物聯網“前端分布式”系統結構的實現

周桃義+曹世華

摘 要：隨著信息技術的快速發展，物聯網技術被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，我國中央政府及各地方政府對物聯網產業的政策扶持力度不斷深入，更將其作為五大新興戰略產業之一推動。本文主要圍繞目前常見的“前端分布式”物聯網設計類型展開討論，結合物聯網發展現狀，綜述物聯網設計方法，并就未來物聯網的發展進行展望，希望通過研究能夠對物聯網的健康、可持續發展提供一定的指導。

關鍵詞：物聯網系統 “前端分布式” 實現

一、物聯網的定義

物聯網（Internet of things，IoT）概念是2005年正式提出來的，是互聯網的一個延伸，其本質就是物物相連的互聯網。物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用射頻自動識別（RFID）、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的物聯網。在這個網絡中，互聯網仍然是核心和基礎，只是其用戶端從人延伸到了物，也就是物與物之前進行信息交換和通信。

二、物聯網系統結構概述

物聯網系統結構對于其功能的實現具有基礎性的意義，在物聯網系統結構中對于系統的各部件及其之間關系進行明確定義，給出一定的原則，進行物聯網系統的開發和完善。

為進一步發展互聯網，就必須加強互聯網系統結構的建設，并且多年來各國也就這一領域不斷進行革新。具有代表性的主要有兩個，一個是SENSEI，另一個是IoT-A。這兩個關于物聯網的體系機構建設項目均是由歐盟發起并進行建設的，是其第七框架計劃的一大重點。其中SENSEI的最終目的是實現世界互聯網，主要利用互聯網技術，并采用新技術實現其與傳感器和執行器相關網絡的連接，并能夠利用其提供服務，開發各項功能，從而實現物聯網本身要求的世界范圍內物與物交互。而IoT-A主要針對的也是物聯網技術，不過其是進行相應探索，研究不同的體系結構對于物聯網及其功能可能產生的不同影響。

其他國家，包括我國，對于物聯網的研究不斷深入，產生許多具有代表性的體系結構。尤其在發達國家以及西方國家等起步比較早的國家，以處于世界技術發展前沿的各大高校為代表。例如，以劍橋大學為主導的實驗室提出了網絡化自動標示系統，我國北航也和國內高校合作提出了具有代表性的物聯網體系結構——基于類人體神經網和社會組織構架。

目前關于體系構架的發展不斷深入，出現了各種各樣的方式方法，但是繁多的方法沒有統一進行研究，為加快發展，使其具有實際意義，本文進行深入研究，希望能夠為物聯網發展貢獻力量。

三、前端集中式體系結構分析

（1）M2M體系結構分析

M2M體系結構主要針對的對象是機器和機器之間，關于其之間的通信。通過M2M體系結構，可以實現不同的職能終端設備之間的通信，對于物聯網建設具有重要意義。

關于其功能的評價指標分析評價，可以發現其具有良好的性能，下面進行詳細敘述。首先是水平性以及可擴展性。由于在M2M體系結構中具有豐富的感知網絡，所以其水平性和可擴展性能均很好。雖然M2M體系結構能夠很好地實現環境信息的感知，具有良好的環境感知性，但是M2M體系結構主要針對的是設備與設備、系統與系統以及機器與機器之前的活動，就使得其環境交互性和自適應性較差。由于前端集中式的體系結構使得其具有較好的抗毀性和互操作性。

（2）AOA體系結構分析

AOA體系結構主要由四層組成（如圖1），有主智能體的知識層以及被智能體的控制層，還有數據層以及管理層。

就相關評價指標分析AOA體系結構的性能，AOA體系結構中存在一個明顯的不足，就是其只能支持基于自主性的網絡，這樣就會使得其水平性大大降低；并且其對于數據傳輸層的功能僅僅是進行了定義，這樣就使得其不具備環境感知性，同樣，關于環境交互性也就很難實現。而在自適應性方面，由于AOA體系結構中控制層的作用，具備一定的自適應性。同樣，由于前端集中式的體系結構，使得其具備良好的安全性和互操作性。

四、物聯網體系結構研究展望

當前物聯網發展的現狀是多種體系并存，共同發展。未來推進其發展的進程，相關研究和探索應該不斷加強，下面就關于物聯網的體系結構發展進行簡要分析和展望。

首先是關于服務發現應該不斷加強，在未來的發展中應該綜合考慮，尤其是關于物聯網服務的異構性和動態性，通過相關性能的研究來加強物聯網體系結構的可擴展性，這樣也就能夠在一定程度上提高服務發現的效率，成為未來發展的一大重要方向。

其次應該加強語義服務建設。語義服務在物聯網中的作用主要體現在其智能性，但是往往語義服務的加強會增加物聯網實現的復雜性，加大工作量，所以該方面的研究和探索也是未來研究的重點。

最后一點，要強調的就是關于安全服務的問題。人們現在也越來越關注網絡安全、信息安全，所以這也是一大重點問題。關于安全性能較好的往往是前端式集中體系結構中控制層的作用，但是后端集中式體系結構也具有自身特點，怎樣把兩者相結合，實現良好功能，也將越來越重要。

五、總結

本文對于物聯網以及物聯網體系結構的介紹，可以明確其發展的歷程和相關的問題。之后通過相應評價指標的指出，對于目前發展中出現的前端集中式體系結構進行了簡要的分析，并最終提出了簡單的展望。希望通過本文的研究能夠對物聯網的發展和物聯網體系結構的設計實現提供一定的指導。

參考文獻：

[1]王琳偉.面向智能交通系統的物聯網體系結構的研究與設計[D].南昌大學，2012.

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[4]王志軍.基于物聯網技術的智能家居系統的實現研究[D].安徽理工大學，2012.

作者簡介：

周桃義（1978-），男，漢族，安徽樅陽，杭州萬向職業技術學院講師；研究方向：軟件設計，大數據，物聯網。

曹世華（1972-），男，漢族，浙江長興，杭州師范大學副教授；研究方向：RFID（射頻識別）技術，無線傳感網絡，物聯網技術，醫療信息化，移動學習，計算機輔助教學。