年，基于射頻識別技術（Radio Frequency IDentification：RFID）的傳感網(wǎng)的概念由MIT實驗室的Ashton提出，[1]2005年國際電信聯(lián)盟（International Telecommunications Union：ITU） 正式明確了物聯(lián)網(wǎng)的概念：“Internet of Things”，這一概念的內(nèi)涵使得物聯(lián)網(wǎng)遠遠超出了RFID的范疇。[2]2009年，溫家寶總理提出“感知中國”，由此物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)受到了愈加廣泛的關注和越來越多的嘗試。物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)更多的被定義為“一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡”。[3]由此概念出發(fā)，可以看出，推動物聯(lián)網(wǎng)在各領域的廣泛應用的必要前提是普通物理對象的“獨立尋址”和“互聯(lián)互通”，也即要賦予“物”以標識和元數(shù)據(jù)，[4]由于元數(shù)據(jù)的本質(zhì)可以理解為“描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，因此，元數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用也就為管理這些海量的“物”信息，提供了一個重要的支撐平臺。

目前，對于物聯(lián)網(wǎng)的研究更多地集中在承載網(wǎng)絡、傳感技術、商業(yè)模式、云計算等方面。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)建設的不斷推進，物聯(lián)網(wǎng)所感知、傳遞、存儲、計算、處理的信息將遠遠超過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的信息量。因此，如何更加高效地管理這些信息是物聯(lián)網(wǎng)建設和應用的一項重要工作，如果能將廣泛應用于檔案界元數(shù)據(jù)的研究成果應用于當前缺乏數(shù)據(jù)標準和規(guī)范的物聯(lián)網(wǎng)中將是十分必要和有效的。

2 物聯(lián)網(wǎng)建設對元數(shù)據(jù)的需求

2.1 海量“物”信息訪問控制的需要

物聯(lián)網(wǎng)的深入應用使得 “普通的物理對象”越來越廣泛地接入物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡，如何更好地標識、描述對象的相關數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)具體應用的基礎和前提，因此，元數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)信息的描述功能，為海量“物“信息的描述提供了重要的支撐，而對于海量“物”信息準確、合理的描述，也可以提高對“物”信息的檢索和獲取。從這一角度看，加強物聯(lián)網(wǎng)中元數(shù)據(jù)體系的建設，實現(xiàn)對海量“物”信息更加有效的訪問控制是可行和必要的。

2.2 實現(xiàn)不同物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息互通的需要

各領域、各行業(yè)、各部門，直至各個企業(yè)、家庭對于物聯(lián)網(wǎng)的實際需求都是不同的，所要聯(lián)接的“物”也是不同的，同樣對“物”信息的描述與訪問需求也是不同的。這種不同勢必造成按照傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的方式構建的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將難以實現(xiàn)各物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部，各系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通以及對這一聯(lián)通進行有效的訪問控制。由于物聯(lián)網(wǎng)信息較互聯(lián)網(wǎng)的特殊性，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重復建設和信息孤島問題也較互聯(lián)網(wǎng)更為突出。因此，實現(xiàn)信息互通需要在不同物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中加入元數(shù)據(jù)服務層。

2.3 提高信息價值的需要

元數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用不僅可以為物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的互聯(lián)互通提供便利，使用戶可以更快捷地獲取海量“物”信息，同時，元數(shù)據(jù)提供的描述機制，可以為用戶實現(xiàn)自助式的信息分析統(tǒng)計提供可行的途徑，用戶也可以更多地從數(shù)據(jù)獲取工作中解放出來，更多地實施數(shù)據(jù)價值的發(fā)掘和利用。

3 物聯(lián)網(wǎng)中元數(shù)據(jù)應用需要完成的主要任務

3.1 構建可行的元數(shù)據(jù)基礎方案

由于物聯(lián)網(wǎng)中“物”的廣泛性，使得信息本身的類型繁多，同時，不同主體對于元數(shù)據(jù)的需求同樣也是不同的，沒有一個標準能夠覆蓋不同行業(yè)的元數(shù)據(jù)需求。以都柏林核心元素集 （Dublin Core Element Set：DC）為例，DC是網(wǎng)絡信息資源編目的主要元數(shù)據(jù)格式之一，DC的簡潔性使得其可以相對便利地應用到各個領域，但同樣因為這樣的簡潔性也使得其并不能完全覆蓋各個領域的需求。因此，DC向各個領域的延伸也同樣需要一個循序漸進的過程。在物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)即將大量建設的階段，等待統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)標準將是一個漫長且艱難的過程，而在各個領域、各行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，構建不同的元數(shù)據(jù)基本規(guī)范，并由這些基礎方案構建一個物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)體系，這對于加快物聯(lián)網(wǎng)建設進程，將更具可行性。

3.2 擴充必要的元數(shù)據(jù)訪問控制元素

物聯(lián)網(wǎng)各個領域、各行業(yè)中應用系統(tǒng)元數(shù)據(jù)基本規(guī)范的建設，必然產(chǎn)生對于現(xiàn)有元數(shù)據(jù)標準在元素集上的刪減和擴充。元數(shù)據(jù)對于信息的描述，主要包括描述基本內(nèi)容、知識產(chǎn)權和元數(shù)據(jù)自身的維護信息，[5]從本質(zhì)上看，這些描述的作用都可以理解為主體對資源內(nèi)容檢索和訪問控制的需要。由于物聯(lián)網(wǎng)中“物”信息的特殊性，安全需求就顯得尤為重要。因此，物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)元素集的建立，還需要從訪問控制的角度，加入必要的元數(shù)據(jù)元素，以此對元數(shù)據(jù)在訪問控制方面的特性給予相應的完善和優(yōu)化。

3.3 兼容不同的元數(shù)據(jù)子標準

物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)基本規(guī)范的建設，以及對于標準元素集的刪減擴充，必將形成不同的元數(shù)據(jù)格式，這種不同又將會給信息的互聯(lián)互通帶來障礙。兼顧物聯(lián)網(wǎng)各子系統(tǒng)信息的聯(lián)通，還需要建立相應的元數(shù)據(jù)的映射機制，這就要求各個子標準的構建需要對行業(yè)標準等進行必要的兼顧。因此，在具體的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中構建元數(shù)據(jù)方案，需要按照通用元素、特有元素和擴展元素的分類對多種標準的元素集進行分類，從而為元數(shù)據(jù)映射和數(shù)據(jù)共享奠定基礎。

3.4 探索元數(shù)據(jù)在資源價值和關聯(lián)性方面的功能

目前，元數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)中的作用更多地表現(xiàn)為檢索的功能，隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不僅需要解決數(shù)據(jù)資源采集和管理的問題，更重要的還需要不斷挖掘數(shù)據(jù)資源的內(nèi)在價值和關聯(lián)知識，因此，設計更加可行的，并能夠體現(xiàn)資源價值和關聯(lián)知識的元數(shù)據(jù)子方案，將可以更好地促進物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范應用。

4 物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)基本規(guī)范的構建

隨著物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)建設的不斷推進，在應用系統(tǒng)中增加元數(shù)據(jù)服務是十分必要的，但目前的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)更多的是表現(xiàn)為信息感知而非信息管理，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中對于元數(shù)據(jù)服務的設計還很不足。科學數(shù)據(jù)共享工程技術標準——元數(shù)據(jù)標準化基本原則與方法[6]給出了一個針對不同領域制定各自元數(shù)據(jù)標準的指導意見，但并未給出物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)實施中進行元數(shù)據(jù)設計的具體方法，一方面是由于目前各領域的元數(shù)據(jù)標準建設還相對滯后，另一方面是各領域的元數(shù)據(jù)標準在具體的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)建設中，同樣需要根據(jù)物理對象的不同特性，以及使用者的不同需求，進行不同的設計。

依托某校企合作科研項目中項目組開發(fā)的基于無線定位的企業(yè)員工管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，本文進行了元數(shù)據(jù)服務方案設計的嘗試。該管理系統(tǒng)主要用以對企業(yè)業(yè)務人員的定位考勤，同時協(xié)助業(yè)務人員通過移動終端進行數(shù)據(jù)采集和檢查，并可以將采集到的“物”信息傳送回服務端。具體的元數(shù)據(jù)規(guī)范化工作主要包括以下3個方面。

4.1 元數(shù)據(jù)服務的設計

通過對系統(tǒng)的功能分析，將元數(shù)據(jù)服務層設計在數(shù)據(jù)庫資源與系統(tǒng)應用層之間的系統(tǒng)應用中，因此，該元數(shù)據(jù)服務并未關注定位考勤的GIS元數(shù)據(jù)標準問題，而更多地關注信息庫的訪問控制，協(xié)助用戶可以通過服務端或是互聯(lián)網(wǎng)絡等，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫信息的檢索、顯示和提取。具體結構如圖1所示。

圖1 元數(shù)據(jù)服務的應用層次

4.2 定義系統(tǒng)中的元數(shù)據(jù)元素

從基本內(nèi)容、版權信息和外部屬性3個方面，分析不同類別的數(shù)據(jù)元信息，設定主體對于“物”信息的不同訪問需要，以此形成子系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的元素集，利用這些元素集對數(shù)據(jù)元進行描述，以便實現(xiàn)不同主體對于數(shù)據(jù)信息的訪問控制。以都柏林核心元素集為基礎，對于員工管理系統(tǒng)中的員工考勤數(shù)據(jù)信息庫進行元數(shù)據(jù)需求分析。其中基礎元數(shù)據(jù)定義如表1所示。

4.3 元數(shù)據(jù)元素的刪減與擴充

參照表1信息，該系統(tǒng)剔除了柏林核心元素集中語言、關聯(lián)、出版者、其他責任者4個元素，原因在于該數(shù)據(jù)庫中信息與圖書資源不同，不存在不同的語言，也不存在不同的版本，可以忽略此4項描述的需求，同時對余下的元素中按照“可選”和“必選”進行劃分。

同時，由于此考勤管理系統(tǒng)中，涉及一定的個人安全信息，因此需要以動態(tài)訪問控制的實現(xiàn)為目標，擴充相應的元數(shù)據(jù)元素，進一步優(yōu)化元數(shù)據(jù)的設計。在該子系統(tǒng)中，項目組從訪問控制的角度增加了“安全級別”的元數(shù)據(jù)元素，用于規(guī)范特定數(shù)據(jù)源的存儲、訪問、修改、銷毀的標記，從業(yè)務人員考勤管理和移動終端信息采集的特殊需求的角度，將創(chuàng)建者界定為人員從屬的組織，因此增加“人員”元素，用于描述信息資源所涉及的人員信息，同時增加“網(wǎng)絡結點”元素，用以描述采集、上傳的“物”信息的特定網(wǎng)絡結點。相關信息如表2所示。

表2 系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)元素的擴充

元數(shù)據(jù)基本方案的設計，為該系統(tǒng)后續(xù)的信息檢索和訪問控制奠定了基礎，同時也使得該系統(tǒng)區(qū)別與傳統(tǒng)的員工管理系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)方案以都柏林核心元素集為基礎進行刪減和擴充，使得其與其他物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的信息交互將更為便利，而不僅僅是一個獨立的信息孤島，同時，這種交互也將進一步提高該系統(tǒng)中信息的應用價值。

表1 員工考勤數(shù)據(jù)信息庫基礎元數(shù)據(jù)定義

5總 結

物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)標準化工作和元數(shù)據(jù)體系建設，是一個龐大的系統(tǒng)工程，一個完善的覆蓋所有領域、行業(yè)、企業(yè)的元數(shù)據(jù)標準，并不符合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實際。在一個兼容、可行、可擴充的前提下，探索各物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)體系建設將更具可操作性。本文主要從元數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用出發(fā)，探討物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的基本規(guī)范的建設，并從訪問控制的角度，研究元數(shù)據(jù)元素集的刪減與擴充，是對物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)體系建設的探索，也將對物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的具體實施起到積極的作用。

[1]劉若冰.物聯(lián)網(wǎng)的研究進展與未來展望[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2011，(7):58-62.

[2]International Telecommunication Union.ITU Internet Reports 2005.The Internet of Things[R].2005:2-5.

[3]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京：科學出版社，2010：3-5.

[4]王靜.物聯(lián)網(wǎng)的元數(shù)據(jù)體系初探[J].標準化研究，2010，(4):37-39.

[5]李建花，曲守寧.面向信息集成的元數(shù)據(jù)模型的研究和應用[J].計算機與數(shù)字工程，2010，38(12):149-152.

[6]中華人民共和國科學技術部.科學數(shù)據(jù)共享工程技術標準——元數(shù)據(jù)標準化基本原則與方法［EB/OL］.http://www.sciencedata.cn/.