陳佳明沈陽工學(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單并且不能通用。本文提出了一個適合于物聯(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)”就是通過射頻識別(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,進行信息的交換和通信,為了實現(xiàn)智能化識別、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,因為它們?yōu)榱四P?、體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)和應(yīng)用程序的發(fā)展提供一個更詳細的框架,甚至引導(dǎo)商業(yè)化進程。其中最全面、最完整的應(yīng)該是由歐洲共同體完成的 IoT-A 項目。然而,該項目工作的提出,雖然全面,但極其復(fù)雜,很難在實踐中應(yīng)用。另一個物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和模型是ETSI協(xié)會完成的,它比IoT-A簡單更容易。然而ETSI架構(gòu)是工業(yè)導(dǎo)向的,意味著它僅適用于M2M機器對機器通信當中。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)具有有效性、通用性、可擴展性和簡單易用等特點。
本文提出了一個三維架構(gòu),包括通信維度Communications、物理維度Things和自動識別維度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,包括從C1到C4四個層次:終端設(shè)備,細胞系統(tǒng),核心互聯(lián)網(wǎng),云計算中心。自動化等級幅度從沒有自動化等級到現(xiàn)場設(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的自動化水平劃分為A1到A4級。物理維度描述了真實的事物,根據(jù)不同的自動化水平憑著它們的特點、位置、結(jié)構(gòu)等特征來區(qū)別。每一個自動化水平都對應(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)。所以每一個自動化水平都可以用二維的觀點來看。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)特征一是能夠同時的從三個不同的重要維度來分析、抽象和描繪一個物聯(lián)網(wǎng)。特征二是它平衡了簡單性和有效性。特性三是它支持任何工業(yè)部門的更多架構(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)。
在IoT-A項目實施的背景下,考慮能在提出架構(gòu)方面進行發(fā)展更多的詳細的結(jié)構(gòu)協(xié)議、公式化和實施。以下提供了對MQTT-S的分析。
MQTT-S協(xié)議是專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的協(xié)議之一,通過IBM發(fā)展但專門用于傳感器網(wǎng)絡(luò),它是一個遵循發(fā)布者的協(xié)議,而不是在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中最常見的那種協(xié)議。因為他們已經(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)議相當于一個物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)。MQTT-S協(xié)議的基本思想是一個特別集中的實體,而這個“代理人”提供的服務(wù)訂閱來源于出版商。一旦發(fā)布者發(fā)布特定主題的“代理人”,用戶將通過代理人的間接方式收到關(guān)于該主題的細節(jié)。除了代理,另一個重要組成部分就是網(wǎng)關(guān)。它在實體客戶端可以是一個出版商節(jié)點或一個用戶節(jié)點。當然,MQTT-S協(xié)議是使用機制來建立客戶和網(wǎng)關(guān)之間的連接,并發(fā)布、訂閱和分發(fā)主題。通過出版商、網(wǎng)關(guān)、用戶和代理,但是實際上卻遠遠不止這些。
在提出的體系結(jié)構(gòu)背景下,MQTT-S協(xié)議作為一個中間級自動化水平也是可以考慮的。該傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個c級1的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)是以現(xiàn)場總線網(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)、位置和實現(xiàn)MQTT-S代理都沒有明確討論的描述,但是它可以實現(xiàn)在云/數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。MQTT-S協(xié)議的自動化水平較低,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)的自動化等級也較高。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。
因為它的多維性質(zhì),提出架構(gòu)實際上是一組二維結(jié)構(gòu),可以在自動化層次結(jié)構(gòu)的每個級別上被查看。在提出的體系結(jié)構(gòu)中各種自動化水平通過適當?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。雖然沒有明確描述,但是提出的體系結(jié)構(gòu)可以用來解決安全問題。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)議中進一步的研究開發(fā)是必要的。
通訊作者:史秀男