文摘

物联网连接我们周围的每一个对象(物联网)强调利用各种无线通信技术。异构数据融合被广泛认为是一种很有前途的和迫切的挑战在物联网的数据处理。在这项研究中,我们首先讨论了物联网的概念的发展,给物联网的体系结构的详细描述。然后我们设计一个中间件平台基于面向服务的体系结构(SOA)的多源异构信息的集成。新的研究角度对灵活的物联网异构信息融合体系结构是本文的主题。实验使用环境监测传感器数据来源于室内环境进行了系统验证。通过理论分析和实验验证,数据处理中间件架构代表更好的适应多传感器和多流道在物联网应用场景,提高异构数据的利用价值。物联网的数据处理中间件基于SOA的集成和交互建立一个坚实的基础不同网络之间的数据异构系统在未来,这简化了集成过程的复杂性,提高系统中组件的可重用性。

1。介绍

物联网的概念(物联网)首先派生的自动识别(自动识别)实验室1999年麻省理工学院(MIT)。自动识别实验室同时提出(1)无线电频率识别(RFID)系统,通过射频设备和传输信息连接到互联网,以实现智能化识别和管理。形式化的概念“物联网”,国际电信联盟(ITU)发布的报告“ITU互联网报告2005:物联网2”在信息社会世界峰会(WSIS) 2005年在突尼斯举行,物联网的特点,相关的技术挑战,和未来的市场机会。

国际电信联盟在报告中指出[2],“我们正站在新时代的边缘的通信、信息和通信技术(ICT)实现目标也已经被开发出来,以满足人与人之间的沟通,和东西,事物间的联系。未来泛在物联网时代让我们沟通的一个新维度的信息和通信技术(如图1),任何时候,任何地方,连接到任何人,扩张连接连接到互联网的事情。”

信息和通信技术的快速发展,只是一个单一的技术不能满足复杂的上下文感知应用程序需求,资源信息被受到外界的干扰,人们希望能够获取实时的和真实的信息,例如不同的感官数据收购和人机交互数据收购和最终实现人与物之间的高效数据收购,人,事情和事情。

物联网应用程序集成智能识别技术、普适计算,和无处不在的网络,称为信息技术革命的第三次浪潮之后,信息产业的发展,在计算机和互联网。物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的基础仍然是互联网,它是基于互联网的延伸和扩展。物联网客户扩展到任何东西和任何人交换信息和通信网络。物联网连接互联网的一切。

物联网具有射频识别、无线传感器网络和无处不在的终端设备为感知的基础上,与各种有线或无线通信和集成互联网实现感知数据传输和共享。利用云计算和高性能计算技术过程的实时信息,管理,组织,我们最终为上层应用程序提供各种反馈闭环控制的决策过程。

因此,日益流行的物联网将不可避免地导致新一轮的各个行业的发展,如智能家居、智能监控、智能电网等新概念的技术。到目前为止,物联网已经启动各种演示应用程序在不同领域(如图1),比如智能工业(3),智能农业(4),智能物流(5),智能交通(6),智能电网(7)、环保(8,安全保护9)、智能医疗(10,11),和智能家居12]。

剩下的纸是组织如下。节2,物联网的概念进行了综述。物联网的体系结构的描述在节中有详细描述3。节4,我们提出一个基于SOA的物联网中间件框架。我们总结论文,指出未来的工作5。

2。相关工作

物联网将是一个有前途的未来网络的设施自我配置能力在全球动态网络基于标准和互操作通信协议。在网络中,所有真实和虚拟物品有特定的识别和物理感官数据以达到信息共享的目的通过无缝连接的智能接口(13,14]。这些智能接口连接和与用户沟通,社会和环境背景的基础上达成协议。这是一个网络的扩展和扩展基于互联网实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

从另一个角度来看除了最初的物联网的概念和它的定义如上述,物联网是一个网络连接东西的事情实现智能识别和管理项目的广义上说;它可以被看作是信息空间和物理空间的融合。通过这种方式,一切都是数字化和网络化,从而实现一个高效的信息交互模式之间的物品,物品和人,人和环境。之后,各种多样性的信息合并到社交网络和融入人类社会在一个更高的领域。在物联网实现信息融合,中间件技术是适合作为一个具体的解决方案。

中间件作为计算机软件提供了不同的软件组件和应用程序的连接。它由一组启用服务,允许在一个或多个机器上运行多个进程通过网络进行交互。Atzori et al。13)总结了物联网的三个愿景的关系,也就是说,things-oriented愿景,semantic-oriented愿景,Internet-oriented愿景。根据三个特征,在物联网中间件应能解决一切问题和网络问题,处理语义差距,如跨异构设备的互操作性、上下文感知、和设备发现,管理资源受限的嵌入式设备和可伸缩性,管理大量数据和隐私,应对语义数据等等。

几项研究已经出版,探索设计物联网中间件。在[15],罗默等人总结了函数和的性质为无线传感器网络中间件。在[16),王等人回顾了中间件的基础上,详细的分析方法和技术提供的中间件来满足需求的基础上提出了。它还讨论了通用组件的中间件和基于参考模型的基础中间件。在[17)、中间件已经从适应性的角度调查Sadjadi和麦金利适应中间件和应用领域,提出了分类提供细节每个中间件类别之一。环境敏感中间件也被研究过。的调查18)是基于体系结构方面,提供通用的上下文感知中间件的分类的特征。一项调查报告(19)评估几个上下文感知架构基于一些相关标准从无处不在的或普适计算的观点。在[20.),Bandyopadhyay等人提供物联网中间件系统的调查。

3所示。物联网的体系结构

异构信息源是物联网最重要的人物。为了实现互连,内部通信和异构信息之间的互操作性,未来物联网的架构需要开放、分层和可伸缩(21]。物联网体系结构一般分为四层,感知层、网络层、中间件层和应用程序层(如图2)。

感知层的主要部分是无线传感器节点。一个通用的传感器节点的目的是测量的物理环境(22]。可能配备了各种各样的设备,可以测量各种物理属性,如光、温度、湿度、气压、加速度、音响、磁场,和二氧化碳浓度。除了传感器,感知层还包含大量的信息生成设备,包括射频识别和定位系统,和各种各样的智能设备,如智能手机、pda、多媒体播放器,上网本,笔记本电脑。可以看出,生成信息的多样性是一个新兴和物联网的重要特征。

IPv6地址的主要缺陷数的限制终端设备访问互联网。网络层的主要思想是利用现有的互联网作为信息的主要传播通过各种无线访问。每个无线访问方法都有自己的特点和应用场景。wi - fi和其他无线宽带技术具有广泛的覆盖面,传播快,可靠的高速、低成本和规避障碍。低速无线网络,如无线个域网、蓝牙、红外低速网络协议,是适应资源约束节点的特点,低通信半径,计算能力低,能耗低。移动通信网络将成为一个有效的平台,在任何时间、任何地点全面。”

中间件层解决异构性问题,智能接口的信息。中间件层的功能解决方案主要包括数据存储(数据库和大规模存储技术),异构数据检索(搜索引擎),数据挖掘,数据安全和隐私保护。

在应用程序层,传统互联网经历了以数据为中心的以人为中心的转换;典型的在线应用程序包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、在线游戏和社交网络。在物联网的应用,事物或物质世界被认为是为中心,覆盖项目跟踪,典型的物联网应用程序上下文感知、智能物流、智能交通、智能电网等。物联网的应用程序目前在一个快速增长的时期。

4所示。为物联网中间件基于SOA的实现

物联网的研究主要支付更多地关注最近网络层,如物联网网络编码、识别和防撞技术。然而,数据处理基础设施的质量仍然是被异构信息的物联网终端的数量。灵活的体系结构,基于SOA的异构信息融合物联网提供的机会采取缓解措施。最终的成功是至关重要的物联网应用程序更好的利用集成来自多个来源的广泛的服务和为企业或个人提供更个性化的服务9]。

4.1。面向服务的应用程序体系结构描述

SOA(面向服务的架构)是一个组件模型和链接应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约。接口定义了一个中立的方式,它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这允许服务在各种这样的系统统一和通用的方式进行交互(23]。服务是SOA的基础;因此,他们可以直接应用,有效地根据系统和交互的软件代理。

通常,业务操作运行在SOA包含许多不同的组件,通常以事件驱动或异步方式反映底层业务流程需求(24]。在物联网的背景下,原始和新兴资源以服务的形式和在互联网上。因此,基于soa的融合应用技术的研究是很有价值的25]。

SOA体系结构包括五个主要部分,描述如下:(1)消费者:获得信息从生产商的实体提供服务,如移动终端和网络客户端。(2)应用程序:提供应用程序接口或不同程度的松散耦合的服务,如移动应用程序、web应用程序,和富客户端。(3)服务:实体参与的实现一个特定的任务,如数据中心和企业信息中心。(4)服务支持:SOA特定应用程序背景支持功能,如安全性、管理和语义分析。(5)制作人:一个实体提供特定的服务或功能。

4.2。物联网中间件设计

灵感来自物联网中数据的特点,面向服务的体系结构的中间件的设计采用本文和集成服务,兼容各种类型的数据和协议已经分裂。因此,本文提出基于soa的物联网应用程序的基本框架如图3。在图3、三层结构的原始SOA是分解成一个五层系统。服务供应商(生产商)使用各种类型的环境传感技术。数据处理平台负责数据处理,数据过滤和数据的完整性。它提供了XML方案数据统一和元数据的一致性和标准化异构数据处理。

安全平台是一个服务平台和数据平台之间的安全屏障,负责设备和数据的安全。服务层旨在提供一系列通用的接口和机构服务负责数据解析为了协调不同的数据格式和也有利的各种数据库的分布式部署。通用接口的目的是为了实现兼容的通信协议,由不同类型的用户使用,执行统一的数据交换与上层消费者。

服务层的关键部分是建立一个数据处理和上层应用程序之间的桥梁。服务层还面临着不同的问题中遇到的物联网应用,如网络连接,资源受限节点,不同的应用程序平台。因为底层设备极其丰富的物联网,提供网络服务的SOA系统需要考虑传输延迟的问题和资源调度和网络服务需要提供多种路由或延迟容忍网络技术来处理。SOA系统还需要一个平衡的调度算法和平衡的网络资源。不同的应用平台需要更通用的SOA系统的设计模式;我们将首先考虑不同设备之间的标准和上层用户不同的访问平台之间。

从图可以看出3SOA应用程序的基本框架的基础上生成的数据流感知网络的物理世界中,这是与世界的基本物理性质与底层环境传感。在SOA体系结构中,这些大量的真实的环境敏感数据是整个应用程序的基础。

由于异构数据处理是不可避免地与物联网中间件的体系结构基于SOA,一个具体的解决方案,提出了异构数据的元数据集成,如图4。这种架构分为三个基本流程,从上到下的客户端应用程序层、数据集成层、物联网异构数据源,如图4。

客户端应用程序包括用户数据操作的统一访问接口,这可以是一个特定的应用程序或web浏览器。

数据集成服务层(26)的核心架构以及异构数据集成的关键。为了提高智能建筑和可伸缩性和减轻用户的负担,我们设计一个结构,其中包含较高层和较低层的服务。元数据格式差异很大因为这是基于异构传感器来源(27]。绕过这个障碍,我们表达各种类型的数据转换成XML格式并设置规则元数据的操作。因此,我们首先转换中的异构数据统一的XML格式,在此基础上,然后创建底层数据集成服务层。上层服务之上的底层服务和底层服务开发的XML文档是基于底层的异构数据源。

低水平的服务实现四个数据访问功能:添加、修改、查询、删除和上层服务功能从底层提取相同的功能服务,同样的服务根据数据形式的综合数据服务功能。应用层调用相应的上层服务根据作战需求,然后底层数据操作是由上层服务基于指定的数据从客户机调用参数;因此,当底层异构数据源发生变化时,我们只是更新基础服务和映射到上层应用程序而不是对上层进行任何更改。数据集成实现过程对用户是完全透明的,在不同的系统兼容和互操作。

4.3。评价

为了测试物联网中间件的体系结构基于SOA,我们建立了一个室内温度监控系统在实际环境。我们在三个房间30部署传感器节点,监控室内温度。收集后的传感器数据,数据从传感器节点由无线网络多次反射到一个基站连接到一个集群。

在实验中,集群包括4常见的电脑是双核2.8 GHz台式电脑2 GB RAM和Ubuntu操作系统的运行时环境。虽然他们是通用的计算机,他们满足他们的需求。

虹膜,传感器节点的节点。虹膜节点是由弩科技公司。这些传感器都是基于Atmegal1281微处理芯片和RF230射频芯片工作在2.4 GHz和支持IEEE 8.2.15.4通信协议。节点的广播范围和程序内存的两倍三倍云母微粒和户外视线测试节点之间有一系列的500米没有放大。虹膜不仅有一个更长的传输距离还具有超低功耗和更长的电池寿命。

在测试、设备使用如图5和物联网系统的门户环境监测图所示6。收集的一些例子感官数据如表所示1。监控系统还在继续评估三个月和收集传感器数据项的约有五百万。在测试期间,我们有补充和改变了几种类型的传感器而不中断系统。当我们添加新设备,一些新的概要文件将被添加到中间件框架而系统仍在运行。

我们可以从实验结果得出一些结论。

首先,基于soa的数据处理中间件架构代表更好地适应物联网多传感器多流道应用场景,提高异构数据的可重用性和利用价值。

其次,实验结果证明了中间件的解耦能力使得它更容易建立一个统一的异构信息处理平台的物联网应用的多样性。

第三,中间件的分布式部署带来更好的性能优化,达到更好的负载均衡集群中。

5。结论

论述了物联网的概念的发展,给出了物联网的体系结构的详细描述。基于体系结构的特征和物联网信息融合的挑战,本文设计了一种基于SOA体系结构的中间件平台为一体的多源异构信息。之后,我们使用SOA数据处理中间件构建环境监测系统验证验证。通过理论分析和实验验证,SOA模式处理中间件体系结构设计是更好地适应物联网多传感器多流道应用场景,提高遥感数据的利用价值。SOA数据处理中间件已经奠定了坚实的基础对于不同网络之间的数据集成和交互系统,简化系统集成过程的复杂性和在未来提高组件的重用。为了达到更好的不同的大规模物联网应用程序之间的交互,对统一数据格式标准被广泛认为是为协调不同系统在相关国际组织、研究机构和企业。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由欧盟框架计划(FP7)之下在批准号fp7 -人- 2011之下国税局,中国国家自然科学基金批准号。61073009和61073009和61103197,863年国家高技术研发项目批准号下的中国2011 aa010101下中国的国家关键技术研发项目批准号SQ2013GX11E00316-F03,中国国家科技重大项目资助下SinoProbe-09-01-03和2012号zx01039 - 004 - 04 - 3,吉林省的关键科学技术项目批准号下的中国2011 zdgg007,吉林省的重点科技项目批准号下的中国20150204035 gx,基础研究基金批准号下的中央大学JCKY-QKJC46。