物聯網信息共享演示系統的設計與實現

劉明輝

（中國電子科技集團公司 電子科學研究院，北京 100041）

物聯網信息共享演示系統的設計與實現

劉明輝

（中國電子科技集團公司 電子科學研究院，北京 100041）

文章針對物聯網應用領域數據分散管理、信息共享程度不高等問題，提出一種物聯網信息共享演示系統構建方案，演示物聯網典型應用背景下的感知、傳輸、應用等環節，驗證物聯網服務共享平臺對各類服務的注冊、發現等功能，并通過開發基于瀏覽器的交互界面，為用戶提供直觀的瀏覽、操控界面。

物聯網；信息共享；面向服務；演示系統

作為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，物聯網一方面可以提高經濟效益，大大降低成本；另一方面可以為全球經濟復蘇提供技術動力。物聯網被廣泛認為是振興經濟、確立競爭優勢的關鍵戰略。目前，有越來越多的政府部門和企業構建了自己的物聯網數據中心，而如何使各部門和企業的信息能夠及時互通，將是物聯網應用的關鍵一環。應對目前數據分散和利用率不高的問題，亟須建立面向服務的物聯網信息共享平臺。

本文將重點研究如何構建一套面向服務的物聯網信息共享演示系統，為物聯網中的感知域和應用域搭建橋梁，探討如何通過面向服務的技術體制，實現物聯網應用領域各類原始數據、信息服務或數據產品的按需共享，以技術上松耦合的方式支持各類政府部門、企業、機構等用戶的靈活應用，實現隨需應變。

1　系統整體架構

演示系統定位于物聯網多傳感器數據融合與共享，擬通過各類傳感器（壓力、聲音、震動、紅外、RFID等）采集模擬運動目標的實時位置信息，并通過數據采集模塊或RFID讀頭將傳感器采集到的數據收集到數據庫中，由面向服務的物聯網信息共享平臺對數據進行封裝，將各類傳感器的感知能力封裝為服務，向用戶提供靈活的服務組合與編排能力，用戶可通過自定義服務，實現對各類傳感器的個性化使用，以及靈活地進行數據訪問、數據展示等功能。

1.1系統整體布局

在一個2.4m×3.6m大小的沙盤上，部署多個傳感器，并操控各種車輛模型在沙盤上行駛，通過分析、融合傳感器采集到的數據，生成目標的運動軌跡，并將相關的航跡信息封裝為服務，供各類上層應用程序調用，最終在顯示界面上顯示各類車輛模型的運動軌跡，演示系統整體布局示意如圖1所示。

1.2系統邏輯架構

演示系統的邏輯架構如圖2所示，通過壓力、聲音、震動、紅外、RFID等傳感器采集到的數據經過數據轉換、清洗后，存儲到采用虛擬化技術構建的云平臺中，其中采用SOA架構開發的物聯網全局核心服務共享平臺就部署在該云平臺中。上層的各類應用可通過門戶系統查找、調用、組合相應的服務，實現用戶自定義的按需服務和柔性重組等功能。

圖1　演示系統整體布局示意

圖2　演示系統邏輯架構示意

1.3系統物理架構

演示系統的物理架構如圖3所示，為了真實地模擬現實生活中的應用場景，感知層（各類傳感器）和服務層（全局核心服務共享平臺）可能會分散在各地，之間的網絡連接可能是廣域網，傳輸速率和傳輸質量與局域網環境差距較大，因此，在構建演示系統時，通過開源路由模擬軟件vyatta搭建了由四個子網組成的模擬廣域網環境，其中R2子網是由各類傳感器組成的傳感網絡；R3子網是由虛擬化技術構建的云環境，核心服務共享平臺就部署在該云環境中；R1子網和R4子網分別模擬各類用戶。

1.4演示系統組成

演示系統共包含如下幾個模塊：IO接線板、IO數據采集模塊、傳感器信號采集模塊、485總線轉網絡接口模塊、RFID讀頭模塊、數據采集程序等。

傳感器信號采集模塊包括壓力、聲音、紅外、震動、金屬等傳感器，主要用于通過多種手段感知運動目標的位置和運動軌跡。由于單一傳感器對目標運動過程的識別精度較低，而且覆蓋范圍有限，因此，在本演示系統中，布設多個不同類型的傳感器，實現對目標活動范圍的全覆蓋，確保目標運動到每個位置，都有多個傳感器同時探測到該目標，從而融合形成比較精確的目標運動軌跡。

485總線轉網絡接口模塊主要實現傳感器信號采集模塊數據的上傳，由于傳感器信號采集模塊通過485總線進行連接，而數據采集程序運行在一臺PC機中，為了將485總線的數據接入該PC中，需要接口轉換模塊將485總線上的數據封裝為網絡數據包，提供給數據采集程序使用。

RFID讀頭模塊主要用于讀取貼在目標上的RFID標簽，實現對運動目標屬性的獲取，可以類比為在現實生活中讀到車輛的車牌號碼等信息，便于對通過傳感器采集模塊獲取到的數據進行印證和比對。

2　系統實現方式

2.1傳感器類型

演示系統共使用了5類傳感器和RFID讀頭，紅外傳感器用來判別目標是否穿越了收發端連成的直線；壓力傳感器用來判別目標是否對傳感器造成了足以觸發傳感器的壓力，并能夠對目標進行稱重；金屬傳感器能夠識別金屬目標接近指定區域；RFID讀頭能夠讀取貼在目標模型表面的RFID標簽，用來判別目標的屬性。

2.2網絡架構

系統的核心路由器采用開源路由模擬軟件vyatta，基于BSD系統平臺的可擴展的路由軟件，支持常見路由協議和QoS策略，可快速設置路由系統；在開源路由器上模擬路由協議BGP和OSPF，實現骨干網路由協議，BGP控制路由信息傳播，OSPF以最短路徑選擇路由；針對業務流程對帶寬的需求，預留網絡帶寬資源，通過流量整形的方法，實施端到端QoS保障。

2.3云環境

全局核心服務共享平臺所在的云環境采用citrix的XenServer平臺搭建，通過在物理機上構建多個虛擬機，并在虛擬機上部署全局核心服務，實現全局核心服務共享平臺的門戶、協同、存儲、搜索等功能。

具體部署的時候采用了3臺物理機，其中物理機01和02用來提供計算資源池，安裝有XenServer和Hyperic Agent，其中XenServer用來創建虛擬機，Hyperic Agent為Hyperic Server提供虛擬機資源信息。

物理機03用來做Cluster Controller，部署有NFS 服務器，物理機在創建虛擬機的時候掛載NFS Sever共享的文件夾，Hyperic Sever用來監控云里所有物理機及虛擬機的資源使用情況，創建虛擬機時可根據不同的模板來創建虛擬機，從而能夠提供不同的服務。

2.4系統軟件架構

系統采用SOA的架構原則，自下而上分為4層：數據存儲層、基礎服務層、應用服務層和界面顯示層。

（1）數據存儲層：選用Mysql數據庫，把壓力傳感器數據庫、煙霧傳感器數據庫、溫度傳感器數據庫等部署到數據庫中。（2）基礎服務層：采用Apache的Tuscany，提供基于SCA和SDO的SOA基礎服務。例如數據讀取服務等。（3）應用服務層：采用Apache的Tuscany，融合基礎服務和進行流程編排，提供識別服務和打擊服務。（4）界面顯示層：采用Flex技術，允許用戶動態地創建和修改矢量圖形，有豐富的組件庫，對多媒體廣泛支持，支持高級數據通信方式。

通過SOA方式，在已有業務所擁有的服務模塊基礎上，能夠快速整編生成新業務，并自動為新業務分配計算和存儲資源。業務整編使得新業務的開發具有快速高效的特點，改變了傳統的業務開發流程，能充分適應用戶不斷變化的業務需求。系統能夠提供的基礎服務有紅外傳感服務、金屬傳感服務、壓力傳感服務、聲音傳感服務、RFID傳感服務；融合服務有軌跡融合服務和目標識別服務。

從用戶選擇服務，進行編排到最終的界面展示，整個過程大致經歷了以下幾個流程，如圖4所示，用戶通過瀏覽器界面對服務進行編排與組合，發出服務請求，服務總線（ESB）收到服務請求后，向云環境發出資源請求，由云環境統一進行資源的調配與組合，為用戶提供定制化的服務，服務調用的結果通過服務總線（ESB）返回到使用Flex技術開發的電子沙盤，以嵌入到瀏覽器的形式顯示給用戶，對于用戶來說，整套系統是基于B/S架構構建的，用戶只需要與瀏覽器進行交互即可。

圖4　系統運行流程示意

2.5結果顯示

系統建成后，可以通過操控手中的遙控器控制目標模型在沙盤上運動，當目標模型穿越紅外傳感器，或觸碰到壓力傳感器、震動傳感器，接近聲音傳感器、金屬傳感器時，系統會自動根據傳感器采集到的數據進行融合處理，計算出目標所出的位置。當操作遙控器控制目標在沙盤上連續運動時，系統會根據用戶選擇、編排的服務生成目標模型的運動軌跡，實現對運動目標的實時監控與跟蹤。

3　結語

面向服務的架構（SOA）是一種將功能模塊化為服務的架構風格，其核心是實現服務和技術的完全分離，從而達到服務的可重用性。本文提出的基于SOA和云平臺的信息共享演示系統設計方案能夠較好地展示典型的物聯網應用場景下信息共享的過程，是將物聯網技術與SOA技術進行結合的一次有益嘗試，相信在未來更廣闊的物聯網應用場景中，各種相對封閉的信息資源如果能以服務的形式開放出來，勢必會給物聯網帶來更大的生機和活力。

［1］徐鵬，王玉玨，李健.物聯網技術綜述［J］.軟件導刊，2011（5）：50-52.

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［3］胡云華.物聯網關鍵技術與發展［J］.泰州職業技術學院學報，2011（3）：119.

［4］彭曉珊.關于物聯網技術發展及應用前景的研究［J］.汕頭科技，2010（1）：25.

［5］胥斌.基于物聯網的信息共享平臺設計［D］.北京：北京郵電大學，2010.

Design and Implementation of the IOT Information Sharing Demonstration System

Liu Minghui
（CAEIT of CETC，Beijing 100041， China）

Aiming at decentralized management of application data and low level of information sharing of IOT， proposed a solution of an IOT information sharing demonstration system， to demonstrate perception， transmission， and other aspects of a typical IOT application， to verify registration， discovery and other functions， and through the development of browser-based interface， provides users with an intuitive browsing，control interface.

Internet of things； information sharing； service oriented； demonstration system

劉明輝（1979-），男，河南浚縣，高級工程師；研究方向：綜合電子信息系統總體設計與系統集成。

圖3 演示系統物理架構示意