云信任驅動的物聯網在相關信息系統應用

張 丹

0 引言

近年來，在信息技術領域，云計算作為一種新興的計算模式被提出，并迅速從概念走向應用。每當信息科學領域熱議某種技術變革新構想時，學者們自然要追溯并剖析由其首倡者給出的定義，或贊同或質疑,更多的則是修正與補充。云計算的定義按照維基百科的定義就是將動態、易擴展且被虛擬化的計算資源通過互聯網提供出來的一種服務。物聯網則是將傳感器、傳感器網絡等感知技術，通信網、互聯網等傳輸技術，以及智能運算、智能處理技術融為一體的連接物理世界的網絡[1]。云計算的超大規模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯網規模化、智能化發展所需的技術。而物聯網則是通過射頻識別( Radio Frequency Identification，RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描儀等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

1 物聯網架構

典型的物聯網就是將每一個物品都賦予一個獨一無二的代碼，將這個代碼存儲在電子標簽中貼在物品上，同時將這個代碼所對應的詳細信息和屬性存儲在物品信息服務系統的服務器中。當物品從生產到流通的各個環節中被識別并記錄時，通過對象名解析服務(Object Naming Service,ONS)的解析可獲得物品所屬信息服務系統的統一資源標識(UniversalResource Identifier,URI)，進而通過網絡從物品信息服務器(Information Server of Things,TIS)中獲得其代碼所對應的詳細物品信息和屬性，以進行物品的識別和追蹤管理的目的[2]。物聯網物品信息傳輸機制易受流量分析、竊聽等網絡攻擊：ONS查詢后，本地ONS服務器(L-ONS)獲知遠程TIS的IP地址，L-ONS通過與TIS間的信息交互獲知查詢物品的詳細信息。物品信息由TIS以明文形式發送給L-ONS，使物聯網中物品信息傳輸機制存在安全隱患。其實質就是利用RFID 技術，通過計算機互聯網以實現全球物品的自動識別，達到信息的互聯和實時共享。物聯網是利用無所不在的網絡技術( 有線的、無線的) 建立起來的，其中非常重要的技術是RFID電子標簽技術。它是以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑的一個由大量聯網閱讀器和無數移動標簽組成的，比Internet更為龐大的網絡。物聯網成為RFID技術發展的趨勢。在這個網絡中，系統可以自動地、實時地對物體進行識別、定位、追蹤、監控并觸發相應事件[3]。

目前，對物聯網底層信息資源尋址技術的研究主要集中在兩個基本方面:一是有關物聯網RFID Savant中間件、層次結構、射頻識別（RFID）信息服務發現、可信查詢機制、泛在識別中心( ubiquitous ID center，uIDc)及物聯網信息資源命名或尋址模型等底層技術的研究，最有代表性的是孔寧等人提出的物聯網資源尋址模型;二是基于信任驅動機制的互聯網資源或云資源管理與調度算法的研究[4]。以上研究較好地完善了網絡底層資源之間的信任驅動關系動態演化機制，從而一定程度上實現了多變、難控的物聯網環境下的動態信息資源的安全定位。但是這些研究總體存在著信任驅動機制與物聯網底層系統分離、通信協議和尋址定位標準不統一、底層編碼單一、信任功能定義不一致等問題。因此相對物聯網尋址研究的總體目標，以上工作仍然較為初步，尤其是對多域協作的信任驅動算法的動態性描述不足，很少見到通用的甚至較為底層的物聯網資源尋址技術的研究。云計算是互聯網( 目前的物聯網支撐環境) 發展的代表性計算模式。在開放的云環境下，RFID讀取大量物品標簽信息的速度快、響應時間短，可以滿足物聯網底層尋址的實時性和安全性要求，因此，云計算將對物聯網計算環境及應用模式產生重大影響;另一方面，基于云的信任驅動機制作為云資源調度與管理的關鍵技術之一，能夠有效地支持信任主體的信任決策過程，較好地解決信任表達中模糊性和不確定性難題，在物聯網底層信息資源尋址研究中發揮著越來越重要的作用。

2 云信任驅動物聯網在相關上的應用

2.1 云計算的關鍵技術

云計算的成功應用之一是Google搜索引擎，它的數據分布式存儲在各地的數據中心，當用戶發出搜索請求時，可以并行地從數千臺計算機上發起搜索并進行排名，將結果反饋給用戶。

（1）虛擬化技術

虛擬化技術將物理資源進行了替換， 呈現給用戶的是一個與物理資源有相同功能和接口的虛擬資源，可能是建立在一個實際的物理資源上，也可能是跨多個物理資源，用戶不需要了解底層的物理細節。虛擬化技術根據對象不同，可分為存儲虛擬化、操作系統虛擬化和應用虛擬化等。

（2）彈性規模擴展技術

云計算提供了一個巨大的資源池，而應用的使用又有不同的負載周期， 根據負載對應用的資源進行動態伸縮（即高負載時動態擴展資源，低負載時釋放多余的資源），將可以顯著提高資源的利用率。該技術為不同的應用架構設定不同的集群類型，每一種集群類型都有特定的擴展方式，然后通過監控負載的動態變化，自動為應用集群增加或者減少資源。

（3）分布式存儲技術

分布式存儲的目標是利用云環境中多臺服務器的存儲資源來滿足單臺服務器所不能滿足的存儲需求，其特征是存儲資源能夠被抽象表示和統一管理，并且能夠保證數據讀寫與操作的安全性、可靠性等各方面要求。云計算催生了優秀的分布式文件系統和云存儲服務，最典型的云平臺分布式文件系統是Google的GFS和開源的HDFS。

（4）分布式計算技術

基于云平臺的最典型的分布式計算模式是MapReduce編程模型，MapReduce將大型任務分成很多細粒度的子任務，這些子任務分布式地在多個計算節點上進行調度和計算，從而在云平臺上獲得對海量數據的處理能力。

（5）多租戶技術

多租戶技術目的在于使大量用戶能夠共享同一堆棧的軟硬件資源，每個用戶按需使用資源，能夠對軟件服務進行客戶化配置，而不影響其他用戶的使用。多租戶技術的核心包括數據隔離、客戶化配置、架構擴展和性能定制。

3.2 云計算關鍵特征分析物聯網底層技術

從架構上來說，物聯網由感知層、網絡層、應用層3部分組成。最底層是感知層，由傳感器和傳感器網絡組成；中間層是網絡層，主要由移動通信網和互聯網組成；最上層是應用層，是指智能運算與智能處理。感知層由監護病人身上佩戴的監護傳感器節點、傳感器網關、無線傳感器網絡構成，主要完成監護病人節點以自組織形式構成無線傳感器網絡，將監測數據傳到傳感器網關，完成信息的采集[5]。網絡層由互聯網、移動通信網、信息中心和管理中心等構成。網絡層將感知層獲取的信息借助無線通信或有線通信的方式傳送到信息管理中心進行傳遞和處理。應用層實現心電數據的智能處理，醫護工作人員利用計算機或PDA隨時查看病人的數據，根據實際情況對病人采取相應措施。

物聯網可以從云計算（Cloud Computing）中獲取信息的計算、存儲和處理能力。網絡服務提供者可以在瞬息之間處理數以千萬計甚至億計的信息，實現和超級計算機同樣強大的效能，同時，用戶可以按需計量地使用這些服務，從而實現將計算作為一種公用設施來提供的夢想。

云計算服務層次分為：基礎設施即服務（IAAS）、平臺即服務（PAAS）和軟件即服務（SAAS）3個層次。IAAS是云計算服務的基礎層，它把基礎資源封裝成服務；PAAS負責資源的動態擴展和容錯管理；SaaS是云計算服務的高層，它將特定應用軟件功能封裝成服務。云計算技術體系可分為：物理資源層、虛擬化資源層、管理中間件層和服務接口層4個層次。物理資源層提供物理設施服務，如服務器集群、存儲器、網絡設備、數據庫、軟件等；虛擬化層把相同類型的資源整合構成同構的資源池，如計算資源池、存儲資源池等；管理中間件層負責資源管理、任務管理、用戶管理和安全管理等工作；服務接口層將云計算能力封裝成標準的Web Services服務[6]。

2.3 物聯網時代的數字醫療

以RFID為代表的自動識別技術可以幫助醫院實現對病人不間斷地監控、會診和共享醫療記錄，以及對醫療器械的追蹤等。而物聯網將這種服務擴展至全世界范圍。RFID技術與醫院信息系統（HIS）及藥品物流系統的融合，是醫療信息化的必然趨勢。

物聯網可以說是我國醫學信息相關產業創新發展的引擎，物聯網時代是醫藥產業創新發展的重要機遇按照經濟長波理論，醫學信息學及其產業是我國國民經濟中的一個重要支柱產業，從國家戰略來說，發展醫學相關產業是提高國民生活水平、降低醫療成本的要求，醫藥產業也已成為帶動整個國民經濟增長的強大動力。

物聯網時代是帶動醫學信息產業的技術的創新，“物聯網”基于特定的終端，以有線或無線為接入手段，為集團和家庭客戶提供機器到機器、機器到人的解決方案，滿足客戶對生產過程／家居生活監控、指揮調度、遠程數據采集和測量、遠程診斷等方面的信息化需求。物聯網主要包括4個關鍵性的應用技術：標簽事物的射頻識別技術（RFID）、傳感網絡與檢測技術、智能技術、納米技術[7]。我國醫藥產業應該充分利用物聯網的這些新技術實行創新革命。標簽事物的射頻識別技術（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。在醫藥產品的研發中，如果加入該技術，給研發的醫藥產品貼上一個二維碼，增加一個身份識別系統，這個用于身份識別的二維碼一直保持到醫藥銷售點，則消費者可以通過手機等閱讀器閱讀二維碼，從而知道醫藥產品原材料的來源和生產地、醫藥產品研發的過程、實驗的情況、效果反饋情況、流通的路徑、是否過期等信息，從而確保消費者獲得安全有效的醫藥產品[8]。傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”，可以感知溫度、濕度、二氧化碳的濃度、壓力、各種開關量、風速、角度、高度等信息，為網絡系統的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。醫藥產業完全可以通過技術創新研發一種安裝著不同傳感器的醫藥產品，這些傳感器會對消費者的健康參數進行監控，并且實時傳達到相關的醫療保健中心，如果有異常，則保健中心通過手機等終端提醒消費者去醫院作檢查。智能技術是為了有效地達到某種預期的目的，利用科技知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統，使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動地實現與用戶的溝通。其實，物聯網就是給物體賦予智能，實現人與物體的溝通和對話，甚至實現物體與物體之間的溝通和對話。醫藥產業可以通過技術創新給醫藥產品賦予智能，例如以人—物溝通的形式提醒患者吃藥的時間以及吃藥的劑量，還可以通過醫藥產品之間的相互作用來引導患者如何進行藥物的配合使用。納米技術的優勢意味著體積越來越小的物體能夠通過物聯網進行交互和連接。

3 結束語

發展物聯網不僅是當前的一項重要戰略任務，也是未來相關產業發展的必然趨勢。但作為一項新興的、前沿的技術，物聯網目前在國內外還沒有大規模應用的先例，在發展中也出現了頻率標準不統一、標簽識別準確率不夠以及應用成本較高等問題。

[1]萬年紅，王雪蓉云信任驅動的物聯網信息資源尋址模型[J]，計算機應用，第31卷第5期2011年5月，1184-1188；

[2]寧煥生等，中國物聯網信息服務系統研究[J]，電子學報，2006，34(12A): 2514-2517；

[3]曹魯，初探云計算與物聯網的“藍海” [J]，通信世界，2010（7）；

[4]李建欣等，DTM: 一種面向網絡計算的動態信任管理模型［J］，計算機學報，2009，32(3) : 493 － 504

[5]李超，云計算理論及技術研究進展[J]，科技創業月刊，2009（12）；

[6]王守信等，一種基于云模型的主觀信任評價方法［J］，軟件學報，2010，21(6) : 1341 － 1351，

[7]游戰清，李蘇劍，無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M]，北京:電子工業出版社，2005.You ZQ，LISJ.RFID Theory and Application [M]，Beijing: Publishing House of Electronics Industry,2005.(in Chinese)。

[8]李鴻強等，心電醫療監護物聯網關鍵技術研究[J]，計算機應用研究，第27卷第12期2010年12月，4600-4603