物聯網節點狀態監測技術研究

齊康 溫家曼 姚俊銀

【摘?要】信息中心網絡（ICN）為未來的物聯網網絡體系結構設計提供了新的思路，已經出現了許多基于ICN的物聯網解決方案，這些方案進一步驗證了ICN對物聯網的適用性。盡管有很多相關ICN架構的研究，但目前的評估和驗證方法仍然停留在對ICN本身的仿真和理論探討層面，如緩存優化等。LeeH等[1]提出了ICN-OMF框架用于可擴展內容中心網絡（CCN）測試平臺的控制和管理，包括對分散在不同地理位置的多個CCN節點的控制和管理。除此之外，ICN節點的監測與管理研究較少，大多數關聯研究專注于實現單個物聯網（IoT）應用領域。本文側重于構建用于控制和監視信息中心物聯網（IC-IoT）系統各設備節點的完整框架。

【關鍵詞】信息中心網絡;物聯網;節點監測;訪問控制

引言

在最近幾年中，隨著我國物聯網技術的不斷發展，有效推動了我國信息通信技術水平的不斷提高，各種事物在任何地點與時間中取得通信聯系是當前我國信息通信技術的重要發展目標。在信息領域中，物聯網技術是一次新的變革，能夠對新一輪的經濟發展高潮起到有效推動作用。

1物聯網節點監測概述

隨著互聯網的不斷擴展，適當的互聯網管理（包括網絡分析和診斷）的重要性也日益增加，應進行監測和控制，管理各種網絡設備，實現狀態信息的集中管理。IoT有許多應用領域，如智能家居和城市、交通系統、工業控制系統、醫療保健監測系統等。許多研究采用無線傳感器網絡（WSN）將與物理域關聯的信息、IoT驅動的計算系統相互關聯，可以無處不在地訪問位置、環境中不同實體的狀態，進行數據采集，以進行長期的IoT監視。同樣為使網絡有效運行，IoT也需要監測、控制、記錄網絡性能和設備資源的使用情況，而設備的管理者負責收集網絡設備信息，包括設備特性、數據吞吐量、通信超載和錯誤等。未來IoT架構將朝著以內容為中心的方向發展，運用IoT技術的網絡節點監測系統也將隨之改變，在IC-IoT的應用場景下，網絡節點監測具有較大的研究空間。

2信息中心物聯網節點狀態監測架構

2.1硬件架構

構建基于新技術的監測云平臺，使數據從感知、采集、傳輸、存儲、展示到預警、決策，邁向全自動化、信息化、實時化、科學化的新里程。基于物聯網架構，將云平臺硬件架構分為五個層級，分別是：感知層、采集層、通訊層、中心層和應用層。感知層：包含現場布置的各類傳感器，如：雨量傳感器、水位傳感器、位移傳感器、應變傳感器、滲流傳感器。其主要功能是將感知的現場工況準確地反映出來，如：水位變化、位移變化等。采集層：包含現場安裝的各類采集設備，如：工情采集設備（MCU）、水情采集設備（RTU）等。其主要功能是準確采集傳感器的數據、臨時存儲及數據發送。通訊層：包含現場的無線或者有線通信網絡，如：2G/3G/4G/5G通信網絡、LORA通信網絡、光纖通信網絡等。其主要功能是作為媒介，將采集層設備的數據可靠地傳輸至中心層。

2.2基于名稱的節點狀態數據獲取

ICN中的每個路由器都有3個功能模塊用于路由和轉發內容：內容存儲（CS）、未決興趣表（PIT）、轉發信息庫（FIB）。基于這種轉發策略，在ICN中信息的分配更加高效、準確。這與IC-IoT的有效管理機制設計目標一致。同樣定義3個表：數據塊重要性表、數據塊結構表、數據跟蹤表。數據塊重要性表記錄每個數據塊的重要性，數據塊結構表記錄數據塊間的拓撲信息，它們都存儲在中心數據塊中;數據跟蹤表存儲在各子數據塊中，包含了內容名稱和下一個存有該內容的數據塊名稱。

2.3開發遠程監控平臺

在進行遠程監控平臺的構建過程中，基本上采用基于B/S的構架設計模式，能夠對網絡進行狀態的實時檢測，并且在運行的過程中，也可以進行遠程的控制，并對統計報表功能進行實現。在進行系統的操控過程中，工作人員也可以使用手機移動端上的APP進行遠程的訪問。在呈現的監控狀態當中，需要對當下以及過去的歷史溫度、水位、煙霧度、工作狀態以及故障記錄進行顯示。在進行狀態記錄的生成過程中，還需要對生產年月日，進行報表形式的體現，以此保障工作人員在進行監測的過程中，可以對網絡在一段特定時間內的狀態進行查詢和了解，這樣也是保障在后期對其系統或者網絡，開展改造和優化工作當中，提供出可靠的數據基礎。同時管理人員也能夠在系統的后臺，對其系統進行遠程的控制，使其可以對網絡智能蓋板進行操作，并獲取到相應的網絡智能蓋板當中的參數等數據信息。

2.4安全認證協議防護

根據安全認證協議實現成本的不同與加密復雜性，安全認證協議大致可以劃分為輕量級協議、中量級協議、重量級協議。（1）輕量級協議，在進行設計過程中需要對系統成本費用進行深入考慮，通過選用簡單的位運算，來開展相關的認證計算，輕量級協議的安全性并不高，在商品零售行業中可以使用輕量級協議。（2）中量級協議，能夠對系統的實現成本與系統的安全性進行同時兼顧。對于中量級協議，它主要選用加密認證算法為Hash運算，所以中量級協議是比較靈活的。其中，分布式詢問一應答協議是一種普遍使用的中量級協議，同時也屬于雙向認證協議，通過進行標簽、讀寫器的交互操作與后臺數據庫的查詢，能夠對標簽、讀寫器進行雙向認證。

2.5物聯網架構

采用Kafka的消息隊列處理機制實現萬物互聯帶來的多層次、復雜的信息交互。Kafka是一種高吞吐量的分布式發布訂閱消息系統，它可以處理消費者在網站中的所有動作流數據。這種動作（網頁瀏覽、搜索和其他用戶的行動）是現代網絡中的許多社會功能的一個關鍵因素。這些數據通常是由于吞吐量的要求而通過處理日志和日志聚合來解決。對于像Hadoop一樣的日志數據和離線分析系統，但又要求實時處理的限制，這是一個可行的解決方案。Kafka的目的是通過Hadoop的并行加載機制來統一線上和離線的消息處理，也是為了通過集群來提供實時的消息。

結束語

針對物聯網發展可能面臨的網絡安全新形勢、新需求和新特性，需要從健全物聯網安全技術標準、構建適應物聯網環境的安全防護機制、搭建物聯網全生命周期立體防御體系、探索新技術在物聯網安全領域新應用等方面，聯合物聯網產業鏈各方力量，共同打造物聯網安全生態，促進物聯網產業健康良性發展。

參考文獻：

1]顧宇明.淺談物聯網計算機網絡安全及控制[J].中國新通信，2018，20（24）：109.

[2]陳玉兵，石俊麗，任少亞，劉茹.農業物聯網動態感知與智慧決策系統[C].中國通信學會、中國電子學會.物聯網與無線通信-2018年全國物聯網技術與應用大會論文集.中國通信學會、中國電子學會：中國通信學會，2018：36-37.

[3]湯振.基于物聯網的家庭室內環境監測系統的研究與實現[D].南京郵電大學，2018.

[4]方露，李斌勇，閻澤誠，李文皓，高家奇，齊佳昕，廖懷凱.基于物聯網的大田環境智能監測體系[J].網絡安全技術與應用，2018（11）：99-100+104.

[5]王虎.物聯網中的嵌入式中轉節點設計與實現[J].現代電子技術，2018，41（22）：64-67.

（作者單位：武漢東湖學院計算機科學學院）