物聯(lián)網(wǎng)中一種操作便捷有效的構(gòu)架

陳佳明沈陽(yáng)工學(xué)院

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物聯(lián)網(wǎng)中一種操作便捷有效的構(gòu)架

陳佳明
沈陽(yáng)工學(xué)院

摘要：大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)要么太復(fù)雜要么太難或者太簡(jiǎn)單并且不能通用。本文提出了一個(gè)適合于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，所提出的架構(gòu)平衡了重要體系結(jié)構(gòu)要求。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 工業(yè)結(jié)構(gòu)

“物聯(lián)網(wǎng)”就是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息的交換和通信，為了實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控的一種網(wǎng)絡(luò)概念。

物聯(lián)網(wǎng)的模型和架構(gòu)是非常重要的，因?yàn)樗鼈優(yōu)榱四Ｐ汀Ⅲw系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用程序的發(fā)展提供一個(gè)更詳細(xì)的框架，甚至引導(dǎo)商業(yè)化進(jìn)程。其中最全面、最完整的應(yīng)該是由歐洲共同體完成的 IoT-A 項(xiàng)目。然而，該項(xiàng)目工作的提出，雖然全面，但極其復(fù)雜，很難在實(shí)踐中應(yīng)用。另一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和模型是ETSI協(xié)會(huì)完成的，它比IoT-A簡(jiǎn)單更容易。然而ETSI架構(gòu)是工業(yè)導(dǎo)向的，意味著它僅適用于M2M機(jī)器對(duì)機(jī)器通信當(dāng)中。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)具有有效性、通用性、可擴(kuò)展性和簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)。

1　提出的架構(gòu)

本文提出了一個(gè)三維架構(gòu)，包括通信維度Communications、物理維度Things和自動(dòng)識(shí)別維度Automation。通信維度與ETS1和M2M很相似，它描繪了數(shù)據(jù)流從源到節(jié)點(diǎn)，包括從C1到C4四個(gè)層次：終端設(shè)備，細(xì)胞系統(tǒng)，核心互聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算中心。自動(dòng)化等級(jí)幅度從沒(méi)有自動(dòng)化等級(jí)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備水平，監(jiān)控水平，任務(wù)控制水平。從低到高把不同等級(jí)的自動(dòng)化水平劃分為A1到A4級(jí)。物理維度描述了真實(shí)的事物，根據(jù)不同的自動(dòng)化水平憑著它們的特點(diǎn)、位置、結(jié)構(gòu)等特征來(lái)區(qū)別。每一個(gè)自動(dòng)化水平都對(duì)應(yīng)有不同的物理維度結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的通信維度架構(gòu)。所以每一個(gè)自動(dòng)化水平都可以用二維的觀點(diǎn)來(lái)看。如圖1所示。

圖1 提出的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)維度

提出的架構(gòu)特征一是能夠同時(shí)的從三個(gè)不同的重要維度來(lái)分析、抽象和描繪一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。特征二是它平衡了簡(jiǎn)單性和有效性。特性三是它支持任何工業(yè)部門(mén)的更多架構(gòu)的發(fā)展。特征四是它是通用的技術(shù)。特性五是它兼容IoT-A和ETSI架構(gòu)。

2　提出架構(gòu)的使用

在IoT-A項(xiàng)目實(shí)施的背景下，考慮能在提出架構(gòu)方面進(jìn)行發(fā)展更多的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)協(xié)議、公式化和實(shí)施。以下提供了對(duì)MQTT-S的分析。

MQTT-S協(xié)議是專門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的協(xié)議之一，通過(guò)IBM發(fā)展但專門(mén)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)遵循發(fā)布者的協(xié)議，而不是在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中最常見(jiàn)的那種協(xié)議。因?yàn)樗麄円呀?jīng)知曉其他協(xié)議的使用方法，所以發(fā)布者發(fā)布該協(xié)議的主題概念并不新鮮，他們的協(xié)議相當(dāng)于一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)。MQTT-S協(xié)議的基本思想是一個(gè)特別集中的實(shí)體，而這個(gè)“代理人”提供的服務(wù)訂閱來(lái)源于出版商。一旦發(fā)布者發(fā)布特定主題的“代理人”，用戶將通過(guò)代理人的間接方式收到關(guān)于該主題的細(xì)節(jié)。除了代理，另一個(gè)重要組成部分就是網(wǎng)關(guān)。它在實(shí)體客戶端可以是一個(gè)出版商節(jié)點(diǎn)或一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然，MQTT-S協(xié)議是使用機(jī)制來(lái)建立客戶和網(wǎng)關(guān)之間的連接，并發(fā)布、訂閱和分發(fā)主題。通過(guò)出版商、網(wǎng)關(guān)、用戶和代理，但是實(shí)際上卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

在提出的體系結(jié)構(gòu)背景下，MQTT-S協(xié)議作為一個(gè)中間級(jí)自動(dòng)化水平也是可以考慮的。該傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)c級(jí)1的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)是以現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議為互聯(lián)網(wǎng)核心的，并且代理在云應(yīng)用程序中。特別要注意的是，雖然它是隱含的，性質(zhì)、位置和實(shí)現(xiàn)MQTT-S代理都沒(méi)有明確討論的描述，但是它可以實(shí)現(xiàn)在云/數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。MQTT-S協(xié)議的自動(dòng)化水平較低，主要是發(fā)布者協(xié)議，由于它的復(fù)雜性較高所以處理數(shù)據(jù)的自動(dòng)化等級(jí)也較高。MQTT-S協(xié)議是通用的，在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛背景下的確需要去組織這樣的應(yīng)用程序。

3　討論

因?yàn)樗亩嗑S性質(zhì)，提出架構(gòu)實(shí)際上是一組二維結(jié)構(gòu)，可以在自動(dòng)化層次結(jié)構(gòu)的每個(gè)級(jí)別上被查看。在提出的體系結(jié)構(gòu)中各種自動(dòng)化水平通過(guò)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)關(guān)或其他連接的設(shè)備完全分離或集成。同樣，各種通信水平可能是完全或者部分相互聯(lián)系。這些包括以下已經(jīng)現(xiàn)有或擬議的設(shè)備類型：gatecentrator（網(wǎng)關(guān)/集中器），gateface（網(wǎng)關(guān)/接口），proway（代理/網(wǎng)關(guān)），編組，聚合器，wl-gateway（協(xié)議轉(zhuǎn)換器在異構(gòu)無(wú)線協(xié)議），物聯(lián)網(wǎng)集中器，中心，編組橋，編組網(wǎng)關(guān)，編組聚合器等等。雖然沒(méi)有明確描述，但是提出的體系結(jié)構(gòu)可以用來(lái)解決安全問(wèn)題。提出的架構(gòu)已經(jīng)被用于討論特定的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議如MQQT-S，因此在新物聯(lián)網(wǎng)的具體協(xié)議中進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)是必要的。

通訊作者：史秀男