物联网中一种操作便捷有效的构架

陈佳明沈阳工学院



物联网中一种操作便捷有效的构架

陈佳明
沈阳工学院

摘要：大多数物联网体系结构要么太复杂要么太难或者太简单并且不能通用。本文提出了一个适合于物联网和工业互联网的架构，所提出的架构平衡了重要体系结构要求。

关键字：物联网 工业互联网 工业结构

“物联网”就是通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议把任何物体与互联网相连接，进行信息的交换和通信，为了实现智能化识别、定位、监控的一种网络概念。

物联网的模型和架构是非常重要的，因为它们为了模型、体系结构的实现和应用程序的发展提供一个更详细的框架，甚至引导商业化进程。其中最全面、最完整的应该是由欧洲共同体完成的 IoT-A 项目。然而，该项目工作的提出，虽然全面，但极其复杂，很难在实践中应用。另一个物联网体系结构和模型是ETSI协会完成的，它比IoT-A简单更容易。然而ETSI架构是工业导向的，意味着它仅适用于M2M机器对机器通信当中。物联网架构应具有有效性、通用性、可扩展性和简单易用等特点。

1　提出的架构

本文提出了一个三维架构，包括通信维度Communications、物理维度Things和自动识别维度Automation。通信维度与ETS1和M2M很相似，它描绘了数据流从源到节点，包括从C1到C4四个层次：终端设备，细胞系统，核心互联网，云计算中心。自动化等级幅度从没有自动化等级到现场设备水平，监控水平，任务控制水平。从低到高把不同等级的自动化水平划分为A1到A4级。物理维度描述了真实的事物，根据不同的自动化水平凭着它们的特点、位置、结构等特征来区别。每一个自动化水平都对应有不同的物理维度结构和相应的通信维度架构。所以每一个自动化水平都可以用二维的观点来看。如图1所示。

图1 提出的物联网架构维度

提出的架构特征一是能够同时的从三个不同的重要维度来分析、抽象和描绘一个物联网。特征二是它平衡了简单性和有效性。特性三是它支持任何工业部门的更多架构的发展。特征四是它是通用的技术。特性五是它兼容IoT-A和ETSI架构。

2　提出架构的使用

在IoT-A项目实施的背景下，考虑能在提出架构方面进行发展更多的详细的结构协议、公式化和实施。以下提供了对MQTT-S的分析。

MQTT-S协议是专门为物联网设计的协议之一，通过IBM发展但专门用于传感器网络，它是一个遵循发布者的协议，而不是在互联网环境中最常见的那种协议。因为他们已经知晓其他协议的使用方法，所以发布者发布该协议的主题概念并不新鲜，他们的协议相当于一个物联网社区。MQTT-S协议的基本思想是一个特别集中的实体，而这个“代理人”提供的服务订阅来源于出版商。一旦发布者发布特定主题的“代理人”，用户将通过代理人的间接方式收到关于该主题的细节。除了代理，另一个重要组成部分就是网关。它在实体客户端可以是一个出版商节点或一个用户节点。当然，MQTT-S协议是使用机制来建立客户和网关之间的连接，并发布、订阅和分发主题。通过出版商、网关、用户和代理，但是实际上却远远不止这些。

在提出的体系结构背景下，MQTT-S协议作为一个中间级自动化水平也是可以考虑的。该传感器网络是一个c级1的现场总线网络。网关是以现场总线网络之间的协议为互联网核心的，并且代理在云应用程序中。特别要注意的是，虽然它是隐含的，性质、位置和实现MQTT-S代理都没有明确讨论的描述，但是它可以实现在云/数据中心的应用。MQTT-S协议的自动化水平较低，主要是发布者协议，由于它的复杂性较高所以处理数据的自动化等级也较高。MQTT-S协议是通用的，在物联网的广泛背景下的确需要去组织这样的应用程序。

3　讨论

因为它的多维性质，提出架构实际上是一组二维结构，可以在自动化层次结构的每个级别上被查看。在提出的体系结构中各种自动化水平通过适当的网关或其他连接的设备完全分离或集成。同样，各种通信水平可能是完全或者部分相互联系。这些包括以下已经现有或拟议的设备类型：gatecentrator（网关/集中器），gateface（网关/接口），proway（代理/网关），编组，聚合器，wl-gateway（协议转换器在异构无线协议），物联网集中器，中心，编组桥，编组网关，编组聚合器等等。虽然没有明确描述，但是提出的体系结构可以用来解决安全问题。提出的架构已经被用于讨论特定的物联网协议如MQQT-S，因此在新物联网的具体协议中进一步的研究开发是必要的。

通讯作者：史秀男