孫領(lǐng)弟，孫占威

（1.河北工程技術(shù)高等專科學校 計算機基礎(chǔ)教研室，滄州 061001；2.北京天奈科技有限公司，北京 100023）

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模取決于傳感器的數(shù)量與分布范圍，由于目前傳感器已經(jīng)邁向低成本、低耗電、體積小、分布容易、具有傳感環(huán)境功能等特性，因此已經(jīng)達到可以大量分布傳感器的目的[1]。然而，傳感器大量分布所伴隨而來的問題，就是缺乏有效的傳感數(shù)據(jù)匯集以及信息處理顯示的方法與架構(gòu)。傳感器多以識別碼代表(ID)，傳感后所傳送出的數(shù)據(jù)也多是未經(jīng)處理的信息(raw data)，不僅重復性高，而且使用者也無法直觀得去判讀這些數(shù)據(jù)，甚至大量的數(shù)據(jù)擠在一起，容易模糊焦點，影響判讀的速度。因此，我們針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了的一個高效率的數(shù)據(jù)匯流架構(gòu)，其中需要用到的技術(shù)準則是采用開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(OGC)所制定的相關(guān)標準[2]。為了獲知傳感器的傳感信息、空間與位置概念、以及傳感器的屬性信息，OGC訂定了一套叫做傳感網(wǎng)絡(luò)賦能 (SWE)協(xié)定。在SWE協(xié)定中，定義了傳感數(shù)據(jù)語言(SensorML)來規(guī)格化各種傳感器的傳感內(nèi)容、測量單位以及其傳感器規(guī)格，而GPS坐標數(shù)據(jù)，就可以看成是一個傳感器所獲得的信息，利用我們剛剛所講的這些規(guī)格，可以方便的將室內(nèi)室外的位置服務(wù)整合在一起，提供更完善的應用。

1 數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)與社群架構(gòu)

圖1 數(shù)據(jù)流向與匯集系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 WASP架構(gòu)示意圖

我們所提出的運作架構(gòu)如圖1所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感點所傳出來的信息，不論是存儲成一個KML檔案，或是即時的將這些數(shù)據(jù)上傳到一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，都可以根據(jù)OGC的SWE協(xié)定來描述這個數(shù)據(jù)坐標值，同時紀錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過服務(wù)導向架構(gòu)(SOA)與Web Services架構(gòu)來建立傳感網(wǎng)絡(luò)的管理、控制、和數(shù)據(jù)存取系統(tǒng)。不論是傳感網(wǎng)絡(luò)所測得的數(shù)據(jù)或是已經(jīng)存儲并處理好的數(shù)據(jù)(如氣象觀測數(shù)據(jù)、國道交通路況等等)，都可利用Web2.0設(shè)計概念與相關(guān)技術(shù)(如Web API)構(gòu)建出對應的傳感器信息匯集系統(tǒng)。

WASP的架構(gòu)如圖2(a)、(b)所示，其中實線代表傳感器內(nèi)部的連線(如Zigbee[23]等技術(shù))，而虛線則是代表一般的互聯(lián)網(wǎng)連線。WASP系統(tǒng)架構(gòu)最主要的元件是平臺軟體服務(wù)區(qū)域(WCSSA)，通常WASP架構(gòu)內(nèi)會有一個WCSSA，WCSSA為若干個相關(guān)伺服器節(jié)點的集合，WCSSA提供絕大部分的WASP基礎(chǔ)服務(wù)與應用服務(wù)相關(guān)元件的計算資源。一個WCSSA通常包含：

1）WASP MySensor Community Portal Server (WASP MSC)：MSC為一入口網(wǎng)站服務(wù)器。此服務(wù)器是平臺使用者存取WASP 資源的最主要管道。

2）WASP Application Service Agent Provider (WASP ASAP)：ASAP為一無使用者接口的應用程式服務(wù)器。此服務(wù)器會安裝多種不同的應用服務(wù)代理元件，進行WSN原始傳感數(shù)據(jù)的加值包裝與轉(zhuǎn)換作業(yè)，并公開這些代理元件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口。

3）WASP Central Data Service Provider for each WASP Partner (WASP CDSP)：CDSP也為一無使用者接口的應用程式服務(wù)器兼數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在WCSSA中，每一個WASP Partner都會配置各自的WASP CDSP，其用途主要有以下兩種：

圖3 感測資料匯集系統(tǒng)詳細元件

（1）存儲WSN傳感數(shù)據(jù)并提供與Partner本地端的WSN Gateway進行定期的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換作業(yè)。

（2）提供傳感數(shù)據(jù)存取服務(wù)接口給ASAP，協(xié)助ASAP上的應用服務(wù)代理元件定期獲取CDSP管理的傳感數(shù)據(jù)。

圖4 WASP與社群網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的架構(gòu)圖

WASP最主要的運作目標在于提供使用者各種不同的呈現(xiàn)方式來展示W(wǎng)SN傳感數(shù)據(jù)。在WASP發(fā)展中后期，WASP將開始陸續(xù)引入各種WSN 事件提示功能與遠端控制功能，促使平臺除了具備數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的核心功能外，也能發(fā)揮WSN技術(shù)的遠端控制效益。另一方面，關(guān)于傳感器信息匯集系統(tǒng)的詳細構(gòu)成元件，架構(gòu)設(shè)計圖如圖3所示[3]。其元件有：

1）傳感器模式語言(Sensor Model Language)

2）觀察與測量(Observations & Measurements)

3）傳感器數(shù)據(jù)觀察收集服務(wù)(Sensor Observation Service)

4）傳感器規(guī)劃服務(wù)(Sensor Planning Service)

5）網(wǎng)頁通告服務(wù)(Web Notification Service)

6）傳感器警告服務(wù)(Sensor Alert Service)

采用這個架構(gòu)的主要優(yōu)點是可以參與相關(guān)國際標準的制定，并且可以建立以網(wǎng)頁為主要接口的SOA服務(wù)平臺來顯示與查詢傳感器所收集的信息，并且鼓勵其它使用者利用這些開放標準接口去開發(fā)各種可能的服務(wù)。目前我們正積極參與發(fā)展相關(guān)計劃，目標是因應中國的環(huán)境和文化，并結(jié)合產(chǎn)學界既有的能力，來制定關(guān)于傳感數(shù)據(jù)的相關(guān)開放規(guī)格，并利用此規(guī)格加入并影響OGC協(xié)會的SWE國際標準。目前我們已經(jīng)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群(稱為MySensor)，提供了包括MySensor Data Aggregator與MySensor等軟硬件架構(gòu)規(guī)格，并進一步與社群網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，提出了下列架構(gòu)(如圖4所示)，而各部分訊息的傳送流程設(shè)計如圖5所示[4]。

本平臺以群播的方式，將數(shù)據(jù)匯總并傳送，并且通過社群網(wǎng)絡(luò)和移動通信系統(tǒng)，快速地將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給使用者，以多元的方式整合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺以SOA的概念進行架構(gòu)規(guī)劃，并默認采用Web Services這個標準技術(shù)做為分散式網(wǎng)絡(luò)計算的基礎(chǔ)。不論這些軟件采用何種技術(shù)進行開發(fā)，只要對外的部分最終皆提供以Web服務(wù)技術(shù)所公開的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，則本平臺的所有信息或是基礎(chǔ)服務(wù)，都可以有效地完成互動與整合。

2 架構(gòu)目標

2.1 落實Web 2.0的概念

為實現(xiàn)讓不同信息系統(tǒng)間可以直接通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接的特性，我們采用SOA的概念來規(guī)劃無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺的平臺基礎(chǔ)服務(wù)群就是由多個獨立的服務(wù)提供者及一個具備協(xié)調(diào)及整合能力的平臺服務(wù)協(xié)調(diào)器(也是服務(wù)提供者)所組成的軟件服務(wù)集合；這個集合是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺實現(xiàn)Web 2.0的最重要核心。此外，我們的規(guī)劃也引入其中一個重要的概念：標簽(Tag)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺中，別名索引標簽(Alias Index Tag)就是借用標簽的概念所設(shè)計出來的別名辨識系統(tǒng)。由于傳感器多以ID表示，使用者實難記住這些ID及其代表的意義，加入別名辨識系統(tǒng)，則可方便使用者判讀這些傳感器所傳回的數(shù)據(jù)，例如原本傳回數(shù)據(jù)為(ID: 56712345, 23)讓使用者不知數(shù)據(jù)意義，經(jīng)處理后變成(溫度傳感器_51的402_1, 23度)，這樣就方便判讀了。

圖5 感測資料信息流架構(gòu)圖

2.2 多元的數(shù)據(jù)存儲選項

1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺是一個以搜集與提供多元應用數(shù)據(jù)為主要目標的系統(tǒng)平臺。在這個平臺內(nèi)，每個匯集節(jié)點可將傳感數(shù)據(jù)采用下述的三種方式管理存儲：

2）集中式數(shù)據(jù)管理：存儲于此的數(shù)據(jù)會由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺集中代管。

3）特定式數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)會由參與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺的特定單位或組織(例如：氣象局、環(huán)保署等等)個別進行管理。

4）閘道式數(shù)據(jù)管理：是指將數(shù)據(jù)存儲在本身便具備存儲能力的閘道器裝置中，數(shù)據(jù)會由閘道器擁有人進行管理。

2.3 提供可由使用者共同發(fā)展應用服務(wù)的可延伸式應用服務(wù)集合

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺允許平臺使用者自行開發(fā)應用服務(wù)并注冊給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺內(nèi)。只要應用服務(wù)建立者正確地公開其應用服務(wù)的Internet存取位置，經(jīng)授權(quán)的平臺使用者就都可以順利地使用該應用服務(wù)。通過這樣的機制，本平臺的應用服務(wù)集合便可快速且多樣的成長，并有效促進不同類型數(shù)據(jù)的間的互動與整合應用。

2.4 提供多元混搭應用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺所存儲與管理的龐大數(shù)據(jù)，皆會通過閘道器安裝在數(shù)據(jù)服務(wù)提供者上的原始數(shù)據(jù)存取服務(wù)套件(Generic Data Access Service Package)來提供最基本的軟件存取功能，包括新增、刪除或查詢數(shù)據(jù)等，因此原始數(shù)據(jù)存取服務(wù)套件可說是本平臺最重要的數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)。本平臺是通過經(jīng)包裝過的應用服務(wù)來提供服務(wù)給平臺使用者，每個應用服務(wù)都會有各自的應用服務(wù)存取套件(Application Service Access Package)來提供軟件存取的功能。

3 結(jié)論

本文提出了利用所設(shè)計的WASP平臺來開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)與社群架構(gòu)，以高擴展性與高效率為研究目標，提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯流與查詢效率，并且利用社群網(wǎng)絡(luò)能快速有效的將整理過的信息呈現(xiàn)給使用者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)社群創(chuàng)新平臺以SOA的概念進行架構(gòu)規(guī)劃，不論是平臺基礎(chǔ)服務(wù)群的個別服務(wù)提供者或存取服務(wù)套件均可自由采用合適的技術(shù)平臺進行開發(fā)。所以只要對外的部分最終都提供以Web Services技術(shù)所公開的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，則本平臺的所有信息或是基礎(chǔ)服務(wù)就都可以有效地完成互動與整合。

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