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开放式物联网体系架构及关键技能研讨

发布时间:2019-01-01 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    开放式物联网体系架构及关键技能研讨作者: 田钧 黄润   摘 要 物联网是近几年发展起来的新兴家当,其特点是多个学科的集成,其技能应用也是百花齐放,而其缺点是缺乏统一的体系架构和技能标准。本文研讨现有的各类物联网项目的体系架构和解决方案特点和共性,并展开对物联网关键技能的研讨,包含物联网架构、智能网关与ONS、统一编码与IPv6技能融合等。分析其共有的技能特点基础上,提出开放式物联网体系架构模型,对现有的物联网技能提出优化和调整,该方案作为一个开放的通用架构模型,将为物联网的普及应用及与INTERNET融合铺平道路。
  【关键词】开放式 物联网 RFID ONS EPCIS
  物联网技能是近几年发展起来的新兴领域,物联网技能以传感为核心,联合各行业的应用,如智能工业自动化生产、智能交通、智能农业、智能医疗、智能物流配送、智能家居、智能环保等联合物联网的建设给出了各自的解决方案。但目前国际上还没有变成一整套的物联网架构标准和技能标准。国内的“物联网”大多对单纯的技能的研讨加入较多,但对物联网系统应用标准的体系架构的研讨很少。目前物联网在各行业都只可在其体系内部使用,其信息格式各式各样,其网络外部无法共享到其资源和信息。同时目前物联网家当发展直接带来的一些经济效益主要集中在与物联网有关的电器及电子元件领域,如射频识别装置、传感器、RFID卡、感应器等。
  1 物联网的关键技能
  物联网的关键技能主要包含了智能网关技能、统一编码技能、IPv6技能等,如何实现开放式全局范围内的物与物互联,重点需要解决的是统一编码、传感网络路由(智能网关)等关键技能。开放式物联网的应用,必将是架构在internet网络基础之上,数据包封装在TCP/IP协议之内,那么如何实现物联网数据包的智能传递,从任意的internet网络终端,通过通用的物联网终端识别设备,读取物品的RFID芯片信息,标识的信息能在网络上找到对应的信息服务器,反馈回物品的详细记录数据。惟有解决了开放式物联网的体系架构和应用技能,物联网的应用才能真正实现普及应用。
  1.1 物联网的层次结构
  物联网层次结构常常可分为三层:感知层、网络层和应用层。
  (1)感知层由传感器和传感网关构成,各种传感器包括常规的一些温度传感器、湿度传感器、光感传感器、声音传感器、烟雾传感器、化学传感器、红外传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、GPS等感知终端。感知层的作用它是物联网识别物体,采集信息,并且将信息传递给智能网关,由网络层传递给应用层进行处理。
  (2)网络层能够是由各种类型网络,包含专有网络、光纤网络、有线和无线通讯网、网络管理平台等组成,其核心是Internet网,网络层非常于人的神经中枢,负责传递和处理感知层获取的传感信息。
  (3)应用层是物联网和用户的应用接口,它与行业应用相联合,实现物联网具体的智能化应用。
  1.2 物联网的编码技能
  目前,国际上还没有统一的RFID编码准则,我国的RFID标准还未变成。现有的欧美支持的EPC(Electronic Product Code,电子产品码)标准和日本支持的UID(Universal Identification,泛在识别)标准是当今影响力最大的两大标准。EPC编码有通用标识(GID),也有基于现有全球唯一的编码体系EAN/UCC的标识。
  物联网上的任何信息的流动,都需要给物体做一个唯一的识别码(身份标识),包含物体的一些具体身份信息与内容,同时这个识别码可以在网络上被传送和识别,如何有效地把物体的RFID编码与最新的IPv6编码相联合,是物联网技能与INTERNET有机聚集的关键,也是物联网广泛应用和技能突破的瓶颈。
  1.3 ONS的架构层次化机理设计
  ONS是将一个EPC映射到一个或多个URI服务器地址服务,通过这些服务器地址能够查找到在EPCIS(或web)服务器上关于此产品的其它详细信息记录。ONS存有制造商产品服务器位置的记录,而DNS则是抵达EPCIS服务器位置的记录,其事务原理与网络技能的DNS一致。ONS系统的层次和DNS的层次结构都是分布式的,主要由根ONS、ONS服务器、本地ONS、本地ONS缓存(Cache)及映射信息组成。根ONS服务器是ONS层次中的最高层,它拥有EPC名字空间的最高层次域名。ONS本地缓存则是保存经常、近来查询的URI。而映射信息则是ONS系统所提供服务的实际内容,它指定了EPC编码与其相关的URI的映射关系,并且分布存储在不同层次的各个ONS服务器记录中。如图1所示。
  1.4 EPC信息服务(EPCIS)
  EPCIS用PML为系统的描述语言,包括了客户端模块、数据存储模块及数据查询模块三个局部组成。客户端模块主要实现物联网EPC标签信息向指定EPCIS服务器传输终端;数据存储模块将通用数据存储于服务器的数据库中,在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的原子信息,并将其存储于PML数据库中;数据查询模块根据客户端的权限和查询要求,访问相应的PML数据及信息,返回给客户端。如图2所示。
  1.5 物联网RFID及组网技能研讨
  RFID:射频识别技能(Radio Frequency Identification,简称 RFID)是物联网发展的关键与起源。RFID是20世纪90年代起初兴起的一种自动识别技能,是目前对照先进的一种非完全接触识别技能。在“物联网”体系的构想中,RFID标签中存储着准则的且具有交互作用的信息,通过传感网络把它们自动采集到信息服务器上,实现物品(商品)的识别和信息的中间处理,进而通过开放性的计算机网络实现信息交互和处理,从而实现对物品的“透明”管理。
  Zigbee:Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技能是一种短距离、低功耗的无线网络通讯技能。其包含了距离近、复杂度低、具备自组织性、功耗低、数据传输速率也低、成本低等特性。主要符合于远程自动抑制领域,能够嵌入到各种电子设备中。简而言之,ZigBee便是一种便宜的,低功耗的近距离无线通信组网技能。   WSN:无线传感网络(WSN)是由大量传感器节点通过无线通讯方式变成的一个多跳的自组织系统,其目的是传感器节点之间协助地感知、采集和处理网络覆盖区域中传感器节点的信息,它可以实现数据的采集、网络融合和传输应用。
  2 开放式物联网体系架构设计与分析
  现行物联网的应用都集中于单体的应用,其应用的特点是闭环于一个具体的应用,因为的服务器IP地址都是固定的,在客户端没有安装其客户端软件的情况下是无法访问其服务器端平台,而要实现物联网的通用开放,必须实现通用的射频识别和通用化的网络支持,其原理架构图如图3所示。
  物联网要得到广泛的普及化应用,必将是架构在internet网络基础之上,数据包封装在TCP/IP协议之内,那么如何实现物联网数据包的智能传递,从任意的internet网络终端,通过通用的物联网终端识别设备,读取物品的RFID芯片信息,标识的信息能通过本地ONS、大类ONS、行业ONS服务器,最终检索到物品生产厂家的产品服务器的地址,把物品的标识信息发给厂家的产品信息服务器,由服务器给智能网关和终端提供物品的详细信息。惟有解决了物联网的体系架构和关键技能,物联网的应用才能真正实现普及广泛应用。如图4所示。
  3 结束语
  物联网是一个新兴家当,其技能的应用也是多个学科技能的集成,包含了传感技能、通讯网络技能、软件技能等多个学科的技能内容。而现阶段的物联网的应用,还处于部分单体的应用,还没有变成一个开放的统一的物联网架构体系及技能标准,本文在研讨物联网的现有架构及关键技能的基础上,提出一个总体的开放式的物联网体系架构模型,以适应物联网与INTERNET网络的无缝联合,为物联网的广泛应用提供架构标准,推动物联网的普及与应用。
  参考文献
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  作者简介
  田钧(1976-),男,湖北省人。现为佛山职业技能学院高级工程师、副教授、高级项目经理,主要从事计算机网络技能、物联网技能研讨。
  作者单位
  佛山职业技能学院 广东省佛山市 528137
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