【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及公共服務管理系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)-電子科學與技術

密級： 保密期限： 碩士學位論文 題目： 基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及 公共服務管理系統(tǒng)的設計及實現(xiàn) 學 號： 姓 名： 專 業(yè)： 電子科學與技術 導 師： 學 院： 電子工程 學院 2014 年 1 月 6 日 獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加 以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 本人簽名： 日期： 關于論文使用授權的說明 學位論文作者完全了解北京郵電大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知 識產(chǎn)權單位屬北京郵電大學。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借閱；學校可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定） 保密論文注釋：本學位論文屬于保密在 年解密后適用本授權書。非保密論文注釋：本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權書。 本人簽名： 日期： 導師簽名： 日期： 基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及公共服務管理系統(tǒng) 的設計及實現(xiàn) 摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，愈來愈多的傳感器部署在物理世界中，同時愈來愈多的物聯(lián)網(wǎng)應用應運而生。由此產(chǎn)生了種類繁多、數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)應用。豐富的應用層是物聯(lián)網(wǎng)的目標，目前物聯(lián)網(wǎng)應用雖然已經(jīng)非常豐富，但物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間彼此異構且總體分散，不能互相共享。為實現(xiàn)一個新功能，必須重復部署感知層的傳感器、重新開發(fā)網(wǎng)關層和應用層，從而造成傳感器設備的重復投資、網(wǎng)關層的重復開發(fā)等，這不利于進一步擴大 物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模。 本文從物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)之間互聯(lián)的問題出發(fā)，研究實現(xiàn)異構物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互聯(lián)的方法。首先，本文研究和分析物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分類，定義物聯(lián)網(wǎng)應用服務并分析物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息特點，提出物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息元數(shù)據(jù)模型 其次，基于 目錄服務 技術和 型，本文提出物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息管理方法，包括構建物聯(lián)網(wǎng)應用服務對象類模式、創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)應用服務目錄信息樹，并提出物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息的名字服務機制、語義擴展檢索機制等，分析和總結物聯(lián)網(wǎng)目錄服務操作的特 點。 最后，在基于 目錄服務 的物聯(lián)網(wǎng)應用服務管理方法的基礎上，本文設計與實現(xiàn)了基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及公共服務管理系統(tǒng)（簡稱物聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)）；設計與實現(xiàn)了城市道路環(huán)境管理系統(tǒng)，驗證了物聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)的功能，即對第三方交互用戶及程序開發(fā)者的支持，使任意第三方可以互聯(lián)、共享物聯(lián)網(wǎng)感知層獲取的數(shù)據(jù)。 最終，本文設計并實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)能夠為用戶或各行業(yè)提供物聯(lián)網(wǎng)應用服務資源的統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模、信息管理與共享、目錄服務、服務調(diào)用等的公共服務能力，從而避免物聯(lián)網(wǎng)中設備資源重復投資、網(wǎng)關層重復開發(fā) 等問題。 關鍵詞 ：物聯(lián)網(wǎng) 目錄服務 服務模型 資源共享 F F N a oT in A a oT A is oT a to to of in of It is oT to oT oT oT oT to oT a oT oT oT on on oT to a oT to rd to by of oT of 錄 第一章 緒論 . 1 景介紹 . 1 究意義 . 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 外研究現(xiàn)狀 . 3 內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 4 文內(nèi)容及組織結構 . 5 文的內(nèi)容 . 5 文的組織結構 . 5 第二章 相關理論與技術 . 7 錄服務技術 . 7 錄 . 7 術 . 7 術 . 10 義 . 10 名規(guī)則和分配方案 . 10 點 . 11 E 技術 . 11 E 技術簡介 . 11 架技術 . 13 . 15 解驅動的控制器 . 15 格的 求 . 16 章小結 . 17 第三章 物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息元數(shù)據(jù)模型及研究 . 18 聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分類 . 18 聯(lián)網(wǎng)應用服務的定義及特點 . 19 聯(lián)網(wǎng)應用服務的定義 . 19 聯(lián)網(wǎng)應用服務的特點 . 20 聯(lián)網(wǎng)應用服務信息元數(shù)據(jù)模型 . 20 務基本信息 . 21 務訪問信息 . 21 務操作協(xié)議信息 . 22 務所屬應用系統(tǒng)信息 . 23 章小結 . 23 第四章 基于 物聯(lián)網(wǎng)應用服務信息管理方法 . 24 聯(lián)網(wǎng)應用服務的目錄信息樹以及服務標識 . 24 錄信息樹 . 24 務標識 . 25 務信息的名字服務機制 . 26 務信息的語義擴展檢索 . 27 聯(lián)網(wǎng)目錄服務操作的特點 . 28 錄樹層次結構 . 28 錄子樹的復制和移動 . 28 改 及遷移 . 29 目導入權限控制 . 30 別數(shù)據(jù)的修改限制 . 30 章小結 . 30 第五章 基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及公共服務管理系統(tǒng) . 31 統(tǒng)說明 . 31 聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng) 目錄服務管理系統(tǒng) . 31 聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng) . 31 聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的聯(lián)系 . 31 統(tǒng)功能 . 33 理員功能 . 34 通用戶功能 . 34 統(tǒng)實現(xiàn) . 34 建 . 34 統(tǒng)的實現(xiàn) . 36 口的設計與實現(xiàn) . 37 聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)對應用場景的支持 . 39 章小結 . 40 第六章 應用場景：城市道路環(huán)境管理系統(tǒng) . 43 求分析 . 43 要設計 . 43 能設計 . 43 據(jù)庫設計 . 46 統(tǒng)實現(xiàn) . 46 況查詢實現(xiàn) . 47 備查詢實現(xiàn) . 49 結 . 49 第七章 總結與展望 . 50 結 . 50 望 . 51 參考文獻 . 52 附錄 一 物聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)接口描述 . 55 附錄 二 城市道路環(huán)境管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的表結構 . 65 致 謝 . 69 攻讀學位期間發(fā)表論文 . 70 第一章 緒論 1 第一章 緒論 景介紹 1999 年，美國麻省理工 學院的自動識別實驗室（ 心主任授在研究 頻識別）技術時提出了物聯(lián)網(wǎng)（ 概念 1。此后，物聯(lián)網(wǎng)概念得到了國內(nèi)外的普遍認可，物聯(lián)網(wǎng)技術被人們廣泛研究從而快速發(fā)展。人們正在進入一個將人與物以及物與物的交流形式連在一起的物聯(lián)網(wǎng)新時代。 歐盟對物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是一個能夠動態(tài)地基于標準和互操作通信協(xié)議進行自組織的全球的網(wǎng)絡基礎設施，物聯(lián)網(wǎng)中的物理的 “物”和虛擬的“物”具有 份標識）、物理屬性、智能的接口以及虛擬的特性，并且能夠與信息網(wǎng)絡無縫地整合在一起 1。 結合物聯(lián)網(wǎng)技術在中國的實踐發(fā)展而提出的“中國式”物聯(lián)網(wǎng)定義：物聯(lián)網(wǎng)是指將無處不在的末端設備和設施，包括具有“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端等，以及具有“外在使能”的“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，如貼有 帶無線終端的車輛或個人等，通過各種無線或有線的、長距離或短距離的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)機器與機器之間的互聯(lián)互通（ 基于云計算的 as a 運等模式，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)或者 用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控的個性化的實時在線監(jiān)測、遠程控制、報警聯(lián)動、定位追溯等管理和服務功能，實現(xiàn)對“物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化 as a 務 1。 隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)廣泛地運用在人們的日常生活中。愈來愈多的傳感器部署在物理世界中，同時愈來愈多的物聯(lián)網(wǎng)應用應運而生。由此產(chǎn)生了種類繁多、數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)應 用，如智能家居、物流管理、智能醫(yī)療、智能交通、氣象與環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)控和城市管理等應用。 物聯(lián)網(wǎng)體系結構分為感知層、網(wǎng)絡層（或稱為傳輸層）、處理層、應用層，如圖 1示。感知層的主要任務是感知物體的物理性質(zhì)（如溫度、位置等），各種傳感器設備（如紅外傳感器、 維條碼等）將采集到的感知信息轉換為數(shù)字信息，以方便網(wǎng)絡傳輸。網(wǎng)絡層負責傳輸從感知層收到的數(shù)據(jù)，通過各種網(wǎng)絡（如無線網(wǎng)絡、有線網(wǎng)絡等）發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心。處理層主要用于存儲、分析和處理從網(wǎng)絡層接收到的感知數(shù)據(jù)。應用層則是根據(jù)處理層處理好的數(shù)據(jù)，開發(fā)多種關于物聯(lián)網(wǎng)的運用（如智能交通、身份認證、基于位置服務和安全等的北京郵電大學工學碩士學位論文 2 應用），為各行各業(yè)提供各種應用服務。 傳 輸 網(wǎng) 絡（ 無 線 網(wǎng) 、 藍牙 ）傳 輸 網(wǎng) 絡（ Z i g b e e 、 紅外 ）智 能 家 居 中 心網(wǎng) 關 層智 能 醫(yī) 療 中 心網(wǎng) 關 層處 理 層網(wǎng) 絡 層感 知 層智 能 家 居 中 心 智 能 醫(yī) 療 中 心應 用 層圖 1聯(lián)網(wǎng)體系結構 究意義 雖然目前物聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)非常豐富，但是由于各個物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)部署不同的設備資源、采用不同的數(shù)據(jù)標準和通信協(xié)議，系統(tǒng)之間彼此異構且分散在不同的地方，這導致難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。如圖 1知，在智能家居中心系統(tǒng)中，射頻標簽 者其他傳感終端將感知數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡層傳輸?shù)教?理層進行數(shù)據(jù)處理，處理層將處理完成后的數(shù)據(jù)提供給應用層使用；在智能醫(yī)療中心中，傳感設備將采集到的信息通過 紅外傳遞到網(wǎng)關數(shù)據(jù)中心，最后傳遞給智能醫(yī)療中心應用層。 物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)之間互為異構，表現(xiàn)在以下兩個方面：（ 1）物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)找不到別的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)；（ 2）當一個物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)找到別的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)之后，由于系統(tǒng)各自采用不同的數(shù)據(jù)交換標準和協(xié)議，第一個系統(tǒng)無法直接使用第二個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息。由于這樣的異構存在，開發(fā)者找不到別的可以利用第一章 緒論 3 的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)。為實現(xiàn)一個新業(yè)務功能，他們必須重復部署感 知層、網(wǎng)絡層的設備，重新開發(fā)處理層和應用層的程序，從而造成設備資源重復投資、處理層（或網(wǎng)關層）重復開發(fā)等問題，這不利于物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模的進一步擴大。為了解決多個物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中傳感器設備資源重復投資、網(wǎng)關層重復開發(fā)等問題，需要一個平臺能夠為用戶或各行業(yè)提供物聯(lián)網(wǎng)服務 資源的統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模、信息管理與共享、目錄服務、服務調(diào)用等的公共服務能力 。 目錄應用在人們的日常生活中隨處可見，例如字典、詞典、電話薄的索引以及餐廳的菜譜都屬于目錄應用；但是我們所說的信息網(wǎng)絡領域中的目錄服務并不是指印刷品目錄，而是指基于標準的、具有 通用目的目錄服務 2。目前，目錄服務是解決開放系統(tǒng)互聯(lián)、異構系統(tǒng)融合的一種成熟技術和方法。在目錄服務中，各種資源信息以分層的形式存儲在目錄樹結構中。目錄服務向用戶和其他程序提供科學數(shù)據(jù)、服務資源的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和訪問機制以及單一的邏輯視圖，從而允許用戶和其他程序能夠透明地訪問網(wǎng)絡上的各種資源，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)、服務等資源的共享。 基于目錄服務的物聯(lián)網(wǎng)元數(shù)據(jù)及公共服務管理系統(tǒng)（以下簡稱物聯(lián)網(wǎng)目錄服務管理系統(tǒng)）就是這樣一個系統(tǒng)，能夠對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)應用服務進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模、管理和共享，以目錄服務形式提供用戶檢索物聯(lián)網(wǎng)應用 服務資源，解決物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)異構的第一個問題，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)服務資源的定位、共享和互聯(lián)互通。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 外研究現(xiàn)狀 物聯(lián)網(wǎng)信息采集的基礎之一是標識物理對象，但是目前物聯(lián)網(wǎng)中的標識標準種類較多且不統(tǒng)一。例如，針對 際上有很多標準化組織都在制定 是這些標準大多數(shù)互不兼容。要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)之間的互操作是互聯(lián)過程中一個重要的環(huán)節(jié)。目前，國際上的標準化組織在積極制定物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換標準，然而這些標準一般都是針對某一個特定的領域，導致每個標準都具有一定的行業(yè)局限性， 通常是互不兼容的。例如， 出了的物理標識語言（ 一種以計算機能夠理解的方式來描述物品的標記語言，旨在讓所有的計算機都可以通過使用統(tǒng)一的格式來進行數(shù)據(jù)的共享 3；結構化信息標準促進組織（ 應急管理技術委員會提出的公共預警協(xié)議（ 是一種統(tǒng)一的開放的、能夠支持在不同網(wǎng)絡環(huán)境之間進行公共預警信息和災難警報信息的交換的信息格式標準北京郵電大學工學碩士學位論文 4 4。 為實現(xiàn)對單個物品的標識和識別， 驗室在美國統(tǒng)一代碼協(xié)會的支持下提出了電子產(chǎn)品代碼（ 概念。他們指出賦予每個對象一個唯一的 ，并且由采用 術的信息系統(tǒng)來管理這些 息；而數(shù)據(jù)的傳輸和儲存則由 絡來進行處理 5。由國際物品編碼協(xié)會和美國統(tǒng)一代碼協(xié)會聯(lián)合成立的非營利性組織 入了全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)。 為物聯(lián)網(wǎng)主要由 碼系統(tǒng)、 統(tǒng)及信息網(wǎng)絡系統(tǒng)組成，其中 息網(wǎng)絡系統(tǒng)包括 間件、發(fā)現(xiàn)服務和息服務，而 息發(fā)現(xiàn)服務包括對象名解析服務（ 及配套服務 5。 另一方面，為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，國外各研究機構和企業(yè)主要采用物聯(lián)網(wǎng)中間件實現(xiàn)，包括 間件、企業(yè)研發(fā)的專用中間件產(chǎn)品等。一些國際上的標準組織正在進行中間件研究，例如 盟推出了 間件技術架構，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的服務器端和嵌入式系統(tǒng)中都得到了廣泛的應用 6。國外企業(yè)研發(fā)專用中間件產(chǎn)品也正在進行，如 司提出了 備關系管理） 7。 針對目錄服務研究和應用方面，微軟公司提出了活動目錄（ D），它是面向 及 目錄服務。微軟的活動目錄采用 準，集成了域名服務（ 事務服務（ 息隊列服務（ 的關鍵服務8。 一個成功的目錄服務的典型例子，它實現(xiàn)域名與 址之間的轉換 ，能夠使人們不用去記住能夠被機器直接讀取的 串就能夠方便地訪問互聯(lián)網(wǎng)。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 針對目前物聯(lián)網(wǎng)的標識標準眾多且不統(tǒng)一的問題，有國內(nèi)研究者從物聯(lián)網(wǎng)的標準體系的角度出發(fā)，研究和分析 國內(nèi)已經(jīng)使用的 準，提出相關物聯(lián)網(wǎng)標識的元數(shù)據(jù)模型并通過該元數(shù)據(jù)模型找出標準之間的映射關系，從而提出了一種物聯(lián)網(wǎng)標識兼容模型 9。 針對物聯(lián)網(wǎng)互操作問題，有國內(nèi)研究者從物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換標準體系的角度出發(fā)，研究和分析國際上成熟和典型的數(shù)據(jù)交換標準的共同特征，提出物聯(lián)網(wǎng)信息資源元數(shù)據(jù)模型 以及定義物聯(lián)網(wǎng)互操作協(xié)議 解決第一章 緒論 5 了多種數(shù)據(jù)交換標準之間的轉換問題 10。 針對物聯(lián)網(wǎng)中間件的問題，中國同方公司從 2004 年開始進行研究，推出了間件產(chǎn)品和 據(jù)交換標準，間件主要解決多種通信協(xié)議的兼容問題，并采用 為數(shù)據(jù)交換標準，但未解決不同數(shù)據(jù)交換標準之間的兼容和互操作問題 11。 針對將目錄服務和物聯(lián)網(wǎng)結合起來解決互聯(lián)問題的研究，目前國內(nèi)研究較少。但是國內(nèi)研究者在其他領域中使用目錄服務技術和元數(shù)據(jù)技術來解決信息共享問題。例如，在政務領域中引入元數(shù)據(jù)概念，按照一定的標準采集、抽取各政務部門的信息資源并對這些信息資源進行注冊管理，然后通過目錄服務的方式加以利用，從而解決政務業(yè)務系統(tǒng)之間目前存在著的信息孤島問題 12?？紤]到元數(shù)據(jù)可以有效地描述和表示數(shù)據(jù)，有研究者通過目錄服務的方式提供一個統(tǒng)一界面來組織、存儲異構、分散的信息資源，關聯(lián)元數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)對物理數(shù)據(jù)資源的訪問 13。雖然這些研究沒有直接解決異構物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)問題，但是對本課題的研究有很好的參考作用。 文內(nèi)容及組織結構 文的內(nèi)容 本文首先對分析物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互聯(lián)問題的必要性，然后提出一種將目錄服務技術和物聯(lián)