物联网信息共享演示系统的设计与实现

刘明辉

（中国电子科技集团公司 电子科学研究院，北京 100041）

物联网信息共享演示系统的设计与实现

刘明辉

（中国电子科技集团公司 电子科学研究院，北京 100041）

文章针对物联网应用领域数据分散管理、信息共享程度不高等问题，提出一种物联网信息共享演示系统构建方案，演示物联网典型应用背景下的感知、传输、应用等环节，验证物联网服务共享平台对各类服务的注册、发现等功能，并通过开发基于浏览器的交互界面，为用户提供直观的浏览、操控界面。

物联网；信息共享；面向服务；演示系统

作为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，物联网一方面可以提高经济效益，大大降低成本；另一方面可以为全球经济复苏提供技术动力。物联网被广泛认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。目前，有越来越多的政府部门和企业构建了自己的物联网数据中心，而如何使各部门和企业的信息能够及时互通，将是物联网应用的关键一环。应对目前数据分散和利用率不高的问题，亟须建立面向服务的物联网信息共享平台。

本文将重点研究如何构建一套面向服务的物联网信息共享演示系统，为物联网中的感知域和应用域搭建桥梁，探讨如何通过面向服务的技术体制，实现物联网应用领域各类原始数据、信息服务或数据产品的按需共享，以技术上松耦合的方式支持各类政府部门、企业、机构等用户的灵活应用，实现随需应变。

1　系统整体架构

演示系统定位于物联网多传感器数据融合与共享，拟通过各类传感器（压力、声音、震动、红外、RFID等）采集模拟运动目标的实时位置信息，并通过数据采集模块或RFID读头将传感器采集到的数据收集到数据库中，由面向服务的物联网信息共享平台对数据进行封装，将各类传感器的感知能力封装为服务，向用户提供灵活的服务组合与编排能力，用户可通过自定义服务，实现对各类传感器的个性化使用，以及灵活地进行数据访问、数据展示等功能。

1.1系统整体布局

在一个2.4m×3.6m大小的沙盘上，部署多个传感器，并操控各种车辆模型在沙盘上行驶，通过分析、融合传感器采集到的数据，生成目标的运动轨迹，并将相关的航迹信息封装为服务，供各类上层应用程序调用，最终在显示界面上显示各类车辆模型的运动轨迹，演示系统整体布局示意如图1所示。

1.2系统逻辑架构

演示系统的逻辑架构如图2所示，通过压力、声音、震动、红外、RFID等传感器采集到的数据经过数据转换、清洗后，存储到采用虚拟化技术构建的云平台中，其中采用SOA架构开发的物联网全局核心服务共享平台就部署在该云平台中。上层的各类应用可通过门户系统查找、调用、组合相应的服务，实现用户自定义的按需服务和柔性重组等功能。

图1　演示系统整体布局示意

图2　演示系统逻辑架构示意

1.3系统物理架构

演示系统的物理架构如图3所示，为了真实地模拟现实生活中的应用场景，感知层（各类传感器）和服务层（全局核心服务共享平台）可能会分散在各地，之间的网络连接可能是广域网，传输速率和传输质量与局域网环境差距较大，因此，在构建演示系统时，通过开源路由模拟软件vyatta搭建了由四个子网组成的模拟广域网环境，其中R2子网是由各类传感器组成的传感网络；R3子网是由虚拟化技术构建的云环境，核心服务共享平台就部署在该云环境中；R1子网和R4子网分别模拟各类用户。

1.4演示系统组成

演示系统共包含如下几个模块：IO接线板、IO数据采集模块、传感器信号采集模块、485总线转网络接口模块、RFID读头模块、数据采集程序等。

传感器信号采集模块包括压力、声音、红外、震动、金属等传感器，主要用于通过多种手段感知运动目标的位置和运动轨迹。由于单一传感器对目标运动过程的识别精度较低，而且覆盖范围有限，因此，在本演示系统中，布设多个不同类型的传感器，实现对目标活动范围的全覆盖，确保目标运动到每个位置，都有多个传感器同时探测到该目标，从而融合形成比较精确的目标运动轨迹。

485总线转网络接口模块主要实现传感器信号采集模块数据的上传，由于传感器信号采集模块通过485总线进行连接，而数据采集程序运行在一台PC机中，为了将485总线的数据接入该PC中，需要接口转换模块将485总线上的数据封装为网络数据包，提供给数据采集程序使用。

RFID读头模块主要用于读取贴在目标上的RFID标签，实现对运动目标属性的获取，可以类比为在现实生活中读到车辆的车牌号码等信息，便于对通过传感器采集模块获取到的数据进行印证和比对。

2　系统实现方式

2.1传感器类型

演示系统共使用了5类传感器和RFID读头，红外传感器用来判别目标是否穿越了收发端连成的直线；压力传感器用来判别目标是否对传感器造成了足以触发传感器的压力，并能够对目标进行称重；金属传感器能够识别金属目标接近指定区域；RFID读头能够读取贴在目标模型表面的RFID标签，用来判别目标的属性。

2.2网络架构

系统的核心路由器采用开源路由模拟软件vyatta，基于BSD系统平台的可扩展的路由软件，支持常见路由协议和QoS策略，可快速设置路由系统；在开源路由器上模拟路由协议BGP和OSPF，实现骨干网路由协议，BGP控制路由信息传播，OSPF以最短路径选择路由；针对业务流程对带宽的需求，预留网络带宽资源，通过流量整形的方法，实施端到端QoS保障。

2.3云环境

全局核心服务共享平台所在的云环境采用citrix的XenServer平台搭建，通过在物理机上构建多个虚拟机，并在虚拟机上部署全局核心服务，实现全局核心服务共享平台的门户、协同、存储、搜索等功能。

具体部署的时候采用了3台物理机，其中物理机01和02用来提供计算资源池，安装有XenServer和Hyperic Agent，其中XenServer用来创建虚拟机，Hyperic Agent为Hyperic Server提供虚拟机资源信息。

物理机03用来做Cluster Controller，部署有NFS 服务器，物理机在创建虚拟机的时候挂载NFS Sever共享的文件夹，Hyperic Sever用来监控云里所有物理机及虚拟机的资源使用情况，创建虚拟机时可根据不同的模板来创建虚拟机，从而能够提供不同的服务。

2.4系统软件架构

系统采用SOA的架构原则，自下而上分为4层：数据存储层、基础服务层、应用服务层和界面显示层。

（1）数据存储层：选用Mysql数据库，把压力传感器数据库、烟雾传感器数据库、温度传感器数据库等部署到数据库中。（2）基础服务层：采用Apache的Tuscany，提供基于SCA和SDO的SOA基础服务。例如数据读取服务等。（3）应用服务层：采用Apache的Tuscany，融合基础服务和进行流程编排，提供识别服务和打击服务。（4）界面显示层：采用Flex技术，允许用户动态地创建和修改矢量图形，有丰富的组件库，对多媒体广泛支持，支持高级数据通信方式。

通过SOA方式，在已有业务所拥有的服务模块基础上，能够快速整编生成新业务，并自动为新业务分配计算和存储资源。业务整编使得新业务的开发具有快速高效的特点，改变了传统的业务开发流程，能充分适应用户不断变化的业务需求。系统能够提供的基础服务有红外传感服务、金属传感服务、压力传感服务、声音传感服务、RFID传感服务；融合服务有轨迹融合服务和目标识别服务。

从用户选择服务，进行编排到最终的界面展示，整个过程大致经历了以下几个流程，如图4所示，用户通过浏览器界面对服务进行编排与组合，发出服务请求，服务总线（ESB）收到服务请求后，向云环境发出资源请求，由云环境统一进行资源的调配与组合，为用户提供定制化的服务，服务调用的结果通过服务总线（ESB）返回到使用Flex技术开发的电子沙盘，以嵌入到浏览器的形式显示给用户，对于用户来说，整套系统是基于B/S架构构建的，用户只需要与浏览器进行交互即可。

图4　系统运行流程示意

2.5结果显示

系统建成后，可以通过操控手中的遥控器控制目标模型在沙盘上运动，当目标模型穿越红外传感器，或触碰到压力传感器、震动传感器，接近声音传感器、金属传感器时，系统会自动根据传感器采集到的数据进行融合处理，计算出目标所出的位置。当操作遥控器控制目标在沙盘上连续运动时，系统会根据用户选择、编排的服务生成目标模型的运动轨迹，实现对运动目标的实时监控与跟踪。

3　结语

面向服务的架构（SOA）是一种将功能模块化为服务的架构风格，其核心是实现服务和技术的完全分离，从而达到服务的可重用性。本文提出的基于SOA和云平台的信息共享演示系统设计方案能够较好地展示典型的物联网应用场景下信息共享的过程，是将物联网技术与SOA技术进行结合的一次有益尝试，相信在未来更广阔的物联网应用场景中，各种相对封闭的信息资源如果能以服务的形式开放出来，势必会给物联网带来更大的生机和活力。

［1］徐鹏，王玉珏，李健.物联网技术综述［J］.软件导刊，2011（5）：50-52.

［2］张毅，唐红.物联网综述［J］.数字通信，2010（8）：24。

［3］胡云华.物联网关键技术与发展［J］.泰州职业技术学院学报，2011（3）：119.

［4］彭晓珊.关于物联网技术发展及应用前景的研究［J］.汕头科技，2010（1）：25.

［5］胥斌.基于物联网的信息共享平台设计［D］.北京：北京邮电大学，2010.

Design and Implementation of the IOT Information Sharing Demonstration System

Liu Minghui
（CAEIT of CETC，Beijing 100041， China）

Aiming at decentralized management of application data and low level of information sharing of IOT， proposed a solution of an IOT information sharing demonstration system， to demonstrate perception， transmission， and other aspects of a typical IOT application， to verify registration， discovery and other functions， and through the development of browser-based interface， provides users with an intuitive browsing，control interface.

Internet of things； information sharing； service oriented； demonstration system

刘明辉（1979-），男，河南浚县，高级工程师；研究方向：综合电子信息系统总体设计与系统集成。

图3 演示系统物理架构示意