物聯(lián)網(wǎng)中基于搜索引擎的資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)

林艷芳

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司重慶分公司，重慶 401121）

1 引言

BI Intelligence的數(shù)據(jù)表明，2015年，物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的數(shù)量已超過智能手機、個人電腦，到2020年，其數(shù)量將突破240億。IDC預(yù)計，到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備數(shù)量將達到250億。為了向消費者提供更有價值的服務(wù)，這些設(shè)備必須與環(huán)境進行交互，并快速、自動響應(yīng)用戶需求。然而，智能物體的多樣性、異構(gòu)性增加了物聯(lián)網(wǎng)跨平臺的復(fù)雜性。因此，要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的愿景，必須有自動的資源發(fā)現(xiàn)機制，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的資源、屬性及其能力。本文提出了一個可在物聯(lián)網(wǎng)中自動和高效地進行資源發(fā)現(xiàn)的架構(gòu)。該架構(gòu)基于一個可提供“搜索”功能的搜索引擎，使得發(fā)現(xiàn)機制的作用范圍涵蓋本地與遠程。在本地范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)機制作用于如智能家庭環(huán)境的網(wǎng)關(guān)內(nèi)。遠程范圍則包括智慧城市的資源發(fā)現(xiàn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)

本部分提出了從用戶角度而言的資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)的需求，并設(shè)計了可滿足上述需求的資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)。

2.1 以用戶為中心的資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)需求

資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)應(yīng)可實現(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)的功能，而屏蔽底層設(shè)備使用的通信協(xié)議；應(yīng)該支持發(fā)現(xiàn)M2M設(shè)備，如資源受限設(shè)備，智能設(shè)備（智能手機）和傳統(tǒng)設(shè)備；該架構(gòu)必須重用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行IP通信和定位，以向用戶提供發(fā)現(xiàn)服務(wù)；發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)該通過RESTful Web服務(wù)向消費者公開服務(wù)，從而減少與應(yīng)用程序的交互；相同的系統(tǒng)應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)在M2M網(wǎng)關(guān)和M2M設(shè)備上運行的M2M應(yīng)用；應(yīng)該使用正確的訪問控制機制來停止發(fā)現(xiàn)用戶無權(quán)訪問的資源；發(fā)現(xiàn)機制應(yīng)該能夠處理包含遠程和本地范圍內(nèi)的其他限定屬性（例如位置和類別）的查詢；發(fā)現(xiàn)架構(gòu)必須使用統(tǒng)一的目錄來描述資源、功能和屬性，保障各種物聯(lián)網(wǎng)平臺之間的互操作性；在搜索過程中，可以在提供相同請求服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中找到冗余資源，且能夠根據(jù)輸入信息智能地選擇最佳服務(wù)；資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)的操作應(yīng)能夠自適應(yīng)帶寬變化；資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)需要具有較強的可擴展性。

2.2 基于搜索引擎的物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)

所設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示，由感知層、代理層、發(fā)現(xiàn)層、服務(wù)使能層、應(yīng)用層五部分組成，采用RESTful Web服務(wù)思想增強各層之間的交互能力。

（1）感知層。主要用于通過溫度、濕度、光照等傳感器件，感知物理世界的實體對象的狀態(tài)，并通過開關(guān)等執(zhí)行器件依據(jù)感知實體狀態(tài)進行反應(yīng)。

（2）代理層。有兩種類型的代理，即傳感器代理和執(zhí)行器代理。每個代理都有一個URI，并使用一種通信技術(shù)與感知層的物理對象進行交互。這將可使系統(tǒng)忽略底層采用的通信技術(shù)而直接搜索和訪問設(shè)備。從用戶的角度來看，這一特性允許采用任何異構(gòu)設(shè)備和通信技術(shù)，有利于進一步實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)無處不在的愿景。物理對象還可通過代理將其配置傳遞給系統(tǒng)。對于智能對象，系統(tǒng)可以自己生成基于CoRE鏈接的配置描述。

（3）發(fā)現(xiàn)層。該層包含資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)的多種功能。物理對象的配置在配置管理API處接收，它將CoRE鏈路有效負載轉(zhuǎn)換為適合存儲的格式。然后“索引API”為每個對象創(chuàng)建一個唯一的索引。該索引和訪問對象配置的URI存儲在單獨的存儲器中，與配置存儲一起構(gòu)成物理對象的中央注冊表。搜索引擎模塊從發(fā)現(xiàn)請求中提取關(guān)鍵參數(shù)，并在內(nèi)部提供“查找”功能，從而智能地將發(fā)現(xiàn)請求與存儲的配置索引進行匹配。如果找到合適的匹配項，則將這些對象的屬性、功能與URI一起向上傳遞。

（4）服務(wù)使能層。發(fā)現(xiàn)架構(gòu)的核心功能是通過RESTful Web向用戶公開提供物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)服務(wù)。訪問控制模塊將發(fā)現(xiàn)過程的作用范圍限制在用戶的權(quán)限訪問范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)源自用戶移動設(shè)備的搜索請求。訪問控制模塊將請求發(fā)送到發(fā)現(xiàn)層的搜索引擎，并將發(fā)現(xiàn)的對象列表提供給請求發(fā)起者。訂閱模塊接受用戶提交感興趣的信息。通知模塊用于定期推送用戶訂閱的信息。

（5）應(yīng)用層。主要為用戶提交資源發(fā)現(xiàn)的入口。用戶利用手機終端、PDA、便攜式電腦或臺式機，通過應(yīng)用程序提交資源發(fā)現(xiàn)的請求。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)

3 結(jié)束語

發(fā)現(xiàn)海量物聯(lián)網(wǎng)感知資源所能提供的服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)感知資源共享的關(guān)鍵，本文設(shè)計了基于搜索引擎的物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，給出了各層實現(xiàn)的功能及包括的模塊，為通用的物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)架構(gòu)設(shè)計提供了參考。