论文研究-基于REST架构风格的物联网服务平台研发.pdf

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随着传感网、无线通信、嵌入式系统等技术的发展,推动了物联网技术在诸如仓储物流、智能家庭等领域的应用。但是,现有系统一般都是独立开发,系统间相对较为孤立,存在着系统耦合性强,设备异构等弊端,使得新应用的创建需要复杂的集成工作。提出了一个基于REST架构风格的物联网服务平台,将传感节点等嵌入式设备和感知数据看作资源,使异构系统模块采用REST架构方式组建新型应用,同时设计了物联网服务平台的系统原型,,并给出具体的实现技术和系统验证。
76 2012,48(14) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 4基于REST风格的物联网服务平台 息,控制智能插座的开关状怂等,这些都可以定义为 41物联网服务平台架构 资源,并通过UR的形式定义资源标识。 基于REST架构风格的物联网服务平台是一个 举例来说,如图3左上图所示,在系统中存在3 分层的体系架构,利用物联网终端设备和先进的移个物理感知设备,它们的设备D是唯确定的。其 动数据通信网络,采用RST架构风格实现物联对象中,1号、2号传感器可以感知环境中的温度、光照信 与应用中心之间的灵活组网,提供不同应领域的息,3号设备为智能插座,可以通过命令自动控制开 服务支撑和管理功能。该平台为上层应用提供统 关状态。将上述3个物理设备映射成UR如图3右所 的接口,提供REST式Wb服务AP,物联网应用系统示。这些UR将作为外部 Client访问物联网资源的 能够通过使用REST式Web服务API来获取无线传感接口。如,UR:htt: wsn/sensors/1/Temperature 冈设备的数据,同时也能够通过REST式Web服务 API Data json(表示1号传感器节点JSON表示的温度数 对尢线传感网设备进行控制和管理,使得物理设备松据信息),将得到1号设备的温度数据结果以JSON 耦合,方便复用,实现大规模物联对象的无缝接入。 格式返回给客户端。对于普通感知设备(例如1、2号 如图2所示为物联网服务平台架构图。物联网服设备),实时温度、光照数据,设备自身配置信息,设 务平台通过展示层提供REST式Web服务AP,通过备历史信息开关控制设备汇报状态都是资源,都有 通信交互模块与物联网网关进行数据传输。在物联 对应的URI。对于智能插座设备(例如3号设备),控 网服务平台内部,提供对数据的处理和对命令的处理。 制开关状态是一种资源。 处理后的数据存入数据厍和缓存中。该缓存机制保 传器 存最新消息,加快展示层查询速度。另一方面,通过 对传感网数据的分析处理,提供设备管理功能,维护 传感器 物理感知 当前活跃设备状态列表。同时,通过对传感网命令 设备 智能抽 的相应管理.使得物联网服务平台支持对物理感知 wSn/sensors 中设备的管理通过对日志的管理,使得物联网服务平 台支持对故障的记录和对API访问情况的跟踪记录。 activeNode 应用 Client l Temperature-/Light-/configuration_-" /history/Acomn command Restful api Data 物联网服务平台 展示层 Temperature Data /Light Data /Temperature/Light /Switch 数据管理 图3物联网资源描述层次图 Cache数据库 日志数据 命令 在所有资源中,分为两类,一类是设备本身的信 管理处理 处理 息资源,一类是服务平台通过聚合产生的信息资 设备管理 源。如htt:/.wsn/ sensors/l/ TemperatureData json是 通讯交互 设备本身的信息资源,可以直接从设备中获取数据; 而 URI hulp:/wn/ sensors/activeNode/l.xmnl(表示 传输网络 当前所有活跃节点列表),和Urihttp:/wsn/scn sors/1/history/LightData/2011-3-20/2011-3-31 xml(NE 物联网 物联网 号设备从2011-03-20到2011-03-31所搜集的历 网关 网关 图2物联网服务平台架构图 史光照信息),都是是服务平台经过聚合分析处理设 备信息而得出的数据,属于第二类资源。 42物联网服务平台实现细节 42.2REST接口实现 421资源描述方法 在定义REST式服务时,除了需要定义访问资源 在REST架构风格的概念中,任何需要被引用的的URI,也需要指定访问方式。访问方式使用HTTP 事物都视为资源。在物联网应用中,某个物理感知提供的基本操作,对应于物联网资源的操作是: 设备感知的温度数据,物理感知设备本身的配置信 (1)获取资源的一个表示: Http Get。例如 程冬梅,王瑞聪,刘燕,等:基于REST架构风格的物联网服务平台研发 2012,48(14) 个感知设备的当前温度信息。 其中物理感知设备包括8个传感器感知设备,2个 2)创建一个新资源: Http Post。例如:创建智能插座,共10个 Telosb节点,其硬件结构如图4(a) 个新的获取位置的信息。 所示,物理感知设备通过 ZigBee协议连接到物联网 (3)修改已有资源: Http Put。例如:打开已存网关。物联网网关采用 ARM-Linux操作系统,64MB 在的加湿器。 内存,其硬件结构如图4(b)所示,实现无线传感器网 (4)删除已有资源: Http Delete。例如:删除络与互联网的连接。物联网服务平台部署在PC上, 一个传感器设备。 采用 Windows操作系统,1GB内存,通过以太网与物 如表1所示为物联网服务平台定义的访问接联网网关相连。 Android客户端验证平台部署在An 口。对于5类资源分别进行定义。其中,控制传感器 droid手机侧,通过互联网与物联网服务平台相连接。 属于PU操作,而对其他类别资源的操作属于GEI 操作。仞如,采用PT访问方式,访问如下Urihttp: ∥.wsn/ sensors/3/ ommand/switch/interval,指定负载 参数为 interval=0,表示关闭3号智能插座。 表1RFST式服务访问接∏ (a) Telosb节点 (b)物联网网关 编号资源种类REST动词返回类型负载 图4实验设备硬件图 实时信息 GET XMLAJSON 52访问web资源和物理资源的测试 历史信息 GET XMLJSON 配置信息 本次测试的目的是评估物联网服务平台的时间 GET XMLAJSON 4活跃传感器 GET XMLAJSON 性能,主要是指物联网服务平台在三个关键阶段的 控制传感器 PUT XMLASoN interval 时延,分别是阶段1:数据解析所需吋间,阶段2:解析 后数据存储时间(包括存储到缓存和数据库),阶段 42.3设备管理机制 3:将请求数据打包成待传输数据的时间。测试通过 由于嵌入式设备并非静止地处于固定的位置, Android客户端验证平台,发送不同的访问请求到物4 而且设备具有移动性。为了有效地管理物理感知设 备,服务平台需要有动态发现机制来发现物理感知 联网服务平台,在服务平台侧进行测试。测试结果 如图5、6所示。 设备和注册它们的基本信息、。这样,设备可以动态 地连入整个系统,并且当设备失活时,服务平台可以 识别并将其移除系统。 1)动态发现设备。当收到陌生设备ID发来的 40 信息时,自动将该设备D加入当前活跃设备列表。 公30 (2)自动删除设备。采用“侦查-询问等待”模 雪 A20 式,首先监听每个在当前活跃设备列表中的设备,如 果超过MAX时间收不到该设备发过来的任何信息, 则服务平台产生询问命令发送到该设备。此时,如 阶段1 阶段 果设备处于活跃状态,收到该询问命令,会发送ACK 图5阶段1、2的平均响应时间 到服务平台,则服务平台判定该设备仍然活跃;如果 1000 设备处于失活状态,服务平台等待超时内没有收到 900 ACK,则服务平台判定该设备失活,将从当前活跃设 800 备列表中删除该设备ID v700 封装成XML时间 60 封装成JON时间 500 5原型系统实现与性能评测 图400 兰 300 51实验场景的搭建 200 此原型系统按照如图2所示的架构进行搭建,实 100 现了对传感网数据的应用和对传感器的控制。系统 具体包括10个物理感知设备、1个物联网网关、1个 数据量/条 物联网服务器平台和1个 Android客户端验证平台。 图6阶段3针对不同数据量的不同响应时间 2012,48(14) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 已↓ SRE 国 时 药的4收心 B目 都回 (a)实时数据查询(b)历史数据查询(c)设备信息查询(d)设备管理(e)个性化服务定制(信息分享 展示图 展示图 展示图 長示图 展示图 長示图 图7 Android客户端验证平台展示界面 从图5可以看出,阶段1的平均响应时间为0.937ms,过程,可以定制三种类型的服务,分别是智能开关空 阶段2的平均响应时间为55326ms 调,智能开关加湿器,智能门禁提醒。图7(f)显示了 阶段3的响应时间与传输数据的数据量有明显信息分亨,将获取的传感器信息可以分享到新浪微 关系,如图6所示。可以看出,随着传输数据量的增博上。 长,所需要的时间也明显增长。并且,平均来说,封 装成XML数据所需要的时间比封装成JsON数据所6结论和未来的工作 需要的时间更长 物联网服务平台为物联网应用提供了支撑,是 53应用的展示 物联网应用系统中极为重要的组成部分。本文提出 Mashu(混搭)是将多个不同的攴持 Web api的了基于REST架构格的物联网服务平台,将REST 中应用进行堆叠而形成的新型W服务。Mm作为架构风格应用到物联网服务平台,构建出一个高效、4 种交互式web应用程序,利用从外部数据源检索松耦合、易访问的服务支撑平台,使其可以更好地为 到的内容来创建全新的Wb服务。它具有Wb20应用提供服务,并且为物联网应用使用Web混搭技 的特点,与传统应用相比,它是一种基于网络的、可术提供了支持。目前,本系统尚处于惊型开发阶段, 复用的轻量级的内容集成。Web中的 Mashup概肖有诸多功能需求有待完善,例如对服务平台的访 念可以应用到物联网中,即授权用户在服务平台基问方式仅限于“拉”方式,而不支持推”方式。 础上创建一些应用。如用户可以使用物联网服务平 台提供的REST式Web服务API获取室内的温度状参考文献 态,并且使用新浪微博提供的Web服务APl,将温度1 Fielding R T. Architectural styles and the design of net- work-based software architectures[D]. Irvine, California 状态发布到新浪微博上。 University of California, Irvine, 2000 如图7所示为 Android客户端验证平台展示页 [2 Kansal A, Nath S, Liu J, et al. Senseweb: an infrastructure 面。该验证平台主要包括6大功能,分别是实时数据 for shared sensing[J]. IEEE Multimedia, 2007, 14(4):8-13 显示、历史数据显示、设备查询、设备管理、个性化服[3] Priyantha n B, Kansal a, Goraczko m, et al.Tiny web 务定制、分享到微博。 services: design and implementation of interoperable 其中图7(a)显示了对实时数据查询,可以对特 and evolvable sensor networks[C]/Proc of SenSys 08 定设备的特定信息类型进行查询,获取最新的感知 2008:253-266 信息。图7(b)显示了历史信息的查询界面。选定起 [4 Jammes F, Smit H Service-oriented paradigms in indus- trial automation[J. IEEE Trans on Industrial Informatics 始日期和结東日期,可以对特定设备的特定数据类 2005,1(1):62-70 型进行历史信息查询。查询结果以折线图的形式展 [5] Souza L M S, Spiess P, Guinard D, et al. SOCRADES:a 现出来。图7(c)为对设备信息查询的展示图,选中 web service based shop floor integration infrastructure C/! 活跃设备,可以查询该设备的配置信息。图7(d)显 Proc of Internet of Things Conf(IoT08), 2008: 50-67 示设备管理界面。图7(e)展示了定制个性化服务的 (下转157页)

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