物联网体系结构与实现方法的研究

２ｏ１６．２３　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）　摘要：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。　关键词：物联网：体系结构：连接模式：　ｌｏｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌｉｕ　Ｑｉａｏｊｉａ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　ｍｏｄｅｒｎ　ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，３００３５０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：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．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ：Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　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　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　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，　编排来描述各个部件之间的连接关系。　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　１．３物联网体系结构的评价指标　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，　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　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　建出连接人与物体的信息网络。　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；　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　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　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　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　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　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　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　能力。　２物联网体系结构的实现方法　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　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　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。　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　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　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。　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　２．１服务发现　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　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　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，　ＳＯＡＰ还是ＲＥＳＴ技术实现物联网Ｗｅｂ服务机制服务发现都是急　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　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　１０１ｆ　日口删　２ｏ＇６．２３　究，其中ＥＰＣｇｌｏｂａｌ系统建立了一个存储物品和环境信息的分布　２．３安全服务　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　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　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　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　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，　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　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　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　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，　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　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　入到各嵌入式设备和智能物品中是未来需要解决的问题。　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　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　目前物联网都是采用Ｗｅｂ服务机制进行实现，因此一般通过　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　ＸＭＬ、ＪＳＯＮ和ＥＸＩ等语言来对数据进行描述，但同时需要预先定　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　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　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　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　题，实现物联网技术的进一步应用和推广。　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　参考文献　【１】李力行，金芝，李戈．基于时间自动机的物联网服务建模和　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　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　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　报．２０１１ｆ０８）　块。ＳｅｎａａＡ主要是在后端提供语义服务的物联网系统，加强对　【３】刘洪涛，程良伦．基于ＤＨＴ的物联网命名服务体系结构研究　物理与非物理过程作为语言的服务。　【Ｊ】．计算机应用研究．２０１　ｌ（０６）　（上接１１９页）　电过程中也会由于操作不当而饱受电能的伤害，但是对于偷电处　泛地。　罚制度还是没有明确的制定，导致了一些偷电行为不但没有因为　２．２电能计量装置技术在箱式变电站中的应用　受到电能的伤害而停止反而越发的猖狂，所以为了制止偷电行为　电能计量装置是供电部门计量电能的有效技术，它计量的准　的发生应该制定严格的惩治制度，加强对这些偷电人员的打击力　确与否直接影响着用户电费的支出多少，所以为了公平公正准确　度，警示大家合理用电，安全用电。　的测量电能减少偷电事件的发生，需要将计量装置进行改造并与　２箱式变电站防窃电技术分析以及预防措施阐述　防窃电设施结合起来，要做好防窃电工作就要控制好配电设备的　安装关，尤其是计量装置的计量点的选定和配电电源线进线的安　２．１多功能防窃电控制器技术在１０ｋｖ箱式变电站中的　装一定要把握好，要严格按照技术要求进行设计安装，并对电能　应用　表屏上的试验端子盒进行双铅封锁，对电能表大表盖也要进行严　制器在箱式变电站中应用可以有效的实现对电力信息的采集和　监控，电力使用信息一旦发生任何的异常变化，它都会有所警示，　随着箱式变电站数量的增加，窃电事件屡禁不止，要想使箱　格的封闭，避免不法人员通过对电能表的操控来实施偷电行为，　式变电站能够安全稳定的运行就必须改进防窃电技术，所以多功　而且电能计量装置与防窃电设施的结合也会在电能计量发生异　能防窃电控制器技术的应用是必不可少的。并且多功能防窃电控　常时，防窃电装置会发出警报，使管理人员进行相应的切断处理，　避免电能被非法人员盗取。　尤其是当发生窃电事件时，安装在母线上的互感器就会发挥作　用，通过测量窃电电流的变化来发出警报，同时将测量信息传递　３结论　综上所述，箱式变电站使用的范围越来越广但是窃电现象也　给设备管理员，使管理员根据窃电事件的严重程度采取合适的切　是越发的严重，为了有效防止箱式变电站发生窃电现象，需要对　不仅从防窃电技术上　断措施，阻止窃电现象发生；而且多功能防窃电控制器还能有效　箱式变电站的防窃电技术进行研究与改进，的监控用户电表中剩余的电量，当用户电量剩余为零时，它会向　完善电力企业输电过程的管理更要根据现如今的电力发展水平　管理系统发出切断信号，防止用户进行偷电行为，这对于偏远地　来完善电力企业的管理，提高工作人员的责任心，向广大用户普　区人员管理不便提供了保障，降低了电能的损失；多功能防窃电　及偷电是违法行为提高他们的意识，从根源上切断偷电事件发生　控制器也可以实现对断路器的直接控制，当有不法人员试图进入　的因素，保障箱式变电站在运行过程中稳定安全的运行，减少电　　变电箱时，它就会发出信号，使断路器发生跳闸，断电，高效的实　能输送过程中的损耗，提高供电质量。现了远程控制，防止窃电行为的发生；除此之外多功能防窃电控　制器在ｌＯｋＶ箱式变电站的应用还能将电能的收发数据与信息反　参考文献　１】韩松林，尚德祖．对几种新型电能表防窃电功能的辨识［Ｊ１．电　馈给多位管理员，管理员利用查询工具有效的控制电能的输送，　【测与仪表，２０１０．　多功能防窃电控制器对自身的防护也是相当好的，所以在未来箱　式变电站防窃电技术的发展中，该项技术的使用一定会越来越广　ｌ１　０２　口