基于物联网网关的传感器接入方案设计

摘 要：物联网被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇，物联网网关是连接传感器网络与互联网网络的接入与控制设备，传感器收集数据并通过网关实现与互联网的互连及进一步的处理和转发。本文首先介绍了物联网技术背景，在此基础上提出了基于物联网网关的传感器接入方案，并以LDAP作为开发环境，实现了传感器接入的信息存储方案。

关键词：物联网；网关；传感器；数据库

中图分类号：TP391.44；TN929.5

物联网（Internet of Things）是近几年来兴起的一种大规模虚拟网络技术，它通过各种接入技术实现电子设备与互联网的互联，进而完成信息汇聚与交互[1]。本文关注基于物联网网关的传感器接入方案：文章第二部分简单介绍物联网的架构与特征；第三部分提出了基于物联网网关的功能设计要求；第四部分在LDAP开发环境下实现了上述方案。

1 物联网技术背景概述

“物联网”的思想起源于1999年，其概念是由国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）正式提出的，即物与物之间连接而形成的互联网。

物联网的体系结构可自底向上分为三层：感知层、网络层和应用层。

（1）感知层又称为智能感知层，主要功能是通过各类感应器识别物体并采集信息。（2）网络层又称为接入与传输层，是物联网的中枢层，负责传递并处理感知层信息。（3）应用层又称为处理与决策层，是物联网与用户之间的接口，为用户提供各类物联网服务。

物联网的基本特征可概括为三个方面：全面感知、可靠传送和智能处理。

（1）全面感知：利用各类感应器及感应技术随时随地对物体进行全面的信息采集和获取。（2）可靠传送：依托物联网的通信网络，将感知到的物体信息进行可靠的交互和共享。（3）智能处理：利用各种智能技术，对海量的感知信息进行智能化分析、处理、决策和控制。

2 物联网网关的功能要求与设计

网关是建立在网络层之上的协议转换器，是连接无线传感器网络与互联网或其他智能设备的桥梁[2]。简单来说，物联网网关是连接传感器网络与互联网网络的接入与控制设备，传感器收集的数据通过网关与互联网互连，并进一步实现数据的转换及转发。网关侧系统功能主要包括资源描述框架和资源发现机制。其中，资源描述框架主要提供资源标识体系和通用的资源描述框架；资源发现机制包括Bootstrap、资源发现、资源搜索和即插即用等功能。

网关侧的功能如图1所示，感知层的终端设备信息经通信模块接入网关侧，通过API進行全局唯一资源标识。通用资源描述框架具备灵活性、可扩展性，能够体现资源之间关系，便于资源搜索。Bootstrap服务器模块发现接入设备后，定义调度规则，并根据此规则通知资源注册模块。资源注册模块对资源的注册、更新、删除消息进行解析，完成对数据库的相应操作。数据库和资源搜索模块设计数据库格式，实现资源搜索算法。资源标识分配机制定义资源标识分配、资源描述和地址的映射。外部接口R1定义资源描述信息的注册格式；R2根据Bootstrap规则定义请求和返回消息格式；R6是资源数据上传接口，在Bootstrap或注册时解决资源的数据库寻址问题；内部接口R3允许资源存储模块和认证授权模块查询数据库信息；R4允许资源注册模块对数据库进行读写操作；R5针对搜索请求返回资源地址。

3 基于LDAP的传感器接入方案实现

LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）是一种跨平台的、Internet标准的轻量目录访问协议[3]，本文将基于选择LDAP协议介绍网关侧的传感器接入方案。

3.1 开发环境介绍

LDAP是一个用来发布目录信息到许多不同资源的协议，OpenLDAP是LDAP的自由和开源的实现，在其OpenLDAP许可证下发行，并已经被包含在众多流行的Linux发行版中。

3.2 传感器接入信息数据数据库的设计

传感器接入网关后首先需要完成注册过程，将其信息按照一定格式进行上报并存入数据库中，方便进行存储和搜索。传感器中的信息包括必须的和非必须的两类，设计的数据库应该为所有的数据预留空间。通过对OpenLDAP数据库格式的研究，现有的规范基本能覆盖必须的信息数据需求，而对一些非必须的数据，则需要自己定义规范和属性，该过程需要同时满足RFC和OpenLDAP的格式需求，较为复杂。本文以图2为例介绍数据库的常见结构。

（1）平台层：位于数据库目录结构的最顶层，该层必需的描述信息只有其名称标识。（2）网关层：位于数据库目录结构的第二层，直接接入平台层，其描述信息包括网关名、用户名、域名等信息。图2定义ou=No._environment格式作为不同网关的名称标识。（3）传感器层：位于数据库目录结构的第三层，直接接入到网关层，同一个网关可以接入很多传感器，其描述信息包括可传感器名称、序号、用户名等信息。我们在图2中的网关01_environment下添加了三个传感器，并以ou=No._sensor作为不同传感器的名称标识。（4）传感器资源层：位于数据库目录结构的最底层，用于描述实际需要的传感器信息，如传感器的URL、用户名等。我们在图2中的传感器01_sensor下添加了四个资源，并以uid=No.格式作为其名称标识。

完成传感器接入方案和数据库结构设计后，我们可通过LDAP Browser软件模拟用户对数据库的操作，数据库可完成信息搜索、节点增加和节点删除等基本功能。另外，该方式易于扩展，支持海量数据的存储，方便用户对数据进行操作，方便数据库的升级。

4 结束语

物联网网关的作用是实现感知网络与通信网络之间的协议转换，同时具备设备管理功能。本文提出了基于物联网网关的传感器接入方案，并基于LDAP开发环境实现了传感器接入的信息存储方案，能够为实际开发中物联网网关的传感器接入提供支持与借鉴。

参考文献：

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，200923（12）.

[2]邢铭生.基于物联网网关的研究及实现[D].郑州大学，2010.

[3]任军.基于LDAP的目录服务综述[J].计算机应用研究，2005（05）：8-10.

作者简介：刘德强（1972-），男，山东青州人，院长，副教授，硕士，研究方向：计算机技术。

作者单位：潍坊职业学院信息工程学院，山东潍坊 262500