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一种传感器网络应用的面向服务体系结构



  摘要:为了解决传感器网络和Internet之间的互联以及应用问题,提出了面向服务的体系结构。该体系结构将传感器网络应用的接口和交互作为一种网页服务进行封装。这样用户可以通过HTTP来查找、定位和唤醒这些服务。将传感器网络按功能分为核心服务集合和辅助服务集合。通过应用层的接口来调用传感器网络的功能,为应用开发者提供一个统一的标准,不需要考虑底层的实现,加强了应用开发的通用性和开发速度。描述了该体系结构的实验环境,并与典型应用场景相结合,融合核心服务和辅助服务。研究显示,该体系结构可以促进传感器网络应用的快速发展,有着广阔的发展前景。
  关键词:传感器网络;面向服务;体系结构
  中图分类号:TP393文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1474-03
  
  0引言
  
  微电子系统和通信技术的发展使得现阶段可以生产一种新的计算设备,一种无限的、电池供电的、灵敏的传感器节点。这些传感器节点具有信号采集、信号传输和计算功能。典型的例子是美国Berkley开发出的集成了处理器、存储器、电源和射频收发的节点Motes,其大小仅有2×4×1 cm。虽然每个单独节点的能力有限,但是通过成千上万的节点所组成的传感器网络却可以完成大型工作。为了能充分地使用传感器网络,人们在各个领域应用了传感器网络。例如环境监测、地震监测、医疗和工业监测、智能家居等。传感器网络为人类对物理世界的监测提供了前所未有的空间范围[1]。同时,一个关键的问题也随之产生,即是现在的传感器网络一般均是相互独立的,为了能将传感器网络的作用进一步扩大并与现阶段已经普及的Internet相互融合,就需要一种结构框架,使得独立的传感器网络之间能够相互联系、相互通信。现阶段很多的工作[2,3]主要集中在从传感器节点到汇聚节点的数据收集和融合上。但是如何将传感器网络内部的数据传送到外部其他网络的研究却很少有人涉及。对于从众多的传感器网络中直接按需查找出数据没有现成的方法。另一个关键问题是传感器网络的应用开发与网络的应用环境是紧密联系的。这种过于紧密的联系使得传感器网络的开发有一定的特殊性。不同的任务和要求,往往就需要传感器网络有不同的接口。但是一些主要的接口是非常通用的。这些问题减缓了传感器网络到实际应用的进程,也可能在相同的硬件平台上产生了多个不同的应用并且互不兼容。本文提出了一种面向服务的体系结构。该体系结构主要处理来自不同网络的数据命名、数据查找和运行管理以及数据过滤和融合。对于其他网络而言,传感器网络被封装成Web服务,像一些典型的Web服务一样,传感器网络通过HTTP来进行信息定位、绑定和交换。
  
  现阶段SOA(service oriented architecture)[4,5]在应用集成中被广泛关注,IBM、Microsoft、Oracle等均在从事这方面的研究[6]。为了将无线传感器网络集成到Internet中,仍然还有很多工作需要去做。文献[7,8]中提出Agimone,一种支持集成传感器网络到IP网络的中间件。M. Gaynor等人[9]提出了融合无线传感网络和网格。但是所有的研究工作均是集中于传感器网络仅仅充当数据生产者。本文的工作更进一步将传感器网络抽象为一种服务,将其封装为一种Web服务。传感器网络除了承担数据产生者的角色以外,还能响应外部网络的命令,使得传感器网络如同其他Web服务一样可以按需输入和输出。传感器网络的另一种高层抽象是以数据中心为方法,如TinyDB[1,10]、Cougar[11]等,其思想是将传感器网络看做一个分布式数据库。但是,本文的目标和所涉及范畴与此不同。本文的目标是定义一种通用服务接口,使所有类型的应用可以通过该接口访问传感器网络,而不用考虑该服务在传感器网络中如何实现。所以TinyDB和Cougar可以看做本文提出的服务接口的组件或者是实现技术。所有的操作均可以映射成一系列的查询或请求,而这些查询或请求服务能用基于数据中心的方法实现。 ......
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