物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用融合方案探討

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集，物聯(lián)網(wǎng)通過應(yīng)用層最終實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與行業(yè)的深度融，本文針對(duì)應(yīng)用層通過SOA的方法提出融合應(yīng)用的方案建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；SOA

中圖分類號(hào)：TP393

物聯(lián)網(wǎng)（IOT：InternetOfThings）是物與物之間的互聯(lián)，通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。按照通行的標(biāo)準(zhǔn)，一般將物聯(lián)網(wǎng)劃分為三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。（1）物聯(lián)網(wǎng)感知層包括二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、手持終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等，這一層的主要任務(wù)是進(jìn)行物體識(shí)別，同時(shí)采集物體的相關(guān)信息。感知層的設(shè)備要求具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)接入及管理能力，同時(shí)還要具有外設(shè)即插即用的特性。（2）在網(wǎng)絡(luò)層，主要包括接入網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，未來需要加強(qiáng)端到端QoS、安全要求以及對(duì)物品和感知外設(shè)等感知對(duì)象和能力的統(tǒng)一編碼和尋址能力。（3）應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應(yīng)用層最終實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與行業(yè)的深度融合，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有廣泛影響。應(yīng)用層的關(guān)鍵問題在于信息的社會(huì)化共享，以及信息安全的保障。

1 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展壯大，需要把海量的各種傳感信息進(jìn)行收集，進(jìn)行分門別類的管理，進(jìn)行有指向性的傳輸，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商正在建設(shè)一個(gè)全國(guó)性的、龐大的、綜合的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在感知層，物聯(lián)網(wǎng)終端形態(tài)包括RFID讀寫器、M2M終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等，感知層的主要功能是信息采集與封裝，以及對(duì)上層下達(dá)控制命令的執(zhí)行；在網(wǎng)絡(luò)層，主要包括2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)管理中心以及行業(yè)專家系統(tǒng)等，網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與感知層之間信息的可靠傳送，以及對(duì)應(yīng)用與感知設(shè)備的管理與鑒權(quán)；同時(shí)還需要封裝運(yùn)營(yíng)商的通信能力、業(yè)務(wù)管理能力、感知層遠(yuǎn)程維護(hù)能力，并向應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的開放接口。在應(yīng)用層，現(xiàn)階段主要是各個(gè)行業(yè)的垂直應(yīng)用，例如智能抄表、車載導(dǎo)航、路燈控制、環(huán)境監(jiān)控、安防監(jiān)控等。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的問題分析

從現(xiàn)有系統(tǒng)分析，本文認(rèn)為各行業(yè)的應(yīng)用既有差異又有共性，每個(gè)行業(yè)各自都建立一個(gè)平臺(tái)和所有行業(yè)建立一個(gè)平臺(tái)是不可行的，同時(shí)也浪費(fèi)資源。為了滿足每一個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，同時(shí)區(qū)分不同行業(yè)的重要性，本文把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)分為以下四類。

2.1 信息發(fā)布類應(yīng)用

利用傳感器等設(shè)備采集數(shù)據(jù)，然后處理數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息。

2.2 實(shí)時(shí)控制控制應(yīng)用

在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，還要求對(duì)物體進(jìn)行控制，此類應(yīng)用不僅需要滿足處理速度，還要求采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可追溯性。

2.3 普通用戶應(yīng)用

此類應(yīng)用特點(diǎn)是用戶群比較龐大，主要側(cè)重便利性來考慮的。

2.4 定位類應(yīng)用

此類應(yīng)用采集的數(shù)據(jù)包括了地里位置信息等，并需要電子地圖的支持。建立一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺(tái)資源作為應(yīng)用中心，包括主機(jī)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，然后在硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立四類應(yīng)用行業(yè)的軟件共性平臺(tái)，包括信息發(fā)布類軟件平臺(tái)、實(shí)時(shí)控制類平臺(tái)、普通用戶應(yīng)用平臺(tái)和定位類平臺(tái)；最后根據(jù)不同的行業(yè)和不同場(chǎng)景，為這四類應(yīng)用分別構(gòu)建具體行業(yè)的應(yīng)用服務(wù)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)平臺(tái)，我們建議應(yīng)該采用面向服務(wù)的系統(tǒng)構(gòu)建方法對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行細(xì)化，下文將提出使用SOA方法構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案。

3 服務(wù)信息模型

物聯(lián)網(wǎng)包括各種異構(gòu)的對(duì)象和對(duì)象之間的交互，這些對(duì)象所提供的功能近似于現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)時(shí)服務(wù)。為了將這些物理世界中的異構(gòu)物體在電子數(shù)字世界實(shí)現(xiàn)，我們需要一個(gè)結(jié)構(gòu)化及自動(dòng)處理的方式來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)方式需要一個(gè)服務(wù)信息模型。從這個(gè)角度上來說，物聯(lián)網(wǎng)是以真實(shí)世界中的服務(wù)作為基礎(chǔ)的，這些服務(wù)由現(xiàn)實(shí)世界中的各種各樣的不同的物體提供。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備能力的發(fā)展使得現(xiàn)實(shí)世界中的物體之間進(jìn)行通信，同時(shí)也能夠使物體與其周圍的環(huán)境進(jìn)行通信和交互。這些數(shù)據(jù)和服務(wù)能夠提供現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)特征并能使人們能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行控制。但是，這些數(shù)據(jù)需要通過信息模型進(jìn)行統(tǒng)一的定義，這樣便于實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)架構(gòu)（SOA）的物聯(lián)網(wǎng)體系。

4 基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)框架

物聯(lián)網(wǎng)中的“物”提供統(tǒng)一的嵌入式集成服務(wù)，這些服務(wù)接口為上層的應(yīng)用和商務(wù)流程提供了基礎(chǔ)。這些統(tǒng)一的集成服務(wù)是基于SOA實(shí)現(xiàn)的，在設(shè)備層面使用WEB技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中的趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)中在各個(gè)層面采用面向服務(wù)的架構(gòu)是解決物聯(lián)網(wǎng)集成的重要手段，此方案是對(duì)設(shè)備層的面向服務(wù)集成架構(gòu)。

通過在不同層實(shí)現(xiàn)的webservices隱藏了設(shè)備硬件、軟件、數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議的不同性，架構(gòu)由上至下包括：應(yīng)用接口層，服務(wù)管理層，設(shè)備管理層，安全層、平臺(tái)抽象層和設(shè)備。

4.1 應(yīng)用接口層：本層提供符合WebService標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)抽象接口，使應(yīng)用級(jí)的程序與各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行交互數(shù)據(jù)。這些標(biāo)準(zhǔn)都是目前通用的應(yīng)用程序接口標(biāo)準(zhǔn)。WebServices是實(shí)現(xiàn)事物流程的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，這些服務(wù)使通過中間件連接的的設(shè)備既不需要建立特定的事物處理模型，也不用互相了解底層的技術(shù)細(xì)節(jié)。這個(gè)集成的架構(gòu)是基于消息傳遞的系統(tǒng)，各種應(yīng)用只需根據(jù)底層的設(shè)備發(fā)送的事件通知來決定何時(shí)并如何處理相關(guān)的請(qǐng)求。這些接口允許應(yīng)用可以不用實(shí)時(shí)的連接所需設(shè)備，只需等待相關(guān)事件的通知后，調(diào)用相關(guān)的服務(wù)。應(yīng)用接口層還允許應(yīng)用程序查詢相關(guān)的注冊(cè)服務(wù)目錄，所有的設(shè)備和中間層的原子服務(wù)都列在服務(wù)目錄中。

4.2 服務(wù)管理層：所有的物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備提供的功能被抽象為服務(wù)，所有的設(shè)備和其功能被包裝成服務(wù)代表。在這一層以及上層，所有的設(shè)備消息也被抽象為服務(wù)集合。同時(shí)，這一層還提供了運(yùn)行這些服務(wù)組合的運(yùn)行庫(kù)，這些運(yùn)行庫(kù)的使用是為了支持對(duì)具體的事物流程邏輯進(jìn)行組合。

4.3 設(shè)備管理層：本層實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的查詢，并且本層支持在不間斷運(yùn)行的狀態(tài)下遠(yuǎn)程部署新的設(shè)備，以便于滿足應(yīng)用的要求。

4.4 安全層：設(shè)備和后臺(tái)的服務(wù)的使用只提供給相關(guān)的用戶使用，本層可以保證非法用戶對(duì)設(shè)備的存取和使用。

4.5 平臺(tái)抽象層：如前所述，設(shè)備直接提供服務(wù)或服務(wù)是通過打包成服務(wù)代表實(shí)現(xiàn)的，而這個(gè)封包是在本層實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)備直接提供可查詢的服務(wù)時(shí)，打包的過程可以忽略，但如果這個(gè)服務(wù)無法通知給互聯(lián)網(wǎng)中的其他應(yīng)用，則需要進(jìn)行抽象服務(wù)打包并進(jìn)行消息的發(fā)布的這個(gè)復(fù)雜的任務(wù)。

5 結(jié)束語

云計(jì)算作為新興的計(jì)算技術(shù)，其特點(diǎn)符合與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用融合的要求，因此云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。但由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用不同，其處理技術(shù)不同，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性及并發(fā)性的要求，使得云計(jì)算并不能完全符合物聯(lián)網(wǎng)的要求。本文認(rèn)為SOA可以提供面向服務(wù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)關(guān)聯(lián)和智能協(xié)作功能，可以將物聯(lián)網(wǎng)中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，按照SOA的方法對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的后臺(tái)信息處理基本框進(jìn)行構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上本文還提出一個(gè)SOA的具體解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，濟(jì)南 251010