基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

宋宇翔，楊 麗

(1.廣東培正學(xué)院 數(shù)據(jù)科學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510830；2.鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450008)

0 引 言

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)信息的主要支撐，通過(guò)存儲(chǔ)、分析、處理、挖掘蘊(yùn)藏在數(shù)據(jù)中的價(jià)值，不斷提升企業(yè)生產(chǎn)、管理及經(jīng)營(yíng)等水平[1-3]。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，企業(yè)不再局限自身的數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘，利用跨行業(yè)數(shù)據(jù)信息為企業(yè)單位帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，數(shù)據(jù)共享將成為最快最有效的方式[4]。

文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)技術(shù)的分布式光伏數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，利用標(biāo)識(shí)解析服務(wù)，完成異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，該系統(tǒng)需采集單位注冊(cè)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)，適用于小范圍或同行業(yè)企業(yè)單位數(shù)據(jù)共享，但該系統(tǒng)的處理速率較低。文獻(xiàn)[6]研究了基于多源數(shù)據(jù)融合的教育數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)模型，提取出五維數(shù)據(jù)共享特征分析異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享，該共享系統(tǒng)能夠有效滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集和需求單位數(shù)據(jù)共享的時(shí)效性，但該系統(tǒng)模型的數(shù)據(jù)共享安全性較低。

針對(duì)上述問(wèn)題，考慮數(shù)據(jù)采集和需求單位的異地、異系統(tǒng)及跨行業(yè)等大規(guī)模數(shù)據(jù)共享需求，本文設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中臺(tái)是基于數(shù)據(jù)管理發(fā)展產(chǎn)生，是一套可持續(xù)地盤(pán)活數(shù)據(jù)的機(jī)制[7]，用來(lái)完成不同行業(yè)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化單位的海量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、處理、統(tǒng)一以及共享等。該系統(tǒng)通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層采集無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息，利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的分布式和關(guān)系型存儲(chǔ)模式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，有效確保數(shù)據(jù)需求和采集單位間數(shù)據(jù)共享服務(wù)需求。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)支持層的共享模塊匯集、審核、檢索及共享數(shù)據(jù)后，通過(guò)構(gòu)建中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式統(tǒng)一化轉(zhuǎn)換共享，解決傳感器存儲(chǔ)類(lèi)型異構(gòu)性與共享關(guān)系差異較大的問(wèn)題，并使用數(shù)據(jù)應(yīng)用層發(fā)布數(shù)據(jù)共享結(jié)果，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，其數(shù)據(jù)共享性能穩(wěn)定，申請(qǐng)?zhí)幚硭俾屎桶踩愿摺?/p>

1 數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)，是采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將非常多的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整合，再將整合后的數(shù)據(jù)分享到用戶(hù)群體。本文基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)支撐層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層4個(gè)模塊構(gòu)成。計(jì)算數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和觀測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)成基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)層；基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。利用分布式和關(guān)系型兩種數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模式保存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)支持層由數(shù)據(jù)共享模塊[8]、模型云中心和二維和三維GIS引擎構(gòu)成，數(shù)據(jù)通過(guò)該層處理后傳輸至數(shù)據(jù)應(yīng)用層完成數(shù)據(jù)共享[9]。數(shù)據(jù)應(yīng)用層由展示平臺(tái)、管理平臺(tái)及移動(dòng)APP構(gòu)成[10]。該系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)的中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型集成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、共享于一體，為合理運(yùn)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提供良好的數(shù)據(jù)服務(wù)，可以有效確保數(shù)據(jù)需求和采集單位間數(shù)據(jù)共享服務(wù)需求。綜上所述，本文基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)模塊

1.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)多元數(shù)據(jù)接收總線(xiàn)接收數(shù)據(jù)層的包含大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)包含時(shí)序、文本和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)及分布式和數(shù)據(jù)搜索引擎，大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過(guò)分布式存儲(chǔ)?；跁r(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間占關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)容量的二分之一，同時(shí)查找和處理速度快，物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、時(shí)序序列數(shù)據(jù)和海量流量數(shù)據(jù)利用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)單元將不同存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)支持層。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)共享模塊設(shè)計(jì)

工業(yè)方面利用無(wú)線(xiàn)傳感器收集數(shù)據(jù)，可以保障工作人員的生命安全，醫(yī)療方面使用無(wú)線(xiàn)傳感器收集數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控病人的生命體征，利用無(wú)線(xiàn)傳感器收集數(shù)據(jù)具有隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)性的特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)支撐層中數(shù)據(jù)共享模塊，將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、審計(jì)、檢索和共享。數(shù)據(jù)支撐層中數(shù)據(jù)共享模塊具備數(shù)據(jù)匯集、審計(jì)、檢索和共享4項(xiàng)功能，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)匯集功能合理切片并存入IPFS(星際文件系統(tǒng))，經(jīng)數(shù)據(jù)審計(jì)完成數(shù)據(jù)匯集的完整性審核后，利用數(shù)據(jù)檢索功能解析數(shù)據(jù)是否符合業(yè)務(wù)需求，該功能可通過(guò)在數(shù)據(jù)匯集前檢索數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)粒度、數(shù)據(jù)屬性完成。同時(shí)接收使用者的數(shù)據(jù)查詢(xún)、申請(qǐng)等，通過(guò)智能合約設(shè)置數(shù)據(jù)采集單位和使用者多重簽名授權(quán)，將接收到的使用者提交指定范圍和屬性的數(shù)據(jù)信息共享申請(qǐng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集單位和使用者兩方授權(quán)后，將使用者所需共享數(shù)據(jù)信息傳輸至應(yīng)用層完成數(shù)據(jù)共享。設(shè)置數(shù)據(jù)采集單位和使用者多重簽名授權(quán)是為保證數(shù)據(jù)共享的安全性。數(shù)據(jù)共享模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)共享模塊結(jié)構(gòu)

1.2.1 數(shù)據(jù)匯集

數(shù)據(jù)匯集功能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層存儲(chǔ)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)合理切片，基于數(shù)據(jù)特征和共享方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，依據(jù)數(shù)據(jù)的屬性或時(shí)間橫向或縱向切片。由IPFS(星際文件系統(tǒng))單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)管理單元、智能合約單元、區(qū)塊鏈單元構(gòu)成。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式版的文件系統(tǒng)即為IPFS(星際文件系統(tǒng))、其數(shù)據(jù)匯集、傳送和存儲(chǔ)通過(guò)分布式哈希表完成。通過(guò)IPFS(星際文件系統(tǒng))存儲(chǔ)切片后的數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和IPFS得出的哈希值傳送至數(shù)據(jù)采集單位，利用數(shù)據(jù)采集單位對(duì)切片后的數(shù)據(jù)和哈希值進(jìn)行密鑰加密并傳送至數(shù)據(jù)管理方進(jìn)行多重加密后，哈希值通過(guò)智能合約單元存儲(chǔ)在區(qū)塊節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)上鏈存儲(chǔ)并傳輸至下一層。數(shù)據(jù)匯集層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)匯集層結(jié)構(gòu)

1.2.2 數(shù)據(jù)共享算法

采用智能合約腳本文件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)需求單位共享申請(qǐng)行為，資料收集單位使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)共享?xiàng)l件設(shè)定共享范圍和時(shí)限等進(jìn)行規(guī)范。通過(guò)把約束條件存入塊節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的合法性和公平性。鎖定和解鎖腳本組成智能合約腳本，由鎖腳本設(shè)定共享輸出障礙條件，由解鎖腳本定義數(shù)據(jù)執(zhí)行條件[11]。

通過(guò)智能合約處理數(shù)據(jù)共享的運(yùn)行流程如下：數(shù)據(jù)需求單位Nm發(fā)起數(shù)據(jù)共享申請(qǐng)，由數(shù)據(jù)采集單位Ni查驗(yàn)其身份后，定制數(shù)據(jù)共享范圍、時(shí)效和次數(shù)等共享?xiàng)l件，數(shù)據(jù)通過(guò)智能合約腳本使用Ni提交的私鑰解密后，通過(guò)共享?xiàng)l件輸出共享，同時(shí)在Nm接收共享數(shù)據(jù)前，數(shù)據(jù)通過(guò)智能合約利用Nm提供的公鑰加密，需Nm使用私鑰解密共享數(shù)據(jù)。共享流程如下：

(1)

(2)實(shí)行智能合約。各項(xiàng)共享數(shù)據(jù)申請(qǐng)信息通過(guò)智能合約利用數(shù)據(jù)聚合器驗(yàn)證后實(shí)行，基于數(shù)據(jù)采集單位設(shè)置共享申請(qǐng)約束條件，鎖定腳本，依據(jù)提交的密鑰解密被共享數(shù)據(jù)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)需求單位提交的公鑰PKNm非對(duì)稱(chēng)加密共享數(shù)據(jù)后輸出共享數(shù)據(jù)信息。

(3)傳輸共享數(shù)據(jù)。共享數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)聚合器直接傳輸至Nm， 是一個(gè)數(shù)據(jù)聚合器同時(shí)覆蓋數(shù)據(jù)采集單位和數(shù)據(jù)需求單位。數(shù)據(jù)需求單位相鄰數(shù)據(jù)聚合器接收到實(shí)行智能合約的數(shù)據(jù)采集單位加密后的共享數(shù)據(jù)[12]，是因?yàn)閿?shù)據(jù)采集單位數(shù)據(jù)接合器未覆蓋數(shù)據(jù)需求單位。式(2)為共享數(shù)據(jù)傳輸公式

(2)

其中

data_2=EPKNm(Data‖CertNi‖CertBSj‖timestamp)

(4)共享指定數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)需求單位利用私鑰解密并讀取接收到的共享數(shù)據(jù)信息。

1.3 中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中臺(tái)內(nèi)各數(shù)據(jù)采集和需求單位業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的中間件是數(shù)據(jù)交換模塊，利用Web Service接口對(duì)接數(shù)據(jù)中臺(tái)各數(shù)據(jù)采集和需求單位相關(guān)部門(mén)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。各數(shù)據(jù)采集和需求單位存在異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換問(wèn)題[13]，是中臺(tái)內(nèi)各操作、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)異構(gòu)導(dǎo)致，通過(guò)構(gòu)建基于Web Service和XML(標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記數(shù)據(jù)存儲(chǔ)語(yǔ)言)中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型解決。各數(shù)據(jù)采集和需求單位應(yīng)用系統(tǒng)以XML文件模式提交數(shù)據(jù)信息，通過(guò)Web Service接口驗(yàn)證后傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持層的數(shù)據(jù)共享模塊，通過(guò)數(shù)據(jù)共享模塊處理后，將數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)據(jù)操作單元進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取和訪問(wèn)，并以XML文件模式傳輸至數(shù)據(jù)交換單元進(jìn)行分析、校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換和加載后，統(tǒng)一以egXML文件模式存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)操作單元提取數(shù)據(jù)需求單位發(fā)起共享申請(qǐng)的egXML文件模式的數(shù)據(jù)信息通過(guò)數(shù)據(jù)共享模塊反饋回?cái)?shù)據(jù)需求單位。通過(guò)構(gòu)建中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模式統(tǒng)一化轉(zhuǎn)換共享，解決傳感器存儲(chǔ)類(lèi)型異構(gòu)性與共享關(guān)系差異較大的問(wèn)題。中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型如圖5所示。

圖5 中臺(tái)數(shù)據(jù)交換模型

1.4 中臺(tái)共享數(shù)據(jù)發(fā)布流程

數(shù)據(jù)采集和需求單位通過(guò)應(yīng)用層管理平臺(tái)頁(yè)面選擇所需數(shù)據(jù)信息目錄，輸入數(shù)據(jù)標(biāo)題，數(shù)據(jù)共享模塊審核是否符合規(guī)范，如錯(cuò)誤，提升錯(cuò)誤信息后返回上層，如規(guī)范，提交共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)共享模塊審核未通過(guò)，提示未通過(guò)信息后返回至數(shù)據(jù)目錄選擇頁(yè)面。如審核通過(guò)將共享數(shù)據(jù)發(fā)布傳輸至數(shù)據(jù)應(yīng)用層展示平臺(tái)頁(yè)面[14]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。共享數(shù)據(jù)發(fā)布流程如圖6所示。

圖6 共享數(shù)據(jù)發(fā)布流程

2 實(shí)驗(yàn)分析

以某企業(yè)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)，驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的應(yīng)用效果。該企業(yè)的數(shù)據(jù)需求單位和采集單位數(shù)量均為100個(gè)，數(shù)據(jù)聚合器數(shù)量為10個(gè)。

針對(duì)本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)搭建平臺(tái)，在硬件上，射頻收發(fā)芯片采用深圳市華普微電子有限公司生產(chǎn)的RFM69C型號(hào)芯片，這種芯片擁有低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)，控制器采用MSP430單片機(jī)，MSP430單片機(jī)又被稱(chēng)為混合信號(hào)處理器，擁有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快以及超低功耗的優(yōu)點(diǎn)。軟件上，共享服務(wù)器操作系統(tǒng)選用Windows Server2003，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選用Swift，搭建的測(cè)試系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)組成

通過(guò)分析圖7可知，將某企業(yè)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)MSP430中，信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接口傳送到共享服務(wù)器，對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理，通過(guò)交換機(jī)分享到客戶(hù)端。

因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)可以及時(shí)了解被監(jiān)控的數(shù)據(jù)變化情況，根據(jù)自己情況調(diào)整工作計(jì)劃。

經(jīng)過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源、實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境、實(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境后，將選取的樣本數(shù)據(jù)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過(guò)共享服務(wù)器，將獲取的信息輸出到客戶(hù)端中，輸出過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間使用計(jì)數(shù)器獲取，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了驗(yàn)證傳輸穩(wěn)定性能，分別選取固定節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、隨機(jī)分散50個(gè)節(jié)點(diǎn)、隨機(jī)分散100個(gè)節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，分析隨共享數(shù)據(jù)文件大小的增多，數(shù)據(jù)共享時(shí)間的變化情況，若本文數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享傳輸時(shí)間增長(zhǎng)依然穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)，則本文系統(tǒng)在不同無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸條件下均具備較好共享效率，且數(shù)據(jù)共享穩(wěn)定性高。4種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸條件下共享數(shù)據(jù)時(shí)間獲取流程如圖8所示。

圖8 共享數(shù)據(jù)時(shí)間獲取流程

保障傳輸具有穩(wěn)定性的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本文系統(tǒng)對(duì)CPU的占用率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，來(lái)觀察數(shù)據(jù)共享傳輸效率，本次使用的CPU的核心數(shù)為六核，線(xiàn)程數(shù)量為12線(xiàn)程，這種CPU可以處理多數(shù)情況，實(shí)驗(yàn)可以穩(wěn)定進(jìn)行，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)镃PU質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性能十分重要，其測(cè)試的方法是錄入一些某企業(yè)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)其總隱私權(quán)重，判斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性能?？傠[私權(quán)重表示不同數(shù)據(jù)包的隱私級(jí)別，總隱私權(quán)重越大代表數(shù)據(jù)包越重要，總隱私權(quán)重計(jì)算公式為

(3)

其中，D為總隱私權(quán)重，R為隱私閾值，Hi為數(shù)據(jù)包數(shù)量，Ti為數(shù)據(jù)包不加密時(shí)消耗時(shí)間。

完成安全性的實(shí)驗(yàn)后，為了滿(mǎn)足用戶(hù)需求，需要對(duì)比3種系統(tǒng)的處理速率，驗(yàn)證本文系統(tǒng)實(shí)用性。

由用戶(hù)群體發(fā)起數(shù)據(jù)共享申請(qǐng)，通過(guò)防火墻，由交換機(jī)傳輸?shù)焦蚕矸?wù)器，共享服務(wù)器結(jié)合共享數(shù)據(jù)庫(kù)收集到的信息反饋到交換機(jī)中，分享到用戶(hù)群體中。設(shè)整個(gè)數(shù)據(jù)路長(zhǎng)為L(zhǎng)， 從用戶(hù)到共享服務(wù)器，再回到用戶(hù)群體所花費(fèi)的時(shí)間為t， 則系統(tǒng)處理速率為

(4)

2.1 傳輸穩(wěn)定性能驗(yàn)證

選取傳輸時(shí)間為指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)測(cè)120 s內(nèi)共享0 MB～200 MB的數(shù)據(jù)文件時(shí)，本文系統(tǒng)在4種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸條件下共享數(shù)據(jù)時(shí)間明細(xì)，驗(yàn)證系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定性能，傳輸時(shí)間無(wú)明顯波動(dòng)，其傳輸穩(wěn)定性能越高。結(jié)果如圖9所示。

圖9 4種傳輸條件數(shù)據(jù)共享時(shí)間

分析圖9可知，本文系統(tǒng)無(wú)論在哪種傳輸條件下，傳輸時(shí)間均隨共享數(shù)據(jù)文件增大而增加，無(wú)顯著波動(dòng)，數(shù)據(jù)共享性能穩(wěn)定性高。在200 MB大小共享數(shù)據(jù)文件下，當(dāng)共享數(shù)據(jù)為固定節(jié)點(diǎn)傳輸條件時(shí)，所需數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為68 s，相對(duì)傳輸時(shí)間較短；當(dāng)共享數(shù)據(jù)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)傳輸條件時(shí)，所需數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為73 s，較固定傳輸時(shí)間增長(zhǎng)5 s左右，時(shí)間曲線(xiàn)增長(zhǎng)穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)，穩(wěn)定性高；當(dāng)在隨機(jī)分散50個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸條件時(shí)，所需數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為80 s，數(shù)據(jù)共享傳輸時(shí)間與固定傳輸時(shí)間差始終未超過(guò)12 s，與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間差始終未超過(guò)7 s，不同情況對(duì)比的時(shí)間曲線(xiàn)增長(zhǎng)穩(wěn)定；當(dāng)在隨機(jī)分散的100個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸條件時(shí)，所需數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為83 s，與50個(gè)數(shù)據(jù)需求單位發(fā)起數(shù)據(jù)共享的傳輸時(shí)間差始終約在3 s內(nèi)。驗(yàn)證本文數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享傳輸時(shí)間增長(zhǎng)依然穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)在不同無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸條件下均具備較好共享效率，且數(shù)據(jù)共享穩(wěn)定性高。

2.2 數(shù)據(jù)共享傳輸效率分析

選取數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的CPU占用率為指標(biāo)，選取文獻(xiàn)[5]物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)技術(shù)的分布式光伏數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]多源數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)共享為本文系統(tǒng)對(duì)比系統(tǒng)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享傳輸效率。不同系統(tǒng)的CPU占用率對(duì)比結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同系統(tǒng)的CPU占用率對(duì)比結(jié)果

分析圖10可知，3種共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)CPU占用率均隨傳輸時(shí)間增加而增加。2種文獻(xiàn)共享系統(tǒng)CPU占用率均超過(guò)50%，且波動(dòng)浮動(dòng)較大，相對(duì)傳輸共享數(shù)據(jù)效率低，對(duì)比2種文獻(xiàn)共享系統(tǒng)，本文共享系統(tǒng)CPU占用率增長(zhǎng)浮動(dòng)較低，未超過(guò)40%，驗(yàn)證本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享時(shí)的傳輸效率高。

2.3 傳輸通信代價(jià)分析

3種系統(tǒng)共享時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸通信代價(jià)結(jié)果如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)離線(xiàn)節(jié)點(diǎn)通信代價(jià)對(duì)比

通過(guò)圖11可知，在共享相同數(shù)量的數(shù)據(jù)文件時(shí)，3種系統(tǒng)通信代價(jià)消耗均隨離線(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加而增加，且增加曲線(xiàn)波動(dòng)幅度小。其中兩種文獻(xiàn)系統(tǒng)在離線(xiàn)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于5個(gè)后，通信代價(jià)增加幅度較大。本文系統(tǒng)系統(tǒng)隨離線(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，通信代價(jià)增長(zhǎng)呈平穩(wěn)狀態(tài)增長(zhǎng)，且相對(duì)通信代價(jià)控制基本控制在300 B內(nèi)，原因在于本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享模塊的數(shù)據(jù)聚合器作為傳輸節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)需求和采集單位未在同一數(shù)據(jù)聚合器覆蓋范圍內(nèi)，智能合約腳本將共享數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)需求和采集單位相鄰的數(shù)據(jù)聚合器節(jié)點(diǎn)，當(dāng)相鄰數(shù)據(jù)聚合器節(jié)點(diǎn)離線(xiàn)時(shí)，智能合約腳本將傳輸至下一個(gè)臨近數(shù)據(jù)接合器節(jié)點(diǎn)。因此，本文系統(tǒng)可以在高時(shí)效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，保證低能耗地完成數(shù)據(jù)傳輸。

2.4 共享安全性分析

選取總隱私權(quán)重為指標(biāo)，總隱私權(quán)重是指在數(shù)據(jù)共享過(guò)程中，隱私共享數(shù)據(jù)在整體評(píng)價(jià)中的相對(duì)重要程度，能夠有效反映數(shù)據(jù)共享過(guò)程中的安全性?？傠[私權(quán)重越高，其隱私保護(hù)能力越好，表明系統(tǒng)的共享安全性越好。通過(guò)共享2種不同數(shù)量的數(shù)據(jù)文件，分析3種系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)共享數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)水平，驗(yàn)證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。為了區(qū)分出隱私級(jí)別較高的文件，避免隱私泄露，本文設(shè)立的隱私閾值，共享5000 MB和10 000 MB數(shù)據(jù)時(shí)3種系統(tǒng)的共享總隱私權(quán)重對(duì)比結(jié)果如圖12所示。

圖12 共享不同大小數(shù)據(jù)的總隱私權(quán)重對(duì)比結(jié)果

通過(guò)分析圖12可知，3種系統(tǒng)在相同時(shí)間及不同隱私閾值下完成全部數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)目傠[私權(quán)重曲線(xiàn)均無(wú)大幅度波動(dòng)。與2種文獻(xiàn)系統(tǒng)對(duì)比，共享不同大小數(shù)據(jù)量情況下，本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享總隱私權(quán)重均高于2種文獻(xiàn)系統(tǒng)，且總隱私權(quán)重曲線(xiàn)基本無(wú)波動(dòng)，表明本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享安全性好，可有效保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。

2.5 系統(tǒng)處理速率分析

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)共享是數(shù)據(jù)需求單位同時(shí)發(fā)起600-1800次數(shù)據(jù)共享申請(qǐng)，對(duì)比3種系統(tǒng)在最高傳輸時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)共享數(shù)據(jù)條件下的處理速率。3種系統(tǒng)處理速率對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 3種系統(tǒng)處理速率對(duì)比結(jié)果

由表1可知，3種系統(tǒng)在1200次申請(qǐng)內(nèi)系統(tǒng)處理速率差別不大，但在處理1400次申請(qǐng)開(kāi)始隨系統(tǒng)CPU占用率增大，2種文獻(xiàn)系統(tǒng)處理速率低于本文系統(tǒng)處理速率，且差距明顯。相比2種文獻(xiàn)系統(tǒng)，本文系統(tǒng)處理速率隨數(shù)據(jù)需求單位發(fā)起數(shù)據(jù)共享申請(qǐng)頻率增加，始終保持線(xiàn)性增長(zhǎng)，與申請(qǐng)頻率基本一致。驗(yàn)證本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)申請(qǐng)的處理速率高。

2.6 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

將系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取共享數(shù)據(jù)文件大小為200 MB，分別采用文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)、文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)和本文系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，得到3種系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間對(duì)比結(jié)果如圖13所示。

圖13 3種系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間對(duì)比結(jié)果

通過(guò)分析圖13可知，隨著共享數(shù)據(jù)文件大小的增加，3種系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間隨之增大。當(dāng)共享數(shù)據(jù)文件大小為200 MB時(shí)，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為57.5 s，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為73.2 s，而本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間僅為21 s。由此可知，相比文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)，本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較短。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)中臺(tái)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)中臺(tái)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各層次的功能模塊，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)在固定、移動(dòng)和隨機(jī)分散節(jié)點(diǎn)的傳輸條件下傳輸性能穩(wěn)定，且系統(tǒng)CPU占用率低，系統(tǒng)處理速率高，傳輸通信耗能低，數(shù)據(jù)傳輸安全性高，可以有效地保證目前數(shù)據(jù)需求和采集單位間高效、安全、低能耗的數(shù)據(jù)共享需求。但數(shù)據(jù)信息作為企業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐，基于現(xiàn)有共享系統(tǒng)，不斷完善，以提高數(shù)據(jù)共享水平，更好地為企業(yè)服務(wù)。