覆蓋網(wǎng)絡(luò)上物聯(lián)網(wǎng)工作流框架的設(shè)計(jì)

魏 歌

(長(zhǎng)沙學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖南 長(zhǎng)沙 410003)

覆蓋網(wǎng)絡(luò)上物聯(lián)網(wǎng)工作流框架的設(shè)計(jì)

魏 歌

(長(zhǎng)沙學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，湖南 長(zhǎng)沙 410003)

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)的構(gòu)建，文中提出一種通用的實(shí)現(xiàn)方法。遵照YD/T 2437—2012標(biāo)準(zhǔn)給出的框架，把網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的應(yīng)用支撐網(wǎng)，作為支撐虛擬的覆蓋網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。在此框架中，覆蓋網(wǎng)絡(luò)被視為一種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的支持平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，參照工作流管理聯(lián)盟對(duì)于工作流系統(tǒng)框架建立的要求，對(duì)該系統(tǒng)的建立、運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)的三個(gè)階段及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)在此框架中的層次結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系等方面的問(wèn)題逐一得到處理，這些方法得到了進(jìn)一步的說(shuō)明。

物聯(lián)網(wǎng)；工作流系統(tǒng)；覆蓋網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)

1 概 述

在物聯(lián)網(wǎng)的概念提出之前，工作流的技術(shù)路線發(fā)展已相當(dāng)成熟。伴隨物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的拓展，近幾年來(lái)，已有一些文獻(xiàn)提及對(duì)工作流研發(fā)的需求。文獻(xiàn)[1]指出物理對(duì)象或“事物”的物理位置的改變，一定情況下提供工作流中的上下文相關(guān)特征。文獻(xiàn)[2]強(qiáng)調(diào)服務(wù)工作流在物聯(lián)網(wǎng)中起到了至關(guān)重要的作用。通過(guò)面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的方法，使得業(yè)務(wù)過(guò)程的開(kāi)發(fā)成為協(xié)調(diào)服務(wù)的工作流設(shè)計(jì)[3-4]。文獻(xiàn)[5]專注于物聯(lián)網(wǎng)中的面向服務(wù)計(jì)算，提出面向工作流屬性的訪問(wèn)控制模型。物聯(lián)網(wǎng)工作流還必須是適應(yīng)新的分散途徑業(yè)務(wù)流程的智能對(duì)象[6-7]。為此,物聯(lián)網(wǎng)中間件在現(xiàn)實(shí)企業(yè)應(yīng)用中需要一個(gè)強(qiáng)有力的過(guò)程工作流和涉及互操作性的組織方面的相關(guān)語(yǔ)義Web服務(wù)的支持[8]。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和工作流建模的要求，有的文獻(xiàn)選擇基于端對(duì)端的覆蓋網(wǎng)絡(luò)(P2P網(wǎng)絡(luò))上的工作流設(shè)計(jì)途徑[3]。為了支持各種外部設(shè)備、傳感器和服務(wù)的互操作，并無(wú)縫集成進(jìn)入到主流的企業(yè)系統(tǒng)中，文獻(xiàn)[8-10]提供了物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)方法的linksmart中間件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。該平臺(tái)把面向服務(wù)架構(gòu)、端對(duì)端(P2P)組網(wǎng)和Web語(yǔ)義服務(wù)技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了組合。但是，在已查閱的文獻(xiàn)中，基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提供通用的工作流系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)途徑的研究，尚未被考慮。

物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)就是建立在物聯(lián)網(wǎng)上的一個(gè)軟件系統(tǒng)，它在物聯(lián)網(wǎng)上完成工作流的定義和管理，并按照計(jì)算機(jī)中預(yù)先定義好的工作流邏輯推進(jìn)工作流實(shí)例的執(zhí)行[11]。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行在異構(gòu)環(huán)境下，系統(tǒng)前端的分布式使得物聯(lián)網(wǎng)資源存在多樣性，不能排除對(duì)工作流運(yùn)行狀況造成影響。目前物聯(lián)網(wǎng)的研究聚焦在前端，對(duì)后端重視不夠，有學(xué)者建議需要有針對(duì)性地推進(jìn)后端的研發(fā)[12]。物聯(lián)網(wǎng)工作流管理系統(tǒng)的建立，更多關(guān)注的是用計(jì)算機(jī)能理解和執(zhí)行的形式對(duì)工作流的表達(dá)，主要依賴物聯(lián)網(wǎng)的后端。在物聯(lián)網(wǎng)的工作流框架模型的設(shè)計(jì)中，要求過(guò)程定義采用覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)來(lái)表達(dá)。考慮物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際情況，工作流運(yùn)行在異構(gòu)環(huán)境下要面臨諸多的不確定性，所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)工作流管理系統(tǒng)應(yīng)該具備環(huán)境交互性和自適應(yīng)性[13]。

2 物聯(lián)網(wǎng)上的工作流框架模型

多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，覆蓋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置與應(yīng)用層較緊密。文獻(xiàn)[14]在需求描述層和底層之間建立虛擬的PSON，使得基于協(xié)議描述的需求可以平滑地映射到底層。應(yīng)用被部署并不意味著該應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)[15]。從業(yè)務(wù)需求描述的視角，因?yàn)楦采w網(wǎng)絡(luò)子層的提出，應(yīng)用層的業(yè)務(wù)需求被解耦為業(yè)務(wù)需求模型和覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的覆蓋網(wǎng)元及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)元及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不是業(yè)務(wù)需求模型，而是為業(yè)務(wù)需求描述提供一個(gè)軟件支撐。從應(yīng)用支撐網(wǎng)作為承載覆蓋網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)的視角，覆蓋網(wǎng)元的設(shè)計(jì)依賴下端接口接入的應(yīng)用支撐網(wǎng)元。物聯(lián)網(wǎng)底層的基礎(chǔ)設(shè)施向應(yīng)用支撐網(wǎng)提供所需的資源，使得覆蓋網(wǎng)元的業(yè)務(wù)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用支撐網(wǎng)元的業(yè)務(wù)實(shí)例成為可能。文獻(xiàn)[8]的應(yīng)用層包含可定制的用戶應(yīng)用程序，即包括工作流管理模塊?；赑2P的覆蓋網(wǎng)絡(luò)工作流系統(tǒng)是一種新的工作流管理系統(tǒng)，符合下一代工作流管理系統(tǒng)去中心化的發(fā)展趨勢(shì)，更好地反映了工作流的分布特性和群組協(xié)作的社會(huì)屬性[16]。所以，根據(jù)YD/T 2437—2012[17]的三層架構(gòu)(見(jiàn)圖1)，給出物聯(lián)網(wǎng)工作流框架模型。該模型由節(jié)點(diǎn)組合容器、感知延伸代理、應(yīng)用支撐網(wǎng)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)組成。圖1左側(cè)涉及工作流系統(tǒng)的三個(gè)階段:

(1)在建立階段考慮工作流的過(guò)程定義；

(2)在運(yùn)行階段考慮工作流的執(zhí)行與控制；

(3)在實(shí)現(xiàn)階段考慮工作流應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

圖1 YD/T 2437—2012物聯(lián)網(wǎng)上的工作流框架模型

圖1中，物聯(lián)網(wǎng)工作流定義依托在應(yīng)用層的覆蓋網(wǎng)絡(luò)子層；物聯(lián)網(wǎng)工作流的執(zhí)行與控制運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的應(yīng)用支撐網(wǎng)，并通過(guò)感知延伸層的感知延伸代理獲得底層的支持；物聯(lián)網(wǎng)工作流的應(yīng)用交付給感知延伸層的節(jié)點(diǎn)組合容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)的三個(gè)階段

物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)的三個(gè)階段及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)的三個(gè)階段及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.1 覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的工作流定義

基于服務(wù)聚類的分布式工作流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)流程中任務(wù)之間的邏輯關(guān)系被分布到各執(zhí)行節(jié)點(diǎn)中[18]。在這里，沒(méi)有拘泥于工作流定義與工作流實(shí)例運(yùn)行分離的傳統(tǒng)。為完成預(yù)定目標(biāo)而定義工作流，由多個(gè)業(yè)務(wù)活動(dòng)及它們之間的關(guān)聯(lián)所構(gòu)成，可以映射到覆蓋網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)覆蓋網(wǎng)元及它們之間的連接來(lái)描述。定義在覆蓋網(wǎng)元上的業(yè)務(wù)活動(dòng)，是業(yè)務(wù)需求的計(jì)算化表示形式，用來(lái)支持業(yè)務(wù)的自動(dòng)化處理的最小邏輯單位。工作流定義工具依托覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)活動(dòng)，構(gòu)建抽象的工作流。覆蓋網(wǎng)元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2右側(cè)上端)包括:使用邏輯標(biāo)識(shí)符來(lái)表示的網(wǎng)元活動(dòng)標(biāo)識(shí)和生成工作流定義的活動(dòng)程序模塊?；顒?dòng)程序模塊包含推理規(guī)則模板、開(kāi)始結(jié)束與轉(zhuǎn)移條件，以及下端接口接入控制等程序。其中，推理規(guī)則模板負(fù)責(zé)綁定網(wǎng)元活動(dòng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相應(yīng)的程序，用以生成覆蓋網(wǎng)元上的業(yè)務(wù)活動(dòng)的一個(gè)服務(wù)鏈，進(jìn)行工作流的合成；開(kāi)始結(jié)束與轉(zhuǎn)移程序，包括業(yè)務(wù)活動(dòng)的開(kāi)始條件、結(jié)束條件與轉(zhuǎn)移條件，執(zhí)行隊(duì)列管理以及對(duì)它們的檢驗(yàn)；下端接口/接入控制程序中，下端接口接入對(duì)應(yīng)的應(yīng)用支撐網(wǎng)元，接入控制給出該網(wǎng)元由此產(chǎn)生的業(yè)務(wù)實(shí)例。工作流定義工具負(fù)責(zé)識(shí)別用戶的請(qǐng)求，協(xié)調(diào)整個(gè)工作流模型中的各個(gè)業(yè)務(wù)活動(dòng)，根據(jù)用戶的需要提交給相應(yīng)的覆蓋網(wǎng)元。定義在覆蓋網(wǎng)元上的業(yè)務(wù)活動(dòng)被組織起來(lái)，合成為工作流過(guò)程的定義。以覆蓋網(wǎng)元作為工作流過(guò)程的業(yè)務(wù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)元的活動(dòng)程序模塊的開(kāi)始結(jié)束與轉(zhuǎn)移程序上保存節(jié)點(diǎn)執(zhí)行過(guò)程的執(zhí)行隊(duì)列管理信息，并通過(guò)下端接口/接入控制程序?qū)⑦@些信息傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的應(yīng)用支撐網(wǎng)元。每當(dāng)有應(yīng)用支撐網(wǎng)元的業(yè)務(wù)實(shí)例執(zhí)行完畢，返回執(zhí)行狀態(tài)的信息到活動(dòng)程序模塊，它將啟動(dòng)結(jié)束或轉(zhuǎn)移的程序。如果需要進(jìn)行下一輪運(yùn)行時(shí)，按照工作流過(guò)程的定義，覆蓋網(wǎng)元將啟動(dòng)轉(zhuǎn)移程序觸發(fā)新的覆蓋網(wǎng)元，開(kāi)始新一輪的后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化處理進(jìn)程。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)上工作流的執(zhí)行與控制

3.2.1 應(yīng)用支撐網(wǎng)對(duì)工作流的執(zhí)行與控制的支持

在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，通常的覆蓋網(wǎng)絡(luò)被配置在網(wǎng)絡(luò)層，分簇的事件代理形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[19-20]。在這里，將通常的覆蓋網(wǎng)絡(luò)剝離開(kāi)來(lái)，形成應(yīng)用層的覆蓋網(wǎng)絡(luò)和位于網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層的應(yīng)用支撐網(wǎng)子層。按YD/T 2437—2012的規(guī)定，應(yīng)用支撐網(wǎng)子層具有網(wǎng)絡(luò)的連接能力、支撐信息的雙向傳遞和控制的能力。實(shí)際上，這也就是直觀上說(shuō)的物聯(lián)網(wǎng)，可以看成是智能物品的互聯(lián)[21]。通常它的網(wǎng)元也可以具有互聯(lián)網(wǎng)一致的IP或IPv6地址，具有端到端(P2P)的通信能力[22]。由于物聯(lián)網(wǎng)工作流本身所具有的分布性特征，要求相應(yīng)的工作流管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作流模型分布式執(zhí)行的功能。把覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的過(guò)程定義與應(yīng)用支撐網(wǎng)元進(jìn)行綁定，一方面，由于這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，使得每一個(gè)應(yīng)用支撐網(wǎng)元的業(yè)務(wù)實(shí)例能夠直接適應(yīng)每一個(gè)業(yè)務(wù)活動(dòng)。另一方面，覆蓋網(wǎng)元上存放有工作流過(guò)程定義的業(yè)務(wù)活動(dòng)執(zhí)行的信息。每一個(gè)覆蓋網(wǎng)元被激活后，都能獨(dú)立地啟動(dòng)結(jié)束或轉(zhuǎn)移的程序，完成工作流的業(yè)務(wù)過(guò)程的自動(dòng)執(zhí)行。因此，覆蓋網(wǎng)元與應(yīng)用支撐網(wǎng)元的綁定，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式工作流引擎的執(zhí)行功能。

應(yīng)用支撐網(wǎng)的功能將通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2右側(cè)下端)和組網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)體現(xiàn)。業(yè)務(wù)活動(dòng)解析器是覆蓋網(wǎng)元的業(yè)務(wù)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用支撐網(wǎng)元的業(yè)務(wù)實(shí)例的入口。當(dāng)應(yīng)用支撐網(wǎng)的網(wǎng)元讀取到對(duì)應(yīng)的覆蓋網(wǎng)元傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)活動(dòng)執(zhí)行過(guò)程信息，包括活動(dòng)標(biāo)識(shí)符、輸入與輸出的控制連接、開(kāi)始結(jié)束與轉(zhuǎn)移條件等。通過(guò)業(yè)務(wù)活動(dòng)解析器對(duì)覆蓋網(wǎng)元定義的業(yè)務(wù)活動(dòng)進(jìn)行解析，提供業(yè)務(wù)活動(dòng)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用支撐網(wǎng)元，進(jìn)行初始化，并激活該應(yīng)用支撐網(wǎng)元，業(yè)務(wù)實(shí)例管理工具負(fù)責(zé)執(zhí)行的業(yè)務(wù)實(shí)例的取消、掛起、重新啟動(dòng)等操作，并將執(zhí)行狀態(tài)信息發(fā)送到路由選擇器，根據(jù)該業(yè)務(wù)活動(dòng)過(guò)程列舉后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元，形成路由選擇表保存到業(yè)務(wù)實(shí)例管理模塊。該模塊還承擔(dān)上傳下達(dá)的功能，對(duì)上下層間的數(shù)據(jù)通信格式進(jìn)行統(tǒng)一，并且屏蔽底層及上層系統(tǒng)的異構(gòu)性。完成業(yè)務(wù)實(shí)例后，業(yè)務(wù)實(shí)例管理模塊負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)實(shí)例執(zhí)行相關(guān)的信息返回對(duì)應(yīng)的覆蓋網(wǎng)元。如果覆蓋網(wǎng)元將啟動(dòng)轉(zhuǎn)移程序觸發(fā)新的覆蓋網(wǎng)元，開(kāi)始新一輪的后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)實(shí)例時(shí)，路由選擇器負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)實(shí)例執(zhí)行相關(guān)的信息傳輸?shù)胶罄^應(yīng)用支撐網(wǎng)元。因此，要求它實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)間協(xié)議的轉(zhuǎn)換，封裝和解讀相關(guān)數(shù)據(jù)包。此外，還要啟動(dòng)資源分配器分配具體執(zhí)行需要的資源。資源分配器事先儲(chǔ)存來(lái)自感知/執(zhí)行延伸代理中的資源項(xiàng)的信息，建立網(wǎng)元/資源項(xiàng)表，具有讀取和配置資源項(xiàng)的功能。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用支撐網(wǎng)元被激活后，資源分配器負(fù)責(zé)讀取網(wǎng)元/資源項(xiàng)表，綁定應(yīng)用支撐網(wǎng)元/資源項(xiàng)，完成資源分配的過(guò)程。系統(tǒng)涉及激活后應(yīng)用支撐網(wǎng)元/資源項(xiàng)比較多時(shí)，必須開(kāi)辟一個(gè)緩沖區(qū)，把最常使用的應(yīng)用支撐網(wǎng)元/資源項(xiàng)進(jìn)行記錄，以規(guī)范的文檔格式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)日志管理模塊中，此外還涉及異常情況的記錄。

3.2.2 感知延伸代理對(duì)工作流的執(zhí)行與控制

感知延伸代理具有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能[23]。對(duì)應(yīng)YD/T 2437—2012的規(guī)定，感知延伸層中物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)、智能控制等部件納入感知延伸代理。一方面將底層的節(jié)點(diǎn)組合接收到的環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行解釋和分類后，并將其分配到相關(guān)的部件中；另一方面截取來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層的消息，并向節(jié)點(diǎn)組合容器發(fā)起會(huì)話，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)件之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作，完成來(lái)自應(yīng)用支撐網(wǎng)的網(wǎng)元的業(yè)務(wù)部署。所以，物聯(lián)網(wǎng)工作流的執(zhí)行與控制運(yùn)行需要通過(guò)感知延伸代理獲得底層的支持；工作流的應(yīng)用要通過(guò)感知延伸代理交付給感知延伸層的節(jié)點(diǎn)組合容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。值得注意的是，覆蓋網(wǎng)元之間或者應(yīng)用支撐網(wǎng)元之間涉及網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層，存在數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕾囮P(guān)系。但是，位于感知延伸層的感知延伸代理相對(duì)獨(dú)立，是離散的，它們之間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕾囆?，控制?wèn)題主要體現(xiàn)在資源的分配與搜索，通過(guò)滿足條件的制定和限制，構(gòu)建來(lái)自工作流定義的任務(wù)的實(shí)現(xiàn)策略。

感知延伸代理置于節(jié)點(diǎn)組合容器之上，包含兩個(gè)模塊(協(xié)調(diào)控制器和感知/執(zhí)行適配器)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)組合容器提供相關(guān)的管理接口和功能接口(如圖2中部所示)。感知/執(zhí)行適配器負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)組合容器中異構(gòu)性的感知/執(zhí)行資源描述文件核實(shí)，進(jìn)行統(tǒng)一抽象，轉(zhuǎn)換成規(guī)范的資源功能描述格式進(jìn)行緩存。然后，通過(guò)監(jiān)視傳遞解析上報(bào)，由協(xié)調(diào)控制器發(fā)送到應(yīng)用支撐網(wǎng)元進(jìn)行注冊(cè)，建立網(wǎng)元/資源項(xiàng)表。執(zhí)行資源調(diào)用時(shí)，將資源項(xiàng)發(fā)送到協(xié)調(diào)控制器。然后通過(guò)推理決策，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的資源功能描述格式，感知/執(zhí)行適配器將資源功能描述格式發(fā)送到節(jié)點(diǎn)組合容器，調(diào)用相關(guān)的節(jié)點(diǎn)組合。

3.3 基于節(jié)點(diǎn)組合容器的工作流應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)工作流的執(zhí)行到實(shí)現(xiàn)所關(guān)注的是用戶的業(yè)務(wù)過(guò)程請(qǐng)求怎樣才能獲得基礎(chǔ)設(shè)施的響應(yīng)并在相應(yīng)的實(shí)例中準(zhǔn)確地獲得執(zhí)行與實(shí)現(xiàn)，它更多地依賴物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的前端。前端的物聯(lián)網(wǎng)低層的異構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施資源存在多樣性，影響工作流實(shí)現(xiàn)時(shí)所執(zhí)行工作流實(shí)例綁定的資源的要求。因此，屏蔽處理這些資源，是物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一。IoT-A以簡(jiǎn)單設(shè)備和其他的(物聯(lián)網(wǎng)外部)服務(wù)為基元進(jìn)行資源的復(fù)雜性處理和簡(jiǎn)單化。同理，根據(jù)YD/T 2437—2012標(biāo)準(zhǔn)，提出節(jié)點(diǎn)組合容器的概念。將物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)端、感知延伸網(wǎng)等節(jié)點(diǎn)，按照業(yè)務(wù)功能進(jìn)行節(jié)點(diǎn)組合。節(jié)點(diǎn)組合可以獨(dú)立部署或被組裝，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建節(jié)點(diǎn)組合容器。物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層的部件及其相應(yīng)功能，都將融入到節(jié)點(diǎn)組合容器和感知延伸代理這兩個(gè)主要成分中。為了有效指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)軟件體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，文獻(xiàn)[24]提出了3個(gè)模型(物理模型、感執(zhí)模型和應(yīng)用模型)組成的架構(gòu)設(shè)計(jì)。而節(jié)點(diǎn)組合容器就起著物理模型的作用(見(jiàn)文獻(xiàn)[25])。

4 實(shí) 例

家居智能系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[26]。該系統(tǒng)需要組合服務(wù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以采用工作流建模[27-28]。通過(guò)實(shí)踐，有如下體會(huì)。

4.1 家居智能的工作流定義

該定義涉及室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)、室內(nèi)燈光調(diào)節(jié)、安防監(jiān)控和健康監(jiān)護(hù)等多項(xiàng)并行的工作流的啟用、運(yùn)行和停止的自動(dòng)操作。實(shí)例中的覆蓋網(wǎng)元的構(gòu)建關(guān)鍵是推理規(guī)則模板的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)踐，此項(xiàng)工作可以依托智能家居業(yè)務(wù)活動(dòng)的需求和業(yè)務(wù)實(shí)例執(zhí)行形成路由選擇表的歷史數(shù)據(jù)記錄，獲得業(yè)務(wù)活動(dòng)上下文的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)推理規(guī)則。

4.2 智能家居的應(yīng)用支撐網(wǎng)

在家居智能系統(tǒng)中，要求克服兩個(gè)方面的困難。一個(gè)方面是業(yè)務(wù)活動(dòng)解析器的設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)活動(dòng)解析器是覆蓋網(wǎng)元的業(yè)務(wù)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用支撐網(wǎng)元的業(yè)務(wù)實(shí)例的入口。當(dāng)應(yīng)用支撐網(wǎng)的網(wǎng)元讀取到對(duì)應(yīng)的覆蓋網(wǎng)元傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)活動(dòng)執(zhí)行的大量過(guò)程信息，業(yè)務(wù)活動(dòng)解析器成為瓶頸。另一個(gè)方面是解決后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元的觸發(fā)問(wèn)題。完成業(yè)務(wù)實(shí)例后，如果覆蓋網(wǎng)元將啟動(dòng)轉(zhuǎn)移程序觸發(fā)新的覆蓋網(wǎng)元，開(kāi)始新一輪的后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)實(shí)例時(shí)，路由選擇器負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)實(shí)例執(zhí)行相關(guān)的信息，傳輸?shù)胶罄^應(yīng)用支撐網(wǎng)元。但應(yīng)用支撐網(wǎng)元之間鏈路不存在。因此，要求訪問(wèn)網(wǎng)內(nèi)的其他中繼節(jié)點(diǎn)后到達(dá)。所以，該實(shí)例挖掘了應(yīng)用支撐網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)添加了一個(gè)定位和路由協(xié)議，用于維護(hù)覆蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)完整，確保完成后繼應(yīng)用支撐網(wǎng)元的觸發(fā)。

4.3 智能家居的感知延伸代理

感知延伸代理是封裝好的具有智能家居系統(tǒng)控制功能的控制器硬件和軟件，支持對(duì)智能家居分子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)組合容器的管理和控制，并支持來(lái)自應(yīng)用支撐網(wǎng)元根據(jù)工作流定義的預(yù)先安排。一方面，在工作流執(zhí)行前，感知延伸代理采集來(lái)自節(jié)點(diǎn)組合容器中的各種家庭服務(wù)資源的信息。通過(guò)感知/執(zhí)行適配器負(fù)責(zé)核實(shí)，監(jiān)視傳遞，統(tǒng)一描述格式，由協(xié)調(diào)控制器解析上報(bào)應(yīng)用支撐網(wǎng)元，使得工作流的執(zhí)行符合家庭服務(wù)的需要。另一方面，感知延伸代理還要具體執(zhí)行家居工作流定義涉及的對(duì)服務(wù)資源的安排。在這種情況下，應(yīng)用支撐網(wǎng)元將涉及家居智能系統(tǒng)的資源項(xiàng)發(fā)送到協(xié)調(diào)控制器。然后，通過(guò)推理決策，感知/執(zhí)行適配器將相應(yīng)的功能描述格式發(fā)送到節(jié)點(diǎn)組合容器，啟用、運(yùn)行和停止相關(guān)的家庭資源節(jié)點(diǎn)組合，實(shí)現(xiàn)智能照明、家電控制、家庭安防、家庭能源管理等功能。

4.4 家居智能的節(jié)點(diǎn)組合容器

作為節(jié)點(diǎn)組合容器涉及的節(jié)點(diǎn)組合實(shí)例，可參照2012年中國(guó)室內(nèi)裝飾協(xié)會(huì)智能化委員會(huì)提出的智能家居子系統(tǒng)分類。該分類分別列舉了它們的功能、實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和組成。智能家居的子系統(tǒng)均采用單片機(jī)組裝在節(jié)點(diǎn)組合容器中來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的感知和執(zhí)行功能，它的資源描述模塊將這些獨(dú)立部署的感知/執(zhí)行資源描述文件進(jìn)行緩存。通過(guò)連接到的感知延伸代理，形成智能家居工作流實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中基于覆蓋網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)框架，將工作流系統(tǒng)涉及的三個(gè)階段納入物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)，提出了物聯(lián)網(wǎng)的工作流框架模型，給出了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)上工作流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)三個(gè)階段的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，為開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)通用的設(shè)計(jì)途徑。最后，通過(guò)家居智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的案例對(duì)該框架進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析，進(jìn)一步為應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供借鑒。

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工作流系統(tǒng)有利于物聯(lián)網(wǎng)后端的開(kāi)發(fā)。然而，如何提供一種通用框架是尚未解決的問(wèn)題之一。所以，該框架的構(gòu)建對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的探討提供了新的視角，希望有助于該系統(tǒng)更好地發(fā)展和完善。

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Design of Internet of Things Workflow Framework on Overlay Network

WEI Ge

(Department of Computer Science & Technology,Changsha University,Changsha 410003,China)

In order to construct the workflow system on the Internet of Things (IoT),a general approach is put forward as the way of implementing it.According to given framework under the standard YD/T 2437—2012,the application supporting network in network layer/business network layer are regarded as the basis of supporting virtual overlay network.In this framework,the overlay network is considered a kind of the Internet of Things platform for the support of application development.And on this basis,according to the requirements of Workflow Management Coalition(WfMC)to establish workflow system framework,three stages of the system (the establishment,operation and implementation) and their internal structure are designed.These methods receive further explanation by problems with hierarchy,functions and their mutual relations in the framework to be tackled one by one.

IoT (Internet of Things);workflow system;overlay network;application development platform

2015-04-24

2015-08-12

時(shí)間：2016-07-29

湖南省教育廳科研基金項(xiàng)目(13C1085)；長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目(K1309022-11)

魏 歌(1974-)，男，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，CCF會(huì)員，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、無(wú)線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160729.1833.012.html

TP393

A

1673-629X(2016)08-0195-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.08.042