魏+歌

摘 要：為了解決業(yè)務支撐平臺能力分離，使得屏蔽核心網(wǎng)絡變得復雜的挑戰(zhàn)性問題，可在應用層增設一個虛擬的網(wǎng)絡層，然后在YD/T 2437-2012標準下提出一個覆蓋網(wǎng)絡的設計。因此，文章補充了在該標準下的應用層的實施細節(jié)或途徑。該方法有助于對國家標準的廣泛采用，也有利于我國物聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；YD/T 2437-2012；業(yè)務支撐平臺；覆蓋網(wǎng)絡

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2014）07-0015-02

0引言

2011年在中國的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中，從功能角度抽取了物聯(lián)網(wǎng)體系的基本特征，提出了包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層的物聯(lián)網(wǎng)的三層參考框架的架構[1]。隨后，該框架被納入到了我國工業(yè)和信息化部2012年第70號公告批準的、名稱為《物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術要求》的行業(yè)標準（標準編號：YD/T 2437-2012）[2]。該標準的物聯(lián)網(wǎng)總體框架，從下到上依次為三層，感知延伸層、網(wǎng)絡/業(yè)務層和應用層。網(wǎng)絡/業(yè)務層的物聯(lián)網(wǎng)應用支撐管理平臺，包括支持對大信息量的存儲和處理的數(shù)據(jù)平臺和屏蔽核心網(wǎng)絡的復雜性和具體實現(xiàn)的業(yè)務支撐平臺。而將所包括的業(yè)務支撐平臺的能力分離成兩部分：運營管理能力和數(shù)據(jù)通道能力。其中，運營管理能力體現(xiàn)控制數(shù)據(jù)流的規(guī)則和邏輯，涉及終端管理、應用接入管理等；數(shù)據(jù)通道能力包括具體數(shù)據(jù)傳送通道的選擇、適配等，展現(xiàn)數(shù)據(jù)流處理過程。在理論上，這種設計思想，體現(xiàn)了邏輯控制和數(shù)據(jù)轉發(fā)的分離。按照該架構標準，網(wǎng)絡管理和配置操作可以獲得分層各自獨立開發(fā)的機會，簡化了應用更新的部署，實現(xiàn)了高層控制邏輯的健壯性，有利于異構網(wǎng)絡的融合。但是，我們也必須看出，該架構標準只是一個概要，基于當前的物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)還多處于閉環(huán)狀態(tài)，造成重復建設和孤島應用，物聯(lián)網(wǎng)的涉及范圍還在逐漸擴大，目前尚缺乏較大規(guī)模網(wǎng)絡的部署經(jīng)驗，因此，該標準的落實還將面臨一些新的挑戰(zhàn)。例如，業(yè)務支撐平臺能力的分離，關鍵在于屏蔽核心網(wǎng)絡的復雜性和具體業(yè)務的實現(xiàn)，只有這樣，邏輯控制才能從數(shù)據(jù)轉發(fā)中剝離開來去體現(xiàn)相關的運營管理能力。該架構標準沒有提及怎樣實現(xiàn)有關這些內(nèi)容的細節(jié)或途徑，這就是一個值得探討的問題，也是本文所要研究的內(nèi)容。

上述一切的實現(xiàn)，不妨借鑒互聯(lián)網(wǎng)解決類似問題的原則：只在端點涉及復雜性，而在網(wǎng)絡中保持的技術非常簡單， 即“端到端”的原則[3]。針對當前互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構所面臨的僵化問題（Ossification Problem）， 解決方案之一是在現(xiàn)有網(wǎng)絡上構建虛擬網(wǎng)絡（Virtual Network）來滿足多樣化應用的需求[4]。 基于文獻[4,5]的觀點，本文認為虛擬化的覆蓋網(wǎng)絡（Overlay Network）的構建是獲得上述問題解決的一個較好的途徑。

1物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡的層次定位

覆蓋網(wǎng)絡是在另一個網(wǎng)絡的物理拓撲結構的頂上創(chuàng)建一個虛擬拓撲的虛擬計算機網(wǎng)絡，其目的是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源的結構和分布的基礎上，把網(wǎng)絡資源的分配與管理抽象出來，提供端到端的服務質量保證。覆蓋網(wǎng)絡的構造與特定技術、特定層次無關，通過在一個或者多個已存在網(wǎng)絡之上增加一個額外的、間接的、虛擬的網(wǎng)絡層，配置下層網(wǎng)絡部分領域中的一些資源來滿足應用的需求[6,7]。本文的工作就是提出為在國家標準YD/T 2437-2012的物聯(lián)網(wǎng)總體框架構建一個覆蓋網(wǎng)絡的設計。該標準的物聯(lián)網(wǎng)總體框架從下到上依次為三層，感知延伸層、網(wǎng)絡/業(yè)務層和應用層。其中感知延伸層部件包括物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點、感知延伸網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關；網(wǎng)絡/業(yè)務層部件包括核心網(wǎng)絡（通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)專網(wǎng)）、物聯(lián)網(wǎng)應用支撐管理平臺；應用層包括各種具體應用[2]。這個額外增加的覆蓋網(wǎng)絡只能在網(wǎng)絡/業(yè)務層的應用支撐管理平臺與應用層之間。如果嚴格遵循三層框架，那么，這個覆蓋網(wǎng)絡到底是定位在網(wǎng)絡/業(yè)務層還是定位到應用層呢？

在工業(yè)和信息化部電信研究院中國物聯(lián)網(wǎng)白皮書中，與YD/T 2437-2012標準的物聯(lián)網(wǎng)應用支撐管理平臺相關的內(nèi)容的層次定位，幫助了我們。注意到2011年的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中的應用層體系包括應用層架構、信息智能處理技術。并且指出，應用層架構是面向對象的服務架構，包括面向上層業(yè)務應用的流程管理、業(yè)務流程之間的通信協(xié)議、元數(shù)據(jù)標準；信息智能處理類技術包括虛擬化架構（資源管理與控制）等。2013年的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中應用層主要包括物聯(lián)網(wǎng)應用支撐子層和應用子層。并且指出，物聯(lián)網(wǎng)應用支撐子層技術包括支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通，面向服務的架構的技術和服務支撐技術等。就是說，通過對物理網(wǎng)絡資源的抽象和封裝，來屏蔽核心網(wǎng)絡的復雜性和具體實現(xiàn)。

基于面向對象的服務架構，虛擬化資源管理與控制，導致網(wǎng)絡的基礎設施與提供適配服務的功能的分離，是安排在應用層來實現(xiàn)。一般來說，在傳統(tǒng) P2P 網(wǎng)絡中，覆蓋網(wǎng)絡也都是構造在應用層上的，可以看作是應用層網(wǎng)絡[8]。所以，增加的覆蓋網(wǎng)絡子層可以定位在YD/T 2437-2012的物聯(lián)網(wǎng)總體框架的應用層中，圖1所示是含覆蓋網(wǎng)絡子層的物聯(lián)網(wǎng)通用分層模型。

圖1含覆蓋網(wǎng)絡子層的物聯(lián)網(wǎng)通用分層模型

2物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡的構建

在國家標準YD/T 2437-2012的體系結構中，網(wǎng)絡虛擬化涉及網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層和應用層的覆蓋網(wǎng)絡子層。在這里，網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中包括許多異構的基礎設施資源的物理節(jié)點，它們是由物理路徑連接起來的。覆蓋網(wǎng)絡是通過虛擬化技術構建在網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層之上的虛擬網(wǎng)絡，它是由虛擬節(jié)點通過虛擬鏈路連接構成的。覆蓋網(wǎng)絡的構建，要有一個將一個具有虛擬節(jié)點和虛擬鏈路約束的覆蓋網(wǎng)絡映射到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的過程的映射方案，其中虛擬節(jié)點映射到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的物理節(jié)點上，虛擬鏈路映射到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的物理路徑上，而且滿足覆蓋網(wǎng)絡中虛擬節(jié)點和虛擬鏈路對資源需求的約束。從而使得覆蓋網(wǎng)絡中的虛擬節(jié)點及其被連接虛擬鏈路，可能對應于網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的物理節(jié)點及其被連接的多個物理鏈路中的一個路徑，圖2所示是覆蓋網(wǎng)絡到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層的映射示意圖。

具體的說，覆蓋網(wǎng)絡的構建的過程涉及虛擬節(jié)點的選擇和虛擬鏈路的確定。虛擬節(jié)點的選擇就是要求覆蓋網(wǎng)絡的每個虛擬節(jié)點都能映射到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的一個物理節(jié)點，同時該物理節(jié)點所分配的資源能滿足虛擬節(jié)點對應用的需求。虛擬鏈路的確定就是要求覆蓋網(wǎng)絡的每條虛擬鏈路都能映射到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層中的一條或多條物理路徑上，同時該物理路徑的兩個端點都能與對應的虛擬鏈路的兩個虛擬節(jié)點相對應。在國家標準YD/T 2437-2012的體系結構中，虛擬節(jié)點的選擇涉及網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層物理節(jié)點可，分為：參考點Ia'、參考點Ia''終端和參考點Ia''網(wǎng)關三類，參看圖1。虛擬鏈路的確定依賴這三類物理節(jié)點（參考點Ia'、參考點Ia''終端和參考點Ia''網(wǎng)關）各自的功能形成彼此之間相連接的物理路徑。

圖2覆蓋網(wǎng)絡到網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層的映射

2.1參考點Ia'

參考點Ia'是物聯(lián)網(wǎng)應用層和應用支撐管理平臺之間的參考點，依賴網(wǎng)絡/業(yè)務網(wǎng)絡層的核心網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)絡可以具有多種網(wǎng)絡形態(tài)，可以是現(xiàn)有公眾網(wǎng)絡，如移動網(wǎng)、固定網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，也可以是各種政府和企業(yè)等專用網(wǎng)絡。核心網(wǎng)絡能提供網(wǎng)絡控制功能、業(yè)務控制功能、互聯(lián)互通功能、移動性管理等功能。參考點Ia'在核心網(wǎng)絡提供了網(wǎng)絡連接能力基礎上，支撐物聯(lián)網(wǎng)信息的雙向傳遞和控制，支持應用支撐管理平臺與應用層之間的交互。此外，參考點Ia'通過應用支撐管理平臺能與感知延伸層的有關的節(jié)點相交互。

2.2參考點Ia''終端

參考點Ia''終端是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)終端之間的參考點。通過該參考點，應用層可以從感知延伸層節(jié)點讀取信息，或者向感知延伸層節(jié)點寫入信息。應用層還可以通過該參考點請求感知延伸層的節(jié)點或該層節(jié)點組成的群組執(zhí)行某個特定的任務，如激活某個傳感器。

2.3參考點Ia''網(wǎng)關

參考點Ia''網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關之間的參考點。物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點以接入網(wǎng)關為中繼連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡/業(yè)務層。某些感知延伸層節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到網(wǎng)絡/業(yè)務層，此時需要通過感知延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入，來實現(xiàn)網(wǎng)絡連接的匯聚和信息的匯聚，簡化網(wǎng)絡連接和相應的管理等。

3結語

在論證覆蓋網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)的層次定位之后，結合YD/T 2437-2012標準，給出了構建覆蓋網(wǎng)絡的一個概要。物聯(lián)網(wǎng)應用面臨異構網(wǎng)絡通信環(huán)境、海量的共享數(shù)據(jù)空間、傳感器與執(zhí)行器共存于基層的設備。因此，應用的開發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)架構的提供至少有三點要求：（1）分布性、自發(fā)性和自適應性的智能化的設備，（2）統(tǒng)一抽象和描述的資源虛擬化的操作平臺，（3）承載上下文變化信息的來滿足用戶的需求推理機制。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡的構建為達到這些要求創(chuàng)造了條件。這也將導致對于覆蓋網(wǎng)絡的進一步的 研究。

參 考 文 獻

[1]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011）[R].北京：工業(yè)和信息化部電信研究院， 2011.

[2]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術要求（YD/T 2437-2012）[S].北京：人民郵電出版社，2013.

[3] Rob van Kranenburg and Alex Bassi van Kranenburg R， Bassi A. IoTChallenges[J]. Communications in Mobile Computing， 2012， 1（1）： 1-5.

[4]李小玲， 王懷民， 丁博， 等. 虛擬網(wǎng)絡映射問題研究及其進展[J]. 軟件學報， 2012， 23（11） ：3009-3028.

[5] Batalla J M， Krawiec P. Conception of ID layer performance at the network level for Internet of Things[J]. Personal and Ubiquitous Computing， 2014， 18（2）： 465-480.

[6] Chowdhury N M， Boutaba R. A survey of network virtualization[J]. Computer Networks， 2010， 54（5）： 862-876.

[7]杜麗娟， 余鎮(zhèn)危. 覆蓋網(wǎng)體系結構及應用研究[J]. 計算機工程與應用， 2009， 45（28）： 102-104.

[8]張國印， 李軍. 移動對等網(wǎng)絡覆蓋網(wǎng)[J]. 軟件學報， 2013， 24（1） ：139-152.

————————————————

收稿日期：2014-03-17

基金項目：湖南省教育廳科研基金項目（13C1085）

2.2參考點Ia''終端

參考點Ia''終端是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)終端之間的參考點。通過該參考點，應用層可以從感知延伸層節(jié)點讀取信息，或者向感知延伸層節(jié)點寫入信息。應用層還可以通過該參考點請求感知延伸層的節(jié)點或該層節(jié)點組成的群組執(zhí)行某個特定的任務，如激活某個傳感器。

2.3參考點Ia''網(wǎng)關

參考點Ia''網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關之間的參考點。物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點以接入網(wǎng)關為中繼連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡/業(yè)務層。某些感知延伸層節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到網(wǎng)絡/業(yè)務層，此時需要通過感知延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入，來實現(xiàn)網(wǎng)絡連接的匯聚和信息的匯聚，簡化網(wǎng)絡連接和相應的管理等。

3結語

在論證覆蓋網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)的層次定位之后，結合YD/T 2437-2012標準，給出了構建覆蓋網(wǎng)絡的一個概要。物聯(lián)網(wǎng)應用面臨異構網(wǎng)絡通信環(huán)境、海量的共享數(shù)據(jù)空間、傳感器與執(zhí)行器共存于基層的設備。因此，應用的開發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)架構的提供至少有三點要求：（1）分布性、自發(fā)性和自適應性的智能化的設備，（2）統(tǒng)一抽象和描述的資源虛擬化的操作平臺，（3）承載上下文變化信息的來滿足用戶的需求推理機制。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡的構建為達到這些要求創(chuàng)造了條件。這也將導致對于覆蓋網(wǎng)絡的進一步的 研究。

參 考 文 獻

[1]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011）[R].北京：工業(yè)和信息化部電信研究院， 2011.

[2]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術要求（YD/T 2437-2012）[S].北京：人民郵電出版社，2013.

[3] Rob van Kranenburg and Alex Bassi van Kranenburg R， Bassi A. IoTChallenges[J]. Communications in Mobile Computing， 2012， 1（1）： 1-5.

[4]李小玲， 王懷民， 丁博， 等. 虛擬網(wǎng)絡映射問題研究及其進展[J]. 軟件學報， 2012， 23（11） ：3009-3028.

[5] Batalla J M， Krawiec P. Conception of ID layer performance at the network level for Internet of Things[J]. Personal and Ubiquitous Computing， 2014， 18（2）： 465-480.

[6] Chowdhury N M， Boutaba R. A survey of network virtualization[J]. Computer Networks， 2010， 54（5）： 862-876.

[7]杜麗娟， 余鎮(zhèn)危. 覆蓋網(wǎng)體系結構及應用研究[J]. 計算機工程與應用， 2009， 45（28）： 102-104.

[8]張國印， 李軍. 移動對等網(wǎng)絡覆蓋網(wǎng)[J]. 軟件學報， 2013， 24（1） ：139-152.

————————————————

收稿日期：2014-03-17

基金項目：湖南省教育廳科研基金項目（13C1085）

2.2參考點Ia''終端

參考點Ia''終端是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)終端之間的參考點。通過該參考點，應用層可以從感知延伸層節(jié)點讀取信息，或者向感知延伸層節(jié)點寫入信息。應用層還可以通過該參考點請求感知延伸層的節(jié)點或該層節(jié)點組成的群組執(zhí)行某個特定的任務，如激活某個傳感器。

2.3參考點Ia''網(wǎng)關

參考點Ia''網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)應用層和物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關之間的參考點。物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點以接入網(wǎng)關為中繼連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡/業(yè)務層。某些感知延伸層節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到網(wǎng)絡/業(yè)務層，此時需要通過感知延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入，來實現(xiàn)網(wǎng)絡連接的匯聚和信息的匯聚，簡化網(wǎng)絡連接和相應的管理等。

3結語

在論證覆蓋網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)的層次定位之后，結合YD/T 2437-2012標準，給出了構建覆蓋網(wǎng)絡的一個概要。物聯(lián)網(wǎng)應用面臨異構網(wǎng)絡通信環(huán)境、海量的共享數(shù)據(jù)空間、傳感器與執(zhí)行器共存于基層的設備。因此，應用的開發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)架構的提供至少有三點要求：（1）分布性、自發(fā)性和自適應性的智能化的設備，（2）統(tǒng)一抽象和描述的資源虛擬化的操作平臺，（3）承載上下文變化信息的來滿足用戶的需求推理機制。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡的構建為達到這些要求創(chuàng)造了條件。這也將導致對于覆蓋網(wǎng)絡的進一步的 研究。

參 考 文 獻

[1]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011）[R].北京：工業(yè)和信息化部電信研究院， 2011.

[2]中國工業(yè)和信息化部.物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術要求（YD/T 2437-2012）[S].北京：人民郵電出版社，2013.

[3] Rob van Kranenburg and Alex Bassi van Kranenburg R， Bassi A. IoTChallenges[J]. Communications in Mobile Computing， 2012， 1（1）： 1-5.

[4]李小玲， 王懷民， 丁博， 等. 虛擬網(wǎng)絡映射問題研究及其進展[J]. 軟件學報， 2012， 23（11） ：3009-3028.

[5] Batalla J M， Krawiec P. Conception of ID layer performance at the network level for Internet of Things[J]. Personal and Ubiquitous Computing， 2014， 18（2）： 465-480.

[6] Chowdhury N M， Boutaba R. A survey of network virtualization[J]. Computer Networks， 2010， 54（5）： 862-876.

[7]杜麗娟， 余鎮(zhèn)危. 覆蓋網(wǎng)體系結構及應用研究[J]. 計算機工程與應用， 2009， 45（28）： 102-104.

[8]張國印， 李軍. 移動對等網(wǎng)絡覆蓋網(wǎng)[J]. 軟件學報， 2013， 24（1） ：139-152.

————————————————

收稿日期：2014-03-17

基金項目：湖南省教育廳科研基金項目（13C1085）