基于物联网服务平台的统一标识寻址研究设计

摘 要： 在此研究物联网标识及寻址存在的问题，讨论了物联网标识及寻址的特点及需求，根据分析的结果提出一套设计方案。从物联网标识寻址的特点出发，提出物联网服务平台，基于物联网服务平台实现了编码统一映射及物体终端的集中管理，参考DNS协议设计了物联网统一标识的寻址模型。最后通过EPC编码为例介绍了物联网统一标识的生成过及寻址过程。

关键字： 物联网; 标识; 寻址; 物联网服务平台; EPC

Study of unified identification and addressing based on service platform of IOT

YUAN Pu， AI Zhong?liang， WANG Han

（North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China）

Abstract： Some problems of unified identification and addressing in IOT are studied in this paper. The characteristics and demands of IOT are discussed. A design scheme and service platform of IOT are put forward according to the analysis results. The object coding unified mapping and centralized management of object terminals were realized on the basis of the service platform of IOT. A addressing model with unified identification of IOT was designed with the reference of DNS protocol. The generation and addressing process of the unified identification is introduced by means of an example of EPC coding.

Keyword： IOT; identification; addressing; service platform of IOT; EPC

0 引 言

物联网是通信网和互联网的延伸和应用扩展，是新一代信息技术的高度集成和综合应用，它利用感知技术和智能装置对世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物[1]交互和无缝链接，以达到对物理世界的事实控制、精确管理和科学决策的目的。

物体标识及寻址是影响物联网发展的重要环节[2]，与具有全球统一分级结构的互联网资源名称不同，物体编码至今还没有全球统一的分配标准，目前很多国家和组织等都拥有各自的编码标准。比如：美国EPC?Global提出的基于RFID射频识别技术的EPC标准;日本提出的无所不在的网络识别体系UID;原欧洲物品编码协会在全球推广应用的EAN码;其他的还有美国统一代码委员会提出的UPC、对象标识符OID、中国物品编码中心提出的ECODE等[3?4]。

就目前来说，物联网标识与寻址方面的研究仍处于理论和起步阶段，大多数的研究主要参考了互联网成熟的技术标准[5]。但是物联网自身的特点决定了它和互联网之间存在很大的差异，比如由于物联网中存在多种物体标识技术标准，使得对物体的统一寻址变得困难且复杂;繁杂的标识技术标准也对物体终端的统一管理和维护造成了很大的困难等，因此不能简单地使用互联网标识技术。本文介绍了物联网标识寻址的特点，详细地分析了物联网标识寻址的模型，提出了一套满足当前需求的设计方案，最后以EPC为例介绍了统一标识和寻址的具体实现过程。

1 物联网统一标识和寻址的特点

物联网统一标识的设计主要考虑因素有：

（1） 对标识要有分级的多级管理层次。物体是一个数量巨大，分布广泛的存在，必须要有一个全球分布共同参与分配的组织架构才能保证物体标识分配的合理与有序;

（2） 物联网统一标识要便于记忆，用户访问物体，就像访问一个网页一样容易，只需要输入物体标识就可以和物体进行交互;

（3） 物联网统一标识应该具有惟一性，对不同标准的物体编码的映射必须保证惟一性，避免出现标识冲突的情况;

（4） 物联网统一标识要具有可扩展性，今后还会出现更多新型编码标准，因此物联网统一标识不仅仅要满足当下的需求，也应该考虑到以后可能出现的状况。

目前，对物联网寻址的研究和设计仍处于起步和摸索阶段[6?7]，很多研究可以借鉴互联网成熟的技术标准，互联网有一套完善的并且行之有效的寻址体系[8]，包含MAC地址、IP地址、URL、域名以及DNS解析系统等一系列标准和规范，提供了完善的寻址支持。物联网的寻址和互联网的寻址从一定程度上说具有一定的相似性，因此可以参考和借鉴互联网的寻址技术。但是，物联网自身的特点从很大程度上决定了其寻址和互联网寻址具有很大的差异性[9]。根据上文所述，在批判地采用互联网中和自身兼容的标准和技术的同时要注意两者的差异性，要针对物联网自身的特点进行建模，提出适应自身需求的寻址方案。物联网统一标识设计是物体终端合理、高效寻址的基础，两者是相辅相成的。物联网统一标识应该有一个统一的分配者、管理者并且又能够支持原发行者独立分配和管理，标识的设计要照顾到寻址的需求，注意提高寻址的性能和效率。 2 设计方案

2.1 物联网服务平台

物联网中存在海量的物体，物体具有移动性，标识和物体地址之间会频繁的进行重新映射，因此会对物体寻址造成很大麻烦[10]。另外，物体终端具有操作属性、社会属性，简单的通过物体原有的编码不能获得这些参数。考虑到上述问题，本方案提出了一个物联网服务平台，其目的是为了统一映射不同的物体标识、提高物体标识映射的准确性、便于分级管理物体终端。物联网服务平台是对设备与物体进行管理的基本单元，不同的物联网服务平台之间通过互联网互相连接，每个物联网服务平台对外表现出统一的接口。物联网服务平台类似于互联网中的网站，但不同之处在于，互联网中的网站实际是网状拓扑，因为网状间具有复杂的互联关系。而物联网采用的星形或树形拓扑，类似总线式结构。其原因是因为物联网是互联网的延伸和拓展，物联网是基于互联网构建，互联网就相当于物联网的总线。

物联网服务平台的结构如图1所示，它可以接入不同类型的物体，比如贴有RFID标签的物理实体、6LOWPAN网络中的物理设备、互联网中的主机等等。在物联网服务平台中有一个数据库，它负责存储接入平台的物体的原始信息、可调用的操作参数等。

E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼01T1.tif

图1 物联网服务平台结构

2.2 基于物联网服务平台的物联网统一标识设计

互联网的标准资源地址使用的是统一资源定位符―URL，URL主要包括协议、路径、文件名称等几部分。互联网应用层资源的寻址服务使用了DNS协议，DNS 协议是一种专用于提供域名相关信息（资源记录）的应用协议，在数据格式和访问机制上都有严格的定义。互联网这些技术标准的可行性、高效性通过几十年使用已经得到了充分的验证，物联网统一标识及寻址可以借鉴这些技术标准[11]。物联网统一标识的表示方式：

协议：//物联网域名/类型/资源标识。

物联网统一标识采用分级的树形结构，这样既能满足统一的编码统一分配和管理的需求，又可以支持各种编码分配者独立自主分配和管理，同时增加了编码映射的可扩展性。树形分层结构提高了编码查找的效率，系统整体具有一个统一的管理机构，各层次独立具有独立的管理机构，这样能够保证标识的统一性、惟一性，提高了分配管理的灵活性，每个层次独立运行能够增加系统的效率，如果某层局部出现了故障这样不会妨碍其他部分的寻址工作，提高了系统的防灾容灾能力[12]。

图2 域名分层结构

2.3 物联网统一标识寻址

如上所述，物联网统一标识由物联网服务平台域名和平台内的资源标识共同映射而成。因此物联网统一标识的寻址可以分两步走：第一步，通过物联网域名查询系统查找物联网服务平台对映的地址，然后访问该平台;第二步，通过平台内的查询系统查找对映的资源标识，并把得到的数据返回给用户。

2.3.1 物联网服务平台域名查询

物联网域名查询模型参考了DNS协议，物联网域名的查询采用递归的分层查询模式，从顶级域一层一层的递归查询，这种方式便于管理和维护并且可扩展性强。查找时首先发送查找请求到根服务器，根服务器将查找到的顶级域名地址返回;然后继续查找顶级域名，顶级域名服务器将查到的二级域名地址返回;最后查找子域名，子域名服务器将查找到的子域名地址返回;这样就得到了该物联网服务平台的地址，然后通过物联网服务平台查找资源标识，最后将得到的数据返回客户端，这样就完成了查询的过程。下面以查找举例说明物联网域名查找过程（如图3所示）。

（1） 客户端向上级域名服务器发出CETC15.BJ.CN的查询请求;

（2） 上级域名服务器向根服务器发出查询请求，物联网根服务器返回.CN的地址;

（3） 上级域名服务器向.CN服务器发出查询请求，物联网.CN服务器返回.BJ.CN的地址;

（4） 上级域名服务器向.BJ.CN服务器发出查询请求，物联网.BJ.CN服务器返回CETC15.BJ.CN的地址;

（5） 向客户端返回结果。

2.3.2 平台内资源标识查询

资源标识是物体社会信息、可操作参数、原始编码信息等通过映射生成的物联网服务平台内惟一的标识信息，通过平台内的数据库把上述信息存储起来。

物联网服务平台内的资源标识查询分两步：第一步，获得接收到的查询请求;第二步，通过平台内的索引查询系统查找资源标识，并返回结果。

E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼01T3.tif 图3 物联网域名查询过程

3 EPC编码到物联网统一标识的映射及寻址

3.1 EPC编码的映射

EPC中文名称为产品电子码，它是基于RFID和互联网的一项物流技术，EPC随着源自射频识别技术和互联网技术的发展而出现，EPC的目标是为物体提供惟一标识，EPC由版本号、域名管理、对象分类、序列号等部分组成的。目前EPC有64、96、256等不同位数的版本，每种位数的编码又可以具体分成不同类型。不同类型的EPC编码适应不同类型的物体。

物联网服务平台包含一张映射表，这个表包括以下字段：物体编码类型、物体注册时间、物体编码地址、物体API接口等一系列包含物体原始属性和社会属性的信息。根据这些信息生成物联网服务平台内一个惟一的定长的数字串，这个数字串和物联网服务平台的域名结合就形成了EPC编码到物联网统一标识的映射。例如一个EPC编码10000000000000000000011000000000

表1 物联网服务平台数据表

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图4 统一标识结构图

最后生成一个可扫描标签，用户通过扫描这个标签就可以进行查询。

3.2 寻址过程

如上所述，EPC编码最终转化成了物联网统一标识，通过查询这个标识就能得到物体的原始属性和社会属性。为了便于使用，可将物联网统一标识生成为一个可扫描的标签，用户可以通过简单的扫描该标签向物联网域名解析系统提出查询需求。查询过程如下：

（1） 扫描器扫描标签;

（2） 获取标签的数据;

（3） 扫描器向根域名服务器发出请求，首先向根域名查找CN的地址，然后依次递归查找BJ、CETC15，通过这样一步一步最后查找到域名为CETC15.BJ.CN的物联网服务平台;

（4） 服务器返回查到的域名信息;

（5） 向物联网服务平台发出请求;

（7）～（9） 通过JSON字符串返回给扫描仪，这样就得到了物体的原始信息和社会信息。

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图5 查询过程

客户端得到这些信息之后，如果需要操作物体则可通过API调用去控制物体，其他的OID、UPC等一系列物体编码的转化和上述的EPC转化过程相似。

4 结 语

随着物联网的快速发展，物联网统一标识和寻址技术的研究越来越受到人们的重视，目前大多数研究都是参考互联网的技术标准缺乏对物联网自身特点的考虑和研究。本文研究了互联网和物联网之间的异同，参考互联网的技术同时又提出了适应物联网自身特点的研究方案。针对物体编码标准的多样性、物体编码缺乏统一分配和管理、海量物体高效寻址等物联网自身所固有的特点提出了一套物体统一映射及寻址设计方案。该方案提出了物联网服务平台，其目的是为了统一映射接入到平台的物体标识，并给每个物联网服务平台分配了一个全球惟一的物联网域名，物联网统一标识由物联网服务平台的域名和平台内的资源标识共同构成。物体终端的寻址模型的设计参考了DNS协议，实现了物体标识可扩展性，同时提高了查询的效率。经过实践证明，该方案能有效地满足对物体的统一标识及寻址需求。

参考文献

[2] 孙其博，刘杰，黎，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：1?9.

[4] 孔洪亮.EPC与“物联网”：引发供应链革命的导火索[J].中国标准化，2005（4）：9?10.

[5] 孔宁.物联网资源寻址关键技术研究[D].北京：中国科学院计算机网络信息中心，2008.

[6] 王义君，钱志鸿，王雪，等.基于6LoWPAN 的物联网寻址策略研究[J].电子与信息学报，2012，34（4）：763?769.

[8] 朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2011（1）：1?9.

[9] 沈苏彬，毛燕琴，范曲立，等.物联网概念模型与体系结构[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2010（4）：1?8.