物聯網中異構網關設計分析

摘 要：本文研究的主要目標是結合RFID與無線傳感網架構，希望利用無線傳感系統的實時性，再配合RFID EPC網絡的一致性與便利性，建造一個多功能的復合系統（Compound System），以其提供一個便利的環境讓用戶能選擇所需功能。

關鍵詞：無線傳感網；RFID；中間件

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

近些年來，由于無線射頻識別技術（RFID）技術快速之發展，使低成本、可大量涵蓋的與可布署大面積的無線射頻對象識別器有突破性的進展。RFID系統主要是由閱讀器（Reader）、傳感器（Transponder）與中間件（Middleware）三部分構成，其應用非常廣泛。而至于無線傳感網則是以布署大量的無線傳感節點（Wireless Sensor Node）來組成一個具有低電量消耗（Low Power Consumption）、低成本（Low Cost）之無線傳感網絡（Wireless Sensor Network），而目前較常見的應用則有軍事，農業及環境監測等領域。

在現今的研究當中，有許多的技術都朝向RFID與無線傳感網絡的整合，然而，由于RFID與WSN之間有很多不同的特征與特性，所以常被區分為不同的技術且在開發上也各不相同，根據RFID的設計架構來看，目前要支持更高等的主動式卷標或是智能型的感應裝置則有一定的難度，因此RFID技術目前還只是停留在識別對象的功能上。而另一方面，無線傳感網絡的應用在目前還是存在于比較小型且較封閉式的環境中，而且無線傳感網絡在目前要達到較大規模的網絡也相對困難，雖然有研究指出將傳感網絡的傳感器作為新一代RFID的標簽來應用，但因其牽扯到硬件方面的技術與成本上的考慮，且無線傳感網絡在目前也還無法與大量異構的傳感網絡作數據交換。如何整合與管理不同系統所構成的復雜網絡環境，以及如何提供跨平臺異構網絡的整合管理技術，將會是本研究必需面對的重要課題之一。

一、EPCglobal網絡

EPCglobal網絡（EPCglobal Network）指的是結合EPC碼（Electric Product Code）、RFID（Radio Frequency Identification）與信息網絡等技術所建立成的一個RFID全球標準架構。EPCglobal的RFID技術初階段著重在供應鏈的應用，因此須建構傳遞對象信息的整體網絡，網絡主要構成有產品電子碼、卷標和閱讀器、EPC中間件、對象名稱服務以及EPC信息服務。

（一）EPC中間件（EPC Middleware）

EPC中間件主要是用來收集前端各臺Reader的信息，過濾讀取到的Tag數據，可以說它是連接后端ONS跟前端Reader相當重要的工具，因為現在的數據庫還沒有辦法在一秒鐘之內存取同時百萬筆的數據，所以依靠于EPC Middleware先收集整理由Reader讀取的數據，進而減少數據的傳輸量，減輕網絡負荷，同時減輕后端數據庫的負荷，以及減少傳輸時可能會有的錯誤，利用算法去修正，除了接收和傳遞信息之外，如何保持數據的正確性以及安全性，是EPC Middleware最重要的課題。

（二）OSGi技術與架構

OSGi的目的在于制定一個開放式標準的服務平臺，所謂的開放是指所有的人都可參與標準的制定，并且遵循或開發符合規范的產品。在這種開放性的架構下，不同廠商所開發出的服務軟件及設備才能互相溝通及搭配使用。

OSGi應用程序開發接口（API）可在各種的硬件平臺及操作系統中實現，目的是讓OSG的設計能滿足使用不同硬件平臺及操作系統的需求。在傳統網關系統上所能提供的服務均局限在該作業平臺上，在A平臺所提供的服務難以直接放到B平臺來提供服務，因此廠商要花人力、物力在不同平臺上開發重復的服務，而OSGi則避開了這個問題。OSGi提供標準的應用程序編程接口，使軟件開發商可由此提供多樣化的應用服務。

OSGi規格的設計也從其他平臺的裝置存取觀點來考慮，因此OSGi的裝置開發接口（Device Access API）就把UPnP跟Jini整合進來，UPnP跟Jini可以讓用戶從不同的地方通過不同的終端設備，像PDA、GSM手機、筆記本電腦、個人計算機等，來控制家庭網絡中的其他設備。制定OSGi規格之目的并不是想要推翻既有的通信標準，相反的，其目的在于協助現有的標準，促進區域網絡設備的互通性，以及使廣域網絡的存取及應用更加廣泛。OSGi可以應用在各種網絡存取協議上，不論是高速或低速，有線或無線的網絡架構均可適用。而在應用程序方面，服務供貨商可以開發與其他標準兼容，例如像符合RFC規格的SNMP網管功能等服務。

（三）網關系統流程

在此架構中，RFID與EPC之系統并無太大的變動，最主要是加入無線傳感網絡系統的數據，讓后端的應用程序能夠同時呈現EPC系統與WSN系統的個別數據。此系統與前者系統不相同的地方在于數據的整合，因為兩種不同系統整合之前最重要的步驟即為數據庫系統整合，也由于無線傳感網絡與EPC網絡使用各自獨立的數據庫系統，因此本計劃設計網絡接口程序將無線傳感網絡數據庫節點數據定時采集，并在同時間將數據存入EPC網絡中的Root ONS服務器。當使用者使用讀取器讀取EPC碼時，經由EPC網絡查看本地Local ONS，以EPC碼中的物品代碼部分查詢是否有EPC-IS主機符合所需的相關數據。若無相關數據，則連接至Root ONS以EPC Code中代碼部份查詢所屬的Local ONS主機。再至新查詢的Local ONS中，再以EPC碼中物品之代碼部分查詢含有相同EPC碼的數據庫，比對成功之后再將EPC碼與無線傳感網絡數據結合，最后將數據傳回。

二、結束語

本研究主要重點在于異構網絡整合與網關設計，也同時因為EPC網絡與傳感網絡皆為目前網絡環境下最具競爭力與發展潛力的兩種技術，所以本文選定此兩種技術作為發展異構網絡網關平臺基礎，而目前在市面上普遍與此類相關的系統多處于單獨封閉系統或是廠商設計好的套裝系統，但EPC網絡系統與無線傳感網絡系統在目前算是百家爭鳴的狀態，不同廠商所開發設計出的系統與其它在兼容性上嚴重不足，因此其相關設計成本也將因而提升，也希望在未來由網關的引入能降低成本。

參考文獻：

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[3]孫利民，李建中，陳俞.無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，2005.

[作者簡介]郭聞浩（1994-），男，武漢工程大學計算機科學與工程學院在讀；譚云松（1973-），男，湖北恩施人，研究方向：信息技術教育、分布式計算技術。

[基金項目]湖北省大學生創新創業訓練計劃項目。