基于开放平台的泛在网应用开发若干技术研究

摘要

在电子产品制造工艺及信息技术高速发展的今天，接入泛在网络的设备（如智能设备、无线传感设备等）的种类及数量都呈指数级增长。与传统网络相比，泛在网中的泛在设备有着数量巨大、种类繁多的特点，不同种类的泛在设备可能使用完全不同的通信协议。这导致了泛在网应用的开发工作壁垒很高，只有熟悉特定设备通信协议的专业人士才能开发出相关成熟应用。目前，泛在网领域的应用开发者大都将精力集中于特定行业、特定功能的垂直应用，形成传感网络的“信息孤岛”，不能开发出体现泛在网络信息汇聚特点的泛在网应用。
　　首先，为了降低泛在网应用开发难度，打破应用开发中的“信息孤岛”，达到提升应用开发效率的目的，提出了基于WoT(Web of Things)资源开放平台的泛在网应用开发方法。将泛在设备收集的数据信息进行汇聚，形成可以对设备资源进行管理的WoT资源开放平台。应用开发者无需了解关于泛在设备所使用的通信协议的开发方法，可以从WoT开放平台以RESTful接口的形式对泛在设备进行操作，使泛在网应用开发的重点集中到应用本身的业务逻辑上来。
　　对于基于开放平台的应用开发方法来说需要有若干技术支持。首先要对平台中存在的泛在资源进行有效管理。我们需要克服资源跨应用访问、资源异构性等挑战，重点解决平台泛在资源鉴权和泛在设备编址的技术挑战。传统的资源鉴权方法主要适用于单个垂直应用系统，而WoT开放平台的泛在资源主要面向的是物理泛在设备，具有跨应用的特点。本文针对平台资源提出了资源—操作—应用—用户这种四层架构的资源鉴权方法，防止用户对平台中资源的恶意使用。
　　WoT架构下泛在设备与泛在网络多种多样，各类异构网络中的设备可能使用完全不同的通信协议，设备的地址形式也一般不同。本文提出了一种针对异构泛在设备的编址方法，平台能够使用该方法对异构泛在设备使用统一的编址进行泛在设备的区分。然后提出了一种适用于树形IEEE802.15.4网络设备的编址方法。
　　本文最后介绍了利用WoT资源开放平台进行开发的建筑物振动监测系统。系统实现了对建筑物振动情况的自动化监测和超标预警。系统使用WoT平台进行开发，证明了利用WoT平台对泛在设备能力的汇聚与开放进行应用开发这种开发方法的有效性和便捷性。系统部署在上海贝尔股份有限公司Demo Center，系统功能均通过了赛宝公司的第三方测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 项目研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 泛在网现状

1．2．2 WoT(Web of Things)

1．2．3 鉴权方法

1．2．4 设备编址方法

1．2．5 研究现状总结

1．3 本文主要工作内容

1．4 本文章节结构

第2章 相关概念及背景

2．1 IEEE 802．15．4标准

2．2 ZigBee技术

2．2．1 ZigBee技术简介

2．2．2 ZigBee网络设备

2．2．3 ZigBee网络拓扑

2．2．4 ZigBee网络协议

2．3 REST服务架构

2．3．1 REST简介

2．3．2 REST基本设计原则

2．4 本章小结

第3章 基于开放平台的应用开发方法

3．1 WoT平台结构与功能

3．2 泛在资源表示模型

3．3 平台对外开放接口

3．3．1 接口目录

3．3．2 接口参数说明

3．3．3 接口格式

3．3．4 Status Code说明

3．4 网关中间件—传感网关接口

3．4．1 心跳信息

3．4．2 数据信息

3．4．3 设备信息

3．5 开发方法说明

3．5．1 应用信息配置

3．5．2 节点数据上报

3．5．3 应用功能实现

3．6 本章小结

第4章 WoT平台资源鉴权方法

4．1 资源鉴权架构

4．2 资源鉴权原理

4．2．1 资源-操作关系

4．2．2 权限-操作关系

4．2．3 用户-权限关系

4．2．4 用户-应用关系

4．2．5 应用-操作关系

4．3 鉴权处理流程

4．4 资源鉴权示例

4．5 本章小结

第5章 WoT架构下设备编址方法

5．1 异构泛在设备编址

5．1．1 异构网络架构

5．1．2 异构设备编址

5．1．3 编址方法说明

5．2 基于IEEE 802．15．4的编址方法

5．2．1 子节点编址

5．2．2 传感网络中节点编址

5．2．3 Internet中节点编址

5．3 方法具体实现问题讨论

5．3．1 父节点的选取

5．3．2 野地址的回收

5．4 本章小结

第6章 建筑物振动监测系统的实现与部署

6．1 项目简介

6．1．1 项目背景

6．1．2 系统需求分析

6．2 系统开发与部署

6．2．1 传感网络设备组成

6．2．2 开发工具与技术路线

6．2．3 接口设计与实现

6．2．4 系统部署

6．3 系统功能测试

6．3．1 信息采集设备的即插即用

6．3．2 振动节点实时监测

6．3．3 振动历史变化趋势

6．4 本章小结

第7章 总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果