物联网体系结构与实现方法的研究

刘乔佳

（天津现代职业技术学院 信息工程学院，300350）

物联网体系结构与实现方法的研究

刘乔佳

（天津现代职业技术学院 信息工程学院，300350）

本文中对现有的物联网技术资料和参考文献进行分析，实现对物联网体系结构的有效梳理。物联网的体系结构可以实现对系统组成部件之间的关系进行定义，并在开放系统过程中提供一致性的原则，最终保证建立出的系统可以符合预期的要求。并对物联网的体系结构与实现方法进行研究，以期对未来物联网的设计与实现提供更好的参考价值。

物联网;体系结构;连接模式;

物联网技术的核心思想是为全球范围的物品提供唯一的电子标识符，进而实现在网络中对实体对象提供特定的有效标识，虽然物联网技术与互联网技术联系紧密，但是物联网技术不仅仅是将物品进行简单的连接与操作，随着物联网技术的不断发展，其将赋予网络更加丰富的含义。最初，物联网是通过RFID技术来标定实物，并通过数据交换实现对网络的扩充和延伸。物联网的基本特征是实现全面感知、传送可靠和智能处理，物联网在对物品识别时具有全面感知的能力，并在数据传输的过程中具有较高的可靠性，并能根据人们的要求实现对数据的智能处理，从而搭建出连接人与物体的信息网络。

1 物联网体系结构与评价指标

1.1 物联网体系结构的概念

物联网体系结构是指建立起统一的具有高度一致性的形式结构，可以反映出系统内部各个组成部件及其之间的关系，从而指导系统实现功能上的设计和一系列原则的抽象。物联网体系结构的建立主要为设计人员在开发物联网过程的每一个步骤提供参考指标，保证每一步的技术选择都与系统的预期相一致，因此可以说建立物联网体系结构是实现网络化的计算系统的前提保证。建立物联网体系结构的最主要过程就是从各种应用的需求中统一找寻出组成系统的部件以及各个部件之间的组织关系。

1.2 物联网建立体系结构的抽取角度

在建立物联网体系结构时需要有效识别系统中各个部件之间的关系，通常情况下可以从不同的角度抽取系统的组成部件及其对应的关系，常用的抽取角度包括功能角度、模型角度以及处理过程角度等。其中，功能角度主要是将系统中的部件按照功能的角度分成若干个层次，当中的下层部件为上层部件提供服务，而上层部件为下层部件进行控制。模型角度主要是将按照一定的建模方法将系统分解为用领域模型描述的组成部件，通常用模型编排来描述各个部件之间的连接关系。

1.3 物联网体系结构的评价指标

在进行物联网体系结构建立的过程中可以从不同的建模角度和不同的功能角度建立具有不同样式和不同性能的网络，因此为了评定不同的物联网体系结构一般是以某个结构指导下设计和实现物联网系统的性能作为评定该物联网体系结构的指标。目前常用的指标包括：水平性是指系统可以集成不同的通信、传输和信息处理技术的水平并能应用于不同的领域；可拓展性能是指系统保证性能的前提下可以连接尽可能多的外界设备的性能；环境感知性能是指系统对周围环境参数的采集、语言表达和语言推理的能力；环境交互能力是指系统根据环境感知的指标作出相应的决策，并产生相应的操作命令实现对操作对象的有效控制；安全性是指系统在工作过程中对数据私密性的保护程度，并对不满足访问条件的用户进行权限控制；互操作性是指不同的系统之间按照人们事先规定的规则互相访问数据和执行任务的能力。

2 物联网体系结构的实现方法

实现物联网服务机制的基础就是保证物品的连接模式和通信协议，因此未来物联网发展的主要工作是在不同的连接模式下通过不同的通信协议实现物联网内部系统内以及系统之间的服务交互，针对物联网的特性未来需要在服务发现、语义服务和安全服务等方面进一步的研究。

2.1 服务发现

服务发现是目前建立大规模物联网系统的基础，无论是采用SOAP还是REST技术实现物联网Web服务机制服务发现都是急需解决的问题。针对该问题，国内外的相关学者都在不断进行研究，其中EPCglobal系统建立了一个存储物品和环境信息的分布式架构，当对一个物品进行查询时可以涉及到多个组织的EPC信息，因此为了保证查询结果的完整性需要建立所有相关信息的仓库。国内专家提出一种基于DHT的物联网服务命名与发现机制，该方法可以提高服务的查询速度和系统的可拓展性。基于DHT和DSN等机制而建立的分布式物联网服务平台是未来发展的趋势，但同时还需要考虑的是物联网的异构性和动态特性，从而进一步提高物联网的服务发现效率和增加系统的可拓展性。

2.2 语义服务

目前物联网都是采用Web服务机制进行实现，因此一般通过XML、JSON和EXI等语言来对数据进行描述，但同时需要预先定义规则来对数据进行处理以保证系统可以自动的处理与集成数据，目前通用的方法是将语义网的方法移植到物联网中，来保证物联网的语义服务，常用方法包括SWE、SSW、 SmartProduct和SenaaA四种。其中，SWE定义了快速发现传感器与感知数据的机制、访问感知数据的标准方法以及警告发送的机制。SSW将RDFa嵌入到XMI中实现了对数据语义的准确描述，增强了应用级别的表述水平。SmartProduct可以将具有异构特点的智能产品进行集成，并将每个智能产品分为先验知识模块和推理模块两个模块。SenaaA主要是在后端提供语义服务的物联网系统，加强对物理与非物理过程作为语言的服务。

2.3 安全服务

安全问题是物联网发展的首要问题，因此在物联网发展的过程中保证标示与感知数据的安全性是未来面临的重要挑战。相对于传统的互联网安全问题，物联网安全问题还需要保证数据在采集过程中的安全性，目前物联网的安全防护措施更多的是解决后端集中式信息服务的物联网系统的问题，同时如何将安全机制融入到各嵌入式设备和智能物品中是未来需要解决的问题。

3 结束语

物联网是一项由多学科相互耦合的复杂技术，其中涉及到嵌入式技术、网络技术、控制科学、计算机技术以及安全防护技术等学科，因此实现对物联网技术的建设与优化是一项复杂的系统性工程，这就需要相关技术人员不断探索物联网的理论和技术问题，实现物联网技术的进一步应用和推广。

[1] 李力行,金芝,李戈.基于时间自动机的物联网服务建模和验证[J]. 计算机学报. 2011(08)

[2] 吴振强,周彦伟,马建峰.物联网安全传输模型[J]. 计算机学报. 2011(08)

[3] 刘洪涛,程良伦.基于DHT的物联网命名服务体系结构研究[J]. 计算机应用研究. 2011(06)

Iot architecture and implementation method of research

Liu Qiaojia
（Tianjin modern vocational and technical college college of information engineering,300350）

This article to the existing data on the Internet of things technology and references were analyzed,and the implementation of the Internet of things in the effective sorting system structure. The architecture of Internet of things can be implemented to define the relationship between the system components,and provide the principle of consistency in the process of open systems,eventually set up the guarantee system can meet the expected requirement.And architecture of Internet of things and realization method are studied,in order to future iot provide better reference value for the design and implementation.

the Internet of things;Architecture;Connection mode