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第6章SOA在物联网中的技术应用物联网业务的介绍及发展状况6.1SOA概述及相关技术6.2Web服务的介绍6.3基于SOA的物联网的应用6.46.1物联网业务的介绍及发展状况6.1.1物联网的业务分类随着物联网的深入研究和应用的普及，物联网的业务也呈现出种类多样。目前可以纳入物联网范围的应用很多，分类方式也很多，按照技术特征可以把物联网的业务大致分为4类：身份相关业务、信息汇聚型业务、协同感知类业务及泛在服务业务。①身份相关业务主要是利用射频标志（RFID）、二维码、条码等可以标志身份的技术，并基于身份所提供的各类服务。②信息汇聚型业务主要是由物联网终端采集、处理、经通信网络上报数据，由物联网平台处理，提交给具体的应用和服务，由物联网平台统一对物联网终端、数据、应用和服务，以及第三方进行统一管理。③协同感知类业务是随着物联网的发展，物联网应用应该能够担负起更为重要的任务和更为复杂的业务和服务。④泛在服务业务以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标，这是人类通信服务的极致。6.1.2物联网业务的实现机制人与物之间的交流最好的方式是即时通信系统，它包含了服务器和客户端并遵循点对点系统架构。服务器的主要作用是传递消息，客户端的主要作用是存储消息。消息格式遵循可扩展通信和表示协议。一个即时通信客户端能直接与人或物进行交流，我们可以称它为一个即时通信代理。图6-1所示为给出了即时通信系统的架构。图6-1即时通信系统结构图在局域网中，人们用一个在计算机上运行的即时通信代理，它们通过即时通信服务器连接设备，服务和物体。当人们在室外的时候，他们用一个运行在移动手机或是PDA上的移动即时通信客户端与其他设备、服务、物体进行通信。图6-2物联网业务应用场景1的通信时序图图6-3物联网业务应用场景2的通信时序图图6-4物联网业务应用场景3的通信时序图6.2SOA概述及相关技术6.2.1SOA概念面向服务的体系架构（Service-OrientedArchitecture，SOA）也叫面向服务架构，是指为了解决在Internet环境下业务集成的需要，通过连接能完成特定任务的独立功能实体实现的一种软件系统架构，是面向服务方法的成功架构。SOA的概念最初由Gartner公司提出，由于当时的技术水平和市场环境尚不具备真正实施SOA的条件，因此当时SOA并未引起人们的广泛关注，SOA在当时沉寂了一段时间。伴随着Internet的浪潮，越来越多的企业将业务转移到Internet领域，带动了电子商务的蓬勃发展。为了能够将公司的业务打包成独立的、具有很强伸缩性的基于Internet的服务，人们提出了Web服务的概念，这可以说是SOA的开始。Web服务开始流行以后，Internet迅速出现了大量的基于不同平台和语言开发的Web服务组件。为了能够有效地对这些数目众多的组件进行管理，人们迫切需要找到一种新的面向服务的分布式Web计算架构。该架构要能够使这些由不同组织开发的Web服务能够相互学习和交互，保障安全以及兼顾复用性和可管理性。由此，人们重新找回面向服务的架构（SOA），并赋予其时代的特征。需求推动技术进步，正是这种强烈的市场需求，使得SOA再次成为人们关注的焦点。回顾SOA发展历程，可以将其大致分为3个阶段。下面将分别介绍每个阶段的重要标准和规范。1．孕育阶段这一阶段以XML技术为标志，扩展标记语言（XML）系W3C所创建，源自流行的标准通用标记语言（SGML），它在20世纪60年代后期就已存在。这是广泛使用的元语言，允许组织增加原始文档数据。2．发展之初在2000年，W3C接受了一项关于简单对象访问协议（SOAP）规范的提案。这个规范本来设计用于专有RPC通信。想法是对于在构件间传输参数数据可以序列化成XML，之后传送，然后序列化成其原生格式。3．成长阶段典型的SOA中共有以下3种常用的角色。①服务提供者②服务注册中心③服务请求者SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，共同支持业务。6.2.2SOA的标准1．XML标准集2．Web服务标准集3．SOA参考模型图6-5SOA参考模型与其他应用之间的关联6.2.3SOA的贡献及发展趋势1．结构化信息标准促进组织2．开放SOA协作组织3．万维网联盟4．Web服务互操作组织5．Internet工程任务组织6.3Web服务的介绍6.3.1Web服务的相关技术1．XML2．SOAP3．WSDL4．UDDISOA是一种企业架构，因此，它是从企业的需求开始的。但是，SOA和其他企业架构方法的不同之处在于SOA提供的业务敏捷性。业务敏捷性是指企业对变更，快速和有效地进行响应、并且利用变更来得到竞争优势的能力。对架构设计师来说，创建一个业务敏捷的架构意味着创建这样一个IT架构，它可以满足当前还未知的业务需求。要满足这种业务敏捷性，SOA的实践必须遵循以下原则。（1）业务驱动服务，服务驱动技术（2）业务敏捷是基本的业务需求图6-6SOA的体系结构元素SOA堆栈分成两半，左边的一半集中于体系结构的功能性方面，而右边的一半集中于体系结构的服务质量方面。现将这两方面详细介绍如下。（1）功能性方面（2）服务质量方面SOA的优点可概括以下6点：①编码灵活性，可基于模块化的低层服务、采用不同组合方式创建高层服务，从而实现重用，这些都体现了编码的灵活性。此外，由于服务使用者不直接访问服务提供者，这种服务实现方式本身也可以灵活使用。②明确开发人员角色，例如，熟悉BES的开发人员可以集中精力在重用访问层，协调层开发人员则无须特别了解BES的实现，而将精力放在解决高价值的业务问题上。③支持多种客户类型，借助精确定义的服务接口和对XML、Web服务标准的支持，可以支持多种客户类型，包括PDA、手机等新型访问渠道。④更易维护，服务提供者和服务使用者的松散耦合关系及对开放标准的采用确保了该特性的实现。⑤更好的伸缩性，依靠服务设计、开发和部署所采用的架构模型实现伸缩性。服务提供者可以彼此独立调整，以满足服务需求。⑥更高的可用性，该特性在服务提供者和服务使用者的松散耦合关系上得以体现。使用者无须了解提供者的实现细节，这样服务提供者就可以在Web逻辑集群环境中灵活部署，使用者可以被转接到可用的例程上。SOA强调松散耦合，强调跨平台集成，这与模型驱动的架构和开发不谋而合。模型驱动的架构和开发（ModelDrivenArchitecture，MDA以及ModelDrivenDevelopment，MDD）并没有把业务模型和平台无关模型分开来，而是把平台无关模型作为起点。MDA由提出CORBA的模型提出。MDA认为架构设计者首先要对待创建的系统有一个形式化的UML的模型。MDA首先给出一个平台无关的模型来表示系统的功能需求和用例，根据系统搭建的平台，架构设计者可以由这个平台无关的模型得到平台相关的模型，这些平台相关模型足够详细，以至于可以用来直接生成需要的代码。基于MDA的思想，利用MDD方式，可以对SOA进行建模，在此基础上，实现各种形式的模型转换或扩展实现SOA。物联网是在Internet的基础上，利用无线射频识别（Radio，RFID）、无线数据通信技术，构造一个覆盖万事万物的网络。6.3.2基于SOA的物联网基本框架实际生产实践过程中通常包含不同硬件和软件类型，数据格式和通信协议通常也存在多种标准兼容性的问题，物联网为这些基础设备提供了信息标识，这些带有RFID的嵌入式设备可以作为生产者同时也可以作为消费者出现。但对于服务的整合、兼容各类数据和协议还需要借助面向服务架构。因此，本小节提出基于SOA的物联网应用基础框架，如图6-7所示。图6-7基于SOA的物联网应用基础框架图6-7所示为将SOA与物联网相结合，将原有SOA3层架构细分为6层体系。服务提供者（即生产者）可以是利用了RFID技术的各类设备，可以是产品、计划以及生产设备，具备了RFID功能的设备或者产品的数据信息将在企业规定的产品生命周期内被全程跟踪。图6-7基于SOA的物联网应用基础框架需要注意RFID不是它的唯一设备，各种感知设备皆可应用此处。数据处理平台是SOA框架的第1层，这层将负责海量数据信息的安全验证，对受“污染”的数据进行排除和过滤，保证数据的完整性和安全性。为了对数据进行统一调用，需要利用XML和元数据技术对海量异构数据进行一致性和标准化处理，为数据的统一利用提供可能。图6-7所示为将SOA与物联网相结合，将原有SOA3层架构细分为6层体系。服务提供者（即生产者）可以是利用了RFID技术的各类设备，可以是产品、计划以及生产设备，具备了RFID功能的设备或者产品的数据信息将在企业规定的产品生命周期内被全程跟踪。需要注意RFID不是它的唯一设备，各种感知设备皆可应用此处。数据处理平台是SOA框架的第1层，这层将负责海量数据信息的安全验证，对受“污染”的数据进行排除和过滤，保证数据的完整性和安全性。为了对数据进行统一调用，需要利用XML和元数据技术对海量异构数据进行一致性和标准化处理，为数据的统一利用提供可能。图6-8开发平台框架6.3.3物理层特性及实现机制传感器作为信息采集系统中的一种前置部件，也是物理层的主要组成部分。每种传感器网络中使用的传感器数目和类型都不相同。随着信息技术的迅速发展和应用的普及，世界上传感器种类不断增加，品种繁多。所以，针对每一类型的具体传感器进行服务定义是不实际的。只能给传感器服务一个抽象的定义，从而更好地做到业务需求与技术能力的相互配合。但同时，又不能脱离传感器检测物理参数提供环境信息的这一应用特性，详见本书第3章。无线传感器网络微型节点一般由传感器模块、数据处理模块、数据传输模块和电源管理模块4部分组成。传感器模块负责采集监视区域的信息并完成数据转换，采集的信息可以包含温度、湿度、光强度、加速度、大气压力等；数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等；数据通信模块负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理模块选通所用到的传感器，节点电源由两节1.5V碱性电池组成，今后对电池体积的减少显然是一个重要的指标。随着IEEE/ZigBee标准的发布，世界各大无线芯片厂商陆续推出了支持该标准的无线收发芯片。这些芯片大都集成了该标准的物理层功能，可作为传感器节点的通信模块。采用微控制器作为处理模块实现MAC层功能。无线收发芯片的选择主要考虑以下几个因素。①频段②调制方式6.3.4传感层特性及实现机制传感层包括了传感器操作系统和一些传感器的应用。1．传感器操作系统开放式的传感器网络架构（OSWA）具有异构传感网络的处理能力，可以采取完全不同的通信协议，包括无线电、蓝牙、ZigBee/IEEE802.11.4这些协议。传感器网络操作系统在很大程度上消除了开发设备驱动程序和分析各种协议栈的工作，是为了集中发展更高层次的中间件。对于处理大量的传感器观测和传感器信息相关的数据的目的来说，持久性问题是一个重要方面。因为在服务之间交换数据的标准格式是XML数据，它符合O&M和SenserML模式，转换包括XML、JAVA对象和相关的数据库之间不同的数据形式。6.3.5服务层特性及实现机制在服务层中有许多重要的服务，如SensorCollectionService（SCS）、SensorPlanningService（SPS）、WebNotificationService（WNS）。传感器采集服务（SCS）用来从传感器中获取监测值或是传感器的拓扑结构。传感器策划服务（SPS）用来提供一个标准接口来处理资产管理（AM），可以标识、使用和管理可用的信息资源（传感器，传感器平台）以达到信息收集（客户的收集请求）的目的。图6-9传感器采集服务框架图6-10传感器策划服务架构图6-11Web通知服务框架6.3.6应用层特性及实现机制应用层主要依靠传感器开发工具或是第三方工具开发更高级别的应用即