物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換模型研究

王聰

摘? 要：隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)間的結(jié)構(gòu)及存儲方式各不相同，使得數(shù)據(jù)源之間的交互變得異常復(fù)雜，形成了“信息孤島”，而解決“信息孤島”問題最有效的方法就是數(shù)據(jù)交換。基于此，構(gòu)建一個(gè)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)交換模型，用以解決數(shù)據(jù)間的脫節(jié)問題，并將構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，構(gòu)建的交換模型可以有效保證數(shù)據(jù)信息的安全性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù);交換;模型

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）33-0078-02

Abstract： With the continuous development of information technology， a large amount of data has been produced in the environment of the Internet of things， and the structure and storage mode of the data are different， which makes the interaction between the data sources become extremely complex and form an "information isolated island". The most effective way to solve the problem of "information isolated island" is data exchange. Based on this， a data exchange model in the environment of the Internet of things is constructed to solve the problem of disconnection between data， and the constructed data exchange model is compared with the traditional data exchange method. The experimental results show that the exchange model can effectively ensure the security of data information.?Keywords： Internet of things; data; exchange; model

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)中的深入應(yīng)用，存儲在各個(gè)系統(tǒng)中的信息量逐漸增加，其中存在的問題也逐漸增加。一方面，由于數(shù)據(jù)信息具有分布廣泛、管理自治、異構(gòu)性強(qiáng)等特征，嚴(yán)重影響了各數(shù)據(jù)源之間的數(shù)據(jù)交換;另一方面，對于各個(gè)系統(tǒng)的要求逐漸嚴(yán)格，數(shù)據(jù)間的交換需求逐漸增多[1]。正是因?yàn)檫@兩方面的問題存在，迫切的需要實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)源之間的透明化數(shù)據(jù)交換，在交換的過程中不需要考慮數(shù)據(jù)模型存在的異構(gòu)、數(shù)據(jù)的抽取問題以及數(shù)據(jù)的合成問題[2]。

1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換模型的構(gòu)建

1.1 模型框架設(shè)計(jì)

本文構(gòu)建的基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)交換模型主要涉及兩種交換主體，一是數(shù)據(jù)共享中心庫，二是業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫。構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型圖如圖1所示。

假設(shè)在該數(shù)據(jù)交換模型中，數(shù)據(jù)共享中心庫和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫共同組成n個(gè)交換主體，根據(jù)事物的整合原理可知，總共會產(chǎn)生C2n種交換組合。在這C2n種交換組合方式中，既存在兩個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間的基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換，又存在兩個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫之間點(diǎn)對點(diǎn)的直接數(shù)據(jù)交換方式。從模型的能動性上分析，該模型中既有主動式的數(shù)據(jù)交換，又有被動式的數(shù)據(jù)交換。

1.2 數(shù)據(jù)集成方法設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)集成的方法分為三種，分別是單本體、多本體以及單、多混合本體。當(dāng)用戶需要集成的數(shù)據(jù)源的相似度較高時(shí)，對于相似度高的數(shù)據(jù)源在建立的本體相似度也會隨之增高，造成數(shù)據(jù)重復(fù)率過多的現(xiàn)象產(chǎn)生，還會增加模型中建立的各個(gè)局部的本體工作量，使整個(gè)模型中所包含的本體過于復(fù)雜[3]。

為了克服上述問題，基于共享部分局部本體的想法，在數(shù)據(jù)交換模型中提出一種全新的局部共享本體的數(shù)據(jù)集成方法。通過這種方法的數(shù)據(jù)集成可以改變原有單、多混合本體的方法中每個(gè)數(shù)據(jù)源信息對應(yīng)一個(gè)局部本體的映射方法，將相似度過高的多個(gè)數(shù)據(jù)源整合成為一個(gè)單獨(dú)存在的虛擬數(shù)據(jù)源，以此達(dá)到共享一個(gè)局部本體的目的[4]。

局部共享本體數(shù)據(jù)集成方法與其它幾種方法存在著很大的差異，其它數(shù)據(jù)集成方法中，每一個(gè)數(shù)據(jù)源都嚴(yán)格遵循一一對應(yīng)的關(guān)系，每個(gè)局部本體都能夠反映出數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)元的種類和屬性都可以在其中找到對應(yīng)的唯一數(shù)據(jù)。而局部共享本體中數(shù)據(jù)的種類和屬性是可以對應(yīng)數(shù)據(jù)源中的多個(gè)數(shù)據(jù)，也可能對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)集成時(shí)，要明確數(shù)據(jù)的每個(gè)屬性和種類，在數(shù)據(jù)源中找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

局部共享本體數(shù)據(jù)集成方法可以有效地解決模型中局部本體過多時(shí)出現(xiàn)的問題，并且，減少了建立在各個(gè)局部本體中的工作量以及復(fù)雜程度。但需要注意的是，在局部共享本體中，改變一個(gè)數(shù)據(jù)源很可能會使本體產(chǎn)生改變，最終影響其他數(shù)據(jù)源之間的映射關(guān)系。但當(dāng)數(shù)據(jù)源之間沒有過多的改動時(shí)，局部共享本體可以有效地減少局部本體的數(shù)量，將交換模型的成本大大降低。

1.3 應(yīng)用層設(shè)計(jì)

應(yīng)用層與客戶端的代理服務(wù)器的功能相同，主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的請求、發(fā)布以及查詢重寫和執(zhí)行功能等。數(shù)據(jù)的請求是在請求應(yīng)答模型中，數(shù)據(jù)信息需要在數(shù)據(jù)交換模型中進(jìn)行交互，形成數(shù)據(jù)的查詢請求。發(fā)布功能是在發(fā)布模式當(dāng)中，數(shù)據(jù)的提供方以及數(shù)據(jù)的需求方通過在數(shù)據(jù)交換模型中的交互完成對數(shù)據(jù)的發(fā)布。查詢重寫和執(zhí)行功能是在請求應(yīng)答模式下通過提供方將查詢請求轉(zhuǎn)化為交換模型在本地?cái)?shù)據(jù)源中可以執(zhí)行的語句，并通過執(zhí)行完成對結(jié)果的查詢。

1.4 通信層設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)交換模型中，通信層的主要功能是用于數(shù)據(jù)交換模型與客戶端代理之間的安全、可靠的通信。本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型中采用的是一種基于消息的通信方法，將消息作為數(shù)據(jù)交換過程中的載體。交換數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一個(gè)格式進(jìn)行封裝，并放入信息中，通過消息在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳送，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。信息需要經(jīng)過四個(gè)步驟才能實(shí)現(xiàn)傳送：第一步是將信息格式化，并將全部信息定義為統(tǒng)一的格式;第二步是要對包含敏感數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行加密處理;第三步是使用簡單對象訪問協(xié)議將信息進(jìn)行封裝;第四步將消息進(jìn)行傳送。

將消息格式化后的文檔要能夠在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行安全的傳送，文檔在發(fā)送的過程當(dāng)中需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用芴幚恚乐剐畔⒃诰W(wǎng)絡(luò)上傳播的過程中重要的數(shù)據(jù)被泄露。

1.5 數(shù)據(jù)交換層設(shè)計(jì)

本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型包含四種數(shù)據(jù)交換方式，分別是被動式數(shù)據(jù)交換、主動式數(shù)據(jù)交換、點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換和基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換。

被動式的數(shù)據(jù)交換是指當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫處于被動狀態(tài)時(shí)，用戶需要提供相應(yīng)的賬號和密碼，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。共享的數(shù)據(jù)交換模型可以根據(jù)用戶自身的需求高效的完成對數(shù)據(jù)的獲取，不會隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的規(guī)定變化而發(fā)生改變。但業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫暴露在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)信息安全性較低。

主動式數(shù)據(jù)交換是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫根據(jù)用戶的需要主動將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)交換模型中進(jìn)行交換。這種交換方法可以保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)庫的安全性。

點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換是在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中直接交換，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將數(shù)據(jù)集成在一起，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸性能相對較好，但擴(kuò)展能力差，且權(quán)威性和可靠性很難保證。

基于數(shù)據(jù)共享中心庫的數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)的交換的過程中，由指定的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。這種交換方法的優(yōu)點(diǎn)是對于整體的業(yè)務(wù)系統(tǒng)影響較小，且能夠在不影響其正常使用的狀態(tài)下完成對數(shù)據(jù)的交換，還可以保障交換過程中數(shù)據(jù)的可靠性和權(quán)威性。但缺點(diǎn)在于這種方法的依賴性過大，對于不同的業(yè)務(wù)規(guī)則，需要對數(shù)據(jù)交換模型進(jìn)行持續(xù)的更新和改造。

因此在具體的數(shù)據(jù)交換過程中要根據(jù)實(shí)際情況需要，選取不同的交換方法。

2 對比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型具有更好的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合數(shù)據(jù)的安全訪問原理，將其與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方法進(jìn)行對比試驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了使實(shí)驗(yàn)更加具有說服力，將實(shí)驗(yàn)建立在某高校的校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組為本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型，將模型建立在高校中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，建立數(shù)據(jù)共享中心，實(shí)現(xiàn)高校各部門的數(shù)據(jù)互聯(lián)。

對照組為利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換方法對高校中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，在保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性和一致性的前提下，利用兩種方法完成數(shù)據(jù)交換。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1 實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果

利用兩種方法分別對5組數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，設(shè)定完整性最高的數(shù)據(jù)為100%，表1為兩種方法的完整性對比結(jié)果。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)組的完整性明顯高于對照組。因此可以說明本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換模型在數(shù)據(jù)交換的過程中可以在最大程度上保證數(shù)據(jù)的完整性，并且數(shù)據(jù)交換模型只能對業(yè)務(wù)庫中授權(quán)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，因此也保證了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的安全性。該模型可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換方法中的問題，有效降低了數(shù)據(jù)交換的工作量和工作難度。

3 結(jié)束語

本文構(gòu)建的在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)交換模型在一定程度上解決了數(shù)據(jù)交換中存在的主要問題，但仍有需要進(jìn)一步研究的地方，例如增加模型的管理監(jiān)控功能、增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳送過程中的穩(wěn)定性、能同時(shí)對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、增設(shè)防丟失功能等。

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