關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)中物品信息發(fā)現(xiàn)機(jī)制的研究

【文章摘要】
由于物聯(lián)網(wǎng)的特殊組成機(jī)制，導(dǎo)致其區(qū)域服務(wù)器中存儲(chǔ)著海量的物品信息。在物聯(lián)網(wǎng)中查詢某一指定物品的詳細(xì)信息非常困難。本文研究分析物聯(lián)網(wǎng)中服務(wù)器信息的查詢機(jī)制，分析出8 中常見(jiàn)DS 服務(wù)模式。再通過(guò)分析信息發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的安全性和響應(yīng)速度，最終總結(jié)出2 種可行的DS 服務(wù)模式。
【關(guān)鍵詞】
物聯(lián)網(wǎng)；信息發(fā)現(xiàn)；DS ；物品查詢
0 引言
物聯(lián)網(wǎng)中特定物品信息所存位置不可預(yù)知，因此如何精確找到隨機(jī)分散存儲(chǔ)的特定物品信息是物聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行的重要研究。
1 物聯(lián)網(wǎng)中物品發(fā)現(xiàn)機(jī)制問(wèn)題
隨著物聯(lián)網(wǎng)的使用越來(lái)越廣泛，與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的物品有可能流通在全球各個(gè)領(lǐng)域，在流通過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)中區(qū)域的服務(wù)器將會(huì)收錄這些物品的相關(guān)信息。如下圖所示。這些區(qū)域之間相互獨(dú)立，各自所處的物理位置也相去甚遠(yuǎn)。基于這種背景，用戶需要一種有效的發(fā)現(xiàn)機(jī)制，使用戶可以知道其關(guān)心的物品信息儲(chǔ)存在哪些服務(wù)器里，甚至可以進(jìn)一步查詢物品流通的歷史記錄。
通過(guò)分析物聯(lián)網(wǎng)中的物與查詢者和信息服務(wù)之間的關(guān)系，這里將如何在物聯(lián)網(wǎng)中獲取物品信息的方式看作是在一個(gè)宏大的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)尋址。將信息服務(wù)看作獨(dú)立分布式物品數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱DTDN。由于物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致DTDN 與傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)不相同。其特點(diǎn)為:
（1）更為頻繁的數(shù)據(jù)信息更新。在現(xiàn)實(shí)世界中，有可能多條物流鏈交匯于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不同物流鏈上的不同物品在節(jié)點(diǎn)上頻繁流通，節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信息也將頻繁更新。
（2）更為分散的數(shù)據(jù)分布。由于物品在物流鏈流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)又一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不同的流通階段使得不同節(jié)點(diǎn)上儲(chǔ)存著同一個(gè)物體的不同狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。由于這種數(shù)據(jù)的分布性，使得查詢者無(wú)法從單個(gè)節(jié)點(diǎn)上獲取物品的完整信息。
（3）更為巨大的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。居統(tǒng)計(jì)，物品個(gè)體在物流鏈里流動(dòng)的過(guò)程中，至少會(huì)與50 個(gè)以上的公司有關(guān)，而這樣的物品個(gè)體每個(gè)公司年平均有10 億個(gè)。
（4）更高的數(shù)據(jù)安全敏感性。物品在物流鏈中流轉(zhuǎn)時(shí)，其全部的數(shù)據(jù)信息都儲(chǔ)存在節(jié)點(diǎn)中。由于這些信息真實(shí)可靠，稍加分析就有可能直指商業(yè)機(jī)密，所以節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和位置信息需要具有足夠完備的保護(hù)機(jī)制加以保護(hù)。
隨著物流供應(yīng)鏈遍布全球，物品可在借此流通到全球任何地方，因此物品有可能會(huì)流過(guò)任意數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，具有動(dòng)態(tài)變化的特征。可見(jiàn)，查詢者如果想在龐大數(shù)量的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中對(duì)所查目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，就需要一種高效可行的物品發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
2 物品發(fā)現(xiàn)機(jī)制的可行模式
如何在物聯(lián)網(wǎng)中高效查詢物品信息？通過(guò)EPCglobal Network 架構(gòu)方塊圖可以看出，EPCglobal 早已明確物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中“信息發(fā)現(xiàn)（EPC Discovery Service）”的重要性，但也僅僅是提出概念而已。在此基礎(chǔ)上，歐盟起了BRIDGE（TheBuildingRa diofrequencyIdentificationsolutionsfortheGlob alEnvironment）項(xiàng)目，從一個(gè)新的高度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的DS 模式進(jìn)行了分析，開(kāi)發(fā)出了一種DS 數(shù)據(jù)模型和接口設(shè)計(jì)，主要面向企業(yè)級(jí)用戶對(duì)查詢和發(fā)布記錄服務(wù)需求。
圖2. EPCglobal Network 架構(gòu)方塊圖
BRIDGE 項(xiàng)目將 DS 應(yīng)該為 Client （查 詢客戶端）提供的服務(wù)進(jìn)行了進(jìn)一步的明確，強(qiáng)調(diào)DS 可以為指定EPC 在供應(yīng)鏈中尋址定位與其相關(guān)的多個(gè)EPCIS（信息提供者）。這種尋址服務(wù)可以細(xì)化尋址粒度， 擴(kuò)大尋址范圍。由于DS 可以實(shí)時(shí)更新和查詢物品單體信息，所以要求DS 的存儲(chǔ)和尋址能力達(dá)到每年億萬(wàn)級(jí)。
接下來(lái)，BRIDGE 項(xiàng)目又進(jìn)一步分析了DS 的可行性并作出假設(shè): DS 在受信的基礎(chǔ)上為Client 和EPCIS 提供一種具有權(quán)威性的查詢服務(wù)；EPCIS 可接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地址相對(duì)固定、隨時(shí)更新信息、不定期中斷服務(wù)。
由此，DS 應(yīng)具備：保密client 查詢內(nèi)容；保密DS 記錄信息；響應(yīng)速度快捷，包含信息完整。
基于以上要求，DS 的運(yùn)行分為三個(gè)步驟：
（1）配置 DS 接收由Client 和EPCIS 發(fā)出的注冊(cè)請(qǐng)求和查詢信息。
（2）發(fā)現(xiàn) 由DS 做為中轉(zhuǎn)，幫助Client 和EPCIS 互換位置信息，以便建立通信。
（3） 響應(yīng) EPCIS 完成Client 的查詢需求。
又由這三個(gè)步驟，BRIDGE 項(xiàng)目給出
圖 1. 物聯(lián)網(wǎng)中物品、查詢者和信息服務(wù)之間的關(guān)系
了八種DS 可能出現(xiàn)的表現(xiàn)模式，分別為：
1）EPCIS 目錄模式 該模式中 DS 工作為目錄形式。首先在配置階段EPCIS 將相關(guān)信息注冊(cè)到DS 進(jìn)行配置；其次在發(fā)現(xiàn)階段DS 接收由Client 發(fā)送的查詢請(qǐng)求，DS 將匹配后的相關(guān)EPCIS 地址返回給Client ；最后在響應(yīng)階段Client 將進(jìn)一步的查詢請(qǐng)求發(fā)送至反饋地址所指向的EPCIS，收到請(qǐng)求后EPCIS 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client 的查詢請(qǐng)求。單一數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式多級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)都可以為此模式提供目錄服務(wù)。
2）Client 目錄模式 該模式中 DS 工作為目錄形式。首先在配置階段 Client 將相關(guān)信息注冊(cè)到DS 進(jìn)行配置，其次在發(fā)現(xiàn)階段DS 接收由EPCIS 發(fā)送的查詢請(qǐng)求，DS 將匹配后的相關(guān)Client 地址返回給EPCIS ，最后在相應(yīng)階段EPCIS 將進(jìn)一步的查詢請(qǐng)求發(fā)送至反饋地址所指向的Client ，收到請(qǐng)求后Client 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client 的查詢請(qǐng)求。單一數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式多級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)都可以為此模式提供目錄服務(wù)。
3） EPCIS 公告模式 該模式中 DS 工作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)形式。首先在配置階段 Client 將其查詢信息意向注冊(cè)到DS 上，其次在發(fā)現(xiàn)階段DS 將EPCIS 的相應(yīng)信息進(jìn)行廣播，DS 根據(jù)上一步的查詢意向注冊(cè)信息將EPCIS 地址返回給Client，最后在響應(yīng)階段Client 將進(jìn)一步的詳細(xì)查詢請(qǐng)求發(fā)送至反饋地址所指向的EPCIS， 收到請(qǐng)求后EPCIS 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client 的查詢請(qǐng)求。
4） Client 公告模式 該模式中 DS 工作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)形式。首先在配置階段EPCIS 將其查詢信息意向注冊(cè)到DS 上， 其次在發(fā)現(xiàn)階段DS 將 Client 的相應(yīng)信息進(jìn)行廣播，DS 根據(jù)上一步的查詢意向注冊(cè)信息將Client 地址返回給EPCIS，最后在響應(yīng)階段EPCIS 將進(jìn)一步的詳細(xì)查詢請(qǐng)求發(fā)送至反饋地址所指向的 Client，收到請(qǐng)求后Client 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)EPCIS 的查詢請(qǐng)求。
5）元 EPCIS 模式。該模式中 DS 工作為數(shù)據(jù)庫(kù)形式。首先在配置階段DS 將EPCIS 的所有信息全部復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)中， 由于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存放的是全部信息故無(wú)發(fā)現(xiàn)階段。在響應(yīng)階段DS 在收到Client 的查詢請(qǐng)求后會(huì)在相應(yīng)的安全協(xié)議下進(jìn)行相應(yīng)并反饋查詢信息。
6）元 Client 模式。該模式中 DS 同樣工作為數(shù)據(jù)庫(kù)形式。首先在配置階段DS 將Client 的所有信息全部復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)中，由于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存放的是全部信息故無(wú)發(fā)現(xiàn)階段。在響應(yīng)階段DS 在收到EPCIS 的查詢請(qǐng)求后會(huì)在相應(yīng)的安全協(xié)議下進(jìn)行相應(yīng)并反饋查詢信息。
7）信息公告模式。該模式中 DS 工作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)形式，首先在配置階段Client 將其詳細(xì)查詢信息注冊(cè)到DS 上，跳過(guò)查詢階段，DS 將EPCIS 的所有信息全部復(fù)制到數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后DS 會(huì)根據(jù)查詢信息在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client。
8）請(qǐng)求傳播模式。該模式中 DS 繼續(xù)工作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)形式。首先在配置階段EPCIS 將其相應(yīng)能力信息注冊(cè)到DS 上， 其次在發(fā)現(xiàn)階段DS 將收到的 Client 的詳細(xì)查詢請(qǐng)求傳播給EPCIS，在響應(yīng)階段收到請(qǐng)求后的EPCIS 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client。
在滿足DS 的相關(guān)要求的前提下， BRIDGE 項(xiàng)目從Client 安全、EPCIS 安全、響應(yīng)速度三個(gè)方面對(duì)上述八種 DS 可能的工作形式進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比和分析，具體細(xì)節(jié)見(jiàn)下表：
由表格不難看出，Client 目錄模式和元Client 模式在查詢時(shí)需要經(jīng)歷一個(gè)緩存并等待響應(yīng)的過(guò)程，這勢(shì)必會(huì)大大延長(zhǎng)響應(yīng)的時(shí)間，故應(yīng)該被淘汰。另外，元 EPCIS 模式和信息公告模式在查詢時(shí)會(huì)其全部信息復(fù)制給DS 的數(shù)據(jù)庫(kù)，雖然響應(yīng)速度略有提升，卻降低了安全性，故也應(yīng)淘汰。通過(guò)比較，將其余四種模式即EPCIS 目錄模式、EPCIS 公告模式、Client 公告模式以及請(qǐng)求傳播模式暫定為候選模式。
為進(jìn)一步整合上述四種候選模式， BRIDGE 項(xiàng)目給出了提出了兩條可行性DS 模式：
1）目錄服務(wù)模式 目錄服務(wù)模式通過(guò)整合EPCIS 目錄模式和 EPCIS 公告模式， DS 工作為目錄服務(wù)形式，并提供包含訂閱/ 發(fā)布內(nèi)容的公告服務(wù)。在該模式中， 首先在配置階段EPCIS 將其響應(yīng)能力信息注冊(cè)到DS 上，Client 向DS 目錄發(fā)送單次或者訂閱查詢請(qǐng)求，其次在查詢階段DS 將查詢結(jié)果反饋給Client，最后在響應(yīng)階段Client 將進(jìn)一步的詳細(xì)查詢請(qǐng)求發(fā)送至反饋地址所指向的EPCIS，收到請(qǐng)求后EPCIS 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client 的查詢請(qǐng)求。此模式可進(jìn)行復(fù)雜查詢，并具有較高的響應(yīng)速度，但對(duì)于EPCIS 的安全保證有待進(jìn)一步研究提高。
2）請(qǐng)求傳播模式 請(qǐng)求傳播模式通過(guò)整合Client 公告模式和請(qǐng)求傳播模式， DS 工作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)形式。首先在配置階段 EPCIS 將其響應(yīng)能力信息注冊(cè)到DS 上， 其次在查詢階段DS 將Client 的詳細(xì)查詢請(qǐng)求向具有響應(yīng)能力的 EPCIS 進(jìn)行廣播， 最后在響應(yīng)階段EPCIS 在相應(yīng)的安全協(xié)議下響應(yīng)Client 的查詢請(qǐng)求。此模式可以保障在未得到DS 的許可之前Client 無(wú)法獲得EPCIS 的地址，從而提高了EPCIS 的安全性。
3 結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中特定物品信息的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行了討論。通過(guò)分析最終將物品的發(fā)現(xiàn)抽象為在物聯(lián)網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)查詢問(wèn)題。接下來(lái)對(duì)BRIDGE 項(xiàng)目的相關(guān)研究進(jìn)行了分析，最終整合了兩種DS 的可行模式，即目錄服務(wù)模式以及請(qǐng)求傳播模式。
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