李麗萍　王長(zhǎng)勝　陳崇毅

摘 要： Sensor Web是NASA/Jet Propulsion Laboratory （JPL）的Kevin Delin首先提出并將其定義為被部署用來(lái)監(jiān)控和探測(cè)新環(huán)境，內(nèi)部能夠相互通信的分布式傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。自O(shè)GC提出Sensor Web的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，傳感器監(jiān)測(cè)服務(wù)SOS就是最基本最核心的服務(wù)規(guī)范。文章首先對(duì)SWE的傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS核心操作進(jìn)行介紹，然后設(shè)計(jì)了傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS架構(gòu)，并對(duì)每層作了說(shuō)明，利用Java、Tomcat等技術(shù)對(duì)SOS的架構(gòu)進(jìn)行部署和測(cè)試。利用所部署的SOS架構(gòu)中的核心操作可獲取實(shí)時(shí)或歷史的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞： Sensor Web； SWE； OGC； 傳感器觀測(cè)服務(wù)（SOS）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）04-01-03

Abstract： The term "Sensor Web" was first used by Kevin Delin of NASA， to describe a novel wireless sensor network architecture where the individual pieces could act and coordinate as a whole. In this sense， the term describes a specific type of sensor network： an amorphous network of spatially distributed sensor platforms （pods） that wirelessly communicate with each other. Since the standards of Sensor Web is proposed by the open geospatial consortium， the observation service has become the most basic core service specification. The core operation of sensor observation service based on SWE is introduced in detail. The architecture of sensor observation service is designed， including emphasized and data interaction all of each level of the architecture. Finally， technology of java and tomcat to deploy and test the architecture， SOS architecture can be used to deploy the core operations or get real-time or historical observations.

Key words： Sensor Web； SWE； OGC； sensor observation service（SOS）

0 引言

海量信息時(shí)代，如何融合異構(gòu)數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)、向傳感器指派任務(wù)、發(fā)布訂閱和接收預(yù)警，以及對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理、互操作等成為棘手的問(wèn)題。構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)將異構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成在一起，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)、融合異構(gòu)數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)成為傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)，Sensor Web[1-2]的概念由此被提出來(lái)。2005年OGC（Open Geospatial Consortium）提出了一種國(guó)際通用的Sensor Web規(guī)范——傳感器Web整合框架（SWE，Sensor Web Enablement），在該框架中描述了傳感器的接口、協(xié)議和編碼規(guī)范，可從遠(yuǎn)程接入傳感器，打造一個(gè)“即插即用”的基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)[3]。

SWE中定義了三種信息模型和四種服務(wù)規(guī)范，分別是觀測(cè)與測(cè)量[4]（O&M，Observation & Measurement）、傳感器描述語(yǔ)言[5]（SensorML）、Transducer語(yǔ)言[6]（TML）、傳感器觀測(cè)服務(wù)[7]（SOS）、傳感器規(guī)劃服務(wù)[8]（SPS）、傳感器通知服務(wù)[9]（WNS）和傳感器報(bào)警服務(wù)[10]（SAS）或傳感器事件服務(wù)[11]（SES）。2012年OGC又新出了SES，其中SES是SAS的增強(qiáng)版，也是用來(lái)提高給傳感器數(shù)據(jù)和測(cè)量值的發(fā)布/訂閱的訪問(wèn)。在SWE所有服務(wù)中傳感器監(jiān)測(cè)服務(wù)SOS是最基礎(chǔ)和最核心的服務(wù)，即SOS服務(wù)提供一個(gè)API來(lái)管理和部署監(jiān)測(cè)傳感器和傳感器數(shù)據(jù)。本課題利用開(kāi)源的相關(guān)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)Sensor Web的SOS架構(gòu)。

1 SOS的核心操作

傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS負(fù)責(zé)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理和傳感器的管理，其包含的核心操作有GetCapabilities、GetObservation、Describesensor、InsertObservation和RegisterSensor。前三個(gè)操作為必選，后兩者是SOS的交互操作。GetCapabilities用來(lái)獲取特定的歷史觀測(cè)的元數(shù)據(jù)，包含五個(gè)可選的參數(shù)，當(dāng)SOS得到GetCapabilities請(qǐng)求并響應(yīng)時(shí)，可獲取詳細(xì)的傳感器數(shù)據(jù)[7]。Describesensor用來(lái)獲取傳感器的詳細(xì)信息，一般以sensorML或TML編碼形式描述。GetObservation獲取傳感器歷史數(shù)據(jù)，請(qǐng)求響應(yīng)結(jié)果有兩種：一是系統(tǒng)接受響應(yīng)返回查詢(xún)結(jié)果，響應(yīng)一般是O&M文檔；二是返回異常。

RegisterSensor操作允許向傳感器觀測(cè)服務(wù)中發(fā)送一個(gè)XML文檔來(lái)注冊(cè)新的傳感器，該用SensorML格式或TML格式編寫(xiě)，內(nèi)容包括一些傳感器元數(shù)據(jù)的信息等。InsertObservation是傳感器觀測(cè)插入新監(jiān)測(cè)，傳感器數(shù)據(jù)需先請(qǐng)求SOS服務(wù)的元數(shù)據(jù)前新觀測(cè)結(jié)構(gòu)才可被插入到SOS中。

2 SOS架構(gòu)設(shè)計(jì)

Sensor Web的傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS架構(gòu)設(shè)計(jì)分為三層，如圖1所示，分別為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和Web層。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層（即最低層）封裝了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)或者其他資源的來(lái)源。業(yè)務(wù)邏輯層提供核心操作組件RequestOperator，該層用于處理來(lái)自最低層的各種請(qǐng)求以便返回監(jiān)聽(tīng)類(lèi)。Web層和客戶(hù)端是連接在一起的，提供一些SOS的瘦客戶(hù)端和胖客戶(hù)端，可從52north（http：//www.52north.org/）上自行下載安裝。

2.1 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層設(shè)計(jì)

該層數(shù)據(jù)庫(kù)資源的來(lái)源非常龐雜，從簡(jiǎn)單的文本文件到非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型。為了用戶(hù)能夠使用不同的數(shù)據(jù)源，對(duì)于每個(gè)操作的數(shù)據(jù)訪問(wèn)都是通過(guò)使用數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象（DAO）來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)該格式用戶(hù)可輕松訪問(wèn)現(xiàn)有的傳感器數(shù)據(jù)或源的DAO實(shí)現(xiàn)。普遍來(lái)說(shuō)DAO主要分為兩種：一種是SOS請(qǐng)求的數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象類(lèi)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，該數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象來(lái)獲取傳感器監(jiān)測(cè)服務(wù)SOS的核心操作DescribSensor、GetCapabilities、GetOberavtion等相關(guān)數(shù)據(jù)；另一種是插入數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象（InsertDAO）來(lái)插入一些新的傳感器、現(xiàn)象特征等。默認(rèn)情況下，傳感器監(jiān)測(cè)服務(wù)SOS使用作為PostGIS的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)觀測(cè)值和相應(yīng)的元數(shù)據(jù)。用戶(hù)也可以自行選擇其他數(shù)據(jù)庫(kù)例如SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)等。本課題數(shù)據(jù)庫(kù)采用開(kāi)源相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計(jì)

傳感器去觀測(cè)服務(wù)SOS的業(yè)務(wù)邏輯層主要包含三類(lèi)。

⑴ RequestOperator。該組件式業(yè)務(wù)邏輯層的核心組件，它接收來(lái)自表示層的請(qǐng)求或驗(yàn)證請(qǐng)求并轉(zhuǎn)發(fā)，將請(qǐng)求發(fā)送到響應(yīng)的OperationListener。

⑵ GetObservationListener。為監(jiān)聽(tīng)類(lèi)的一種，定義了相應(yīng)請(qǐng)求處理。

⑶ NewOperationListener。從底層得到對(duì)應(yīng)每個(gè)SOS請(qǐng)求的監(jiān)聽(tīng)。

為支持每個(gè)Listener監(jiān)聽(tīng)操作，需在外部配置文件中定義。所有的Listener提供一個(gè)共同的接口，用戶(hù)若要支持一個(gè)額外的操作，需要做的就是實(shí)現(xiàn)該操作監(jiān)聽(tīng)，執(zhí)行相應(yīng)的DAO和添加監(jiān)聽(tīng)器的配置文件。業(yè)務(wù)邏輯層還包含幾個(gè)其他組分，例如成分解析/編碼響應(yīng)等。

2.3 Web層

傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS架構(gòu)的Web層僅有一個(gè)Servlet，它處理HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)。如果想支持其他協(xié)議，則必須采用其他類(lèi)通信取代這個(gè)Servlet，目前存在不同的客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)SOS服務(wù)，例如52north的OX框架（見(jiàn)http：//www.52north.org/oxf）的瘦客戶(hù)端和胖客戶(hù)端可以服務(wù)于傳感器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

3 SOS架構(gòu)的部署與測(cè)試

3.1 硬件與軟件要求

Windows XP操作系統(tǒng)、JDK1.6、52n-sos-3.1.1、Apache Jakarta Tomcat 5.5及更高、PostreSQL Version [8.4]、PostGIS Version [1.4]、Apache Maven [3.0]、IE 6.0或者以上。

3.2 部署Web

確保用戶(hù)的JDK1.6和maven的正確安裝，在安裝的過(guò)程中要注意正確配置環(huán)境變量，例如path變量、maven變量等。正確安裝開(kāi)源的PostGIS、postreSQL和Tomact軟件。Tomcat正確安裝的結(jié)果如圖2所示，注意這里用的是IE瀏覽器而不可以用360瀏覽器。

在所有軟件正確安裝后，啟動(dòng)所安裝的Tomcat和Postgres，用戶(hù)可從52north上下載52n-sos-3.1.1，用來(lái)部署web應(yīng)用。假設(shè)本地SOS庫(kù)的目錄在D：＼java＼52north-sos。打開(kāi)命令行并進(jìn)入到此目錄下。輸入以下命令：Mvn -Pwith-deploy install部署開(kāi)始，期間會(huì)自動(dòng)下載文件到.m2＼repository和52n-sos＼52n-sos-service＼target中。部署成功后的屏幕顯示如圖3所示，同時(shí)tomcat目錄下webapps文件夾會(huì)出現(xiàn)52nSOSv3.war和52nSOSv3文件夾。

3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在該實(shí)驗(yàn)中，得知傳感器觀測(cè)服務(wù)SOS客戶(hù)端的URL即可通過(guò)IE訪問(wèn)SOS服務(wù)。如在IE中輸入地址http：//localhost：8080/52nSOSv3/testClient-v2.html，從“Request Examples”列表中選擇命令，如“GetCapabilities_allSections”，點(diǎn)擊Send，所響應(yīng)的XML文檔信息如圖4所示。

單擊send，響應(yīng)文檔如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳感器觀測(cè)服務(wù)是SWE中最核心和最基礎(chǔ)的服務(wù)，如何構(gòu)建一個(gè)SOS平臺(tái)以滿(mǎn)足用戶(hù)的SOS的核心操作，進(jìn)而獲取實(shí)時(shí)或歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵。該SOS架構(gòu)的平臺(tái)只是在SWE框架中起中間件的作用，從SWE框架整體來(lái)說(shuō)，和SWE框架的其他服務(wù)如傳感器規(guī)劃SPS服務(wù)，Web通知結(jié)合和交互還得作進(jìn)一步研究和實(shí)現(xiàn)；隨著Sensor Web的發(fā)展，地球?qū)⑴弦粚与娮悠つw，這層電子皮膚會(huì)以互聯(lián)網(wǎng)為骨架，無(wú)時(shí)無(wú)刻地監(jiān)測(cè)著城市、瀕臨絕跡的動(dòng)物、大氣層、船舶、高速公路上的交通，使人類(lèi)更清楚地了解自然環(huán)境過(guò)程，了解我們星球的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。

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