基于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的統(tǒng)一標(biāo)識尋址研究設(shè)計

摘 "要： 在此研究物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識及尋址存在的問題，討論了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識及尋址的特點(diǎn)及需求，根據(jù)分析的結(jié)果提出一套設(shè)計方案。從物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識尋址的特點(diǎn)出發(fā)，提出物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，基于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺實現(xiàn)了編碼統(tǒng)一映射及物體終端的集中管理，參考DNS協(xié)議設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的尋址模型。最后通過EPC編碼為例介紹了物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的生成過及尋址過程。

關(guān)鍵字： 物聯(lián)網(wǎng); 標(biāo)識; 尋址; 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺; EPC

中圖分類號： TN964?34 " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）06?0059?04

Study of unified identification and addressing based on service platform of IOT

YUAN Pu， AI Zhong?liang， WANG Han

（North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China）

Abstract： Some problems of unified identification and addressing in IOT are studied in this paper. The characteristics and demands of IOT are discussed. A design scheme and service platform of IOT are put forward according to the analysis results. The object coding unified mapping and centralized management of object terminals were realized on the basis of the service platform of IOT. A addressing model with unified identification of IOT was designed with the reference of DNS protocol. The generation and addressing process of the unified identification is introduced by means of an example of EPC coding.

Keyword： IOT; identification; addressing; service platform of IOT; EPC

0 "引 "言

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的延伸和應(yīng)用擴(kuò)展，是新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合應(yīng)用，它利用感知技術(shù)和智能裝置對世界進(jìn)行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物[1]交互和無縫鏈接，以達(dá)到對物理世界的事實控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。

物體標(biāo)識及尋址是影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[2]，與具有全球統(tǒng)一分級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)資源名稱不同，物體編碼至今還沒有全球統(tǒng)一的分配標(biāo)準(zhǔn)，目前很多國家和組織等都擁有各自的編碼標(biāo)準(zhǔn)。比如：美國EPC?Global提出的基于RFID射頻識別技術(shù)的EPC標(biāo)準(zhǔn);日本提出的無所不在的網(wǎng)絡(luò)識別體系UID;原歐洲物品編碼協(xié)會在全球推廣應(yīng)用的EAN碼;其他的還有美國統(tǒng)一代碼委員會提出的UPC、對象標(biāo)識符OID、中國物品編碼中心提出的ECODE等[3?4]。

就目前來說，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識與尋址方面的研究仍處于理論和起步階段，大多數(shù)的研究主要參考了互聯(lián)網(wǎng)成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。但是物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)決定了它和互聯(lián)網(wǎng)之間存在很大的差異，比如由于物聯(lián)網(wǎng)中存在多種物體標(biāo)識技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得對物體的統(tǒng)一尋址變得困難且復(fù)雜;繁雜的標(biāo)識技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也對物體終端的統(tǒng)一管理和維護(hù)造成了很大的困難等，因此不能簡單地使用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識技術(shù)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識尋址的特點(diǎn)，詳細(xì)地分析了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識尋址的模型，提出了一套滿足當(dāng)前需求的設(shè)計方案，最后以EPC為例介紹了統(tǒng)一標(biāo)識和尋址的具體實現(xiàn)過程。

1 "物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識和尋址的特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的設(shè)計主要考慮因素有：

（1） 對標(biāo)識要有分級的多級管理層次。物體是一個數(shù)量巨大，分布廣泛的存在，必須要有一個全球分布共同參與分配的組織架構(gòu)才能保證物體標(biāo)識分配的合理與有序;

（2） 物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識要便于記憶，用戶訪問物體，就像訪問一個網(wǎng)頁一樣容易，只需要輸入物體標(biāo)識就可以和物體進(jìn)行交互;

（3） 物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識應(yīng)該具有惟一性，對不同標(biāo)準(zhǔn)的物體編碼的映射必須保證惟一性，避免出現(xiàn)標(biāo)識沖突的情況;

（4） 物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識要具有可擴(kuò)展性，今后還會出現(xiàn)更多新型編碼標(biāo)準(zhǔn)，因此物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識不僅僅要滿足當(dāng)下的需求，也應(yīng)該考慮到以后可能出現(xiàn)的狀況。

目前，對物聯(lián)網(wǎng)尋址的研究和設(shè)計仍處于起步和摸索階段[6?7]，很多研究可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，互聯(lián)網(wǎng)有一套完善的并且行之有效的尋址體系[8]，包含MAC地址、IP地址、URL、域名以及DNS解析系統(tǒng)等一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提供了完善的尋址支持。物聯(lián)網(wǎng)的尋址和互聯(lián)網(wǎng)的尋址從一定程度上說具有一定的相似性，因此可以參考和借鑒互聯(lián)網(wǎng)的尋址技術(shù)。但是，物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)從很大程度上決定了其尋址和互聯(lián)網(wǎng)尋址具有很大的差異性[9]。根據(jù)上文所述，在批判地采用互聯(lián)網(wǎng)中和自身兼容的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的同時要注意兩者的差異性，要針對物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)進(jìn)行建模，提出適應(yīng)自身需求的尋址方案。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識設(shè)計是物體終端合理、高效尋址的基礎(chǔ)，兩者是相輔相成的。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識應(yīng)該有一個統(tǒng)一的分配者、管理者并且又能夠支持原發(fā)行者獨(dú)立分配和管理，標(biāo)識的設(shè)計要照顧到尋址的需求，注意提高尋址的性能和效率。

2 "設(shè)計方案

2.1 "物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺

物聯(lián)網(wǎng)中存在海量的物體，物體具有移動性，標(biāo)識和物體地址之間會頻繁的進(jìn)行重新映射，因此會對物體尋址造成很大麻煩[10]。另外，物體終端具有操作屬性、社會屬性，簡單的通過物體原有的編碼不能獲得這些參數(shù)?？紤]到上述問題，本方案提出了一個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，其目的是為了統(tǒng)一映射不同的物體標(biāo)識、提高物體標(biāo)識映射的準(zhǔn)確性、便于分級管理物體終端。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺是對設(shè)備與物體進(jìn)行管理的基本單元，不同的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺之間通過互聯(lián)網(wǎng)互相連接，每個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺對外表現(xiàn)出統(tǒng)一的接口。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺類似于互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)站，但不同之處在于，互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)站實際是網(wǎng)狀拓?fù)?，因為網(wǎng)狀間具有復(fù)雜的互聯(lián)關(guān)系。而物聯(lián)網(wǎng)采用的星形或樹形拓?fù)?，類似總線式結(jié)構(gòu)。其原因是因為物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展，物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建，互聯(lián)網(wǎng)就相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的總線。

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它可以接入不同類型的物體，比如貼有RFID標(biāo)簽的物理實體、6LOWPAN網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)中的主機(jī)等等。在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺中有一個數(shù)據(jù)庫，它負(fù)責(zé)存儲接入平臺的物體的原始信息、可調(diào)用的操作參數(shù)等。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼01T1.tifgt;

圖1 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)

2.2 "基于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識設(shè)計

互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)資源地址使用的是統(tǒng)一資源定位符—URL，URL主要包括協(xié)議、路徑、文件名稱等幾部分。互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層資源的尋址服務(wù)使用了DNS協(xié)議，DNS 協(xié)議是一種專用于提供域名相關(guān)信息（資源記錄）的應(yīng)用協(xié)議，在數(shù)據(jù)格式和訪問機(jī)制上都有嚴(yán)格的定義?；ヂ?lián)網(wǎng)這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可行性、高效性通過幾十年使用已經(jīng)得到了充分的驗證，物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識及尋址可以借鑒這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11]。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的表示方式：

協(xié)議：//物聯(lián)網(wǎng)域名/類型/資源標(biāo)識。

其中協(xié)議表示物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議，在此可以設(shè)為默認(rèn);物聯(lián)網(wǎng)域名采用分層結(jié)構(gòu)，每一層之間由“.”進(jìn)行分割;類型是指物體原有編碼的類型;資源標(biāo)識是根據(jù)物體的原有屬性、社會屬性、物體終端標(biāo)識、可操作參數(shù)等通過一定的算法生成的，并且要保證其在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺內(nèi)惟一性。物聯(lián)網(wǎng)域名類似于互聯(lián)網(wǎng)域名，每一個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺都有一個惟一的物聯(lián)網(wǎng)域名。物聯(lián)網(wǎng)域名由頂級域、第二層域、子域組成。下一級域名需要向上一級提出注冊申請，由上一級域名進(jìn)行審核并必須保證該域名的惟一性。以一個物聯(lián)網(wǎng)域CETC15.BJ.CN（如圖2所示）為例：可以看到物聯(lián)網(wǎng)域名是采用樹形層級結(jié)構(gòu)，頂級域名為CN，頂級域名一般為國家、組織、機(jī)構(gòu);二級域名需要向頂級域名申請一個本域名內(nèi)惟一的域名段，這里的二級域名為BJ;同理，子域需要向上一級申請一個本域內(nèi)惟一的域名段。

物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識采用分級的樹形結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足統(tǒng)一的編碼統(tǒng)一分配和管理的需求，又可以支持各種編碼分配者獨(dú)立自主分配和管理，同時增加了編碼映射的可擴(kuò)展性。樹形分層結(jié)構(gòu)提高了編碼查找的效率，系統(tǒng)整體具有一個統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)，各層次獨(dú)立具有獨(dú)立的管理機(jī)構(gòu)，這樣能夠保證標(biāo)識的統(tǒng)一性、惟一性，提高了分配管理的靈活性，每個層次獨(dú)立運(yùn)行能夠增加系統(tǒng)的效率，如果某層局部出現(xiàn)了故障這樣不會妨礙其他部分的尋址工作，提高了系統(tǒng)的防災(zāi)容災(zāi)能力[12]。

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圖2 域名分層結(jié)構(gòu)

2.3 "物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識尋址

如上所述，物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識由物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺域名和平臺內(nèi)的資源標(biāo)識共同映射而成。因此物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的尋址可以分兩步走：第一步，通過物聯(lián)網(wǎng)域名查詢系統(tǒng)查找物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺對映的地址，然后訪問該平臺;第二步，通過平臺內(nèi)的查詢系統(tǒng)查找對映的資源標(biāo)識，并把得到的數(shù)據(jù)返回給用戶。

2.3.1 "物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺域名查詢

物聯(lián)網(wǎng)域名查詢模型參考了DNS協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)域名的查詢采用遞歸的分層查詢模式，從頂級域一層一層的遞歸查詢，這種方式便于管理和維護(hù)并且可擴(kuò)展性強(qiáng)。查找時首先發(fā)送查找請求到根服務(wù)器，根服務(wù)器將查找到的頂級域名地址返回;然后繼續(xù)查找頂級域名，頂級域名服務(wù)器將查到的二級域名地址返回;最后查找子域名，子域名服務(wù)器將查找到的子域名地址返回;這樣就得到了該物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的地址，然后通過物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺查找資源標(biāo)識，最后將得到的數(shù)據(jù)返回客戶端，這樣就完成了查詢的過程。下面以查找舉例說明物聯(lián)網(wǎng)域名查找過程（如圖3所示）。

（1） 客戶端向上級域名服務(wù)器發(fā)出CETC15.BJ.CN的查詢請求;

（2） 上級域名服務(wù)器向根服務(wù)器發(fā)出查詢請求，物聯(lián)網(wǎng)根服務(wù)器返回.CN的地址;

（3） 上級域名服務(wù)器向.CN服務(wù)器發(fā)出查詢請求，物聯(lián)網(wǎng).CN服務(wù)器返回.BJ.CN的地址;

（4） 上級域名服務(wù)器向.BJ.CN服務(wù)器發(fā)出查詢請求，物聯(lián)網(wǎng).BJ.CN服務(wù)器返回CETC15.BJ.CN的地址;

（5） 向客戶端返回結(jié)果。

2.3.2 "平臺內(nèi)資源標(biāo)識查詢

資源標(biāo)識是物體社會信息、可操作參數(shù)、原始編碼信息等通過映射生成的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺內(nèi)惟一的標(biāo)識信息，通過平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)庫把上述信息存儲起來。

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺內(nèi)的資源標(biāo)識查詢分兩步：第一步，獲得接收到的查詢請求;第二步，通過平臺內(nèi)的索引查詢系統(tǒng)查找資源標(biāo)識，并返回結(jié)果。

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圖3 物聯(lián)網(wǎng)域名查詢過程

3 "EPC編碼到物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的映射及尋址

3.1 "EPC編碼的映射

EPC中文名稱為產(chǎn)品電子碼，它是基于RFID和互聯(lián)網(wǎng)的一項物流技術(shù)，EPC隨著源自射頻識別技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，EPC的目標(biāo)是為物體提供惟一標(biāo)識，EPC由版本號、域名管理、對象分類、序列號等部分組成的。目前EPC有64、96、256等不同位數(shù)的版本，每種位數(shù)的編碼又可以具體分成不同類型。不同類型的EPC編碼適應(yīng)不同類型的物體。

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺包含一張映射表，這個表包括以下字段：物體編碼類型、物體注冊時間、物體編碼地址、物體API接口等一系列包含物體原始屬性和社會屬性的信息。根據(jù)這些信息生成物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺內(nèi)一個惟一的定長的數(shù)字串，這個數(shù)字串和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的域名結(jié)合就形成了EPC編碼到物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識的映射。例如一個EPC編碼10000000000000000000011000000000

000000000011001000020000000000000，它注冊的時間為：2014?05?01，它沒有可操作API接口。因此物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的一條數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺數(shù)據(jù)表

然后通過一個轉(zhuǎn)換算法把上述信息生成為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的一個固定長度的數(shù)字串：01920289284，最后和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的域名組合生成最終的物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識：CETC15.BJ.CN/01920289284（如圖4所示）。

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圖4 統(tǒng)一標(biāo)識結(jié)構(gòu)圖

最后生成一個可掃描標(biāo)簽，用戶通過掃描這個標(biāo)簽就可以進(jìn)行查詢。

3.2 "尋址過程

如上所述，EPC編碼最終轉(zhuǎn)化成了物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識，通過查詢這個標(biāo)識就能得到物體的原始屬性和社會屬性。為了便于使用，可將物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識生成為一個可掃描的標(biāo)簽，用戶可以通過簡單的掃描該標(biāo)簽向物聯(lián)網(wǎng)域名解析系統(tǒng)提出查詢需求。查詢過程如下：

（1） 掃描器掃描標(biāo)簽;

（2） 獲取標(biāo)簽的數(shù)據(jù);

（3） 掃描器向根域名服務(wù)器發(fā)出請求，首先向根域名查找CN的地址，然后依次遞歸查找BJ、CETC15，通過這樣一步一步最后查找到域名為CETC15.BJ.CN的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺;

（4） 服務(wù)器返回查到的域名信息;

（5） 向物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺發(fā)出請求;

（6） 通過平臺內(nèi)的映射表查詢資源標(biāo)識是01920289284這個資源標(biāo)識的信息;

（7）～（9） 通過JSON字符串返回給掃描儀，這樣就得到了物體的原始信息和社會信息。

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圖5 查詢過程

客戶端得到這些信息之后，如果需要操作物體則可通過API調(diào)用去控制物體，其他的OID、UPC等一系列物體編碼的轉(zhuǎn)化和上述的EPC轉(zhuǎn)化過程相似。

4 "結(jié) "語

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識和尋址技術(shù)的研究越來越受到人們的重視，目前大多數(shù)研究都是參考互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏對物聯(lián)網(wǎng)自身特點(diǎn)的考慮和研究。本文研究了互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)之間的異同，參考互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)同時又提出了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)自身特點(diǎn)的研究方案。針對物體編碼標(biāo)準(zhǔn)的多樣性、物體編碼缺乏統(tǒng)一分配和管理、海量物體高效尋址等物聯(lián)網(wǎng)自身所固有的特點(diǎn)提出了一套物體統(tǒng)一映射及尋址設(shè)計方案。該方案提出了物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，其目的是為了統(tǒng)一映射接入到平臺的物體標(biāo)識，并給每個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺分配了一個全球惟一的物聯(lián)網(wǎng)域名，物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)識由物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的域名和平臺內(nèi)的資源標(biāo)識共同構(gòu)成。物體終端的尋址模型的設(shè)計參考了DNS協(xié)議，實現(xiàn)了物體標(biāo)識可擴(kuò)展性，同時提高了查詢的效率。經(jīng)過實踐證明，該方案能有效地滿足對物體的統(tǒng)一標(biāo)識及尋址需求。

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