楊冬菊,林紹福,張 程

(1.北方工業(yè)大學(xué)云計(jì)算研究中心,北京 100041;2.北京工業(yè)大學(xué),北京 100124；3.中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100190 )

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領(lǐng)域[1]。一般地，人們認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸，它通過傳感設(shè)備感知物品狀態(tài)，并對(duì)感知的信息實(shí)施智能分析與處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品行為的反饋控制[2]。其中，“感知”是基礎(chǔ)，“智能”是核心，“反饋控制”是最終目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)。以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)[3]中的櫻桃生產(chǎn)為例，除了櫻桃的種植、收獲，還涉及銷售、加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)戎T多環(huán)節(jié)，只有這些環(huán)節(jié)之間形成通路、彼此信息聯(lián)通，才能為用戶提供必要的食品安全、質(zhì)量保障[4]。然而，目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)存在幾個(gè)趨勢(shì)或現(xiàn)象，對(duì)形成支撐全產(chǎn)業(yè)鏈的信息通路形成了阻礙。一方面，應(yīng)用建設(shè)分散、缺乏體系?！芭l(fā)”建設(shè)數(shù)量眾多、彼此獨(dú)立是目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)的一個(gè)主要特點(diǎn)，絕大多數(shù)應(yīng)用項(xiàng)目以閉環(huán)應(yīng)用為主，應(yīng)用之間缺乏聯(lián)通渠道，以多部門、多用戶、多業(yè)務(wù)流程等為特征的重大綜合應(yīng)用尚處于起步和探索階段；另一方面，重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重。隨著大量獨(dú)立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的建設(shè)，正逐漸出現(xiàn)傳感設(shè)備的重復(fù)放置、傳感數(shù)據(jù)的重復(fù)采集、分析處理模塊重復(fù)開發(fā)、服務(wù)器等硬件設(shè)備重復(fù)采購(gòu)等物聯(lián)網(wǎng)重復(fù)建設(shè)問題，缺乏有效的共享共用正成為阻礙物聯(lián)網(wǎng)后續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題。

面對(duì)上述挑戰(zhàn)，打造一種新型信息化基礎(chǔ)設(shè)施，一方面對(duì)各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及感知設(shè)備獲取的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、組織及管理；另一方面建立統(tǒng)一的集成應(yīng)用支撐環(huán)境，將設(shè)備的接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、將一些通用的數(shù)據(jù)處理、分析等公共模塊以服務(wù)方式抽取出來，依托這些設(shè)備及數(shù)據(jù)快速構(gòu)建應(yīng)用，為物品的感知、信息的共享與智能分析、反饋控制應(yīng)用的構(gòu)造提供支撐。立足于上述認(rèn)識(shí)，本文將在分析物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及相關(guān)工作基礎(chǔ)上，以農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、銷售為背景，分析物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用存在的問題及需求，提出面向信息資源聚合的物聯(lián)網(wǎng)智能信息中心框架IRC4IOT(Intelligent Resource Center for Internet of Things)，重點(diǎn)討論傳感設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化封裝及接入、信息資源的一體化管理等關(guān)鍵技術(shù)，并以食品安全保障為場(chǎng)景，探討了智能信息中心的使用模式，為感知、分析、控制提供基礎(chǔ)保障。

2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及相關(guān)工作

2.1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用之間以及不同物品之間的資源共享和復(fù)用，本文將通用、公共的信息處理部分獨(dú)立出來，作為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在多個(gè)應(yīng)用之間共用。所以，本文將物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)劃分為四個(gè)層次：感知層、傳輸層、智能層和應(yīng)用層，分別承擔(dān)“感”、“傳”、“智”、“用”的任務(wù)。具體如圖1所示。

Figure 1 Architecture of Internet of Things圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)示意圖

(1)感知層。感知層主要負(fù)責(zé)識(shí)別物體、采集信息，以及對(duì)物品實(shí)施反饋控制。通過設(shè)置二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID[5]]標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端等傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)被感知目標(biāo)的低成本、可靠的感知[6]。不同的傳感器輸出的信號(hào)類型、使用的傳輸接口、生成的數(shù)據(jù)格式都不盡相同，面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所期望的物物相聯(lián)、共享并交換信息的目標(biāo)，如何規(guī)范化各種傳感器的輸出數(shù)據(jù)，讓使用者能夠識(shí)別這些數(shù)據(jù)是一項(xiàng)重要工作。當(dāng)前通用的解決思路是對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行包裝，產(chǎn)生規(guī)范化的數(shù)據(jù)。在這方面，目前最典型的工作是意大利人發(fā)起的一個(gè)開源項(xiàng)目Arduino[7]，從傳感的角度看，該設(shè)備可以連接具有不同類型傳輸接口(并口、串口、USB口等等)的傳感器，配合另一個(gè)開源項(xiàng)目Processing提供的數(shù)據(jù)處理軟件包，能夠?qū)鞲衅鬏敵龅男盘?hào)封裝成擴(kuò)展的環(huán)境標(biāo)記語言EEML格式的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為一個(gè)Restful服務(wù)向Internet發(fā)布。

(2)傳輸層。傳輸層主要負(fù)責(zé)信息傳遞。使用的技術(shù)主要包括：各種通信網(wǎng)絡(luò)、無線專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)是能夠滿足大量、實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)的傳輸需求。目前在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通常采用兩種方式：一種是由電信、移動(dòng)、聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商提出的3G+WLAN組網(wǎng)模式；另一種是利用Wi-Fi技術(shù)組建的無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。

(3)智能層。智能層主要通過對(duì)傳感信息的動(dòng)態(tài)匯聚、分解、合并等處理和服務(wù)，在數(shù)字/虛擬空間內(nèi)創(chuàng)建物理世界所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)視圖[8]。一方面，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中涉及的各類傳感設(shè)備進(jìn)行一體化管理，實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，提高傳感器的共享程度，避免傳感信息的重復(fù)采集，近年來有很多集中在該領(lǐng)域的相關(guān)工作[9,10]；另一方面對(duì)感知得到的海量數(shù)據(jù)和信息提供存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的基礎(chǔ)服務(wù)[11]。

(4)應(yīng)用層。應(yīng)用層主要利用分析處理后的信息為用戶提供豐富的特定服務(wù)。以農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔?，需要針?duì)農(nóng)副食品安全、智能化培育控制[12]及農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等熱點(diǎn)領(lǐng)域，創(chuàng)新及建設(shè)一批有展示度的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用，特別是在多個(gè)獨(dú)立應(yīng)用基礎(chǔ)上的增值應(yīng)用，為生產(chǎn)、收獲、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)提供全方位的支持。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)

從整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系來看，底層的傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸后，要在物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的過濾、加工、處理、分析，形成有價(jià)值的信息，才能實(shí)現(xiàn)反饋控制，完成對(duì)應(yīng)用的支撐。從系統(tǒng)化角度看，它一方面要能收集、存儲(chǔ)、管理、分析與處理傳感信息，另一方面為上層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供所需的傳感信息；從智能化的角度看，要能夠從海量的、看似無關(guān)的實(shí)時(shí)傳感信息中找出數(shù)據(jù)之間的同類關(guān)系、去除冗余、提取重現(xiàn)模式、發(fā)現(xiàn)周期性變化規(guī)律等，為預(yù)測(cè)和決策提供服務(wù)。

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)工作處于起步階段，大致可以分為兩類，一類是以共享傳感設(shè)備、共享傳感信息為目標(biāo)的中間件平臺(tái)，典型案例包括Pachube[13]、ioBridge[14]、Sense Networks[15]等；另一類是以傳感器部署及管理、簡(jiǎn)化傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建為目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)支撐工具，如Mote Runner[16]等。

英國(guó)Pachube公司開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境平臺(tái)，旨在對(duì)環(huán)境(比如用戶的家庭環(huán)境)作出響應(yīng)并施加影響。該平臺(tái)允許人們給現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界中的各種物品、設(shè)備、建筑和環(huán)境添加標(biāo)簽，并分享即時(shí)獲得的傳感信息[17]。平臺(tái)可以與Arduino等開源項(xiàng)目結(jié)合，支持多種傳感設(shè)備的接入，提供基于GoogleMap和Tag的物品標(biāo)記與檢索方式，目標(biāo)明確，易于操作。

ioBridge是總部位于佛羅里達(dá)Gainesville的ioBridge公司開發(fā)的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。該產(chǎn)品通過一款能夠連接多種傳感器的電路板，為傳感器、控制器、家庭自動(dòng)裝置等構(gòu)建一個(gè)DIY網(wǎng)關(guān)，用戶無需編程就可方便地搭建自己的物品監(jiān)控應(yīng)用。

Sense Networks公司開發(fā)了一個(gè)叫做Macrosense的平臺(tái)，可以接收即時(shí)位置信息，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，以供人們查詢。目前已經(jīng)利用這個(gè)平臺(tái)開發(fā)了一款叫做Citysense的軟件，允許舊金山的人們即時(shí)查看最新的夜生活。

IBM推出的Mote Runner軟件開發(fā)工具，采用Eclipse為基礎(chǔ)的虛擬環(huán)境和顯示板，它是一個(gè)能連接Java等標(biāo)準(zhǔn)程序語言與感應(yīng)器虛擬機(jī)的低復(fù)雜度、低耗電量平臺(tái)，可以將感應(yīng)器應(yīng)用到各種設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)，簡(jiǎn)化感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)的部署和管理。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能信息中心框架

以前面提到的櫻桃生產(chǎn)為例，我們重新審視櫻桃的種植、流通、銷售過程。為了保障食品安全，北京市各大超市銷售的櫻桃需要提供其生產(chǎn)、運(yùn)輸過程的相關(guān)信息。顯然，與生產(chǎn)相關(guān)的信息來源于農(nóng)場(chǎng)的各個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，與運(yùn)輸相關(guān)的狀態(tài)信息來源于運(yùn)送該產(chǎn)品的物流企業(yè)。從計(jì)算機(jī)科學(xué)的視角來分析，這顯然是一個(gè)典型的系統(tǒng)間交互與集成的問題。

針對(duì)上述需求，本文提出的解決思路如下：對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)、成體系的規(guī)劃和建設(shè)，并通過建設(shè)一個(gè)能夠支撐邏輯區(qū)域內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和信息資源的匯聚、一體化管理和服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，在應(yīng)用之間形成共建共享的新模式，從而形成一個(gè)全面互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。

智能信息中心框架IRC4IOT是上述解決思路的具體體現(xiàn)，它是一個(gè)能夠?qū)⒏黝悅鞲性O(shè)備、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等資源進(jìn)行采集、匯聚、管理并支撐應(yīng)用構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。圖2以農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔故局悄苄畔⒅行目蚣堋Ｈ鐖D2所示，智能信息中心向下接入各種資源，向上支撐各種應(yīng)用，智能信息中心本身由兩部分構(gòu)成，分別是信息資源匯聚中心和信息資源應(yīng)用服務(wù)中心：

(1)信息資源匯聚中心。將邏輯區(qū)域內(nèi)布設(shè)的各種傳感設(shè)備以及設(shè)備采集到的農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育情況，以及指導(dǎo)農(nóng)民種植的科技信息資源及第三方服務(wù)(包括種子及農(nóng)機(jī)具肥料供應(yīng)信息、農(nóng)作物需求信息、物流服務(wù)信息、加工服務(wù)信息等)，提供存儲(chǔ)及管理服務(wù)，并通過統(tǒng)一的組織整理，在農(nóng)場(chǎng)主、專家、管理人員等多類用戶之間共享使用，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)信息資源的利用率及開發(fā)利用范圍。

(2)信息資源應(yīng)用服務(wù)中心。根據(jù)不同的用戶需求，對(duì)匯聚的資源進(jìn)行綜合加工處理，構(gòu)造面向農(nóng)業(yè)的各類應(yīng)用服務(wù)，包括作物生長(zhǎng)情況查看服務(wù)、土壤養(yǎng)分分析服務(wù)、土壤濕度分析服務(wù)、生長(zhǎng)環(huán)境信息匯聚及綜合評(píng)估、作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等，并為應(yīng)用服務(wù)的構(gòu)造提供可靠、高效的共性技術(shù)支撐。

Figure 2 Framework of IRC4IOT圖2 智能信息中心框架

3.1 信息資源匯聚中心

信息資源匯聚中心面向農(nóng)場(chǎng)主、專家、管理人員等多類用戶，提供一個(gè)統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)信息資源生產(chǎn)、存儲(chǔ)、組織、管理及發(fā)布平臺(tái)。它一方面支持標(biāo)準(zhǔn)化的方式接入傳感設(shè)備、設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)、第三方提供的信息服務(wù)等各類資源，進(jìn)行一體化管理；另一方面，以信息資源為基礎(chǔ)，提供幾類應(yīng)用構(gòu)造工具，用以支撐應(yīng)用服務(wù)的構(gòu)造，包括支持四種類型的應(yīng)用構(gòu)造：傳感信息匯聚類，Blog、Twitter等嵌入類,臨界預(yù)警類以及基于API開發(fā)應(yīng)用等。

Figure 3 Architecture of information resources convergence圖3 信息資源匯聚中心的技術(shù)方案

(1)傳感設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化封裝與接入。

由于終端設(shè)備種類繁多，捕獲并產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式各異，這給設(shè)備的接入帶來困難。為了標(biāo)準(zhǔn)化多源、異構(gòu)的終端設(shè)備的接入，本文采用Restful Web Service與EEML相結(jié)合的方式，作為信息中心與終端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化接口，并以Internet作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，由設(shè)備提供者完成設(shè)備接入過程。此過程可以分為三大步驟：第1步，設(shè)備提供者將設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，并發(fā)布到Internet；第2步，信息中心對(duì)接入的設(shè)備進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí)，第3步，信息中心的設(shè)備接入模塊從Internet上收集設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)。

①設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化封裝。使用Arduino設(shè)備連接傳感器，再通過Processing 1.0.1[18]開源軟件包編寫一段程序，完成對(duì)計(jì)算機(jī)輸入端口的操作，從Arduino讀入設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)，采用EEML開源軟件包對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后向指定端口發(fā)布。Arduino設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化封裝示例如下所示：

import processing.serial.*;

import cc.arduino.*;

import eeml.*;

… // 變量定義、類的定義等

void setup() {

println(Arduino.list());

arduino = new Arduino(this, Arduino.list()[0], 115200);//設(shè)備初始化

dOut = new DataOut(this, 5210);/*在5210端口發(fā)布數(shù)據(jù)*/

dOut.addData(0,"light sensor, LDR, light level");//數(shù)據(jù)封裝EEML格式

}

void draw() {

myValue = arduino.analogRead(0); //讀入傳感數(shù)據(jù)

println(myValue);

}

void onReceiveRequest(DataOut d){

d.update(0, myValue);

}

EEML數(shù)據(jù)格式示例如下所示：

〈eeml xmlns=http://www.eeml.org/xsd/005 …… 〉 //命名空間

〈environment〉

〈data id="0"〉

〈tag〉light sensor〈/tag〉

〈tag〉light level〈/tag〉

〈tag〉light dependent resistor〈/tag〉

〈value〉238.0〈/value〉

〈unit〉 〈/unit〉

〈/data〉

〈/environment〉

〈/eeml〉

②設(shè)備的編碼標(biāo)識(shí)。對(duì)設(shè)備的標(biāo)識(shí)要符合信息中心的編碼規(guī)則，本文遵循國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)(物品編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)和中國(guó)物品編碼中心(標(biāo)準(zhǔn)化組織在我國(guó)的分支機(jī)構(gòu))制定的規(guī)范，物品編碼結(jié)構(gòu)由編碼體系標(biāo)識(shí)和主體代碼構(gòu)成。在這里，編碼體系標(biāo)識(shí)為六位十進(jìn)制全數(shù)字代碼，與國(guó)家物品編碼管理機(jī)構(gòu)對(duì)特定物品編碼系統(tǒng)分配的標(biāo)準(zhǔn)登記號(hào)相一致。主體代碼由物品分類代碼、物品名稱代碼和物品屬性代碼(包括屬性、屬性值及其代碼)三部分組成。其中，物品分類代碼是依據(jù)物品通用功能和主要用途進(jìn)行的分類和代碼化表示；物品名稱代碼是對(duì)物品名稱的唯一的、無含義的標(biāo)識(shí)；物品屬性代碼是對(duì)物品本質(zhì)特征屬性的描述及代碼化表示。

③設(shè)備數(shù)據(jù)的讀入。按標(biāo)準(zhǔn)化接口的規(guī)定，采用服務(wù)調(diào)用的方式讀入設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)，示例代碼如下所示：

private static void printUserByURI() {

Response getResponse = new Client(Protocol.HTTP).get(“http://IP:5210/”);

if (getResponse.getStatus().isSuccess()) {

DomRepresentation result = getResponse.getEntityAsDom();

… //文檔解析

} else {

System.out.println("unexpected status:"+ getResponse.getStatus());

} // end else

} //end

由于傳感信息實(shí)時(shí)變化，信息中心需要按一定的更新策略對(duì)讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，本方案中提供兩種更新策略：手動(dòng)更新和自動(dòng)更新。手動(dòng)更新是指由用戶發(fā)出指令，主動(dòng)調(diào)用服務(wù)資源得到當(dāng)前時(shí)刻的數(shù)據(jù)，這里的用戶可以是人或應(yīng)用。自動(dòng)更新是由系統(tǒng)按固定的時(shí)間間隔，不斷地讀入新數(shù)據(jù)，更新時(shí)間間隔由設(shè)備提供者根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)，在接入的時(shí)候指定。

(2)信息資源一體化管理。

為了有效使用多個(gè)來源、多種格式的數(shù)據(jù)，需要對(duì)這些資源進(jìn)行一體化管理，其基本思路包括：首先建立感知對(duì)象描述模型，以感知對(duì)象為核心，對(duì)元數(shù)據(jù)、采集到的感知數(shù)據(jù)等各類信息資源進(jìn)行組織管理。

感知對(duì)象模型規(guī)定了每個(gè)對(duì)象在信息中心的表現(xiàn)形式。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，對(duì)對(duì)象的使用體現(xiàn)在對(duì)對(duì)象屬性的操作上，而對(duì)象屬性具備多樣性和擴(kuò)展性，以一個(gè)蔬菜大棚作為感知對(duì)象為例，具有位置、尺寸、所有人等靜態(tài)屬性，同時(shí)具有溫度、濕度、光照度等從傳感設(shè)備獲得的動(dòng)態(tài)屬性。為此，本文定義感知對(duì)象由編碼、名字和屬性集合三部分構(gòu)成。其中，編碼用于唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)對(duì)象。名字是該對(duì)象可理解的描述。屬性集合要囊括對(duì)象的所有屬性，包括三大類：固有靜態(tài)屬性、動(dòng)態(tài)屬性和對(duì)象關(guān)聯(lián)屬性。對(duì)象的固有靜態(tài)屬性來源于對(duì)象的固有性質(zhì)，不同的對(duì)象具有不同的靜態(tài)屬性，對(duì)象靜態(tài)屬性的值由對(duì)象管理者提供；對(duì)象的動(dòng)態(tài)屬性來源于描述隨時(shí)間而變化的對(duì)象狀態(tài)的信息，不同的對(duì)象具有不同的動(dòng)態(tài)屬性。對(duì)象的動(dòng)態(tài)屬性的值來源于對(duì)象管理者提供的傳感設(shè)備；對(duì)象關(guān)聯(lián)屬性描述對(duì)象之間的“包含”或“屬于”關(guān)系，“包含”關(guān)系指該對(duì)象中存在另一個(gè)對(duì)象，“屬于”關(guān)系指該對(duì)象存在于另一個(gè)對(duì)象之中，對(duì)象關(guān)聯(lián)屬性的值由對(duì)象管理者提供。上面所述的對(duì)象模型可以采用如下方式描述：

感知對(duì)象 ={編碼，名字，{靜態(tài)屬性集，動(dòng)態(tài)屬性集，關(guān)聯(lián)屬性集} }

一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象模型的示例如下所示：

〈Thing id="***********02" name="***蔬菜大棚"〉

〈attribute name="位置" style="basic" value="海淀區(qū)***"/〉

〈attribute name="尺寸" style="basic" value="2000cm*300cm*150cm"/〉

〈attribute name="所有人" style="basic" value="張三"/〉

〈attribute name="溫度" style="service" value="http://address1/"/〉

〈attribute name="濕度" style="service" value="http://address2/"/〉

〈attribute style="thing" id="***********01"/〉

〈/Thing 〉

值得一提的是，對(duì)象關(guān)聯(lián)屬性進(jìn)一步擴(kuò)展并輔之以對(duì)復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的解析，就可以形成多個(gè)對(duì)象之間的環(huán)境模型，這里只是留下擴(kuò)展的接口；另外，對(duì)象信息的實(shí)時(shí)性保證等關(guān)鍵問題涉及到和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析等模塊的交互與配合，這些都是下一步工作的重要內(nèi)容。

對(duì)信息資源的組織方面，本文設(shè)計(jì)了多種組織方式，包括以感知對(duì)象、感知對(duì)象的屬性、感知設(shè)備、感知對(duì)象的生命周期以及用戶等多維度的數(shù)據(jù)組織方式；在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，包括基于Tag的組織與呈現(xiàn)方式、基于GoogleMap的組織與呈現(xiàn)方式、基于監(jiān)控對(duì)象的組織與呈現(xiàn)方式，以及用戶個(gè)性化的組織與呈現(xiàn)方式等。

(3)信息資源的開發(fā)利用。

資源匯聚中心對(duì)外提供應(yīng)用開發(fā)工具，支持四類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)，分別是：傳感信息匯聚類、Twitter嵌入類、臨界報(bào)警類和用戶自定義類。

在構(gòu)造應(yīng)用時(shí)，首先利用資源呈現(xiàn)界面或接口找到資源，使用開發(fā)工具構(gòu)造應(yīng)用，其中前三類應(yīng)用通過在Web頁(yè)面上的鼠標(biāo)拖拽、點(diǎn)擊，以及對(duì)頁(yè)面的配置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的構(gòu)造。用戶自定義類應(yīng)用是指用戶將中間件提供的API(主要是訪問傳感信息的API)嵌入到自己的應(yīng)用程序或腳本中而形成的應(yīng)用，主要面向具備Web應(yīng)用開發(fā)能力的用戶。

3.2 信息資源應(yīng)用服務(wù)中心

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和應(yīng)用需求，以匯聚的信息資源為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行加工和綜合處理，構(gòu)造各類應(yīng)用服務(wù)，例如作物生長(zhǎng)情況查看服務(wù)、土壤養(yǎng)分分析服務(wù)、土壤濕度分析服務(wù)、生長(zhǎng)環(huán)境信息匯聚及綜合評(píng)估、作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等，并為應(yīng)用服務(wù)的構(gòu)造提供可靠、高效的共性技術(shù)支撐，以滿足不同層次不同職責(zé)范圍人員的業(yè)務(wù)需求。目前系統(tǒng)中構(gòu)造的應(yīng)用服務(wù)可以分為三類：

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控類應(yīng)用：通過傳感設(shè)備獲取的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，對(duì)作物生長(zhǎng)、加工、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等環(huán)境的單項(xiàng)監(jiān)控或綜合監(jiān)控。以櫻桃生產(chǎn)監(jiān)控為例，在智能信息中心界面上，將櫻桃地塊上布設(shè)的所有傳感器拖拽到一個(gè)單獨(dú)的窗口中，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)。

(2)統(tǒng)計(jì)分析類應(yīng)用：以智能信息中心的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可以構(gòu)造統(tǒng)計(jì)分析類應(yīng)用。又可以分為兩類，一類是基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析，其中預(yù)警服務(wù)是典型的基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析類應(yīng)用，通過定制業(yè)務(wù)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，一旦監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)異常，將通過短信等方式進(jìn)行預(yù)警；另一類是基于歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，通過對(duì)智能信息中心中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以分析預(yù)測(cè)趨勢(shì)、輔助決策等等，如產(chǎn)量預(yù)估、作物選擇、生長(zhǎng)模型修正等都屬于這類服務(wù)。

(3)共享協(xié)作類應(yīng)用：為滿足一些復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求，將相關(guān)設(shè)備、數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)及無縫集成。以食品安全為例，涉及生產(chǎn)、流通、銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)中不同的企業(yè)，從消費(fèi)者或者監(jiān)管部門來看，生產(chǎn)過程中使用的農(nóng)藥量、運(yùn)輸過程中的溫度控制情況等都是他們所關(guān)心的，所以將這些相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，提供面向終端用戶或者監(jiān)管部門的食品溯源服務(wù)，才能實(shí)現(xiàn)食品安全保障的目標(biāo)。

4 場(chǎng)景示例

場(chǎng)景：為了提高食品安全保障，某超市需對(duì)銷售的櫻桃提供以下信息：生產(chǎn)過程中農(nóng)藥施用的信息和運(yùn)送過程中的貯藏溫度信息。以某農(nóng)業(yè)示范基地生產(chǎn)的櫻桃為例，在生產(chǎn)過程中，農(nóng)業(yè)基地使用自動(dòng)施肥系統(tǒng)，根據(jù)藥物濃度傳感器捕獲的信息控制施肥的數(shù)量；運(yùn)輸過程由物流公司使用保溫車完成，其中使用自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng)，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)捕獲車內(nèi)貯藏室的溫度，并自動(dòng)調(diào)節(jié)；按前面提到的食品安全保障要求，為提高信息的真實(shí)性，超市需從農(nóng)業(yè)基地的自動(dòng)施肥系統(tǒng)和物流公司的恒溫控制系統(tǒng)中分別獲取原始的施肥和溫控信息。

物聯(lián)網(wǎng)IRC4IOT為滿足上述需求在基礎(chǔ)設(shè)施層面提供支撐。一方面，IRC4IOT讓各個(gè)企業(yè)發(fā)布自己的傳感數(shù)據(jù)成為可能；另一方面，IRC4IOT為不斷變化的集成需求提供方便的操作手段，具體操作過程如圖4所示。在物聯(lián)網(wǎng)IRC4IOT的支持下，可以更加方便地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的動(dòng)態(tài)交互與集成，按上面場(chǎng)景，操作模式如下：(1)傳感設(shè)備的發(fā)布由企業(yè)自主完成，農(nóng)業(yè)基地、物流公司等各企業(yè)將傳感數(shù)據(jù)發(fā)布到IRC4IOT中，傳感數(shù)據(jù)由IRC4IOT托管，省去了自己購(gòu)買設(shè)備、組織人力、后期維護(hù)等繁瑣操作；(2)物聯(lián)網(wǎng)IRC4IOT對(duì)發(fā)布的資源統(tǒng)一管理，呈現(xiàn)給使用者；(3)按需集成，超市的工作人員根據(jù)進(jìn)貨渠道，選擇相關(guān)企業(yè)的共享設(shè)備，直接得到所需信息。在這種操作模式下，無法集成的系統(tǒng)將逐步被淘汰。

Figure 4 Application of IRC4IOT圖4 IRC4IOT應(yīng)用示例

這種操作模式的好處主要體現(xiàn)在如下兩點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)了傳感數(shù)據(jù)的發(fā)布與共享，與Web上發(fā)布文檔相比，Web實(shí)現(xiàn)了對(duì)文檔、音頻、視頻等資源的發(fā)布與共享，在物聯(lián)網(wǎng)IRC4IOT的支持下，發(fā)布與共享的資源進(jìn)一步擴(kuò)展到普通物品的相關(guān)信息。

(2)對(duì)共享資源任意組合，集成相應(yīng)的信息，適應(yīng)動(dòng)態(tài)的集成需求。以某超市的農(nóng)產(chǎn)品采購(gòu)為例，在IRC4IOT的支撐下，可以隨機(jī)集成所選合作伙伴的相關(guān)信息。

5 結(jié)束語

本文緊緊圍繞自動(dòng)感知、智能處理和反饋控制三個(gè)物聯(lián)網(wǎng)基本要素，以打造物聯(lián)網(wǎng)信息化基礎(chǔ)設(shè)施的思路，提出了一個(gè)面向信息資源聚合的物聯(lián)網(wǎng)智能信息中心框架，通過對(duì)多源、分布、異構(gòu)資源的匯聚、整合、分析與再加工，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)資源的廣泛共享和高效使用。并重點(diǎn)討論了傳感設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化封裝與接入、信息資源的一體化管理等關(guān)鍵技術(shù)，最后通過在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用示例分析了該框架的效果。

物聯(lián)網(wǎng)智能信息中心框架使得物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不再直接面對(duì)底層的傳感設(shè)備，而是搭建在提供共享設(shè)備、數(shù)據(jù)及公共服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之上，既能有效避免重復(fù)建設(shè)、確保應(yīng)用之間互聯(lián)互通，又能通過服務(wù)的重用極大地提高應(yīng)用的構(gòu)建速度和質(zhì)量。該方案改變了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的生產(chǎn)方式，探索了一種搭建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新模式。

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