物聯(lián)網(wǎng)“前端分布式”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

周桃義+曹世華

摘 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，我國(guó)中央政府及各地方政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度不斷深入，更將其作為五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一推動(dòng)。本文主要圍繞目前常見的“前端分布式”物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)類型展開討論，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，綜述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，并就未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行展望，希望通過研究能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)的健康、可持續(xù)發(fā)展提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) “前端分布式” 實(shí)現(xiàn)

一、物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IoT）概念是2005年正式提出來的，是互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)延伸，其本質(zhì)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻自動(dòng)識(shí)別（RFID）、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的物聯(lián)網(wǎng)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)仍然是核心和基礎(chǔ)，只是其用戶端從人延伸到了物，也就是物與物之前進(jìn)行信息交換和通信。

二、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于其功能的實(shí)現(xiàn)具有基礎(chǔ)性的意義，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中對(duì)于系統(tǒng)的各部件及其之間關(guān)系進(jìn)行明確定義，給出一定的原則，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)和完善。

為進(jìn)一步發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)，就必須加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建設(shè)，并且多年來各國(guó)也就這一領(lǐng)域不斷進(jìn)行革新。具有代表性的主要有兩個(gè)，一個(gè)是SENSEI，另一個(gè)是IoT-A。這兩個(gè)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的體系機(jī)構(gòu)建設(shè)項(xiàng)目均是由歐盟發(fā)起并進(jìn)行建設(shè)的，是其第七框架計(jì)劃的一大重點(diǎn)。其中SENSEI的最終目的是實(shí)現(xiàn)世界互聯(lián)網(wǎng)，主要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)其與傳感器和執(zhí)行器相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的連接，并能夠利用其提供服務(wù)，開發(fā)各項(xiàng)功能，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)本身要求的世界范圍內(nèi)物與物交互。而IoT-A主要針對(duì)的也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不過其是進(jìn)行相應(yīng)探索，研究不同的體系結(jié)構(gòu)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)及其功能可能產(chǎn)生的不同影響。

其他國(guó)家，包括我國(guó)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的研究不斷深入，產(chǎn)生許多具有代表性的體系結(jié)構(gòu)。尤其在發(fā)達(dá)國(guó)家以及西方國(guó)家等起步比較早的國(guó)家，以處于世界技術(shù)發(fā)展前沿的各大高校為代表。例如，以劍橋大學(xué)為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室提出了網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)標(biāo)示系統(tǒng)，我國(guó)北航也和國(guó)內(nèi)高校合作提出了具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)——基于類人體神經(jīng)網(wǎng)和社會(huì)組織構(gòu)架。

目前關(guān)于體系構(gòu)架的發(fā)展不斷深入，出現(xiàn)了各種各樣的方式方法，但是繁多的方法沒有統(tǒng)一進(jìn)行研究，為加快發(fā)展，使其具有實(shí)際意義，本文進(jìn)行深入研究，希望能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

三、前端集中式體系結(jié)構(gòu)分析

（1）M2M體系結(jié)構(gòu)分析

M2M體系結(jié)構(gòu)主要針對(duì)的對(duì)象是機(jī)器和機(jī)器之間，關(guān)于其之間的通信。通過M2M體系結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同的職能終端設(shè)備之間的通信，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。

關(guān)于其功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)分析評(píng)價(jià)，可以發(fā)現(xiàn)其具有良好的性能，下面進(jìn)行詳細(xì)敘述。首先是水平性以及可擴(kuò)展性。由于在M2M體系結(jié)構(gòu)中具有豐富的感知網(wǎng)絡(luò)，所以其水平性和可擴(kuò)展性能均很好。雖然M2M體系結(jié)構(gòu)能夠很好地實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的感知，具有良好的環(huán)境感知性，但是M2M體系結(jié)構(gòu)主要針對(duì)的是設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)以及機(jī)器與機(jī)器之前的活動(dòng)，就使得其環(huán)境交互性和自適應(yīng)性較差。由于前端集中式的體系結(jié)構(gòu)使得其具有較好的抗毀性和互操作性。

（2）AOA體系結(jié)構(gòu)分析

AOA體系結(jié)構(gòu)主要由四層組成（如圖1），有主智能體的知識(shí)層以及被智能體的控制層，還有數(shù)據(jù)層以及管理層。

就相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析AOA體系結(jié)構(gòu)的性能，AOA體系結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)明顯的不足，就是其只能支持基于自主性的網(wǎng)絡(luò)，這樣就會(huì)使得其水平性大大降低；并且其對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸層的功能僅僅是進(jìn)行了定義，這樣就使得其不具備環(huán)境感知性，同樣，關(guān)于環(huán)境交互性也就很難實(shí)現(xiàn)。而在自適應(yīng)性方面，由于AOA體系結(jié)構(gòu)中控制層的作用，具備一定的自適應(yīng)性。同樣，由于前端集中式的體系結(jié)構(gòu)，使得其具備良好的安全性和互操作性。

四、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究展望

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀是多種體系并存，共同發(fā)展。未來推進(jìn)其發(fā)展的進(jìn)程，相關(guān)研究和探索應(yīng)該不斷加強(qiáng)，下面就關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和展望。

首先是關(guān)于服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)該不斷加強(qiáng)，在未來的發(fā)展中應(yīng)該綜合考慮，尤其是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的異構(gòu)性和動(dòng)態(tài)性，通過相關(guān)性能的研究來加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，這樣也就能夠在一定程度上提高服務(wù)發(fā)現(xiàn)的效率，成為未來發(fā)展的一大重要方向。

其次應(yīng)該加強(qiáng)語義服務(wù)建設(shè)。語義服務(wù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用主要體現(xiàn)在其智能性，但是往往語義服務(wù)的加強(qiáng)會(huì)增加物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，加大工作量，所以該方面的研究和探索也是未來研究的重點(diǎn)。

最后一點(diǎn)，要強(qiáng)調(diào)的就是關(guān)于安全服務(wù)的問題。人們現(xiàn)在也越來越關(guān)注網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全，所以這也是一大重點(diǎn)問題。關(guān)于安全性能較好的往往是前端式集中體系結(jié)構(gòu)中控制層的作用，但是后端集中式體系結(jié)構(gòu)也具有自身特點(diǎn)，怎樣把兩者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)良好功能，也將越來越重要。

五、總結(jié)

本文對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的介紹，可以明確其發(fā)展的歷程和相關(guān)的問題。之后通過相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的指出，對(duì)于目前發(fā)展中出現(xiàn)的前端集中式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并最終提出了簡(jiǎn)單的展望。希望通過本文的研究能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供一定的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

周桃義（1978-），男，漢族，安徽樅陽，杭州萬向職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師；研究方向：軟件設(shè)計(jì)，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)。

曹世華（1972-），男，漢族，浙江長(zhǎng)興，杭州師范大學(xué)副教授；研究方向：RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，醫(yī)療信息化，移動(dòng)學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。