基于物聯網網關的傳感器接入方案設計

摘 要：物聯網被看作信息領域一次重大的發展和變革機遇，物聯網網關是連接傳感器網絡與互聯網網絡的接入與控制設備，傳感器收集數據并通過網關實現與互聯網的互連及進一步的處理和轉發。本文首先介紹了物聯網技術背景，在此基礎上提出了基于物聯網網關的傳感器接入方案，并以LDAP作為開發環境，實現了傳感器接入的信息存儲方案。

關鍵詞：物聯網；網關；傳感器；數據庫

中圖分類號：TP391.44；TN929.5

物聯網（Internet of Things）是近幾年來興起的一種大規模虛擬網絡技術，它通過各種接入技術實現電子設備與互聯網的互聯，進而完成信息匯聚與交互[1]。本文關注基于物聯網網關的傳感器接入方案：文章第二部分簡單介紹物聯網的架構與特征；第三部分提出了基于物聯網網關的功能設計要求；第四部分在LDAP開發環境下實現了上述方案。

1 物聯網技術背景概述

“物聯網”的思想起源于1999年，其概念是由國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）正式提出的，即物與物之間連接而形成的互聯網。

物聯網的體系結構可自底向上分為三層：感知層、網絡層和應用層。

（1）感知層又稱為智能感知層，主要功能是通過各類感應器識別物體并采集信息。（2）網絡層又稱為接入與傳輸層，是物聯網的中樞層，負責傳遞并處理感知層信息。（3）應用層又稱為處理與決策層，是物聯網與用戶之間的接口，為用戶提供各類物聯網服務。

物聯網的基本特征可概括為三個方面：全面感知、可靠傳送和智能處理。

（1）全面感知：利用各類感應器及感應技術隨時隨地對物體進行全面的信息采集和獲取。（2）可靠傳送：依托物聯網的通信網絡，將感知到的物體信息進行可靠的交互和共享。（3）智能處理：利用各種智能技術，對海量的感知信息進行智能化分析、處理、決策和控制。

2 物聯網網關的功能要求與設計

網關是建立在網絡層之上的協議轉換器，是連接無線傳感器網絡與互聯網或其他智能設備的橋梁[2]。簡單來說，物聯網網關是連接傳感器網絡與互聯網網絡的接入與控制設備，傳感器收集的數據通過網關與互聯網互連，并進一步實現數據的轉換及轉發。網關側系統功能主要包括資源描述框架和資源發現機制。其中，資源描述框架主要提供資源標識體系和通用的資源描述框架；資源發現機制包括Bootstrap、資源發現、資源搜索和即插即用等功能。

網關側的功能如圖1所示，感知層的終端設備信息經通信模塊接入網關側，通過API進行全局唯一資源標識。通用資源描述框架具備靈活性、可擴展性，能夠體現資源之間關系，便于資源搜索。Bootstrap服務器模塊發現接入設備后，定義調度規則，并根據此規則通知資源注冊模塊。資源注冊模塊對資源的注冊、更新、刪除消息進行解析，完成對數據庫的相應操作。數據庫和資源搜索模塊設計數據庫格式，實現資源搜索算法。資源標識分配機制定義資源標識分配、資源描述和地址的映射。外部接口R1定義資源描述信息的注冊格式；R2根據Bootstrap規則定義請求和返回消息格式；R6是資源數據上傳接口，在Bootstrap或注冊時解決資源的數據庫尋址問題；內部接口R3允許資源存儲模塊和認證授權模塊查詢數據庫信息；R4允許資源注冊模塊對數據庫進行讀寫操作；R5針對搜索請求返回資源地址。

3 基于LDAP的傳感器接入方案實現

LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）是一種跨平臺的、Internet標準的輕量目錄訪問協議[3]，本文將基于選擇LDAP協議介紹網關側的傳感器接入方案。

3.1 開發環境介紹

LDAP是一個用來發布目錄信息到許多不同資源的協議，OpenLDAP是LDAP的自由和開源的實現，在其OpenLDAP許可證下發行，并已經被包含在眾多流行的Linux發行版中。

3.2 傳感器接入信息數據數據庫的設計

傳感器接入網關后首先需要完成注冊過程，將其信息按照一定格式進行上報并存入數據庫中，方便進行存儲和搜索。傳感器中的信息包括必須的和非必須的兩類，設計的數據庫應該為所有的數據預留空間。通過對OpenLDAP數據庫格式的研究，現有的規范基本能覆蓋必須的信息數據需求，而對一些非必須的數據，則需要自己定義規范和屬性，該過程需要同時滿足RFC和OpenLDAP的格式需求，較為復雜。本文以圖2為例介紹數據庫的常見結構。

（1）平臺層：位于數據庫目錄結構的最頂層，該層必需的描述信息只有其名稱標識。（2）網關層：位于數據庫目錄結構的第二層，直接接入平臺層，其描述信息包括網關名、用戶名、域名等信息。圖2定義ou=No._environment格式作為不同網關的名稱標識。（3）傳感器層：位于數據庫目錄結構的第三層，直接接入到網關層，同一個網關可以接入很多傳感器，其描述信息包括可傳感器名稱、序號、用戶名等信息。我們在圖2中的網關01_environment下添加了三個傳感器，并以ou=No._sensor作為不同傳感器的名稱標識。（4）傳感器資源層：位于數據庫目錄結構的最底層，用于描述實際需要的傳感器信息，如傳感器的URL、用戶名等。我們在圖2中的傳感器01_sensor下添加了四個資源，并以uid=No.格式作為其名稱標識。

完成傳感器接入方案和數據庫結構設計后，我們可通過LDAP Browser軟件模擬用戶對數據庫的操作，數據庫可完成信息搜索、節點增加和節點刪除等基本功能。另外，該方式易于擴展，支持海量數據的存儲，方便用戶對數據進行操作，方便數據庫的升級。

4 結束語

物聯網網關的作用是實現感知網絡與通信網絡之間的協議轉換，同時具備設備管理功能。本文提出了基于物聯網網關的傳感器接入方案，并基于LDAP開發環境實現了傳感器接入的信息存儲方案，能夠為實際開發中物聯網網關的傳感器接入提供支持與借鑒。

參考文獻：

[1]王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，200923（12）.

[2]邢銘生.基于物聯網網關的研究及實現[D].鄭州大學，2010.

[3]任軍.基于LDAP的目錄服務綜述[J].計算機應用研究，2005（05）：8-10.

作者簡介：劉德強（1972-），男，山東青州人，院長，副教授，碩士，研究方向：計算機技術。

作者單位：濰坊職業學院信息工程學院，山東濰坊 262500