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第二十單元A篇:物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)代無線通信技術(shù)環(huán)境下迅速發(fā)展起來的一種新鮮事物。這種概念的基本思想是我們周圍普遍存在的一系列事物或?qū)ο?,比如無線射頻識別(RFID)標簽、傳感器、執(zhí)行器、移動電話等等。通過獨特的尋址規(guī)則,這些對象能夠相互作用,并通過與相鄰單元的合作達到共同的目標。毫無疑問,物聯(lián)網(wǎng)概念的主要優(yōu)勢在于它將會對日常生活的諸多方面以及對潛在用戶的行為產(chǎn)生強烈影響。從個人用戶的角度來看,引進物聯(lián)網(wǎng)所帶來的最顯著的效用體現(xiàn)在工作和居家方面。生活護理、電子醫(yī)療、促進學習這幾項不過是這種新技術(shù)在不久的將來起到主導作用的應用領(lǐng)域中的幾個而已。從商業(yè)用戶的角度來說,(物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引進)對自動化、工業(yè)制造、物流、業(yè)務/流程管理以及乘客與貨物的智能交通系統(tǒng)這些領(lǐng)域同樣能夠產(chǎn)生顯著影響。要使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到更好的推廣,有許多具有挑戰(zhàn)性的問題亟待解決,有一些技術(shù)上和社會上的難點需要攻克。在確保信任、隱私和安全的前提下,通過使互聯(lián)的設(shè)備具有自適應和自主的能力,為它們提供常態(tài)的高度智能,使全面交互操作成為可能,這是最主要的問題。同時,物聯(lián)網(wǎng)思想也給網(wǎng)絡的相關(guān)方面帶來了一些新的問題。事實上,物聯(lián)網(wǎng)的各個組成部分由于計算和供能的要求,應具備低能耗的特點。因而,除了可擴展性等問題之外,還應特別關(guān)注能耗效率的問題。目前,一些行業(yè)、標準制定和研究機構(gòu)都涉足于實現(xiàn)這項新興技術(shù)的發(fā)展,尋求解決方案。一項調(diào)查描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當前的發(fā)展狀況。具體如下:為讀者描繪了來自各類科學領(lǐng)域的不同版本的物聯(lián)網(wǎng)實例;評述了技術(shù)實現(xiàn)可行性,闡明了在日常生活中廣泛使用該技術(shù)的主要益處;分析科學界仍需面對的主要研究問題。主要目標是讓讀者了解哪些工作已經(jīng)完成(協(xié)議、算法、已提出的解決方案),哪些工作尚待完成,哪些是促進這場技術(shù)革命的有效因素,系統(tǒng)存在的弱點與風險有哪些。1.一個示例,多個版本物聯(lián)網(wǎng)的諸多定義來自于科研機構(gòu)在研究物聯(lián)網(wǎng)問題上的強烈興趣以及針對該問題所展開的激烈討論。通過瀏覽文獻,每一位感興趣的讀者都會遇到一些在理解IoT上的實際困難,比如IoT的真實含義、該概念背后的基本思想是什么、全面實施IoT時將會遇到哪些有關(guān)社會、經(jīng)濟和技術(shù)方面的問題。這個術(shù)語至今模糊不清的原因出在它自己的名字上,“Internetofthings”從句法上看實際是兩項。第一個詞給物聯(lián)網(wǎng)帶來網(wǎng)絡導向的形象,而第二個詞又把焦點轉(zhuǎn)向了將類似“物體”整合到通用的框架中去的意思。股東、業(yè)務伙伴、研究和標準定制機構(gòu)都是基于他們各自的興趣和專業(yè)背景,既從“基于網(wǎng)絡”又從“基于物體”的方式來接觸物聯(lián)網(wǎng)問題,所以在物聯(lián)網(wǎng)的認識上存在著很大的差異。無論如何都不應該忘記,將“互聯(lián)網(wǎng)”和“物體”這兩個詞放在一起時,形成了一種對于當今世界有顛覆性創(chuàng)新的意義。事實上,“物聯(lián)網(wǎng)”在語義上表示“基于標準通信協(xié)議的唯一尋址且互聯(lián)的物體形成的世界范圍的網(wǎng)絡”。這就意味著這個流程涉及到了大量(異質(zhì))的物體。物體的唯一尋址以及交互信息的表達與儲存成為了最具挑戰(zhàn)性的問題,為物聯(lián)網(wǎng)直接帶來了第三種視角“語義導向”。在圖20.1中,主要概念、技術(shù)和標準三個方面更加明確地區(qū)分開來,它們對物聯(lián)網(wǎng)的作用也很清楚。這個圖像清晰地表達出物聯(lián)網(wǎng)模式應該是前述三大主要觀點的集合體。從不同的視角來分析,物聯(lián)網(wǎng)最初的定義源于一種“基于物體”的觀點;所涉及到的物體都是很簡單的東西:射頻識別標簽。而術(shù)語“物聯(lián)網(wǎng)”事實上是來自于TheAuto-ID實驗室,一所世界范圍內(nèi)的學術(shù)研究實驗室,從事網(wǎng)絡化射頻識別和新興傳感技術(shù)領(lǐng)域。這些機構(gòu)從成立起就已經(jīng)瞄準把全球電子產(chǎn)品代碼與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計到一起。他們最開始的目標是發(fā)展全球電子產(chǎn)品代碼來支撐射頻識別技術(shù)在全球范圍的現(xiàn)代商業(yè)網(wǎng)絡中的推廣使用,并為全球電子產(chǎn)品代碼網(wǎng)絡創(chuàng)造由行業(yè)推動的全球標準。毫無疑問,這是拉動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方式里的一個關(guān)鍵部分,但并不是唯一的方式。長遠地看,物聯(lián)網(wǎng)并不只是一個僅包含射頻識別碼的全球電子產(chǎn)品代碼系統(tǒng),它只是物聯(lián)網(wǎng)的一個部分而已。同樣的還有獨特/通用/普遍存在的識別碼設(shè)計,其主要思想是為物聯(lián)網(wǎng)全局可視化提供發(fā)展解決方案(基于中間件)。2.支撐技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)實生活中的實現(xiàn)是通過對一些支撐技術(shù)進行整合,這部分內(nèi)容將討論那些最具相關(guān)性的技術(shù)。2.1識別、傳感和通信技術(shù)長期以來,“隨時隨地,任何媒體”一直是推動通信技術(shù)進步的愿景。關(guān)于這點,無線設(shè)備起到了關(guān)鍵的作用,如今的無線設(shè)備的持有率基本上達到了1:1。一個物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分通常被認為是射頻識別系統(tǒng),該系統(tǒng)由一個或多個識別器和一些射頻識別標簽組成。這些標簽具有獨特的識別字符,應用在物體(甚至人和動物)身上。識別器通過發(fā)出合適的信號觸發(fā)標簽,表示對周圍區(qū)域中存在的標簽發(fā)出一種請求,以及接收它們的識別碼。因此,射頻識別系統(tǒng)可以用來實時監(jiān)控物體,而無需讓它們出現(xiàn)在視線內(nèi)就能做到,這樣就能把真實世界繪制到虛擬世界中去。傳感器網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)中也扮演著重要的角色。實際上,運用射頻識別系統(tǒng),能更好地跟蹤物體的狀態(tài),例如位置、溫度、動向等等。如此,它們就可以擴大一個特定環(huán)境的感知范圍,更進一步地連接實體世界與數(shù)字世界。RFID傳感系統(tǒng)允許構(gòu)建RFID傳感器網(wǎng)絡,它通常由一些小的基于RFID的傳感計算設(shè)備、RFID讀寫器等組成,是感知RFID標簽信息的接收器,并為網(wǎng)絡運行提供動力。2.2中間件中間件是介于技術(shù)層和應用層之間的一個軟件層或者一些列的子層。隱藏某些技術(shù)細節(jié)可使程序設(shè)計人員免受一些(非焦點)問題的困擾。他們僅需要開發(fā)IoT基礎(chǔ)設(shè)施的具體應用。物聯(lián)網(wǎng)中間件的架構(gòu)通常遵循面向服務的體系結(jié)構(gòu)方法(SOA)。采用SOA法則可以將復雜的單層系統(tǒng)分解成包含有由簡單且界面清楚的成分構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)在內(nèi)的應用程序。SOA方法可以讓軟硬件被重復使用,因為它不需要特定的技術(shù)來實現(xiàn)服務。中間件結(jié)構(gòu)圖在圖23.2中展現(xiàn)。圖中設(shè)法涵蓋了過去工作中處理物聯(lián)網(wǎng)問題時所用到的所有功能。(1)應用程序?qū)討贸绦驅(qū)犹幵谡麄€架構(gòu)的頂部,向終端用戶導出系統(tǒng)所有的功能。誠然,這一層不屬于中間件的范疇,卻關(guān)系到中間層的所有功能。(2)服務組建層這是一個常規(guī)層,處于基于SOA的中間件架構(gòu)的頂部。它可以把由聯(lián)網(wǎng)對象提供的單一服務組合成特別的應用程序。為了解服務體系的全貌就需要儲存所有的當前聯(lián)網(wǎng)的服務實體,這些服務是在構(gòu)建組合服務時完成的。在創(chuàng)造和管理復雜服務時,其后臺邏輯可以通過使用流程語言構(gòu)建業(yè)務流程圖的方式來表達。本文中采用了常見的標準語言、業(yè)務流程執(zhí)行語言和JavaOrchestrationLanguageInterpreterEngine(JOLIE,一種面向服務的編程語言)。(3)服務管理層本層能為每個對象提供一些主要功能,使它們可以在物聯(lián)網(wǎng)視圖中進行管理?;镜姆展δ馨ǎ簩ο髣討B(tài)探索、狀態(tài)監(jiān)控以及服務配置。在本層,一些中間件方案中涉及了與服務質(zhì)量管理和加密管理相關(guān)的功能擴展集以及一些語言函數(shù)功能集。(例如,警務管理平臺)(4)對象提取層物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)的是一個龐大而又復雜的對象集,每個對象集都能通過自身的語言來提供特別的功能。而一個對象提取層需要做的,就是使用通用的語言和程序來協(xié)調(diào)不同設(shè)備的使用。相應地,除非一個設(shè)備提供了IP網(wǎng)絡中的可見性網(wǎng)絡服務,引入一個封裝層是非常必要的。該封裝層一般有兩個主要的子層組成,即接口層和通訊層。接口層通過一個標準的網(wǎng)絡服務界面提供設(shè)備使用接口,并負責管理與外部世界間所有的信息出入操作。而通訊層執(zhí)行的卻是網(wǎng)絡服務方式的后臺邏輯語言,它把這些方式轉(zhuǎn)化成一些列的設(shè)備專用指令,以聯(lián)系現(xiàn)實世界中的各種對象。(5)信任、隱私及安全管理生活中自動化通訊設(shè)備普及的背后,其實醞釀著未來的一場危機。確實如此,用戶們無法看到的嵌入在我們個人設(shè)備、服飾和生活用品中的
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