楊超

摘 要：文章描述了使用標(biāo)識(shí)服務(wù)管理物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體對(duì)象資源以及其相關(guān)的數(shù)據(jù)資源，并為實(shí)體對(duì)象分配含有對(duì)象間關(guān)系的對(duì)象標(biāo)識(shí)。文章主要設(shè)計(jì)尋址機(jī)制，通過對(duì)對(duì)象標(biāo)識(shí)的尋址定位來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)資源，滿足用戶對(duì)實(shí)體對(duì)象相關(guān)信息的檢索需求。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了資源尋址機(jī)制在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資源大規(guī)模擴(kuò)的情況下同樣具有良好的可展性。

關(guān)鍵詞：分布式樹狀結(jié)構(gòu)；資源管理；尋址定位

一般來(lái)說(shuō)，我們使用標(biāo)識(shí)服務(wù)管理物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體對(duì)象資源，建立能表述物理實(shí)體間關(guān)系的映射模型。這樣一來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體對(duì)象的相關(guān)資源信息就可以共享到網(wǎng)絡(luò)中，由于已經(jīng)為每個(gè)實(shí)體對(duì)象分配了標(biāo)識(shí)，所以可以借助相關(guān)方面的一些標(biāo)識(shí)通過相應(yīng)的尋址相關(guān)方面的一些機(jī)制實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于實(shí)體相關(guān)方面的一些對(duì)象相關(guān)資源數(shù)據(jù)的相關(guān)方面的一些檢索需求。

目前應(yīng)用最為廣泛的尋址服務(wù)是互聯(lián)網(wǎng)的DNS域名系統(tǒng)，它為人們提供了易于理解的域名標(biāo)識(shí)到主機(jī)通信使用的IP標(biāo)識(shí)之間的映射查詢。在此基礎(chǔ)上美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID Labs提出了針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)識(shí)解析服務(wù)——對(duì)象名解析服務(wù)（Object Name Service，ONS）。該解析服務(wù)為公眾提供了通過產(chǎn)品電子代碼（ Electronic Product Code，EPC）編碼到EPC信息服務(wù)器的查詢服務(wù)。與上述兩種使用樹狀結(jié)構(gòu)維護(hù)映射記錄的方式不同，Benjamin Fabian等提出對(duì)象信息分布式體系結(jié)構(gòu)，同樣可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)到信息服務(wù)器的一對(duì)一解析查詢。

區(qū)別于上述解析服務(wù)，另一類尋址機(jī)制——發(fā)現(xiàn)服務(wù)針對(duì)的是在請(qǐng)求者掌握先驗(yàn)知識(shí)不足的情況下，檢索多個(gè)信息服務(wù)器來(lái)獲取全部相關(guān)信息的過程。前人在EPCglobal網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提出了類似于ONS的發(fā)現(xiàn)服務(wù)結(jié)構(gòu)體系，該方法將一個(gè)標(biāo)識(shí)的全部映射記錄保存在單一的發(fā)現(xiàn)服務(wù)器中，查詢時(shí)根據(jù)EPC表示定位到發(fā)現(xiàn)服務(wù)器獲取全部映射記錄。IBM開發(fā)的Theseos系統(tǒng)為了打破上述集中保存的模式提出了將信息服務(wù)器和名字服務(wù)器合二為一并使用無(wú)結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)的形式組織。

上述方案都在標(biāo)識(shí)服務(wù)的尋址機(jī)制上作出了巨大貢獻(xiàn)，然而他們忽略了相關(guān)方面的一些實(shí)體對(duì)象間的關(guān)聯(lián)相關(guān)方面的一些關(guān)系，查詢對(duì)象的數(shù)據(jù)信息也可以用它的相關(guān)對(duì)象的某些屬性數(shù)據(jù)來(lái)表示。因此，結(jié)合上文提到的實(shí)體對(duì)象命名方法以及對(duì)象映射模型研究具體的尋址方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)體對(duì)象相關(guān)信息檢索十分有必要。然而基于上文的實(shí)體對(duì)象管理模型實(shí)現(xiàn)對(duì)象相關(guān)信息檢索還存在這樣一個(gè)問題，在存在地理鏈關(guān)系的兩個(gè)實(shí)體對(duì)象之間，雖然動(dòng)態(tài)感知數(shù)據(jù)可以共享，但是由于實(shí)體對(duì)象位置的轉(zhuǎn)變，父對(duì)象只有某段時(shí)間內(nèi)的感知數(shù)據(jù)可以用來(lái)描述子對(duì)象，在對(duì)象相關(guān)資源查詢時(shí)應(yīng)如何準(zhǔn)確地獲取相關(guān)的感知數(shù)據(jù)。

1 基于實(shí)體對(duì)象映射模型的相關(guān)信息檢索方法

在本文設(shè)計(jì)的尋址機(jī)制中，用戶使用對(duì)象標(biāo)識(shí)（IDo）向檢索服務(wù)器發(fā)起實(shí)體對(duì)象相關(guān)信息檢索的請(qǐng)求。針對(duì)檢索服務(wù)器來(lái)說(shuō)收到相應(yīng)的請(qǐng)求之后，根據(jù)相應(yīng)對(duì)象的標(biāo)識(shí)信息直接執(zhí)行給實(shí)體對(duì)象映射模型中的具體信息檢索的方法。整合查詢到的數(shù)據(jù)信息，一并返回給用戶。該檢索服務(wù)整體過程如圖1所示。

根據(jù)之前所述對(duì)象標(biāo)識(shí)含有與該產(chǎn)品相關(guān)的全部對(duì)象，因此在進(jìn)行檢索的過程中，需要有針對(duì)性地遍歷這些對(duì)象信息，獲取所需要的及其查詢的對(duì)象相關(guān)的全部的信息，因此存在不同的父對(duì)象的感知數(shù)據(jù)可以有效地描述子對(duì)象相關(guān)方面的特征的一些情況，而且子對(duì)象知識(shí)存在父對(duì)象某一段時(shí)間的范疇內(nèi)，返回的全部的時(shí)間段父對(duì)象的感知數(shù)據(jù)是不夠合理的。因此需要有針對(duì)性地對(duì)子對(duì)象中的父對(duì)象具體的存在時(shí)間，也就是子對(duì)象在這個(gè)地理關(guān)系鏈中具體存在的時(shí)間進(jìn)行控制。

為了能夠有效地解決這個(gè)問題，根據(jù)本文中提出的一些方案，實(shí)體對(duì)象的操作日志信息來(lái)直接區(qū)分實(shí)體對(duì)象在這個(gè)地理關(guān)系鏈中所存在的一定的時(shí)間的范圍。因此在進(jìn)行遍歷父節(jié)點(diǎn)相關(guān)的屬性之前需要查詢相應(yīng)的實(shí)體對(duì)象的日志屬性信息，獲取相應(yīng)的日志所覆蓋的時(shí)間的范圍。本文在提出的一種基礎(chǔ)標(biāo)識(shí)的服務(wù)的實(shí)體對(duì)象中相應(yīng)的資源檢索中的業(yè)務(wù)流程如下。

（l）用戶通過掃描二維碼等相關(guān)技術(shù)手段來(lái)獲取物理實(shí)體上的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息（ID0），然后使用對(duì)象標(biāo)識(shí)直接向國(guó)家的檢索平臺(tái)發(fā)送相關(guān)的查詢請(qǐng)求服務(wù)。

（2）相應(yīng)的服務(wù)器在收到這個(gè)對(duì)象標(biāo)識(shí)之后首先需要解析到具體的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息，定位到具體的資源對(duì)象中所需要查詢的節(jié)點(diǎn)信息ONode，在相應(yīng)的對(duì)象節(jié)點(diǎn)中可以有效地獲取這個(gè)資源對(duì)象中的一些屬性的相關(guān)信息并且將這個(gè)檢索結(jié)果直接存儲(chǔ)到結(jié)果集中R；

（3）在獲取相關(guān)的產(chǎn)品對(duì)象所有的屬性信息之后，首先需要訪問對(duì)象中的一些日志屬性信息OI.logs，獲取這個(gè)屬性所對(duì)應(yīng)的一些具體的日志取數(shù)的接口，如果發(fā)現(xiàn)取數(shù)的地址信息是空，那么就無(wú)法有效地確認(rèn)實(shí)體對(duì)象在相應(yīng)的對(duì)象中的存在的具體時(shí)間，那么就需要直接終止這個(gè)查詢，然后將R直接返回給用戶；如果取數(shù)的地址不是空集，那么發(fā)送相應(yīng)的取數(shù)請(qǐng)求獲取全部的日志方面的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)具體的日志數(shù)據(jù)信息來(lái)獲取這個(gè)對(duì)象在相關(guān)的對(duì)象中存在的具體的時(shí)間段的基礎(chǔ)信息。

（4）在相應(yīng)的查詢對(duì)象存在一定的時(shí)間的情況下，根據(jù)具體的對(duì)象的標(biāo)識(shí)“”循環(huán)的查詢上一個(gè)級(jí)別中相對(duì)的一些對(duì)象中的子對(duì)象的記錄信息（ Record），根據(jù)相應(yīng)的ExtendProperty字段中的具體內(nèi)容，來(lái)有效的獲取子對(duì)象所集成的一些屬性記錄信息，并且將這些信息（Record）直接加入到相關(guān)的屬性列表（Listp）信息中，直到最終遍歷完成全部的相應(yīng)的對(duì)象，也就是上一個(gè)級(jí)別的實(shí)體對(duì)象標(biāo)識(shí)變?yōu)榫唧w的物聯(lián)網(wǎng)中的根對(duì)象的時(shí)候就終止。

（5）針對(duì)Listp其中的信息進(jìn)行遍歷獲取全部的屬性記錄（Recordp），這其中的屬性Type代表的是一種靜態(tài)（S-property）方面的屬性信息，那么信息信息會(huì)直接記錄到Name中作為具體的key值，Info信息會(huì)作為value計(jì)入R中；如果屬性中的Type類型是一種動(dòng)態(tài)的屬性信息D-property，那么就采用一種對(duì)象存在的時(shí)間段作為具體的條件，向這個(gè)記錄中Info對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)取數(shù)接口發(fā)送一些基本的請(qǐng)求。然后以最終的一些返回結(jié)果作為具體的value來(lái)記錄Name中保存的key到具體的R中。

（6）此時(shí)Rob，不僅包含查詢相關(guān)方面的一些對(duì)象的信息<>，還包括相關(guān)對(duì)象中可以表達(dá)該相關(guān)方面的一些對(duì)象特征的相關(guān)方面的一些信息。最后將相關(guān)方面的一些結(jié)果集R返回給用戶。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了檢測(cè)本文設(shè)計(jì)的檢索方案的有效性，設(shè)計(jì)分別設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景對(duì)方的檢索速度以及動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性進(jìn)行評(píng)測(cè)。

2.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，針對(duì)各個(gè)實(shí)體對(duì)象中的節(jié)點(diǎn)信息及其標(biāo)識(shí)服務(wù)中的檢索服務(wù)都是采用的Java來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)維護(hù)采用的是廠商elasticsearch 2.1.1提供的一種RESTful風(fēng)格的感知數(shù)據(jù)及其日志方面的數(shù)據(jù)來(lái)檢索研究。為了有效地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)處理的過程中，采用下面的測(cè)試場(chǎng)景，這個(gè)場(chǎng)景中包括兩個(gè)不同的對(duì)象節(jié)點(diǎn)信息，分貝維護(hù)不同的內(nèi)部的對(duì)象及其屬性的一些關(guān)系方面的映射的記錄信息，然后有針對(duì)性地對(duì)多個(gè)不同的服務(wù)器作為對(duì)象的節(jié)點(diǎn)來(lái)感知數(shù)據(jù)以及日志方面的數(shù)據(jù)，一個(gè)檢索方面的服務(wù)器來(lái)不斷地接受用戶的查詢請(qǐng)求及其檢索方面的數(shù)據(jù)。在查詢的過程中對(duì)象至少包括3個(gè)關(guān)聯(lián)的對(duì)象信息。具體參數(shù)如表1所示。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了監(jiān)測(cè)在上述環(huán)境中本檢索方案的速度，設(shè)計(jì)使用l，2，4，8個(gè)線程在模擬環(huán)境中有100萬(wàn)條傳感器數(shù)據(jù)的情況下向檢索服務(wù)發(fā)起不同次數(shù)的查詢操作，觀察查詢時(shí)延的變化，如圖3所示。

通過圖3可以看出，整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的平均檢索速度是非常穩(wěn)定的，多線程可以明顯降低在查詢的過程中的延時(shí)性。圖中在線程4和線程8查詢的過程中，延時(shí)比較相近，這是因?yàn)樵谀M的環(huán)境中在啟動(dòng)4個(gè)同時(shí)進(jìn)行查詢的CPU的利用率已經(jīng)達(dá)到了l00%。同時(shí)，通過計(jì)算可以看出在上述的環(huán)境中系統(tǒng)的平均執(zhí)行一次檢索所需要的時(shí)間為0.39 ms。

如圖4所示，隨著不同的傳感器的數(shù)量在不斷地得到增加，數(shù)據(jù)的服務(wù)器數(shù)量也是在不斷地增加，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)的規(guī)模也是在不斷地得到擴(kuò)大，在啟動(dòng)4個(gè)線程的過程中發(fā)起1萬(wàn)次的查詢請(qǐng)求的過程中耗時(shí)的情況變化。

可以看出，隨著數(shù)量的不斷擴(kuò)展，從100萬(wàn)條擴(kuò)展到2000萬(wàn)條的過程中，啟動(dòng)的4個(gè)線程在并發(fā)的過程中查詢是回見總體是保持在39-40 s，在執(zhí)行一次檢索需要的時(shí)間是0.39ms。這個(gè)也再次驗(yàn)證了由于增加數(shù)據(jù)服務(wù)取得提供者的數(shù)量導(dǎo)致數(shù)據(jù)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大的過程中并沒有采用查詢延時(shí)指數(shù)級(jí)別的增加，同時(shí)也驗(yàn)證了采用分布式的樹狀結(jié)構(gòu)管理物聯(lián)網(wǎng)中的對(duì)象屬性關(guān)系的過程中在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中具有很好的動(dòng)態(tài)方面的擴(kuò)展性。

3結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)識(shí)服務(wù)的尋址機(jī)制無(wú)法參照實(shí)體對(duì)象間關(guān)系獲取對(duì)象相關(guān)資源數(shù)據(jù)的問題，結(jié)合本文第三章提出的標(biāo)識(shí)命名方式以及資源映射模型，提出了相關(guān)資源檢索方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體對(duì)象相關(guān)信息檢索。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了檢索服務(wù)的效率，驗(yàn)證了本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。