物聯網環境下數據交換模型研究

王聰

摘? 要：隨著信息化技術的不斷發展，在物聯網環境下，產生了大量的數據，并且數據間的結構及存儲方式各不相同，使得數據源之間的交互變得異常復雜，形成了“信息孤島”，而解決“信息孤島”問題最有效的方法就是數據交換。基于此，構建一個在物聯網環境下的數據交換模型，用以解決數據間的脫節問題，并將構建的數據交換模型與傳統的數據交換方法進行對比實驗。實驗結果表明，構建的交換模型可以有效保證數據信息的安全性。

關鍵詞：物聯網;數據;交換;模型

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）33-0078-02

Abstract： With the continuous development of information technology， a large amount of data has been produced in the environment of the Internet of things， and the structure and storage mode of the data are different， which makes the interaction between the data sources become extremely complex and form an "information isolated island". The most effective way to solve the problem of "information isolated island" is data exchange. Based on this， a data exchange model in the environment of the Internet of things is constructed to solve the problem of disconnection between data， and the constructed data exchange model is compared with the traditional data exchange method. The experimental results show that the exchange model can effectively ensure the security of data information.?Keywords： Internet of things; data; exchange; model

引言

隨著物聯網在各行各業中的深入應用，存儲在各個系統中的信息量逐漸增加，其中存在的問題也逐漸增加。一方面，由于數據信息具有分布廣泛、管理自治、異構性強等特征，嚴重影響了各數據源之間的數據交換;另一方面，對于各個系統的要求逐漸嚴格，數據間的交換需求逐漸增多[1]。正是因為這兩方面的問題存在，迫切的需要實現各個數據源之間的透明化數據交換，在交換的過程中不需要考慮數據模型存在的異構、數據的抽取問題以及數據的合成問題[2]。

1 物聯網環境下數據交換模型的構建

1.1 模型框架設計

本文構建的基于物聯網環境下的數據交換模型主要涉及兩種交換主體，一是數據共享中心庫，二是業務系統庫。構建的數據交換模型圖如圖1所示。

假設在該數據交換模型中，數據共享中心庫和各業務系統庫共同組成n個交換主體，根據事物的整合原理可知，總共會產生C2n種交換組合。在這C2n種交換組合方式中，既存在兩個業務系統庫之間的基于數據共享中心庫的數據交換，又存在兩個業務系統庫之間點對點的直接數據交換方式。從模型的能動性上分析，該模型中既有主動式的數據交換，又有被動式的數據交換。

1.2 數據集成方法設計

數據集成的方法分為三種，分別是單本體、多本體以及單、多混合本體。當用戶需要集成的數據源的相似度較高時，對于相似度高的數據源在建立的本體相似度也會隨之增高，造成數據重復率過多的現象產生，還會增加模型中建立的各個局部的本體工作量，使整個模型中所包含的本體過于復雜[3]。

為了克服上述問題，基于共享部分局部本體的想法，在數據交換模型中提出一種全新的局部共享本體的數據集成方法。通過這種方法的數據集成可以改變原有單、多混合本體的方法中每個數據源信息對應一個局部本體的映射方法，將相似度過高的多個數據源整合成為一個單獨存在的虛擬數據源，以此達到共享一個局部本體的目的[4]。

局部共享本體數據集成方法與其它幾種方法存在著很大的差異，其它數據集成方法中，每一個數據源都嚴格遵循一一對應的關系，每個局部本體都能夠反映出數據源中的數據，每個數據元的種類和屬性都可以在其中找到對應的唯一數據。而局部共享本體中數據的種類和屬性是可以對應數據源中的多個數據，也可能對應一個數據源中的數據，因此在數據集成時，要明確數據的每個屬性和種類，在數據源中找到對應的數據。

局部共享本體數據集成方法可以有效地解決模型中局部本體過多時出現的問題，并且，減少了建立在各個局部本體中的工作量以及復雜程度。但需要注意的是，在局部共享本體中，改變一個數據源很可能會使本體產生改變，最終影響其他數據源之間的映射關系。但當數據源之間沒有過多的改動時，局部共享本體可以有效地減少局部本體的數量，將交換模型的成本大大降低。

1.3 應用層設計

應用層與客戶端的代理服務器的功能相同，主要負責對數據的請求、發布以及查詢重寫和執行功能等。數據的請求是在請求應答模型中，數據信息需要在數據交換模型中進行交互，形成數據的查詢請求。發布功能是在發布模式當中，數據的提供方以及數據的需求方通過在數據交換模型中的交互完成對數據的發布。查詢重寫和執行功能是在請求應答模式下通過提供方將查詢請求轉化為交換模型在本地數據源中可以執行的語句，并通過執行完成對結果的查詢。

1.4 通信層設計

在數據交換模型中，通信層的主要功能是用于數據交換模型與客戶端代理之間的安全、可靠的通信。本文構建的數據交換模型中采用的是一種基于消息的通信方法，將消息作為數據交換過程中的載體。交換數據按照統一個格式進行封裝，并放入信息中，通過消息在各個節點之間的傳送，實現數據的交換。信息需要經過四個步驟才能實現傳送：第一步是將信息格式化，并將全部信息定義為統一的格式;第二步是要對包含敏感數據的信息進行加密處理;第三步是使用簡單對象訪問協議將信息進行封裝;第四步將消息進行傳送。

將消息格式化后的文檔要能夠在網絡上進行安全的傳送，文檔在發送的過程當中需要對其進行適當的加密處理，防止信息在網絡上傳播的過程中重要的數據被泄露。

1.5 數據交換層設計

本文構建的數據交換模型包含四種數據交換方式，分別是被動式數據交換、主動式數據交換、點對點的數據交換和基于數據共享中心庫的數據交換。

被動式的數據交換是指當業務系統庫處于被動狀態時，用戶需要提供相應的賬號和密碼，才能進行數據的交換。共享的數據交換模型可以根據用戶自身的需求高效的完成對數據的獲取，不會隨著業務系統的規定變化而發生改變。但業務系統庫暴露在網絡中，數據信息安全性較低。

主動式數據交換是指業務系統庫根據用戶的需要主動將數據傳送到數據交換模型中進行交換。這種交換方法可以保障業務系統庫的安全性。

點對點的數據交換是在業務系統中直接交換，通過標準協議將數據集成在一起，優點是數據的傳輸性能相對較好，但擴展能力差，且權威性和可靠性很難保證。

基于數據共享中心庫的數據交換，在數據的交換的過程中，由指定的業務系統數據庫中抽取數據進行交換。這種交換方法的優點是對于整體的業務系統影響較小，且能夠在不影響其正常使用的狀態下完成對數據的交換，還可以保障交換過程中數據的可靠性和權威性。但缺點在于這種方法的依賴性過大，對于不同的業務規則，需要對數據交換模型進行持續的更新和改造。

因此在具體的數據交換過程中要根據實際情況需要，選取不同的交換方法。

2 對比實驗

為了驗證本文構建的數據交換模型具有更好的應用價值，結合數據的安全訪問原理，將其與傳統的數據交換方法進行對比試驗。

2.1 實驗準備

為了使實驗更加具有說服力，將實驗建立在某高校的校園網絡建設當中，完成實驗。實驗組為本文構建的數據交換模型，將模型建立在高校中的業務系統當中進行數據交換，建立數據共享中心，實現高校各部門的數據互聯。

對照組為利用傳統數據交換方法對高校中的數據信息進行交換，在保證數據的及時性和一致性的前提下，利用兩種方法完成數據交換。

2.2 實驗結果

表1 實驗對比結果

利用兩種方法分別對5組數據信息進行交換，設定完整性最高的數據為100%，表1為兩種方法的完整性對比結果。

2.3 實驗結果分析

從實驗結果可以看出，實驗組的完整性明顯高于對照組。因此可以說明本文構建的數據交換模型在數據交換的過程中可以在最大程度上保證數據的完整性，并且數據交換模型只能對業務庫中授權的數據進行訪問，因此也保證了業務數據庫的安全性。該模型可以避免傳統數據交換方法中的問題，有效降低了數據交換的工作量和工作難度。

3 結束語

本文構建的在物聯網環境下的數據交換模型在一定程度上解決了數據交換中存在的主要問題，但仍有需要進一步研究的地方，例如增加模型的管理監控功能、增強數據傳送過程中的穩定性、能同時對大量的數據進行處理、增設防丟失功能等。

參考文獻：

[1]李繼蕊，李小勇，高雅麗，等.物聯網環境下數據轉發模型研究[J].軟件學報，2018，29（01）：196-224.

[2]任偉.基于云計算的物聯網數據挖掘模型研究[J].軟件，2017，38（12）：229-232.

[3]唐洪奎，張程，劉驥.基于NoSQL的物聯網數據本體模型存儲技術研究與實現[J].軟件，2017，38（03）：035-041.

[4]陳維榕，童倩倩，舒田，等.三維模型在農業感知物聯網中的研究與應用[J].貴州農業科學，2017，45（11）：135-138.