物联网“前端分布式”系统结构的实现

周桃义+曹世华

摘 要：随着信息技术的快速发展，物联网技术被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，我国中央政府及各地方政府对物联网产业的政策扶持力度不断深入，更将其作为五大新兴战略产业之一推动。本文主要围绕目前常见的“前端分布式”物联网设计类型展开讨论，结合物联网发展现状，综述物联网设计方法，并就未来物联网的发展进行展望，希望通过研究能够对物联网的健康、可持续发展提供一定的指导。

关键词：物联网系统 “前端分布式” 实现

一、物联网的定义

物联网（Internet of things，IoT）概念是2005年正式提出来的，是互联网的一个延伸，其本质就是物物相连的互联网。物联网是在计算机互联网的基础上，利用射频自动识别（RFID）、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的物联网。在这个网络中，互联网仍然是核心和基础，只是其用户端从人延伸到了物，也就是物与物之前进行信息交换和通信。

二、物联网系统结构概述

物联网系统结构对于其功能的实现具有基础性的意义，在物联网系统结构中对于系统的各部件及其之间关系进行明确定义，给出一定的原则，进行物联网系统的开发和完善。

为进一步发展互联网，就必须加强互联网系统结构的建设，并且多年来各国也就这一领域不断进行革新。具有代表性的主要有两个，一个是SENSEI，另一个是IoT-A。这两个关于物联网的体系机构建设项目均是由欧盟发起并进行建设的，是其第七框架计划的一大重点。其中SENSEI的最终目的是实现世界互联网，主要利用互联网技术，并采用新技术实现其与传感器和执行器相关网络的连接，并能够利用其提供服务，开发各项功能，从而实现物联网本身要求的世界范围内物与物交互。而IoT-A主要针对的也是物联网技术，不过其是进行相应探索，研究不同的体系结构对于物联网及其功能可能产生的不同影响。

其他国家，包括我国，对于物联网的研究不断深入，产生许多具有代表性的体系结构。尤其在发达国家以及西方国家等起步比较早的国家，以处于世界技术发展前沿的各大高校为代表。例如，以剑桥大学为主导的实验室提出了网络化自动标示系统，我国北航也和国内高校合作提出了具有代表性的物联网体系结构——基于类人体神经网和社会组织构架。

目前关于体系构架的发展不断深入，出现了各种各样的方式方法，但是繁多的方法没有统一进行研究，为加快发展，使其具有实际意义，本文进行深入研究，希望能够为物联网发展贡献力量。

三、前端集中式体系结构分析

（1）M2M体系结构分析

M2M体系结构主要针对的对象是机器和机器之间，关于其之间的通信。通过M2M体系结构，可以实现不同的职能终端设备之间的通信，对于物联网建设具有重要意义。

关于其功能的评价指标分析评价，可以发现其具有良好的性能，下面进行详细叙述。首先是水平性以及可扩展性。由于在M2M体系结构中具有丰富的感知网络，所以其水平性和可扩展性能均很好。虽然M2M体系结构能够很好地实现环境信息的感知，具有良好的环境感知性，但是M2M体系结构主要针对的是设备与设备、系统与系统以及机器与机器之前的活动，就使得其环境交互性和自适应性较差。由于前端集中式的体系结构使得其具有较好的抗毁性和互操作性。

（2）AOA体系结构分析

AOA体系结构主要由四层组成（如图1），有主智能体的知识层以及被智能体的控制层，还有数据层以及管理层。

就相关评价指标分析AOA体系结构的性能，AOA体系结构中存在一个明显的不足，就是其只能支持基于自主性的网络，这样就会使得其水平性大大降低；并且其对于数据传输层的功能仅仅是进行了定义，这样就使得其不具备环境感知性，同样，关于环境交互性也就很难实现。而在自适应性方面，由于AOA体系结构中控制层的作用，具备一定的自适应性。同样，由于前端集中式的体系结构，使得其具备良好的安全性和互操作性。

四、物联网体系结构研究展望

当前物联网发展的现状是多种体系并存，共同发展。未来推进其发展的进程，相关研究和探索应该不断加强，下面就关于物联网的体系结构发展进行简要分析和展望。

首先是关于服务发现应该不断加强，在未来的发展中应该综合考虑，尤其是关于物联网服务的异构性和动态性，通过相关性能的研究来加强物联网体系结构的可扩展性，这样也就能够在一定程度上提高服务发现的效率，成为未来发展的一大重要方向。

其次应该加强语义服务建设。语义服务在物联网中的作用主要体现在其智能性，但是往往语义服务的加强会增加物联网实现的复杂性，加大工作量，所以该方面的研究和探索也是未来研究的重点。

最后一点，要强调的就是关于安全服务的问题。人们现在也越来越关注网络安全、信息安全，所以这也是一大重点问题。关于安全性能较好的往往是前端式集中体系结构中控制层的作用，但是后端集中式体系结构也具有自身特点，怎样把两者相结合，实现良好功能，也将越来越重要。

五、总结

本文对于物联网以及物联网体系结构的介绍，可以明确其发展的历程和相关的问题。之后通过相应评价指标的指出，对于目前发展中出现的前端集中式体系结构进行了简要的分析，并最终提出了简单的展望。希望通过本文的研究能夠对物联网的发展和物联网体系结构的设计实现提供一定的指导。

参考文献：

[1]王琳伟.面向智能交通系统的物联网体系结构的研究与设计[D].南昌大学，2012.

[2]王岩.物联网控制系统中信息传输关键技术研究[D].东北林业大学，2012.

[3]周卫东.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J].信息系统工程，2014（10）：141-142.

[4]王志军.基于物联网技术的智能家居系统的实现研究[D].安徽理工大学，2012.

作者简介：

周桃义（1978-），男，汉族，安徽枞阳，杭州万向职业技术学院讲师；研究方向：软件设计，大数据，物联网。

曹世华（1972-），男，汉族，浙江长兴，杭州师范大学副教授；研究方向：RFID（射频识别）技术，无线传感网络，物联网技术，医疗信息化，移动学习，计算机辅助教学。