物聯(lián)網(wǎng)層次管理模型研究

苗 麗

(廣西經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530021)

3.HM-IOT設(shè)計(jì)

3.1 分層設(shè)計(jì)原則

每一個(gè)物聯(lián)子網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)和注冊(cè)一個(gè)唯一的身份標(biāo)識(shí)，當(dāng)然不同功能的子網(wǎng)提供的功能和訪問方式都是不同的，各子網(wǎng)內(nèi)部的信息交換需要中間件來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。同樣，子網(wǎng)與子網(wǎng)間的信息交換也需要中間件服務(wù)來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。本文是在分析各子網(wǎng)不同體系結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)而提出的層次劃分的設(shè)想，該層次的劃分主要基于以下原則：首先，要考慮到物聯(lián)網(wǎng)的不同功能進(jìn)行抽象分層，每一層應(yīng)該實(shí)現(xiàn)一個(gè)定義明確的功能；其次，在進(jìn)行分層時(shí)還必須堅(jiān)持適度的原則，層不能太少也不能太多，如果分層太少，那每一層必然具有的功能就越多，實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)非常困難，如果分層太多，使問題變得雜化，又失去了分層的意義；第三，每一層功能的選擇盡量基于已經(jīng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟的技術(shù)進(jìn)行劃分，這樣有利于充分利用已有成果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 HM-IOT各層次功能

基于以上三方面的考慮，本文將物聯(lián)網(wǎng)劃分為5個(gè)層次，如圖3所示：

圖3 物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)模型HM-IOT

（1）網(wǎng)絡(luò)接入層。該層位于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)的第一層也就是最底層，主要提供一些技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)使得在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的物體能夠被自動(dòng)識(shí)別，因此與通常意義上講的互聯(lián)網(wǎng)的物理層在機(jī)械特性和電氣特性等方面也有本質(zhì)的區(qū)別，與介質(zhì)的物理構(gòu)成及幾何尺寸并沒有直接的關(guān)系，因此稱作網(wǎng)絡(luò)接入層更加貼切。在物聯(lián)網(wǎng)中該層支持的主要技術(shù)為射頻識(shí)別技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。在網(wǎng)絡(luò)接入層物體利用RFID的唯一標(biāo)識(shí)性連入物聯(lián)網(wǎng)，并通過(guò)與上一層的接口傳輸給上一層。

（2）無(wú)線傳感層。該層位于HM-IOT層次結(jié)構(gòu)的第二層，主要的功能有兩個(gè)：一是進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理；二是要進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合和路由的選擇，對(duì)從各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，然后轉(zhuǎn)發(fā)路由到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在該層中將會(huì)用到的技術(shù)為傳感網(wǎng)技術(shù)，傳感網(wǎng)技術(shù)是傳感器、大規(guī)模無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其智能處理技術(shù)的結(jié)合。由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)中的對(duì)象和各種信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無(wú)線的方式發(fā)送出去，因此這種無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)可以用來(lái)滿足物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)要求。

（3）傳輸層。該層位于層次結(jié)構(gòu)模型的第三層，主要是對(duì)無(wú)線傳感層的補(bǔ)充。該層可以完成多路復(fù)用或者分流的功能，比如將發(fā)往同一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)復(fù)用到同一個(gè)無(wú)線連接上，或者當(dāng)某一傳感器節(jié)點(diǎn)建立了多個(gè)無(wú)線連接時(shí)實(shí)現(xiàn)并行傳送數(shù)據(jù)。

（4）表示層。該層位于HM-IOT層次模型的第四層，負(fù)責(zé)定義信息的表示方法，并向上一層即第三層提供一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，確保在用戶層應(yīng)用程序之間交換信息的一致性，另外還有數(shù)據(jù)加密和解密等功能。

（5）用戶層。即HM-IOT層次模型的最高層，主要功能是用戶通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)終端提出請(qǐng)求進(jìn)行發(fā)送并獲得請(qǐng)求結(jié)果。

3.3 HM-IOT模型評(píng)價(jià)

該模型在設(shè)計(jì)的過(guò)程中體現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：首先HM-IOT模型最大的貢獻(xiàn)就是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念明確地區(qū)分開來(lái)，服務(wù)說(shuō)明了該層提供了什么樣的服務(wù)，接口說(shuō)明上一層如何調(diào)用下一層的服務(wù)，協(xié)議則涉及到如何實(shí)現(xiàn)該層的服務(wù)，這樣的設(shè)計(jì)給各個(gè)物聯(lián)子網(wǎng)的接入提供了很大的開放性。其次，因?yàn)楦鲗又g的獨(dú)立性很強(qiáng)，采用的協(xié)議也沒有限制，只要保證能夠向上一層提供相同的服務(wù)即可，因此并不影響各個(gè)子網(wǎng)的自我設(shè)計(jì)模式，具備了很大的可操作性。由此可見，HM-IOT模型的層次結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中復(fù)雜的實(shí)體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成為單一的邏輯結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的設(shè)計(jì)方法，只需要制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和遵循一定的協(xié)議即可完成物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)操作。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了目前物聯(lián)網(wǎng)各自為政的發(fā)展現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)首要解決的問題就是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部復(fù)雜的實(shí)體構(gòu)成，提出了分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了HM-IOT模型，并對(duì)模型中各層次的具體功能以及所依托的主要技術(shù)進(jìn)行了介紹，證明了該模型的科學(xué)性和可行性。這一模型有利于提升物聯(lián)網(wǎng)的整體技術(shù)集成能力，有利于推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，模型中的各層協(xié)議及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將是下一步物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心研究?jī)?nèi)容。

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