基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)

山東交通學(xué)院交通與物流工程學(xué)院 邢江豪 覃楚岳

山東交通學(xué)院航空學(xué)院 劉力赫

基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)

山東交通學(xué)院交通與物流工程學(xué)院 邢江豪 覃楚岳

山東交通學(xué)院航空學(xué)院 劉力赫

SOA通過設(shè)立中立的萬能接口，實(shí)現(xiàn)基于過程、面向服務(wù)的松散耦合式體系架構(gòu)。其核心是將服務(wù)提供與服務(wù)請(qǐng)求完全分離，使得技術(shù)與服務(wù)位于體系結(jié)構(gòu)的不同模塊，從而能夠自由應(yīng)對(duì)集成所帶來了各種問題。把SOA體系架構(gòu)到物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息流框架中，充分應(yīng)用SOA面向服務(wù)和分布式的特性，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的跨越邊界、自我封裝、服務(wù)集成的應(yīng)用要求。

1.概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使得用戶可以更加智能精確的獲取各方基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至加密云端，再由大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行信息資源的整合，最后傳輸?shù)綉?yīng)用層設(shè)備，供終端操作者反饋調(diào)控。從而實(shí)現(xiàn)了物品從原材料生產(chǎn)到成品銷售整個(gè)產(chǎn)品周期的完整數(shù)據(jù)鏈，有助于供應(yīng)鏈系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確的獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)、共享有利資源，進(jìn)行有效的產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)流程調(diào)整，有效提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

然而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋了多類型的軟硬件設(shè)備，以捕捉不同環(huán)境下的各類信息。而各設(shè)備傳輸?shù)膮f(xié)議與其網(wǎng)關(guān)都適配于不同的軟件程序、操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)等。各底層接口協(xié)議與各物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽協(xié)議、感知設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方式以及數(shù)據(jù)智能處理的核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此需要將底層軟硬件設(shè)備的異構(gòu)性屏蔽，突出服務(wù)使用特性。

2.SOA的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

SOA架構(gòu)是將應(yīng)用程序封裝成服務(wù)，這些服務(wù)被分為服務(wù)提供和服務(wù)使用，兩者通過服務(wù)代理者相互聯(lián)系。服務(wù)包括開放的IT資源和封裝后的粗粒度模塊組件，其具有互操作、地址清晰、可復(fù)用以及獨(dú)立維護(hù)等特點(diǎn)?？晒┯脩舨僮鳎材芊?wù)于其他服務(wù)。由此SOA封裝了一些列具有高重用性的服務(wù)資源，能夠創(chuàng)建使用IT項(xiàng)目中的整體產(chǎn)品，靈活適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的業(yè)務(wù)需求，提高軟件的開發(fā)速率。SOA模型中服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)提供者、服務(wù)代理者三種不同的角色關(guān)系，如圖1所示。

圖1 SOA模型

Web服務(wù)是一種由協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議棧所表現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu)，以UDDI協(xié)議來發(fā)現(xiàn)和獲得服務(wù)元數(shù)據(jù)，利用WSDL協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)描述，把SOAP協(xié)議作為主要的通信協(xié)議。提供各種分布式計(jì)算的接口和文檔交換的標(biāo)準(zhǔn)，使得在不同系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通信的松散耦合編程，讓應(yīng)用平臺(tái)與下層執(zhí)行方法無關(guān)聯(lián)。由于Web服務(wù)系統(tǒng)都是基于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所以其具有平臺(tái)中立及廣泛普及等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得服務(wù)使用可以自由選擇優(yōu)勢(shì)服務(wù)，更能擴(kuò)展成為跨機(jī)構(gòu)的集成應(yīng)用。采用Web服務(wù)的SOA能夠屏蔽感知傳感網(wǎng)絡(luò)中通訊模型和操作系統(tǒng)的異構(gòu)性，能夠?qū)?yīng)用程序以更為人性化的服務(wù)形式呈獻(xiàn)給用戶。

3.基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的數(shù)據(jù)應(yīng)用框架

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用了大量不同類型的感知設(shè)備與通訊協(xié)議，對(duì)不同形式的數(shù)據(jù)信息難以做到統(tǒng)一的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，因而相互兼容性差。本文將SOA體系架構(gòu)到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層服務(wù)與感知層、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的分離，通過設(shè)立靈活的接口調(diào)度，使得物聯(lián)網(wǎng)各式感知傳輸設(shè)備與傳輸數(shù)據(jù)能夠自我封裝，允許以松散耦合的形式分布部署，從而實(shí)現(xiàn)各式技術(shù)與數(shù)據(jù)的服務(wù)集成。圖2為基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用框架。

圖2 基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用框架

服務(wù)提供者由控制接口、數(shù)據(jù)處理器、異構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)通用接口五部分組成。其包含了物聯(lián)網(wǎng)的感知層和網(wǎng)絡(luò)層，這一部分負(fù)責(zé)將捕捉到的海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選過濾，通過元數(shù)據(jù)的交換，由XML語言對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后將各自感知網(wǎng)絡(luò)抽象成為獨(dú)自的松散組件，并分配相應(yīng)的網(wǎng)域，再經(jīng)過數(shù)據(jù)安全性判別，由數(shù)據(jù)通用接口實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的適配并向服務(wù)代理者發(fā)布所能提供的服務(wù)。

服務(wù)代理者是服務(wù)提供者與服務(wù)請(qǐng)求者的溝通紐帶，分為發(fā)布接口、服務(wù)代理、通信代理、服務(wù)路由結(jié)構(gòu)、抽象與發(fā)布。負(fù)責(zé)對(duì)提供者發(fā)出請(qǐng)求，發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求者的請(qǐng)求，對(duì)不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，實(shí)現(xiàn)多種通信協(xié)議的路由轉(zhuǎn)化。服務(wù)與通信代理中包含的各項(xiàng)注冊(cè)表服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的記錄與更新維護(hù)，還能發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢(shì)資源進(jìn)行整合利用。

服務(wù)請(qǐng)求者指向的是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用層，分為應(yīng)用通用接口、訪問安全性、Web服務(wù)三部分。由應(yīng)用通用接口，將標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序架構(gòu)于原有基礎(chǔ)系統(tǒng)中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)的操作系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、終端應(yīng)用進(jìn)行跨平臺(tái)管理。訪問安全性由身份管理認(rèn)證和數(shù)據(jù)信息安全管理組成，采用IDAP目錄服務(wù)器，服務(wù)消費(fèi)者可以依據(jù)系統(tǒng)訪問權(quán)限，由新的操作系統(tǒng)推送定制化Web服務(wù)，提高服務(wù)的質(zhì)量與人性化指標(biāo)。

4.結(jié)論

基于SOA系統(tǒng)面向服務(wù)的特性，通過封裝物聯(lián)網(wǎng)體系中各感知、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用業(yè)務(wù)等單元，再由相關(guān)接口協(xié)調(diào)各數(shù)據(jù)服務(wù)模塊。從而實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)的使用和底層技術(shù)的隔離，解決了物聯(lián)網(wǎng)體系中因數(shù)據(jù)格式、傳輸協(xié)議和系統(tǒng)編程差異性造成的數(shù)據(jù)運(yùn)用復(fù)雜、平臺(tái)移植性差、架構(gòu)重復(fù)嚴(yán)重等問題。基于SOA體系組成新的數(shù)據(jù)流應(yīng)用框架，能夠有效提高物聯(lián)網(wǎng)體系數(shù)據(jù)的重用性，提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率，突出數(shù)據(jù)應(yīng)用的服務(wù)特性，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)性特征的優(yōu)化具有重要意義。

[1]Atzori L,Iera A,Morabito G.The Internet of Things:A survey. Computer Networks,2010,54(15):2787-2805

[2]ITU.The Internet of Things[Z].(2005-11-02).http://www.itu. int/osg/internetofthings/Internetof Things_summary.pdf.

[3]Wang F,Hu L,Zhou J,t al.A data processing middleware based on SOA for the internet of things[J].Journal of Sensors,2015,2015.