物聯網體系結構與實現方法的比較研究

王 偉

(河南工業貿易職業學院 計算機科學與技術系，河南 鄭州 450053)

一 物聯網的簡介

物聯網一詞由國際電信聯盟在2005年11月正式提出，在全球引起了極大的轟動，吸引了世界各國的關注。國際電信聯盟認為，“世界上的所有物體都可以通過Internet進行信息交換，可以在任何時間、任何地點實現任何物體之間的互聯，并通過無所不在的網絡進行計算?！蔽锫摼W的建設涉及多門技術，比如射頻識別技術、納米技術、傳感器技術以及智能技術等。物聯網不僅可以使人與人之間、物與物這間的交流奕成可能，最終將使人類社會、物理世界以及信息空間融為一體。物聯網是繼計算機以及互聯網之后在世界信息產業所產生的第三次科技浪潮。近些年，很多國家的政府部門都對物聯網一些相關的技術和產業進行了調研，并制定了一系列的發展計劃。我國的科技部由2007年的11月份發布了《國家“十二五”科學和技術發展規劃》，將物聯網信息技術納入了國家重點發展的戰略性新興產業，同時也將其列入了國家的科技重大專項中。很多國家和高校都對物聯網進行了大量的研究與開始工作，提供了一些很好的技術和應用領域，但是都沒有將設計與實現物聯網系統的方法指出來。

二 物聯網結構的概念和相應的評價指標

對于網絡化的信息系統而言，體系結構主要是指說明其系統的組成部件以及各部分之間的關系，以及如何指導該設計與實現的一些原則的抽象。這種體系結構可以確保系統的開發人員在開發的過程中所做的每一個技術選擇都要符合系統的預期要求。由此可見，只有在建立了物聯網的體系結構以后，才可以設計和實現網絡化的計算系統。我們往往從兩個角度去理解物聯網級成的部件以及這些部件之間的關系。

(1)從功能的角度來看。就是將組成系統的部件按照其功能的不同劃分為若干層次，一般是由下層部件為上層部件服務，而上層部件對下層部件進行控制。

(2)從模型的角度來看。可以將部件之間的連接關系采用模型編排的方法進行表示。一般是以某一體系結構去指導物聯網的設計與實現。

對于物聯網的評價指標，主要有以下幾個方面：(1)水平性。主要是指系統可以集成信息處理、傳輸和通信技術，可以將其應用到不同的領域。(2)對于環境的感知?？梢詫χ車沫h境的參數進行數據的采集，然后將這背地數據進行語義的表達和查詢解析，進而加以推理。(3)可擴展性。整個系統的性能不會因為設備的增加而降低其速度。(4)環境的交互性。該系統可以通過對于環境的感知得到一些數據，并根據其得出的決策和觸發的任務，產生相關的操作指令，從而達到對感知對象實行控制。(5)自適應性。該系統可以隨著環境的變化不斷調自身的配置參數以及功能。(6)抗毀性。在一定的受損的情況下，系統仍然能夠正常的工作。(7)安全性。該系統對用戶的訪問權限進行了設置，從而可以對數據進行保護，提高抵抗攻擊的能力。(8)互操作性。不同的系統之間通過它們協定的規則可以互相訪問數據，實現共享。

三 連接方式

體系結構包含的抽象原則可以分為服務和協議兩個層次進行物聯網系統的設計和實現。在設計和實現物聯網服務和設計之前，還要考慮物聯網中的設備之間的物理連接關系。主要有以下幾種方式。

(1)直接連接的方式。智能的物品可以直接接入網絡與其他物品或服務器相連接。這種連接的模式對智能物品在計算和組網方面的需求比較高，對網關的需求較低。對于節點和業務模型的配置并不是很靈活。

(2)利用網關輔助連接。主要是指智能物品通過網關接入后與其他的物品和遠程的服務器相連接。這種連接的模式對于智能物品在組網和計算的方面需要較低，對于網關的需求高，與直接連接的方式相比較，其對節點和業務模型的配置很靈活。

(3)利用服務器進行輔助連接。智能物品可能通過一個公共的本地支撐服務器匯聚以后與遠程的服務器相連。這種連接的方式對于網關和計算的要求低，對于其組網的能力而要求比較高，對于節點和業務模型的配置很靈活。

四 實現方法

1.服務發現

服務的發現問題是建立大規模物聯網系統必須解決的問題。EPCglobal系統中，采用了一個公布式架構存儲物品和環境信息，在對某一物品進行查詢時，可能涉及多個組織的EPC信息系統，從而為發現所有的相關信息倉庫以組成一個完整的查詢操作結果。BRIDGE項目提出了兩種服務發現的架構，一種是基于同步信息資源模型，另一種是基于查詢中繼模型。

2.語義服務

現在基于Wcb服務機制實現的物聯網一般采用XML、JSON和EXI語言來進行數據的描述，同時通過預告定義的規則對數據進行處理。為了使系統能夠自動地進行數據的處理和集成，一些研究人員將語義網的概念應用到了物聯網中，以提供物聯網的語義服務。

3.安全服務

保證標識與感知數據的安全性是物聯網發展面臨的挑戰之一。與傳統的互聯網數據安全不同，物聯網不僅需要保證數據在傳輸過程中的安全，而且還要保證在采集過程中的安全。目前已經有一些具體的物聯網的系統提出了比較安全的機制。比如說以智能化的居室和健康監護系統為例，針對6LoWPAN的移動性問題和RFID/NFC的安全性問題，提出了安全消息交換。有學者為EPCglobal系統提出了一種安全的傳輸模型，來滿足ONS查詢和物品信息傳輸兩個環節的安全需求。我認為可以采用以下3種方式對于數據的安全進行保證：一是基于對稱密鑰的偽隨機數加密機制;二是基于對稱密鑰的密碼樹機制;三是基于對非對稱密鑰的GPS信息進行加密機制。

五 結束語

本文從功能角度將目前已經提出的物聯網體系結構分為后端集中式和前端分布式的兩種類型，指出了物聯網未來的發展方向。也可以基于這兩個體系結構衍生出滿足不同應用需求的物聯網體系結構。這樣既可以保證未來建立的物聯網體系具有一定的統一性，有利于實現系統之間的互聯以及融合，也有利于滿足不同的系統的各自需求。物聯網的發展空間是巨大，它會給我們的生活帶來更大的方便。

[1]陳海明，崔莉，謝開斌.物聯網體系結構與實現方法的比較研究[J]

[2]任彥.網絡中心戰條件下C2組織的知識服務建模方法研究[D].國防科學技術大學，2006.