基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的傳感器接入方案設(shè)計

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機遇，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的接入與控制設(shè)備，傳感器收集數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的互連及進一步的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。本文首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景，在此基礎(chǔ)上提出了基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的傳感器接入方案，并以LDAP作為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了傳感器接入的信息存儲方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)；傳感器；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP391.44；TN929.5

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是近幾年來興起的一種大規(guī)模虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它通過各種接入技術(shù)實現(xiàn)電子設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)，進而完成信息匯聚與交互[1]。本文關(guān)注基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的傳感器接入方案：文章第二部分簡單介紹物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)與特征；第三部分提出了基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能設(shè)計要求；第四部分在LDAP開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)了上述方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景概述

“物聯(lián)網(wǎng)”的思想起源于1999年，其概念是由國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）正式提出的，即物與物之間連接而形成的互聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可自底向上分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

（1）感知層又稱為智能感知層，主要功能是通過各類感應(yīng)器識別物體并采集信息。（2）網(wǎng)絡(luò)層又稱為接入與傳輸層，是物聯(lián)網(wǎng)的中樞層，負責傳遞并處理感知層信息。（3）應(yīng)用層又稱為處理與決策層，是物聯(lián)網(wǎng)與用戶之間的接口，為用戶提供各類物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為三個方面：全面感知、可靠傳送和智能處理。

（1）全面感知：利用各類感應(yīng)器及感應(yīng)技術(shù)隨時隨地對物體進行全面的信息采集和獲取。（2）可靠傳送：依托物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，將感知到的物體信息進行可靠的交互和共享。（3）智能處理：利用各種智能技術(shù)，對海量的感知信息進行智能化分析、處理、決策和控制。

2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能要求與設(shè)計

網(wǎng)關(guān)是建立在網(wǎng)絡(luò)層之上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，是連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)或其他智能設(shè)備的橋梁[2]。簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的接入與控制設(shè)備，傳感器收集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)互連，并進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)關(guān)側(cè)系統(tǒng)功能主要包括資源描述框架和資源發(fā)現(xiàn)機制。其中，資源描述框架主要提供資源標識體系和通用的資源描述框架；資源發(fā)現(xiàn)機制包括Bootstrap、資源發(fā)現(xiàn)、資源搜索和即插即用等功能。

網(wǎng)關(guān)側(cè)的功能如圖1所示，感知層的終端設(shè)備信息經(jīng)通信模塊接入網(wǎng)關(guān)側(cè)，通過API進行全局唯一資源標識。通用資源描述框架具備靈活性、可擴展性，能夠體現(xiàn)資源之間關(guān)系，便于資源搜索。Bootstrap服務(wù)器模塊發(fā)現(xiàn)接入設(shè)備后，定義調(diào)度規(guī)則，并根據(jù)此規(guī)則通知資源注冊模塊。資源注冊模塊對資源的注冊、更新、刪除消息進行解析，完成對數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)操作。數(shù)據(jù)庫和資源搜索模塊設(shè)計數(shù)據(jù)庫格式，實現(xiàn)資源搜索算法。資源標識分配機制定義資源標識分配、資源描述和地址的映射。外部接口R1定義資源描述信息的注冊格式；R2根據(jù)Bootstrap規(guī)則定義請求和返回消息格式；R6是資源數(shù)據(jù)上傳接口，在Bootstrap或注冊時解決資源的數(shù)據(jù)庫尋址問題；內(nèi)部接口R3允許資源存儲模塊和認證授權(quán)模塊查詢數(shù)據(jù)庫信息；R4允許資源注冊模塊對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作；R5針對搜索請求返回資源地址。

3 基于LDAP的傳感器接入方案實現(xiàn)

LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）是一種跨平臺的、Internet標準的輕量目錄訪問協(xié)議[3]，本文將基于選擇LDAP協(xié)議介紹網(wǎng)關(guān)側(cè)的傳感器接入方案。

3.1 開發(fā)環(huán)境介紹

LDAP是一個用來發(fā)布目錄信息到許多不同資源的協(xié)議，OpenLDAP是LDAP的自由和開源的實現(xiàn)，在其OpenLDAP許可證下發(fā)行，并已經(jīng)被包含在眾多流行的Linux發(fā)行版中。

3.2 傳感器接入信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

傳感器接入網(wǎng)關(guān)后首先需要完成注冊過程，將其信息按照一定格式進行上報并存入數(shù)據(jù)庫中，方便進行存儲和搜索。傳感器中的信息包括必須的和非必須的兩類，設(shè)計的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該為所有的數(shù)據(jù)預(yù)留空間。通過對OpenLDAP數(shù)據(jù)庫格式的研究，現(xiàn)有的規(guī)范基本能覆蓋必須的信息數(shù)據(jù)需求，而對一些非必須的數(shù)據(jù)，則需要自己定義規(guī)范和屬性，該過程需要同時滿足RFC和OpenLDAP的格式需求，較為復(fù)雜。本文以圖2為例介紹數(shù)據(jù)庫的常見結(jié)構(gòu)。

（1）平臺層：位于數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)的最頂層，該層必需的描述信息只有其名稱標識。（2）網(wǎng)關(guān)層：位于數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)的第二層，直接接入平臺層，其描述信息包括網(wǎng)關(guān)名、用戶名、域名等信息。圖2定義ou=No._environment格式作為不同網(wǎng)關(guān)的名稱標識。（3）傳感器層：位于數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)的第三層，直接接入到網(wǎng)關(guān)層，同一個網(wǎng)關(guān)可以接入很多傳感器，其描述信息包括可傳感器名稱、序號、用戶名等信息。我們在圖2中的網(wǎng)關(guān)01_environment下添加了三個傳感器，并以ou=No._sensor作為不同傳感器的名稱標識。（4）傳感器資源層：位于數(shù)據(jù)庫目錄結(jié)構(gòu)的最底層，用于描述實際需要的傳感器信息，如傳感器的URL、用戶名等。我們在圖2中的傳感器01_sensor下添加了四個資源，并以uid=No.格式作為其名稱標識。

完成傳感器接入方案和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計后，我們可通過LDAP Browser軟件模擬用戶對數(shù)據(jù)庫的操作，數(shù)據(jù)庫可完成信息搜索、節(jié)點增加和節(jié)點刪除等基本功能。另外，該方式易于擴展，支持海量數(shù)據(jù)的存儲，方便用戶對數(shù)據(jù)進行操作，方便數(shù)據(jù)庫的升級。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用是實現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時具備設(shè)備管理功能。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的傳感器接入方案，并基于LDAP開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)了傳感器接入的信息存儲方案，能夠為實際開發(fā)中物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的傳感器接入提供支持與借鑒。

參考文獻：

[1]王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測量與儀器學報，200923（12）.

[2]邢銘生.基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研究及實現(xiàn)[D].鄭州大學，2010.

[3]任軍.基于LDAP的目錄服務(wù)綜述[J].計算機應(yīng)用研究，2005（05）：8-10.

作者簡介：劉德強（1972-），男，山東青州人，院長，副教授，碩士，研究方向：計算機技術(shù)。

作者單位：濰坊職業(yè)學院信息工程學院，山東濰坊 262500