摘 "要： 在此研究物聯網標識及尋址存在的問題，討論了物聯網標識及尋址的特點及需求，根據分析的結果提出一套設計方案。從物聯網標識尋址的特點出發(fā)，提出物聯網服務平臺，基于物聯網服務平臺實現了編碼統(tǒng)一映射及物體終端的集中管理，參考DNS協議設計了物聯網統(tǒng)一標識的尋址模型。最后通過EPC編碼為例介紹了物聯網統(tǒng)一標識的生成過及尋址過程。

關鍵字： 物聯網; 標識; 尋址; 物聯網服務平臺; EPC

中圖分類號： TN964?34 " " " " " " " " " 文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）06?0059?04

Study of unified identification and addressing based on service platform of IOT

YUAN Pu， AI Zhong?liang， WANG Han

（North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China）

Abstract： Some problems of unified identification and addressing in IOT are studied in this paper. The characteristics and demands of IOT are discussed. A design scheme and service platform of IOT are put forward according to the analysis results. The object coding unified mapping and centralized management of object terminals were realized on the basis of the service platform of IOT. A addressing model with unified identification of IOT was designed with the reference of DNS protocol. The generation and addressing process of the unified identification is introduced by means of an example of EPC coding.

Keyword： IOT; identification; addressing; service platform of IOT; EPC

0 "引 "言

物聯網是通信網和互聯網的延伸和應用擴展，是新一代信息技術的高度集成和綜合應用，它利用感知技術和智能裝置對世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物[1]交互和無縫鏈接，以達到對物理世界的事實控制、精確管理和科學決策的目的。

物體標識及尋址是影響物聯網發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[2]，與具有全球統(tǒng)一分級結構的互聯網資源名稱不同，物體編碼至今還沒有全球統(tǒng)一的分配標準，目前很多國家和組織等都擁有各自的編碼標準。比如：美國EPC?Global提出的基于RFID射頻識別技術的EPC標準;日本提出的無所不在的網絡識別體系UID;原歐洲物品編碼協會在全球推廣應用的EAN碼;其他的還有美國統(tǒng)一代碼委員會提出的UPC、對象標識符OID、中國物品編碼中心提出的ECODE等[3?4]。

就目前來說，物聯網標識與尋址方面的研究仍處于理論和起步階段，大多數的研究主要參考了互聯網成熟的技術標準[5]。但是物聯網自身的特點決定了它和互聯網之間存在很大的差異，比如由于物聯網中存在多種物體標識技術標準，使得對物體的統(tǒng)一尋址變得困難且復雜;繁雜的標識技術標準也對物體終端的統(tǒng)一管理和維護造成了很大的困難等，因此不能簡單地使用互聯網標識技術。本文介紹了物聯網標識尋址的特點，詳細地分析了物聯網標識尋址的模型，提出了一套滿足當前需求的設計方案，最后以EPC為例介紹了統(tǒng)一標識和尋址的具體實現過程。

1 "物聯網統(tǒng)一標識和尋址的特點

物聯網統(tǒng)一標識的設計主要考慮因素有：

（1） 對標識要有分級的多級管理層次。物體是一個數量巨大，分布廣泛的存在，必須要有一個全球分布共同參與分配的組織架構才能保證物體標識分配的合理與有序;

（2） 物聯網統(tǒng)一標識要便于記憶，用戶訪問物體，就像訪問一個網頁一樣容易，只需要輸入物體標識就可以和物體進行交互;

（3） 物聯網統(tǒng)一標識應該具有惟一性，對不同標準的物體編碼的映射必須保證惟一性，避免出現標識沖突的情況;

（4） 物聯網統(tǒng)一標識要具有可擴展性，今后還會出現更多新型編碼標準，因此物聯網統(tǒng)一標識不僅僅要滿足當下的需求，也應該考慮到以后可能出現的狀況。

目前，對物聯網尋址的研究和設計仍處于起步和摸索階段[6?7]，很多研究可以借鑒互聯網成熟的技術標準，互聯網有一套完善的并且行之有效的尋址體系[8]，包含MAC地址、IP地址、URL、域名以及DNS解析系統(tǒng)等一系列標準和規(guī)范，提供了完善的尋址支持。物聯網的尋址和互聯網的尋址從一定程度上說具有一定的相似性，因此可以參考和借鑒互聯網的尋址技術。但是，物聯網自身的特點從很大程度上決定了其尋址和互聯網尋址具有很大的差異性[9]。根據上文所述，在批判地采用互聯網中和自身兼容的標準和技術的同時要注意兩者的差異性，要針對物聯網自身的特點進行建模，提出適應自身需求的尋址方案。物聯網統(tǒng)一標識設計是物體終端合理、高效尋址的基礎，兩者是相輔相成的。物聯網統(tǒng)一標識應該有一個統(tǒng)一的分配者、管理者并且又能夠支持原發(fā)行者獨立分配和管理，標識的設計要照顧到尋址的需求，注意提高尋址的性能和效率。

2 "設計方案

2.1 "物聯網服務平臺

物聯網中存在海量的物體，物體具有移動性，標識和物體地址之間會頻繁的進行重新映射，因此會對物體尋址造成很大麻煩[10]。另外，物體終端具有操作屬性、社會屬性，簡單的通過物體原有的編碼不能獲得這些參數?？紤]到上述問題，本方案提出了一個物聯網服務平臺，其目的是為了統(tǒng)一映射不同的物體標識、提高物體標識映射的準確性、便于分級管理物體終端。物聯網服務平臺是對設備與物體進行管理的基本單元，不同的物聯網服務平臺之間通過互聯網互相連接，每個物聯網服務平臺對外表現出統(tǒng)一的接口。物聯網服務平臺類似于互聯網中的網站，但不同之處在于，互聯網中的網站實際是網狀拓撲，因為網狀間具有復雜的互聯關系。而物聯網采用的星形或樹形拓撲，類似總線式結構。其原因是因為物聯網是互聯網的延伸和拓展，物聯網是基于互聯網構建，互聯網就相當于物聯網的總線。

物聯網服務平臺的結構如圖1所示，它可以接入不同類型的物體，比如貼有RFID標簽的物理實體、6LOWPAN網絡中的物理設備、互聯網中的主機等等。在物聯網服務平臺中有一個數據庫，它負責存儲接入平臺的物體的原始信息、可調用的操作參數等。

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圖1 物聯網服務平臺結構

2.2 "基于物聯網服務平臺的物聯網統(tǒng)一標識設計

互聯網的標準資源地址使用的是統(tǒng)一資源定位符—URL，URL主要包括協議、路徑、文件名稱等幾部分?；ヂ摼W應用層資源的尋址服務使用了DNS協議，DNS 協議是一種專用于提供域名相關信息（資源記錄）的應用協議，在數據格式和訪問機制上都有嚴格的定義?；ヂ摼W這些技術標準的可行性、高效性通過幾十年使用已經得到了充分的驗證，物聯網統(tǒng)一標識及尋址可以借鑒這些技術標準[11]。物聯網統(tǒng)一標識的表示方式：

協議：//物聯網域名/類型/資源標識。

其中協議表示物聯網的通信協議，在此可以設為默認;物聯網域名采用分層結構，每一層之間由“.”進行分割;類型是指物體原有編碼的類型;資源標識是根據物體的原有屬性、社會屬性、物體終端標識、可操作參數等通過一定的算法生成的，并且要保證其在物聯網服務平臺內惟一性。物聯網域名類似于互聯網域名，每一個物聯網服務平臺都有一個惟一的物聯網域名。物聯網域名由頂級域、第二層域、子域組成。下一級域名需要向上一級提出注冊申請，由上一級域名進行審核并必須保證該域名的惟一性。以一個物聯網域CETC15.BJ.CN（如圖2所示）為例：可以看到物聯網域名是采用樹形層級結構，頂級域名為CN，頂級域名一般為國家、組織、機構;二級域名需要向頂級域名申請一個本域名內惟一的域名段，這里的二級域名為BJ;同理，子域需要向上一級申請一個本域內惟一的域名段。

物聯網統(tǒng)一標識采用分級的樹形結構，這樣既能滿足統(tǒng)一的編碼統(tǒng)一分配和管理的需求，又可以支持各種編碼分配者獨立自主分配和管理，同時增加了編碼映射的可擴展性。樹形分層結構提高了編碼查找的效率，系統(tǒng)整體具有一個統(tǒng)一的管理機構，各層次獨立具有獨立的管理機構，這樣能夠保證標識的統(tǒng)一性、惟一性，提高了分配管理的靈活性，每個層次獨立運行能夠增加系統(tǒng)的效率，如果某層局部出現了故障這樣不會妨礙其他部分的尋址工作，提高了系統(tǒng)的防災容災能力[12]。

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圖2 域名分層結構

2.3 "物聯網統(tǒng)一標識尋址

如上所述，物聯網統(tǒng)一標識由物聯網服務平臺域名和平臺內的資源標識共同映射而成。因此物聯網統(tǒng)一標識的尋址可以分兩步走：第一步，通過物聯網域名查詢系統(tǒng)查找物聯網服務平臺對映的地址，然后訪問該平臺;第二步，通過平臺內的查詢系統(tǒng)查找對映的資源標識，并把得到的數據返回給用戶。

2.3.1 "物聯網服務平臺域名查詢

物聯網域名查詢模型參考了DNS協議，物聯網域名的查詢采用遞歸的分層查詢模式，從頂級域一層一層的遞歸查詢，這種方式便于管理和維護并且可擴展性強。查找時首先發(fā)送查找請求到根服務器，根服務器將查找到的頂級域名地址返回;然后繼續(xù)查找頂級域名，頂級域名服務器將查到的二級域名地址返回;最后查找子域名，子域名服務器將查找到的子域名地址返回;這樣就得到了該物聯網服務平臺的地址，然后通過物聯網服務平臺查找資源標識，最后將得到的數據返回客戶端，這樣就完成了查詢的過程。下面以查找舉例說明物聯網域名查找過程（如圖3所示）。

（1） 客戶端向上級域名服務器發(fā)出CETC15.BJ.CN的查詢請求;

（2） 上級域名服務器向根服務器發(fā)出查詢請求，物聯網根服務器返回.CN的地址;

（3） 上級域名服務器向.CN服務器發(fā)出查詢請求，物聯網.CN服務器返回.BJ.CN的地址;

（4） 上級域名服務器向.BJ.CN服務器發(fā)出查詢請求，物聯網.BJ.CN服務器返回CETC15.BJ.CN的地址;

（5） 向客戶端返回結果。

2.3.2 "平臺內資源標識查詢

資源標識是物體社會信息、可操作參數、原始編碼信息等通過映射生成的物聯網服務平臺內惟一的標識信息，通過平臺內的數據庫把上述信息存儲起來。

物聯網服務平臺內的資源標識查詢分兩步：第一步，獲得接收到的查詢請求;第二步，通過平臺內的索引查詢系統(tǒng)查找資源標識，并返回結果。

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圖3 物聯網域名查詢過程

3 "EPC編碼到物聯網統(tǒng)一標識的映射及尋址

3.1 "EPC編碼的映射

EPC中文名稱為產品電子碼，它是基于RFID和互聯網的一項物流技術，EPC隨著源自射頻識別技術和互聯網技術的發(fā)展而出現，EPC的目標是為物體提供惟一標識，EPC由版本號、域名管理、對象分類、序列號等部分組成的。目前EPC有64、96、256等不同位數的版本，每種位數的編碼又可以具體分成不同類型。不同類型的EPC編碼適應不同類型的物體。

物聯網服務平臺包含一張映射表，這個表包括以下字段：物體編碼類型、物體注冊時間、物體編碼地址、物體API接口等一系列包含物體原始屬性和社會屬性的信息。根據這些信息生成物聯網服務平臺內一個惟一的定長的數字串，這個數字串和物聯網服務平臺的域名結合就形成了EPC編碼到物聯網統(tǒng)一標識的映射。例如一個EPC編碼10000000000000000000011000000000

000000000011001000020000000000000，它注冊的時間為：2014?05?01，它沒有可操作API接口。因此物聯網服務平臺的一條數據如表1所示。

表1 物聯網服務平臺數據表

然后通過一個轉換算法把上述信息生成為物聯網服務平臺的一個固定長度的數字串：01920289284，最后和物聯網服務平臺的域名組合生成最終的物聯網統(tǒng)一標識：CETC15.BJ.CN/01920289284（如圖4所示）。

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圖4 統(tǒng)一標識結構圖

最后生成一個可掃描標簽，用戶通過掃描這個標簽就可以進行查詢。

3.2 "尋址過程

如上所述，EPC編碼最終轉化成了物聯網統(tǒng)一標識，通過查詢這個標識就能得到物體的原始屬性和社會屬性。為了便于使用，可將物聯網統(tǒng)一標識生成為一個可掃描的標簽，用戶可以通過簡單的掃描該標簽向物聯網域名解析系統(tǒng)提出查詢需求。查詢過程如下：

（1） 掃描器掃描標簽;

（2） 獲取標簽的數據;

（3） 掃描器向根域名服務器發(fā)出請求，首先向根域名查找CN的地址，然后依次遞歸查找BJ、CETC15，通過這樣一步一步最后查找到域名為CETC15.BJ.CN的物聯網服務平臺;

（4） 服務器返回查到的域名信息;

（5） 向物聯網服務平臺發(fā)出請求;

（6） 通過平臺內的映射表查詢資源標識是01920289284這個資源標識的信息;

（7）～（9） 通過JSON字符串返回給掃描儀，這樣就得到了物體的原始信息和社會信息。

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圖5 查詢過程

客戶端得到這些信息之后，如果需要操作物體則可通過API調用去控制物體，其他的OID、UPC等一系列物體編碼的轉化和上述的EPC轉化過程相似。

4 "結 "語

隨著物聯網的快速發(fā)展，物聯網統(tǒng)一標識和尋址技術的研究越來越受到人們的重視，目前大多數研究都是參考互聯網的技術標準缺乏對物聯網自身特點的考慮和研究。本文研究了互聯網和物聯網之間的異同，參考互聯網的技術同時又提出了適應物聯網自身特點的研究方案。針對物體編碼標準的多樣性、物體編碼缺乏統(tǒng)一分配和管理、海量物體高效尋址等物聯網自身所固有的特點提出了一套物體統(tǒng)一映射及尋址設計方案。該方案提出了物聯網服務平臺，其目的是為了統(tǒng)一映射接入到平臺的物體標識，并給每個物聯網服務平臺分配了一個全球惟一的物聯網域名，物聯網統(tǒng)一標識由物聯網服務平臺的域名和平臺內的資源標識共同構成。物體終端的尋址模型的設計參考了DNS協議，實現了物體標識可擴展性，同時提高了查詢的效率。經過實踐證明，該方案能有效地滿足對物體的統(tǒng)一標識及尋址需求。

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