异构物联网的开放式架构研究
张俊伟 吴月新 张小英
电子工程学院 北京邮电大学 北京100876.P.G. 中国
摘要：本文提出的是异构物联网（IOT)的开放式架构的研究,通过使用该模型，不同类型的大量的数据都可以转换成融合数据，然后封装成服务包。此外，状态传输数据融合（REST）平台已经在实验室环境中实现这种架构，优点是数据的效率高。实验结果能很好的表现和验证所提出的架构。 关键词：物联网；状态传输（REST）数据融合 一、引言
物联网（IOT）是一个很好的研究课题，在于它使真实的世界和社会变得数字化和虚拟化[1-2]。与此同时，有很多的基础设施可进行数据的采集而实现物联网架构未来。一个实用的物联网架构是基于6LoWPAN标准，在帕多瓦大学架构的物联网是一个灵活的和可收缩的基础设施，便于节点的管理[3]。在华盛顿大学一个无线射频识别系统（RFID）创建了一个缩略的物联网。一套基于网络的能管理个人RFID数据和隐私设置的工具已开发出来[4]。一种基于物联网的方法在医疗环境中的应用，从而实现了全球连接并能感知病人周围的一切情况。这种方法能够提供一个环境意识，使病人的生活更轻松，临床过程更有效[5]。一种商业模式的提出和一个系统模型的设计，需要支持智能工作流[6]。另一种解决方案是应用软件的架构和工程原则来描述[7]。该解决方案在一个真实的案例研究中，通过举例说明提出了一种方法和服务解决方案概念被称为“准富客户”。面向服务对象的物联网架构非常热门，其中包含6个部分：应用程序接口，服务管理，设备管理，安全性，平台抽象和设备装置[8]。[9]一个有价值的应用程序所提供的说明能帮助如何部署物联网，分配和探索联网智能设备的价值。中国所提议的物联网的三层体系结构：
工业/区域一级，国家一级，涉及到有关物联网的相关概念正在建立和分析中[10]。然而，三层结构可能无法表达物联网的整体功能和内涵[11]。基于向量网络（VN）的异构物联网通过信誉为本的拥塞控制计划可以提供电信级的服务质量（QoS）[12]。根据上述的讨论，物联网大量的数据存储是无序的，也可能有很多数据存在着重复。随着数据量的增加，需要越来越多的存储空间；然而，一些数据可能毫无价值意义，这将导致存储和网络资源的浪费。要建立一个智能的环境，对于一些更高端的信息，实际上是有价值的数据，涉及到终端用户，应该采集大；量混乱的数据。因此，物联网应该提供一个安全的API和单独的设备网络标准接口。在本文中，我们首先分析了传统的SOAP中国Web服务，然后提出了一个基于状态传输风格的异构物联网的开放架构。此外，一个基于此架构的系统平台已经在应用中。实验结果显示，异构互联网的开放式架构不仅可以减轻服务器的负荷，提高客户端的处理器的利用率，而且可以把庞大的数据量转换成各种融合数据然后封装为服务包，由不同的应用程序内容满足客户的不同需求。 二、系统模型
物联网有两种不同的数据分类方法，即时间的敏感程度和数据的效率水平。这两种方法描述如下：
（1）时间的敏感程度
根据其变化和更新的频率，这些数据可以被分为两种类型，非实时数据和实时数据。非实时数据数据是指数据不随时间的推移而快速变化，因此不需要在做决定的每一个时刻都采集数据。从而这种数据可以从在线或离线的服务提供商获得。非实时数据的一个例子就是一个城市的地图，虽然有时候城市规划可能会改变一个城市的地图，但它应该是多年来改变的结果，而不是每时每刻都在改变。实时数据是指数据随着时间的推移而变化。数据在作出决定时需要收集并做为评判的参考。实时数据的例子例如车辆的流量和天气状态。 （2）数据的效率水平
数据根据所在的过程可以分为三个层次。随着进程的执行，相应的数据的变化来自于感测数据、粗糙数据和融合数据。程序包括数据集成，复制消除和应用算法。如图1中数据流量剖面图所示。当在更高层次变化时，少量的数据包含更多的信息内容，从而拥有大量的有用价值。如图1所示，感测数据处在底部，其数据来源包括无线射频传感器网络等等。它包括实时数据和非实时数据。中间是加工数据，加工数据是指从遥感数据收集的通过整合的非实时和实时的数据，通过比较数据，衡量从不同的方式收集的同一个对象,选择最好的一个。融合数据是指通过应用算法来处理过的一个最高级别的数据，而不是通过提供的各种重复的数据并利用大规模的命令处理平台在感测数据的基础上通过整合和推理工作使数据变为所谓的“聚合数据”。聚合数据将最后封装为准确的和用户友好型的服务包提供给客户。
图1：数据流量剖面图 三、系统的设计与实现
对于Web服务，由W3C的正式定义如下：Web服务是指一个通过网络交互支持互操作的人机交互软件系统，它有一个机器进程格式描述的接口（特别是WSDL）。其系统以规定的SOPA信息方式与Web服务交互，通常通过使用HTTP和XML序列和其它Web标准来进行传输[13]。
传统的SOAP Web服务使用一系列的协议和标准（RIES协议和标准）来实现相关的功能。例如使用WSDL服务描述，使用UDDI发布和查找服务，使用SOAP进行服务请求，使用WSFL处理相互之间的协作。然而，SOAP协议也有一些缺点 和不足，如可扩展性，紧密耦合性，且不易每个请求都缓存。每一个请求都是一个比较复杂的过程，数据使得服务器和带宽的负载增加。为了解决上述问题，我们提出了REST Web服务，以取代传统SOAP Web服务，REST第一次被罗伊·托马斯提出仅仅是一种架构形式，而不是一种通用标准。通过使用REST架构形式，我们可以在一定程度上避免了一些缺点并很好利用REST Web服务的优势。例如
轻量级的解决方案就不要需要建立一个标准的XML信息作为SOAP XML 标准。 然而，物联网的体系结构是聚集和轻质的，Web物联网集成的应用程序提供个性化的内容和丰富的应用模式。REST的约束“以客户为无状态服务器”，要求状态放置在资源或客户。为了满足个性化的内容和丰富的应用程序，我们必须提供大量的状态信息。此外，它不支持分布式缓存。集成服务器端Web应用结果的事实是，它不能使用REST的第一个类型来支持数据缓存。异构物联网的体系结构的架构通过使用不同的JavaScript和XML（AJAX）来设计。AJAX客户端的REST Web能够提供良好的支持REST风格的服务，一方面它可以满足“无状态服务器”和“分布式高速缓存“，另一方面，它提供了良好的安全性并能处理服务器出现的故障。
接下来REST被提出做为设计的标准。作为资源，每一个资源在网络服务器上都对应于唯一的资源标识符（ID），因此，资源操作通过一个共同的连接器的操作接口，资源标识符将不会改变并且所有的操作都是无状态的。由于REST符合上述标准，它遵循创建，读取，更新和删除（CRUD）的原则。CRUD要求仅仅只有4种行为OURCES：创建，读取，更新和删除，这些四则运算都只是相应的HTTP的GET，POST，PUT和DELETE方法，因此REST这四个URL资源限制这种设计和开发方法方法的操作。Web应用程序，可以降低开发的复杂性提高系统的可扩展性[14]。融合物联网的体系结构建立了多个“物理分布参数逻辑一致性”的信息源数据库，涵盖了各种基本的通信和信息资源，提供一个统一的标准接口收集，更新和管理资源。所以对于平台本身的功能，它在遵循REST的CRUD原则下，非常适合使用AJAX和REST的Web 服务框架。要创建REST的Web服务，我们需要确认我们要开放别的系统平台的资源，，包括资源列表，资源细节等等。在REST中，每一种资都通过唯一的资源ID来确定，所以我们需通过唯一的URI来确认资源。例如，资源可以被确认为“Http：/ / WWW。netiot edu.cn / 0001”，然后我们可以使用HTTP的GET，PUT，POST和DELET来更新和修改资源。这些资源提供了大量的超链接从而提供更多的相关信息[15]。四种异构互联网的架构代码由Servlet API给出，包括doPost，oPut，doGet，doDelete的方法，分别用来添加和删除信息。 四、实验结果
A.访问REST架构的异构物联网时，当用户访问Web服务器，因为AJAX EN-gine被直接嵌入到用户的浏览器中，所以用户可以直接发送XMLHTTP请求。服务器响应客户端，解析XML信息并转移服务，然后显示给用户。
图2：数据流量剖面图
当客户端用GET方法请求服务器通过网络连接时，如在图3中所示，服务器返回的是XML文件。此XML文件包括来自在建筑中的更新服务器数据并通过PUT方法返回的传感器。如图3所示，当用户访问时REST架构异构物联网时，左侧显示的是建筑物上的无线传感器网络，右侧显示的是通过服务器返回的XML文件。这种方法可以很容易地扩展到大规模传感器网络。
图3：REST架构的应用程序场景
B.测试REST架构的异构物联网的响应时间，图4显示的为服务器的响应时间。需要注意的是响应时间是在最高点处连接，一旦连接成功，响应时间就会变得比较平坦。
图4：TEST服务的测试结果
五、结论
一个异构物联网开放式的架构如上所组成，这种结构可以加强数据的利用效率。此外，它还有有很大的商业价值，它可以为电子设备制造商提供服务并为第三加盟方做出系统应有的价值和贡献。 致谢
这项工作由专项资金重点专业中国编号2009ZX01039-002-001-07号 2010ZX03005-001-03号支持是教育部基础设施TURE建设项目（2-5-2）。
参考文献
[1] VERMESAN O，恒信中号，VOGT H等。 因特网物联网战略研究路线图。 第1版。 布鲁斯SELS：欧洲委员会信息社会和2009媒体DG。 [2]物联网[R]。 国际电联技术报告，2005。 [3] CASTELLANI AP，BUI?卡萨里P，等。 物联网架构和物联网协议：一病例研究[C] / /第八届IEEE国际计算与通信工作会议：3月4月29日，2010年，曼海姆，德国。 活塞cataway，NJ，USA：IEEE，2010：678-683。
[4]华邦E，BATTLE L，科尔 G等。 大厦物联网使用RFID案例[J]。 IEEE互联网计算，2009，13（3）：48-55。
[5]，萨莫拉JARA AJ AJ，SKARMETA M.基于物联网架构的支持移动TURE医疗环境中的安全性[C] / /第七届IEEE消费通信和网络工作会议：1月9日至12日，2010年，拉斯维加斯，NE-美国瓦达。 皮斯卡塔韦，NJ，USA：IEEE，2010：1-5。 [6] GINER C，P，CETINA FONS J，等。 开发支持移动互联网的业务流程端口 [J]。 IEEE普适计算，2010，9（2）：18 -26。 [7]李宁H，宁N，曲S等。 层状结构，[C] / /下一代通信和网络在互联网管理中的重要应用：2011年12月6-8日，韩国济州岛。 新泽西州Piscataway，USA：IEEE，2007：386-389。[8] SPIESS P，?KARNOUSKOS，eGUINARD，等。基于SOA的集成的物联网terprise [C] / / IEEE INTERNA周志武Web服务会议：2009年07月6-10日，洛杉矶，加利福尼亚州，美国。 皮斯卡塔韦，NJ，USA：IEEE， 2009：968-975。
[9]多林A.部署“物联网”[C] / /Applica的国际研讨会和互联网大会：2012年1月23-27日2006年，凤凰城，有藏。 皮斯卡塔韦，NJ，USA：IEEE，2006：216-219。 [10]刘柴F，Y，Z，魏等。 中国物联网建设研究[J]。 后勤技术，2010，29（214）：1-4。 （在中国）。
[11]苗W，陆天虹，凌F等。 深入研究讲解物联网[C] / /第三届先进的电脑程序理论与工程国际会议：2010年8月20日至22日，中国，四川，成都。 皮斯卡塔韦，NJ，USA：IEEE，2010，5：484-487。
[12]张J，梁M.基于CONV-erged的物联网新架构[C] / /国家互联网技术应用大会：2010年8月20日至22日，武汉，中国。 Piscatway，NJ，USA：IEEE，2010：1-4。
[13] W3C工作组。 Web服务体系结构W3C工作组，2004.11。
[14]托马斯R.基于网络的建筑风格和设计体系结构研究[D]。 欧文：加利福尼亚大学，2000年。[15] COSTELLO?L.构建Web服务的REST方式[EB / OL]。 http://www。 xfront。 com/REST-Web-Services.html。
物联网技术-异构物联网的开放式架构研究
