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物联网与物品编码解析

发布时间:2018-07-18 

       物联网信息被采集后能否成功到达“目的地”,取决于物品编码解析技术。编码解析就是对物品ID进行解析,把物品ID转换成网络可以识别的IP地址,从而使网络“认识”物品。
       物联网是在信息网络的基础上,利用数据采集技术和传感技术,按照标准化的协议,进行物品与网络连接,以实现对物品的可识别、定位、跟踪、监控和管理等智能化的网络系统。
一、概述
       在这一物联网概念(如图1)中,信息网络不再局限于互联网,是互联网的扩展与延伸,是物联网信息传输的基础;物品编码是物品的数字化表示,是物品与网络连接的关键;信息采集技术和传感技术是物品信息联入网络的重要手段。

图1:物联网示意图

       在互联网时代,互联网解决了机器与机器(M2M)通信的问题,实现了机器间远程信息的交换与共享,形成了一个机器与机器互联的网络。机器与机器的通信是基于互联网的解析系统(Domain Name System,简称DNS)。DNS系统的建立与应用是推动互联网发展的首要前提,是互联网实现机器与机器互联的重要基础。因此,互联网建设的雏形必然是局域网与核心网络通过DNS系统实现互联,完成不同局域网中的机器相互访问。
       由此可见,物联网依托现有网络、利用各种信息采集技术实现“物物相联”,还必须建立专门的、类似DNS的物品编码解析系统。物品编码解析系统是物品信息通过网络到达“目的地”的关键(如图2)。为此,我国首先要推动国家基础服务平台与行业应用示范平台建设,形成我国物联网的解析系统。

图2:物联网信息传输图

二、 总体框架
       建设国家基础服务平台,搭建物联网解析系统,应从国家重点支持的、迫切需要物联网应用的业试点出发,结合行业需求建立行业应用平台,通过解析系统实现行业内企业信息、行业平台间信息的互联互通,形成我国物联网建设的雏形(如图3)。

图3:物联网雏形

       基于我国的重点产业规划和现有基础,结合行业对物联网需求的迫切性,建议首先在快速消费品、纺织面料、特种设备、医疗器械领域推动试点示范工程,建立行业应用平台,并通过国家基础服务平台实现行业应用平台的互联互通,形成我国物联网解析系统的框架(如图4)。

图4:物联网解析系统框架图

三、关于ONS
ONS( Object Name System)是"对象名称解析服务"的英文缩写,正是这一系统使具有编码的物品被网络所“认识”,它所进行的主要工作就是在这些物品编码与IP地址之间进行映射转换,将相关的物品编码翻译成网络能够接受的IP地址。
(1)ONS简介
ONS的作用是将一个物品编码映射到一个或多个URI,通过这些URI可以查找到信息(或web)服务器上需要的产品及其详细信息。ONS存有制造商位置的记录,而DNS(域名解析服务器)是到达这些服务器位置的记录,既ONS应用Internet现有的DNS对查询信息进行解析,所以ONS是设计运行在DNS之上的。 这就意味着ONS的查询和应答格式必须符合DNS的标准要求,具有域名和对应的DNS信息记录。
(2)ONS工作原理
从用户的角度看到的ONS查询工作流程见图5:

图5  ONS查询流程图

  1. 阅读器通过数据标签得到物品ID;
  2. 阅读器把读到的物品ID传送至本地系统;
  3. 本地服务器对数据进行初步处理,并转换为URI的形式;
  4. 通过ONS资源对物品ID进行解析;
  5. 将URI转换为域名形式;
  6. DNS将接收到的域名转换为对应的IP地址;
  7. 本地服务器接收到所需资源所在IP地址;
  8. 访问所需资源。

      上图中从用户的角度看到的ONS只是一个简单的部分,实际上ONS系统是一个类似于DNS的分布式的层次结构,具有自身的查询机制。整个系统主要由映射信息,根ONS(ROOT ONS),ONS服务器,ONS本地缓存(ONS Cache),本地ONS解算器(Local ONS RESOLVER)这五个部分组成。其简化图示如图6所示:

图 6  ONS系统结构示意图

       映射信息是ONS所提供服务的实际内容,用于指定物品ID和相关的URI的映射关系。它分布式存储在各个不同层次的ONS服务器中,以便于分层管理大量的映射信息。
       ONS服务器是ONS系统的核心,用于回应本地软件的ONS查询,若查询成功则返回此物品ID对应的URI。一般每台ONS服务器都存储有一些物品ID的权威映射信息和另一些物品ID的缓存映射信息。
       根ONS服务器处于ONS层次结构中的最高层,拥有命名空间中的最高层域名。基本上所有的ONS查询都从根ONS服务器开始,所以根ONS服务器性能要求很高,同时各层ONS服务器的本地缓存也显得更加重要,因为这些缓存可以明显的减少对根ONS服务器的查询请求数量。
       ONS本地缓存可以将经常查询和最近查询的“查询-应答”结果保存下来,作为ONS查询的第一个应答点,这样可以减少对外查询的数量,提高了本地响应效率,同时减小ONS服务器的查询压力。
本地ONS解算器负责ONS查询前的编码和查询语句格式化工作。
(3)ONS应遵循的基本原则
a)ONS系统的分层结构
       ONS 系统中的ONS服务器应是分层结构的,分成三层结构,一层国家级ONS服务器,二层行业级别ONS(包括区域ONS也设置在这一级)服务器,三层为企业级ONS(包括区域ONS下隶属的一些小范围ONS)服务器,企业级ONS服务器之下各企业内部也可视情况增加具有ONS本地缓存的内部服务期,从而为根服务器分担压力。
b)各级ONS服务器的功能
       国家级ONS服务器作为我国的根ONS服务器,记录我国所有物品ID的最高级域名,处理接到的查询请求,给出明确的行业级信息指向。
       行业级ONS服务器作为我国二级ONS服务器,由各个行业主管部门进行管理,负责记录各自行业内的域名信息,处理接到的查询请求,给出明确的行业级信息指向。专用物品编码系统的解析服务器也属于行业级,由特定的主管部门具体负责信息处理。
       企业级ONS服务器作为我国三级ONS服务器,负责各个企业或企业同级组织机构域名的记录,处理接到的查询请求,给出明确的信息指向。
       各级ONS服务器记录隶属与各自的下级ONS服务器及域名。
c)ONS服务器还应具备的其他能力
       ONS服务器应具备扩展性,随着记录数据及处理查询的不断增多,服务器记录的数据会不断增加,因此具有可扩展性是必须的。
       ONS本地缓存应具有学习性,随着处理查询的不断增多,其记录的数据相应增加,可以直接处理更多的查询,从而对根服务器形成更好的支持。
       ONS系统应具有物理设备和逻辑数据冗余,当系统能服务器发生故障时应启动备用设备或由其他同级别ONS服务器暂时接替其工作,以避免数据丢失、系统瘫痪等严重问题。
d)ONS服务器的注册
       各级ONS服务器应向其上一级ONS服务器进行注册申请,得到批准后才能接入整个ONS系统。企业级、行业级ONS服务器在登记新的ONS服务器后应同时将相应信息添加在服务器中。

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