關于物聯網中物品信息發現機制的研究

【文章摘要】
由于物聯網的特殊組成機制，導致其區域服務器中存儲著海量的物品信息。在物聯網中查詢某一指定物品的詳細信息非常困難。本文研究分析物聯網中服務器信息的查詢機制，分析出8 中常見DS 服務模式。再通過分析信息發現過程中的安全性和響應速度，最終總結出2 種可行的DS 服務模式。
【關鍵詞】
物聯網；信息發現；DS ；物品查詢
0 引言
物聯網中特定物品信息所存位置不可預知，因此如何精確找到隨機分散存儲的特定物品信息是物聯網信息發現機制進行的重要研究。
1 物聯網中物品發現機制問題
隨著物聯網的使用越來越廣泛，與物聯網有關的物品有可能流通在全球各個領域，在流通過程中，物聯網中區域的服務器將會收錄這些物品的相關信息。如下圖所示。這些區域之間相互獨立，各自所處的物理位置也相去甚遠。基于這種背景，用戶需要一種有效的發現機制，使用戶可以知道其關心的物品信息儲存在哪些服務器里，甚至可以進一步查詢物品流通的歷史記錄。
通過分析物聯網中的物與查詢者和信息服務之間的關系，這里將如何在物聯網中獲取物品信息的方式看作是在一個宏大的分布式數據庫進行實時尋址。將信息服務看作獨立分布式物品數據節點，簡稱DTDN。由于物聯網區別于傳統的計算機網絡，導致DTDN 與傳統的分布式數據節點不相同。其特點為:
（1）更為頻繁的數據信息更新。在現實世界中，有可能多條物流鏈交匯于一個節點，不同物流鏈上的不同物品在節點上頻繁流通，節點上的數據信息也將頻繁更新。
（2）更為分散的數據分布。由于物品在物流鏈流動的過程中會經過一個又一個節點，不同的流通階段使得不同節點上儲存著同一個物體的不同狀態信息數據。由于這種數據的分布性，使得查詢者無法從單個節點上獲取物品的完整信息。
（3）更為巨大的節點數目。居統計，物品個體在物流鏈里流動的過程中，至少會與50 個以上的公司有關，而這樣的物品個體每個公司年平均有10 億個。
（4）更高的數據安全敏感性。物品在物流鏈中流轉時，其全部的數據信息都儲存在節點中。由于這些信息真實可靠，稍加分析就有可能直指商業機密，所以節點上存儲的數據信息和位置信息需要具有足夠完備的保護機制加以保護。
隨著物流供應鏈遍布全球，物品可在借此流通到全球任何地方，因此物品有可能會流過任意數據節點，具有動態變化的特征。可見，查詢者如果想在龐大數量的數據節點中對所查目標進行準確定位，就需要一種高效可行的物品發現機制。
2 物品發現機制的可行模式
如何在物聯網中高效查詢物品信息？通過EPCglobal Network 架構方塊圖可以看出，EPCglobal 早已明確物聯網服務中“信息發現（EPC Discovery Service）”的重要性，但也僅僅是提出概念而已。在此基礎上，歐盟起了BRIDGE（TheBuildingRa diofrequencyIdentificationsolutionsfortheGlob alEnvironment）項目，從一個新的高度對物聯網的DS 模式進行了分析，開發出了一種DS 數據模型和接口設計，主要面向企業級用戶對查詢和發布記錄服務需求。
圖2. EPCglobal Network 架構方塊圖
BRIDGE 項目將 DS 應該為 Client （查 詢客戶端）提供的服務進行了進一步的明確，強調DS 可以為指定EPC 在供應鏈中尋址定位與其相關的多個EPCIS（信息提供者）。這種尋址服務可以細化尋址粒度， 擴大尋址范圍。由于DS 可以實時更新和查詢物品單體信息，所以要求DS 的存儲和尋址能力達到每年億萬級。
接下來，BRIDGE 項目又進一步分析了DS 的可行性并作出假設: DS 在受信的基礎上為Client 和EPCIS 提供一種具有權威性的查詢服務；EPCIS 可接入計算機網絡、地址相對固定、隨時更新信息、不定期中斷服務。
由此，DS 應具備：保密client 查詢內容；保密DS 記錄信息；響應速度快捷，包含信息完整。
基于以上要求，DS 的運行分為三個步驟：
（1）配置 DS 接收由Client 和EPCIS 發出的注冊請求和查詢信息。
（2）發現 由DS 做為中轉，幫助Client 和EPCIS 互換位置信息，以便建立通信。
（3） 響應 EPCIS 完成Client 的查詢需求。
又由這三個步驟，BRIDGE 項目給出
圖 1. 物聯網中物品、查詢者和信息服務之間的關系
了八種DS 可能出現的表現模式，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 將相關信息注冊到DS 進行配置；其次在發現階段DS 接收由Client 發送的查詢請求，DS 將匹配后的相關EPCIS 地址返回給Client ；最后在響應階段Client 將進一步的查詢請求發送至反饋地址所指向的EPCIS，收到請求后EPCIS 在相應的安全協議下響應Client 的查詢請求。單一數據庫和分布式多級數據庫都可以為此模式提供目錄服務。
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 將相關信息注冊到DS 進行配置，其次在發現階段DS 接收由EPCIS 發送的查詢請求，DS 將匹配后的相關Client 地址返回給EPCIS ，最后在相應階段EPCIS 將進一步的查詢請求發送至反饋地址所指向的Client ，收到請求后Client 在相應的安全協議下響應Client 的查詢請求。單一數據庫和分布式多級數據庫都可以為此模式提供目錄服務。
3） EPCIS 公告模式 該模式中 DS 工作為覆蓋網絡形式。首先在配置階段 Client 將其查詢信息意向注冊到DS 上，其次在發現階段DS 將EPCIS 的相應信息進行廣播，DS 根據上一步的查詢意向注冊信息將EPCIS 地址返回給Client，最后在響應階段Client 將進一步的詳細查詢請求發送至反饋地址所指向的EPCIS， 收到請求后EPCIS 在相應的安全協議下響應Client 的查詢請求。
4） Client 公告模式 該模式中 DS 工作為覆蓋網絡形式。首先在配置階段EPCIS 將其查詢信息意向注冊到DS 上， 其次在發現階段DS 將 Client 的相應信息進行廣播，DS 根據上一步的查詢意向注冊信息將Client 地址返回給EPCIS，最后在響應階段EPCIS 將進一步的詳細查詢請求發送至反饋地址所指向的 Client，收到請求后Client 在相應的安全協議下響應EPCIS 的查詢請求。
5）元 EPCIS 模式。該模式中 DS 工作為數據庫形式。首先在配置階段DS 將EPCIS 的所有信息全部復制到數據庫中， 由于數據庫內存放的是全部信息故無發現階段。在響應階段DS 在收到Client 的查詢請求后會在相應的安全協議下進行相應并反饋查詢信息。
6）元 Client 模式。該模式中 DS 同樣工作為數據庫形式。首先在配置階段DS 將Client 的所有信息全部復制到數據庫中，由于數據庫內存放的是全部信息故無發現階段。在響應階段DS 在收到EPCIS 的查詢請求后會在相應的安全協議下進行相應并反饋查詢信息。
7）信息公告模式。該模式中 DS 工作為覆蓋網絡形式，首先在配置階段Client 將其詳細查詢信息注冊到DS 上，跳過查詢階段，DS 將EPCIS 的所有信息全部復制到數據庫中，最后DS 會根據查詢信息在相應的安全協議下響應Client。
8）請求傳播模式。該模式中 DS 繼續工作為覆蓋網絡形式。首先在配置階段EPCIS 將其相應能力信息注冊到DS 上， 其次在發現階段DS 將收到的 Client 的詳細查詢請求傳播給EPCIS，在響應階段收到請求后的EPCIS 在相應的安全協議下響應Client。
在滿足DS 的相關要求的前提下， BRIDGE 項目從Client 安全、EPCIS 安全、響應速度三個方面對上述八種 DS 可能的工作形式進行了細致的對比和分析，具體細節見下表：
由表格不難看出，Client 目錄模式和元Client 模式在查詢時需要經歷一個緩存并等待響應的過程，這勢必會大大延長響應的時間，故應該被淘汰。另外，元 EPCIS 模式和信息公告模式在查詢時會其全部信息復制給DS 的數據庫，雖然響應速度略有提升，卻降低了安全性，故也應淘汰。通過比較，將其余四種模式即EPCIS 目錄模式、EPCIS 公告模式、Client 公告模式以及請求傳播模式暫定為候選模式。
為進一步整合上述四種候選模式， BRIDGE 項目給出了提出了兩條可行性DS 模式：
1）目錄服務模式 目錄服務模式通過整合EPCIS 目錄模式和 EPCIS 公告模式， DS 工作為目錄服務形式，并提供包含訂閱/ 發布內容的公告服務。在該模式中， 首先在配置階段EPCIS 將其響應能力信息注冊到DS 上，Client 向DS 目錄發送單次或者訂閱查詢請求，其次在查詢階段DS 將查詢結果反饋給Client，最后在響應階段Client 將進一步的詳細查詢請求發送至反饋地址所指向的EPCIS，收到請求后EPCIS 在相應的安全協議下響應Client 的查詢請求。此模式可進行復雜查詢，并具有較高的響應速度，但對于EPCIS 的安全保證有待進一步研究提高。
2）請求傳播模式 請求傳播模式通過整合Client 公告模式和請求傳播模式， DS 工作為覆蓋網絡形式。首先在配置階段 EPCIS 將其響應能力信息注冊到DS 上， 其次在查詢階段DS 將Client 的詳細查詢請求向具有響應能力的 EPCIS 進行廣播， 最后在響應階段EPCIS 在相應的安全協議下響應Client 的查詢請求。此模式可以保障在未得到DS 的許可之前Client 無法獲得EPCIS 的地址，從而提高了EPCIS 的安全性。
3 結語
本文針對物聯網中特定物品信息的發現問題進行了討論。通過分析最終將物品的發現抽象為在物聯網中海量數據節點之間的數據查詢問題。接下來對BRIDGE 項目的相關研究進行了分析，最終整合了兩種DS 的可行模式，即目錄服務模式以及請求傳播模式。
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