Sensor Web的SOS服務(wù)研究與實現(xiàn)

李麗萍　王長勝　陳崇毅

摘 要： Sensor Web是NASA/Jet Propulsion Laboratory （JPL）的Kevin Delin首先提出并將其定義為被部署用來監(jiān)控和探測新環(huán)境，內(nèi)部能夠相互通信的分布式傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。自O(shè)GC提出Sensor Web的相關(guān)標準以來，傳感器監(jiān)測服務(wù)SOS就是最基本最核心的服務(wù)規(guī)范。文章首先對SWE的傳感器觀測服務(wù)SOS核心操作進行介紹，然后設(shè)計了傳感器觀測服務(wù)SOS架構(gòu)，并對每層作了說明，利用Java、Tomcat等技術(shù)對SOS的架構(gòu)進行部署和測試。利用所部署的SOS架構(gòu)中的核心操作可獲取實時或歷史的觀測數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞： Sensor Web； SWE； OGC； 傳感器觀測服務(wù)（SOS）

中圖分類號：TP79 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）04-01-03

Abstract： The term "Sensor Web" was first used by Kevin Delin of NASA， to describe a novel wireless sensor network architecture where the individual pieces could act and coordinate as a whole. In this sense， the term describes a specific type of sensor network： an amorphous network of spatially distributed sensor platforms （pods） that wirelessly communicate with each other. Since the standards of Sensor Web is proposed by the open geospatial consortium， the observation service has become the most basic core service specification. The core operation of sensor observation service based on SWE is introduced in detail. The architecture of sensor observation service is designed， including emphasized and data interaction all of each level of the architecture. Finally， technology of java and tomcat to deploy and test the architecture， SOS architecture can be used to deploy the core operations or get real-time or historical observations.

Key words： Sensor Web； SWE； OGC； sensor observation service（SOS）

0 引言

海量信息時代，如何融合異構(gòu)數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)、向傳感器指派任務(wù)、發(fā)布訂閱和接收預(yù)警，以及對傳感網(wǎng)絡(luò)進行管理、互操作等成為棘手的問題。構(gòu)建一個平臺將異構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成在一起，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)、融合異構(gòu)數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)成為傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，Sensor Web[1-2]的概念由此被提出來。2005年OGC（Open Geospatial Consortium）提出了一種國際通用的Sensor Web規(guī)范——傳感器Web整合框架（SWE，Sensor Web Enablement），在該框架中描述了傳感器的接口、協(xié)議和編碼規(guī)范，可從遠程接入傳感器，打造一個“即插即用”的基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò)的標準平臺[3]。

SWE中定義了三種信息模型和四種服務(wù)規(guī)范，分別是觀測與測量[4]（O&M，Observation & Measurement）、傳感器描述語言[5]（SensorML）、Transducer語言[6]（TML）、傳感器觀測服務(wù)[7]（SOS）、傳感器規(guī)劃服務(wù)[8]（SPS）、傳感器通知服務(wù)[9]（WNS）和傳感器報警服務(wù)[10]（SAS）或傳感器事件服務(wù)[11]（SES）。2012年OGC又新出了SES，其中SES是SAS的增強版，也是用來提高給傳感器數(shù)據(jù)和測量值的發(fā)布/訂閱的訪問。在SWE所有服務(wù)中傳感器監(jiān)測服務(wù)SOS是最基礎(chǔ)和最核心的服務(wù)，即SOS服務(wù)提供一個API來管理和部署監(jiān)測傳感器和傳感器數(shù)據(jù)。本課題利用開源的相關(guān)軟件來實現(xiàn)Sensor Web的SOS架構(gòu)。

1 SOS的核心操作

傳感器觀測服務(wù)SOS負責傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和傳感器的管理，其包含的核心操作有GetCapabilities、GetObservation、Describesensor、InsertObservation和RegisterSensor。前三個操作為必選，后兩者是SOS的交互操作。GetCapabilities用來獲取特定的歷史觀測的元數(shù)據(jù)，包含五個可選的參數(shù)，當SOS得到GetCapabilities請求并響應(yīng)時，可獲取詳細的傳感器數(shù)據(jù)[7]。Describesensor用來獲取傳感器的詳細信息，一般以sensorML或TML編碼形式描述。GetObservation獲取傳感器歷史數(shù)據(jù)，請求響應(yīng)結(jié)果有兩種：一是系統(tǒng)接受響應(yīng)返回查詢結(jié)果，響應(yīng)一般是O&M文檔；二是返回異常。

RegisterSensor操作允許向傳感器觀測服務(wù)中發(fā)送一個XML文檔來注冊新的傳感器，該用SensorML格式或TML格式編寫，內(nèi)容包括一些傳感器元數(shù)據(jù)的信息等。InsertObservation是傳感器觀測插入新監(jiān)測，傳感器數(shù)據(jù)需先請求SOS服務(wù)的元數(shù)據(jù)前新觀測結(jié)構(gòu)才可被插入到SOS中。

2 SOS架構(gòu)設(shè)計

Sensor Web的傳感器觀測服務(wù)SOS架構(gòu)設(shè)計分為三層，如圖1所示，分別為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和Web層。

數(shù)據(jù)訪問層（即最低層）封裝了對數(shù)據(jù)庫的訪問或者其他資源的來源。業(yè)務(wù)邏輯層提供核心操作組件RequestOperator，該層用于處理來自最低層的各種請求以便返回監(jiān)聽類。Web層和客戶端是連接在一起的，提供一些SOS的瘦客戶端和胖客戶端，可從52north（http：//www.52north.org/）上自行下載安裝。

2.1 數(shù)據(jù)訪問層設(shè)計

該層數(shù)據(jù)庫資源的來源非常龐雜，從簡單的文本文件到非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型。為了用戶能夠使用不同的數(shù)據(jù)源，對于每個操作的數(shù)據(jù)訪問都是通過使用數(shù)據(jù)訪問對象（DAO）來實現(xiàn)。通過該格式用戶可輕松訪問現(xiàn)有的傳感器數(shù)據(jù)或源的DAO實現(xiàn)。普遍來說DAO主要分為兩種：一種是SOS請求的數(shù)據(jù)訪問對象類，主要是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫訪問，該數(shù)據(jù)訪問對象來獲取傳感器監(jiān)測服務(wù)SOS的核心操作DescribSensor、GetCapabilities、GetOberavtion等相關(guān)數(shù)據(jù)；另一種是插入數(shù)據(jù)訪問對象（InsertDAO）來插入一些新的傳感器、現(xiàn)象特征等。默認情況下，傳感器監(jiān)測服務(wù)SOS使用作為PostGIS的數(shù)據(jù)庫存儲觀測值和相應(yīng)的元數(shù)據(jù)。用戶也可以自行選擇其他數(shù)據(jù)庫例如SQL Server數(shù)據(jù)庫等。本課題數(shù)據(jù)庫采用開源相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

2.2 業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計

傳感器去觀測服務(wù)SOS的業(yè)務(wù)邏輯層主要包含三類。

⑴ RequestOperator。該組件式業(yè)務(wù)邏輯層的核心組件，它接收來自表示層的請求或驗證請求并轉(zhuǎn)發(fā)，將請求發(fā)送到響應(yīng)的OperationListener。

⑵ GetObservationListener。為監(jiān)聽類的一種，定義了相應(yīng)請求處理。

⑶ NewOperationListener。從底層得到對應(yīng)每個SOS請求的監(jiān)聽。

為支持每個Listener監(jiān)聽操作，需在外部配置文件中定義。所有的Listener提供一個共同的接口，用戶若要支持一個額外的操作，需要做的就是實現(xiàn)該操作監(jiān)聽，執(zhí)行相應(yīng)的DAO和添加監(jiān)聽器的配置文件。業(yè)務(wù)邏輯層還包含幾個其他組分，例如成分解析/編碼響應(yīng)等。

2.3 Web層

傳感器觀測服務(wù)SOS架構(gòu)的Web層僅有一個Servlet，它處理HTTP請求和響應(yīng)。如果想支持其他協(xié)議，則必須采用其他類通信取代這個Servlet，目前存在不同的客戶端實現(xiàn)SOS服務(wù)，例如52north的OX框架（見http：//www.52north.org/oxf）的瘦客戶端和胖客戶端可以服務(wù)于傳感器的應(yīng)用開發(fā)。

3 SOS架構(gòu)的部署與測試

3.1 硬件與軟件要求

Windows XP操作系統(tǒng)、JDK1.6、52n-sos-3.1.1、Apache Jakarta Tomcat 5.5及更高、PostreSQL Version [8.4]、PostGIS Version [1.4]、Apache Maven [3.0]、IE 6.0或者以上。

3.2 部署Web

確保用戶的JDK1.6和maven的正確安裝，在安裝的過程中要注意正確配置環(huán)境變量，例如path變量、maven變量等。正確安裝開源的PostGIS、postreSQL和Tomact軟件。Tomcat正確安裝的結(jié)果如圖2所示，注意這里用的是IE瀏覽器而不可以用360瀏覽器。

在所有軟件正確安裝后，啟動所安裝的Tomcat和Postgres，用戶可從52north上下載52n-sos-3.1.1，用來部署web應(yīng)用。假設(shè)本地SOS庫的目錄在D：＼java＼52north-sos。打開命令行并進入到此目錄下。輸入以下命令：Mvn -Pwith-deploy install部署開始，期間會自動下載文件到.m2＼repository和52n-sos＼52n-sos-service＼target中。部署成功后的屏幕顯示如圖3所示，同時tomcat目錄下webapps文件夾會出現(xiàn)52nSOSv3.war和52nSOSv3文件夾。

3.3 實驗測試

在該實驗中，得知傳感器觀測服務(wù)SOS客戶端的URL即可通過IE訪問SOS服務(wù)。如在IE中輸入地址http：//localhost：8080/52nSOSv3/testClient-v2.html，從“Request Examples”列表中選擇命令，如“GetCapabilities_allSections”，點擊Send，所響應(yīng)的XML文檔信息如圖4所示。

單擊send，響應(yīng)文檔如圖5所示。

4 結(jié)束語

傳感器觀測服務(wù)是SWE中最核心和最基礎(chǔ)的服務(wù)，如何構(gòu)建一個SOS平臺以滿足用戶的SOS的核心操作，進而獲取實時或歷史觀測數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵。該SOS架構(gòu)的平臺只是在SWE框架中起中間件的作用，從SWE框架整體來說，和SWE框架的其他服務(wù)如傳感器規(guī)劃SPS服務(wù)，Web通知結(jié)合和交互還得作進一步研究和實現(xiàn)；隨著Sensor Web的發(fā)展，地球?qū)⑴弦粚与娮悠つw，這層電子皮膚會以互聯(lián)網(wǎng)為骨架，無時無刻地監(jiān)測著城市、瀕臨絕跡的動物、大氣層、船舶、高速公路上的交通，使人類更清楚地了解自然環(huán)境過程，了解我們星球的過去、現(xiàn)在和未來。

參考文獻：

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