物联网建设中的元数据应用研究

袁维海

（安徽经济管理学院，安徽 合肥230059）

1 引 言

1999年，基于射频识别技术（Radio Frequency IDentification：RFID）的传感网的概念由MIT实验室的Ashton提出，[1]2005年国际电信联盟（International Telecommunications Union：ITU） 正式明确了物联网的概念：“Internet of Things”，这一概念的内涵使得物联网远远超出了RFID的范畴。[2]2009年，温家宝总理提出“感知中国”，由此物联网在国内受到了愈加广泛的关注和越来越多的尝试。物联网在国内更多的被定义为“一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络”。[3]由此概念出发，可以看出，推动物联网在各领域的广泛应用的必要前提是普通物理对象的“独立寻址”和“互联互通”，也即要赋予“物”以标识和元数据，[4]由于元数据的本质可以理解为“描述数据的数据”，因此，元数据在物联网中的作用也就为管理这些海量的“物”信息，提供了一个重要的支撑平台。

目前，对于物联网的研究更多地集中在承载网络、传感技术、商业模式、云计算等方面。随着物联网应用系统建设的不断推进，物联网所感知、传递、存储、计算、处理的信息将远远超过现有互联网的信息量。因此，如何更加高效地管理这些信息是物联网建设和应用的一项重要工作，如果能将广泛应用于档案界元数据的研究成果应用于当前缺乏数据标准和规范的物联网中将是十分必要和有效的。

2 物联网建设对元数据的需求

2.1 海量“物”信息访问控制的需要

物联网的深入应用使得 “普通的物理对象”越来越广泛地接入物联网的承载网络，如何更好地标识、描述对象的相关数据是物联网具体应用的基础和前提，因此，元数据对于数据信息的描述功能，为海量“物“信息的描述提供了重要的支撑，而对于海量“物”信息准确、合理的描述，也可以提高对“物”信息的检索和获取。从这一角度看，加强物联网中元数据体系的建设，实现对海量“物”信息更加有效的访问控制是可行和必要的。

2.2 实现不同物联网系统信息互通的需要

各领域、各行业、各部门，直至各个企业、家庭对于物联网的实际需求都是不同的，所要联接的“物”也是不同的，同样对“物”信息的描述与访问需求也是不同的。这种不同势必造成按照传统信息系统的方式构建的物联网系统，将难以实现各物联网系统内部，各系统之间的互联互通以及对这一联通进行有效的访问控制。由于物联网信息较互联网的特殊性，物联网系统的重复建设和信息孤岛问题也较互联网更为突出。因此，实现信息互通需要在不同物联网系统中加入元数据服务层。

2.3 提高信息价值的需要

元数据在物联网中的应用不仅可以为物联网子系统的互联互通提供便利，使用户可以更快捷地获取海量“物”信息，同时，元数据提供的描述机制，可以为用户实现自助式的信息分析统计提供可行的途径，用户也可以更多地从数据获取工作中解放出来，更多地实施数据价值的发掘和利用。

3 物联网中元数据应用需要完成的主要任务

3.1 构建可行的元数据基础方案

由于物联网中“物”的广泛性，使得信息本身的类型繁多，同时，不同主体对于元数据的需求同样也是不同的，没有一个标准能够覆盖不同行业的元数据需求。以都柏林核心元素集 （Dublin Core Element Set：DC）为例，DC是网络信息资源编目的主要元数据格式之一，DC的简洁性使得其可以相对便利地应用到各个领域，但同样因为这样的简洁性也使得其并不能完全覆盖各个领域的需求。因此，DC向各个领域的延伸也同样需要一个循序渐进的过程。在物联网应用系统即将大量建设的阶段，等待统一的物联网元数据标准将是一个漫长且艰难的过程，而在各个领域、各行业的物联网系统中，构建不同的元数据基本规范，并由这些基础方案构建一个物联网元数据体系，这对于加快物联网建设进程，将更具可行性。

3.2 扩充必要的元数据访问控制元素

物联网各个领域、各行业中应用系统元数据基本规范的建设，必然产生对于现有元数据标准在元素集上的删减和扩充。元数据对于信息的描述，主要包括描述基本内容、知识产权和元数据自身的维护信息，[5]从本质上看，这些描述的作用都可以理解为主体对资源内容检索和访问控制的需要。由于物联网中“物”信息的特殊性，安全需求就显得尤为重要。因此，物联网子系统的元数据元素集的建立，还需要从访问控制的角度，加入必要的元数据元素，以此对元数据在访问控制方面的特性给予相应的完善和优化。

3.3 兼容不同的元数据子标准

物联网元数据基本规范的建设，以及对于标准元素集的删减扩充，必将形成不同的元数据格式，这种不同又将会给信息的互联互通带来障碍。兼顾物联网各子系统信息的联通，还需要建立相应的元数据的映射机制，这就要求各个子标准的构建需要对行业标准等进行必要的兼顾。因此，在具体的物联网应用系统中构建元数据方案，需要按照通用元素、特有元素和扩展元素的分类对多种标准的元素集进行分类，从而为元数据映射和数据共享奠定基础。

3.4 探索元数据在资源价值和关联性方面的功能

目前，元数据在信息系统中的作用更多地表现为检索的功能，随着物联网应用的不断深入，物联网系统不仅需要解决数据资源采集和管理的问题，更重要的还需要不断挖掘数据资源的内在价值和关联知识，因此，设计更加可行的，并能够体现资源价值和关联知识的元数据子方案，将可以更好地促进物联网的规范应用。

4 物联网应用系统中元数据基本规范的构建

随着物联网应用系统建设的不断推进，在应用系统中增加元数据服务是十分必要的，但目前的物联网应用系统更多的是表现为信息感知而非信息管理，在物联网系统中对于元数据服务的设计还很不足。科学数据共享工程技术标准——元数据标准化基本原则与方法[6]给出了一个针对不同领域制定各自元数据标准的指导意见，但并未给出物联网应用系统实施中进行元数据设计的具体方法，一方面是由于目前各领域的元数据标准建设还相对滞后，另一方面是各领域的元数据标准在具体的物联网信息系统建设中，同样需要根据物理对象的不同特性，以及使用者的不同需求，进行不同的设计。

依托某校企合作科研项目中项目组开发的基于无线定位的企业员工管理系统的一个子系统，本文进行了元数据服务方案设计的尝试。该管理系统主要用以对企业业务人员的定位考勤，同时协助业务人员通过移动终端进行数据采集和检查，并可以将采集到的“物”信息传送回服务端。具体的元数据规范化工作主要包括以下3个方面。

4.1 元数据服务的设计

通过对系统的功能分析，将元数据服务层设计在数据库资源与系统应用层之间的系统应用中，因此，该元数据服务并未关注定位考勤的GIS元数据标准问题，而更多地关注信息库的访问控制，协助用户可以通过服务端或是互联网络等，实现对数据库信息的检索、显示和提取。具体结构如图1所示。

图1 元数据服务的应用层次

4.2 定义系统中的元数据元素

从基本内容、版权信息和外部属性3个方面，分析不同类别的数据元信息，设定主体对于“物”信息的不同访问需要，以此形成子系统元数据的元素集，利用这些元素集对数据元进行描述，以便实现不同主体对于数据信息的访问控制。以都柏林核心元素集为基础，对于员工管理系统中的员工考勤数据信息库进行元数据需求分析。其中基础元数据定义如表1所示。

4.3 元数据元素的删减与扩充

参照表1信息，该系统剔除了柏林核心元素集中语言、关联、出版者、其他责任者4个元素，原因在于该数据库中信息与图书资源不同，不存在不同的语言，也不存在不同的版本，可以忽略此4项描述的需求，同时对余下的元素中按照“可选”和“必选”进行划分。

同时，由于此考勤管理系统中，涉及一定的个人安全信息，因此需要以动态访问控制的实现为目标，扩充相应的元数据元素，进一步优化元数据的设计。在该子系统中，项目组从访问控制的角度增加了“安全级别”的元数据元素，用于规范特定数据源的存储、访问、修改、销毁的标记，从业务人员考勤管理和移动终端信息采集的特殊需求的角度，将创建者界定为人员从属的组织，因此增加“人员”元素，用于描述信息资源所涉及的人员信息，同时增加“网络结点”元素，用以描述采集、上传的“物”信息的特定网络结点。相关信息如表2所示。

表2 系统中元数据元素的扩充

元数据基本方案的设计，为该系统后续的信息检索和访问控制奠定了基础，同时也使得该系统区别与传统的员工管理系统。由于系统中元数据方案以都柏林核心元素集为基础进行删减和扩充，使得其与其他物联网子系统的信息交互将更为便利，而不仅仅是一个独立的信息孤岛，同时，这种交互也将进一步提高该系统中信息的应用价值。

表1 员工考勤数据信息库基础元数据定义

5总 结

物联网元数据标准化工作和元数据体系建设，是一个庞大的系统工程，一个完善的覆盖所有领域、行业、企业的元数据标准，并不符合物联网发展的实际。在一个兼容、可行、可扩充的前提下，探索各物联网子系统的元数据体系建设将更具可操作性。本文主要从元数据在物联网中的作用出发，探讨物联网子系统元数据的基本规范的建设，并从访问控制的角度，研究元数据元素集的删减与扩充，是对物联网元数据体系建设的探索，也将对物联网子系统的具体实施起到积极的作用。

[1]刘若冰.物联网的研究进展与未来展望[J].物联网技术，2011，(7):58-62.

[2]International Telecommunication Union.ITU Internet Reports 2005.The Internet of Things[R].2005:2-5.

[3]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010：3-5.

[4]王静.物联网的元数据体系初探[J].标准化研究，2010，(4):37-39.

[5]李建花，曲守宁.面向信息集成的元数据模型的研究和应用[J].计算机与数字工程，2010，38(12):149-152.

[6]中华人民共和国科学技术部.科学数据共享工程技术标准——元数据标准化基本原则与方法［EB/OL］.http://www.sciencedata.cn/.