物联网体系结构与实现方法的比较研究

王 伟

(河南工业贸易职业学院 计算机科学与技术系，河南 郑州 450053)

一 物联网的简介

物联网一词由国际电信联盟在2005年11月正式提出，在全球引起了极大的轰动，吸引了世界各国的关注。国际电信联盟认为，“世界上的所有物体都可以通过Internet进行信息交换，可以在任何时间、任何地点实现任何物体之间的互联，并通过无所不在的网络进行计算。”物联网的建设涉及多门技术，比如射频识别技术、纳米技术、传感器技术以及智能技术等。物联网不仅可以使人与人之间、物与物这间的交流奕成可能，最终将使人类社会、物理世界以及信息空间融为一体。物联网是继计算机以及互联网之后在世界信息产业所产生的第三次科技浪潮。近些年，很多国家的政府部门都对物联网一些相关的技术和产业进行了调研，并制定了一系列的发展计划。我国的科技部由2007年的11月份发布了《国家“十二五”科学和技术发展规划》，将物联网信息技术纳入了国家重点发展的战略性新兴产业，同时也将其列入了国家的科技重大专项中。很多国家和高校都对物联网进行了大量的研究与开始工作，提供了一些很好的技术和应用领域，但是都没有将设计与实现物联网系统的方法指出来。

二 物联网结构的概念和相应的评价指标

对于网络化的信息系统而言，体系结构主要是指说明其系统的组成部件以及各部分之间的关系，以及如何指导该设计与实现的一些原则的抽象。这种体系结构可以确保系统的开发人员在开发的过程中所做的每一个技术选择都要符合系统的预期要求。由此可见，只有在建立了物联网的体系结构以后，才可以设计和实现网络化的计算系统。我们往往从两个角度去理解物联网级成的部件以及这些部件之间的关系。

(1)从功能的角度来看。就是将组成系统的部件按照其功能的不同划分为若干层次，一般是由下层部件为上层部件服务，而上层部件对下层部件进行控制。

(2)从模型的角度来看。可以将部件之间的连接关系采用模型编排的方法进行表示。一般是以某一体系结构去指导物联网的设计与实现。

对于物联网的评价指标，主要有以下几个方面：(1)水平性。主要是指系统可以集成信息处理、传输和通信技术，可以将其应用到不同的领域。(2)对于环境的感知。可以对周围的环境的参数进行数据的采集，然后将这背地数据进行语义的表达和查询解析，进而加以推理。(3)可扩展性。整个系统的性能不会因为设备的增加而降低其速度。(4)环境的交互性。该系统可以通过对于环境的感知得到一些数据，并根据其得出的决策和触发的任务，产生相关的操作指令，从而达到对感知对象实行控制。(5)自适应性。该系统可以随着环境的变化不断调自身的配置参数以及功能。(6)抗毁性。在一定的受损的情况下，系统仍然能够正常的工作。(7)安全性。该系统对用户的访问权限进行了设置，从而可以对数据进行保护，提高抵抗攻击的能力。(8)互操作性。不同的系统之间通过它们协定的规则可以互相访问数据，实现共享。

三 连接方式

体系结构包含的抽象原则可以分为服务和协议两个层次进行物联网系统的设计和实现。在设计和实现物联网服务和设计之前，还要考虑物联网中的设备之间的物理连接关系。主要有以下几种方式。

(1)直接连接的方式。智能的物品可以直接接入网络与其他物品或服务器相连接。这种连接的模式对智能物品在计算和组网方面的需求比较高，对网关的需求较低。对于节点和业务模型的配置并不是很灵活。

(2)利用网关辅助连接。主要是指智能物品通过网关接入后与其他的物品和远程的服务器相连接。这种连接的模式对于智能物品在组网和计算的方面需要较低，对于网关的需求高，与直接连接的方式相比较，其对节点和业务模型的配置很灵活。

(3)利用服务器进行辅助连接。智能物品可能通过一个公共的本地支撑服务器汇聚以后与远程的服务器相连。这种连接的方式对于网关和计算的要求低，对于其组网的能力而要求比较高，对于节点和业务模型的配置很灵活。

四 实现方法

1.服务发现

服务的发现问题是建立大规模物联网系统必须解决的问题。EPCglobal系统中，采用了一个公布式架构存储物品和环境信息，在对某一物品进行查询时，可能涉及多个组织的EPC信息系统，从而为发现所有的相关信息仓库以组成一个完整的查询操作结果。BRIDGE项目提出了两种服务发现的架构，一种是基于同步信息资源模型，另一种是基于查询中继模型。

2.语义服务

现在基于Wcb服务机制实现的物联网一般采用XML、JSON和EXI语言来进行数据的描述，同时通过预告定义的规则对数据进行处理。为了使系统能够自动地进行数据的处理和集成，一些研究人员将语义网的概念应用到了物联网中，以提供物联网的语义服务。

3.安全服务

保证标识与感知数据的安全性是物联网发展面临的挑战之一。与传统的互联网数据安全不同，物联网不仅需要保证数据在传输过程中的安全，而且还要保证在采集过程中的安全。目前已经有一些具体的物联网的系统提出了比较安全的机制。比如说以智能化的居室和健康监护系统为例，针对6LoWPAN的移动性问题和RFID/NFC的安全性问题，提出了安全消息交换。有学者为EPCglobal系统提出了一种安全的传输模型，来满足ONS查询和物品信息传输两个环节的安全需求。我认为可以采用以下3种方式对于数据的安全进行保证：一是基于对称密钥的伪随机数加密机制;二是基于对称密钥的密码树机制;三是基于对非对称密钥的GPS信息进行加密机制。

五 结束语

本文从功能角度将目前已经提出的物联网体系结构分为后端集中式和前端分布式的两种类型，指出了物联网未来的发展方向。也可以基于这两个体系结构衍生出满足不同应用需求的物联网体系结构。这样既可以保证未来建立的物联网体系具有一定的统一性，有利于实现系统之间的互联以及融合，也有利于满足不同的系统的各自需求。物联网的发展空间是巨大，它会给我们的生活带来更大的方便。

[1]陈海明，崔莉，谢开斌.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J]

[2]任彦.网络中心战条件下C2组织的知识服务建模方法研究[D].国防科学技术大学，2006.