物聯網及相關技術在集團型企業主數據流轉中的應用

丁繼源

[摘要] 物聯網涉及眾多領域，本文首先解析了物聯網的發展過程、基本概念及特征；然后歸納了物聯網涉及的關鍵技術，給出了物聯網技術體系模型；最后結合云計算的分布式計算技術在集團型企業主數據中的應用作出了闡述。

[關鍵詞] 物聯網； RFID； 傳感器網絡； 云計算； 私有云； 集團型企業； 主數據

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 24. 050

[中圖分類號]TP393[文獻標識碼]A[文章編號]1673 - 0194（2012）24- 0083- 03

0引言

隨著物聯網產業的發展，其在科技和經濟領域的重要戰略性地位越來越被各國家和地區所重視，而其一些關鍵技術已經在相關領域得到應用。由于物聯網涉及到的行業領域很多，其構成的不同技術也存在不同的發展階段。本文從物聯網的技術構架及應用等方面對其進行了闡述，重點綜述物聯網的關鍵技術云計算在集團性企業主數據存儲方面的相關成果及應用。

1國內外物聯網的起源與發展

物聯網起源于20世紀90年代末，于1999年由美國麻省理工學院（MIT）提出，旨在通過使用網絡無線射頻識別（RFID）系統將所有的物品通過射頻識別等信息傳感設備和互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。早期的物聯網是在RFID技術的基礎上發展而來的，其主要目的是在物流系統中代替條碼識別，實現信息采集的高效化、自動化。

其實早在2004年，日本就推出了基于物聯網的國家信息化戰略——“U-Japan”。希望通過催生新的科技信息革命，開拓以人為本，實現人、物之間的相互連接。“物聯網”概念的正式確立是在2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，并且發布了《ITU Internet reports 2005——the Internet of things》。ITU在報告中指出，物聯網是為了將信息和通信技術從連接人與人，擴展到連接任何物品。2009年6月18日，歐盟物聯網研究項目集合體CERP-IoT發表《物聯網策略研究路線圖》報告描述了物聯網的發展前景，對物聯網進行了定義，并且首次提出了對物聯網的發展管理設想。同年10月13日，韓國通信委員會發布了《物聯網基礎設施構建基本規劃》，將發展物聯網產業作為其新的經濟增長點，并提出了構建包括4大領域和12項詳細課題在內的物聯網發展方案。

我國的物聯網產業也在這樣的大環境下發展起來。2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時提出“感知中國”理念。2010年3月5日，溫家寶總理又在《政府工作報告》提出要將“加快物聯網的研發應用”納入重點產業振興。

2物聯網的定義及主要特征

2.1物聯網的基本定義

由于物聯網所涉及到的領域很多，不同行業的學者對其定義的起點各不相同，對物聯網的描述還沒有達成共識。下面給出了幾個較有代表性的物聯網定義。

定義1：物聯網是未來網絡的一個重要組成部分，它是以標準、互通的通信協議為基礎，具有自我配置能力的全球性動態網絡設施。在這個網絡中，所有實質和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性，通過智能界面無縫鏈接，實現信息共享。

定義2：由具有標識、虛擬個性的物體/對象所組成的網絡，這些標識和個性運行在智能空間，使用智慧的接口與用戶、社會和環境的上下文進行連接和通信。

定義3：物聯網指通過信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，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，它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡。

由以上的幾個定義我們可以看出，目前，物聯網的概念較之其最初的概念有了較大的擴展。從最初的通過使用感知網絡連接物品與物品，實現智能化識別和管理；變成了將物品、人、環境等一系列物理實體與信息空間融合，實現一切事物的數字化、網絡化高效信息交互和融合。

2.2物聯網的主要特征

物聯網的主要特征包括3點：

（1） 全面感知。全面感知特征體現在信息采集方面，物聯網通過射頻讀寫設備、二維碼識別設備、傳感器終端等不同的信息采集設備對所需的信息進行采集和獲取。

（2） 可靠傳送。隨著物聯網技術的發展，信息采集設備開始向分布式構建發展，要將分布的物體接入到信息網絡當中，實現實時的信息采集，必須依靠可靠的通信網絡。

（3） 智能處理。由于物聯網存在海量信息，且由于采集設備型號、分布不同，采集到的信息也可能存在異構性和不可靠性，這就需要對海量的感知數據和信息進行分析并處理，實現智能化的決策和控制。

3物聯網的技術體系及相關技術

3.1物聯網的技術體系

根據ITU在2007年于《Requirements for support of USN applications and services in NGN environment》中提出的建議，可以將物聯網分為以下5個層次。

感知層：該層是通過各種不同的信息讀取設備和傳感器對物體的屬性、狀態等進行實時的采集辨識。

接入層：接入層主要是為信息進入互聯網提供接口技術，這種技術手段是多樣的，可以是通過移動通信技術、無線傳輸、有線傳輸技術等。

網絡層：網絡層的主要功能是利用現有的互聯網為采集到的信息提供高效、可靠、可信、安全的傳輸服務。

服務管理層：該層的主要功能是通過具有海量數據處理功能和計算功能的計算集群，對采集的數據進行實時的監控和管理，為上層應用提供可靠的接口。

應用層：應用層根據不同行業以及應用環境的實際需求，差異化的定制符合其需要的應用服務。

隨著物聯網的不斷發展和軟硬件技術的不斷進步，信息感知網絡技術和云計算技術已經成為物聯網技術發展的主要瓶頸。

3.2物聯網的關鍵技術

3.2.1感知網絡

感知網絡主要包括傳感網絡和識別網絡。

（1） 傳感器網絡，是指由大規模的分布式傳感器終端、基站以及信息監控中心構成的系統。根據不同的應用需求，動態、協同的感知和采集網絡覆蓋區域的各類對象信息，用以支撐上層監控和決策。他由傳感模塊和短距離傳輸模塊組成。其中傳感器模塊包括溫度、適度、壓力等多種傳感器，而短距離傳輸模塊包含無線傳輸和有線傳輸模塊。目前，國內外傳感器硬件技術已經發展的較為成熟，所以研究的重點集中在低功耗、高可靠性的短距離信息傳輸技術，其中ZigBee和WiFi是其中的主要傳輸技術。

（2） 識別網絡。識別技術是以二維碼和RFID標簽的讀寫為基礎的，是實現全面感知的基礎。目前，國內外的條碼識別技術已經較為成熟，在各個行業得到廣泛的應用，可以實現精度較高的信息采集，但是由于條碼自身的諸多特性限制，包括不可修改，需接觸式讀取，容易被破壞等，不能很好地滿足信息識別的要求，而RFID正好克服了條碼中存在的問題。

無線射頻識別（radio frequency identification ，RFID）技術是一種能夠實現自動識別和數據獲取的技術。它的工作過程是閱讀器向RFID 標簽發送能量，然后標簽向閱讀器返回數據，閱讀器解碼并向主機返回數據。

RFID技術具有如下特性：數據的讀寫功能；標簽容易小型化和多樣化；耐環境性；可重復使用；穿透性強；數據的記憶容量大，與傳統的條形碼相比，條形碼識別物品的種類，而RFID技術確定每一個單獨的物體對象。

但是由于RFID產業發展較晚，在硬件以及技術上都不夠成熟，其標簽以及讀寫設備成本較高，還不能在各個行業內普遍地推廣。所以在物聯網的感知網絡中，異構設備的協同合作現象還將長期存在。

3.2.2云計算

云計算是一種將動態、可擴展的虛擬化計算資源進行整合，并通過互聯網提供出來的服務，包含5個特點：

（1） 虛擬化：云計算的虛擬化特點是由于其呈現給用戶的是一個與物理資源相同功能和接口的虛擬資源，這個資源可能建立在一個或多個物理實體上，從而為用戶屏蔽了底層的物理細節。

（2） 彈性的規模擴展：由于云計算采取一種按需分配的理念，可以根據使用者不同的需求，調整應用資源的分配，從而提高了資源的利用率。

（3） 分布式存儲：云存儲的目標是利用平臺上的多臺服務器存儲單元，替代單一服務器進行信息存儲的功能，從而實現對存儲資源的抽象和統一管理，通過這種方式，能最大限度地利用存儲資源。

（4） 分布式計算：與分布式存儲類似，云計算將大型的運算任務分成多個細粒度的子任務，并且在多個計算節點上進行調度和計算，從而實現海量數據的分析和處理功能。

（5） 多租戶：云平臺區別于普通局域網和信息中心的最主要特征是其通過互聯網使大量用戶能夠共享同一堆棧的軟硬件資源，并且根據每個用戶的需要分配資源，而不影響其他用戶的使用。

3.2.3管理和支撐技術

隨著物聯網的發展，為了為其提供可靠的良好的發展和運行環境，要求對網絡的可知性、網絡管理和安全保障的相關技術進行研究。

（1） 測量分析。隨著物聯網的復雜性不斷提高，其可測性成了網絡研究的基本問題，需要一種高效的檢測機制。

（2） 網絡管理。由于物聯網的感知網絡具有異構性，且其傳輸網絡具有開放性和自治性，使得物聯網存在著與其他網絡所不同的特性，需要研究出新的管理模式來保證其高效穩定的運行。

（3） 安全保障。由于物聯網的開放性、包容性和匿名性，所以其信息的安全性也同樣非常重要，需要一種有效的安全構架，來實現其信息的機密性、真實性、完整性和抗抵賴性。

3.3物聯網技術在企業主數據流轉中的應用

集團型企業業務繁多，數據量巨大，形成了一個龐大的企業內部云環境，利用云計算分布式計算相關技術對集團型企業中主數據流轉的相關過程進行優化能大大提高企業運營的效率，更好地為社會服務。

云有公用云與私有云之分。公用云是指那些以即用即付的方式提供給公眾的云。私有云是指不對公眾開放的企業或組織內部數據中心的資源。私有云平臺是整合企業內部的資源為企業自己服務的云計算平臺，這里我們主要介紹的應用是私有云的技術。

相對于公有云而言，私有云部署在企業內部，其數據安全性，系統可用性都自主控制，私用云的相關應用，已成為大型企業其部署IT系統的主流模式。

企業主數據流轉的關鍵環節是各個子系統之間消息的交換以及進程之間的通信，通信技術的優劣直接影響主數據流轉的速度及效率，繼而影響企業的運轉。

在私有云系統中，組件之間存在很大差異，所使用的平臺和語言也有明顯差異，因此將系統各個計算組件進行整合是企業主數據流轉的核心問題。

以往基于事件處理的消息系統不能完成系統組件解耦合，開發者往往需要學習大量的通信知識，使得系統維護和開發工作異常困難。分布式計算相關技術能很好地解決這個問題。在此我們提出一種基于消息的通信技術，消息中間件技術（MOM）。它是一種使用消息傳輸機制實現進程間通信的方法，一種存儲轉發通信技術。

消息中間件技術能夠使得應用程序分布在不同的異構系統中，可以減少程序和網絡協議的復雜度。在這種云環境下，消息將被發送至系統消息服務器中，服務器將消息存放至若干隊列中，并等待接收者的請求提取消息或者直接推送給發送方。基于消息中間件通信中的所有對象都是異步的，其控制的通信對象和實體沒有直接聯系，其生命周期容易控制，并降低了程序的復雜度，大大提高企業主數據流轉的效率。

基于消息的中間件技術可以方便地實現組件之間的同步和異步通信模式，完善通信的需求，使各個系統組件僅僅通過消息隊列或者消息內容進行聯系，從而將各個系統組件獨立出來，完成了復雜系統之間解耦合的需要，使不同的計算組件之間的通信協議和規定可以完全由相對應的開發者設計和實現，明顯增強系統的擴展性。

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