关于物联网体系结构的调查外文翻译资料

关于物联网体系结构的调查

P.P. Ray;

Department of Computer Applications Sikkim University Sikkim 737102India

摘要

物联网是一个平台,设备每天变得更加聪明,处理得更加智慧,沟通变得丰富。虽然物联网仍在寻求自己的定位,但它的影响已经在做着不可思议的进步，作为一个通用的解决方案媒体连接场景。架构具体研究并总是为相关领域的构象。整体架构知识的缺乏是目前研究者通过物联网的范围为中心的解决方法。这个文献调查面向物联网的体系结构,能够足以改善理解相关的工具,技术和方法来促进开发人员的需求。直接或间接地提出架构提出解决现实生活中的问题通过构建和部署强大的物联网概念。进一步研究已经调查了当前趋势将内部的腔隙的架构来激励学者和行业参与到寻求可能的方式来贴切准确的物联网的力量。这个调查论文的主要贡献在于它总结了当前最先进的在不同的领域的物联网架构的系统。

关键词：物联网(物联网);架构;网络物理系统

1、介绍

物联网(LoT)指的是严格的数字和物理世界之间的连通性(Atzori et al .,2010; Sterling,2005; Internet Reports,2005)。不同的研究人员描述了物联网存在的许多形式:

“一个动态的全球网络基础设施与基于标准和互操作通信协议的自配置功能物理和虚拟“事物”身份,物理属性,和虚拟人格和使用智能接口,并无缝地集成到信息网络” ( Kranenburg, 2008).

　　”三个概念:任何时候,任何地方,任何媒体,从而导致持续的比率广播和人约1:1” ( Srivastava, 2006).

“事物在智能空间身份和虚拟人物操作使用智能接口连接和沟通在社会、环境、和用户前后” ( Networked Enterprise amp; RFID amp; Micro amp; Nano systems, 2008). “物联网”的语义是作为“全球的互联网络对象独特的可寻址、基于标准的通信协议”。

我们将考虑国际电信联盟提供的定义:

“全球信息社会的基础设施使先进服务互连(物理和虚拟)根据现有的和不断发展的,可互操作的信息和通信技术” ( ITU work on Internet of things, 2015).

根据Gartner的数据,250亿设备将连接到互联网,2020年这些联系将促进使用数据分析、预案、自主管理和做出明智的决定。美国国家情报委员会(NIC)已经开始了物联网的六个“颠覆性民用技术” (National Intelligence Council, 2008).在这种情况下,我们可以看到,服务几个领域,如:交通、智能城市、智能传输、智能医疗、电子政务、生活帮助、电子、零售、物流、农业、自动化、工业制造、和业务/流程管理等,已经获得受益于各种架构形式的物联网。(Gubbia et al., 2013; Miorandi et al., 2012 ; Giusto et al., 2010).

物联网架构可能被视为一个系统,可以物理、虚拟的,或两者的混合,组成的一个集合众多活跃的实物,传感器,执行器,云服务,具体的物联网协议、通信层、用户、开发人员和企业层。特殊的物联网架构作为一个主组件特定的基础设施在促进不同组件系统的方法来解决相关问题。一种定义良好的物联网架构是目前最需求的:

“一个动态的全球网络基础设施与基于标准和互操作通信协议的自配置功能物理和虚拟“事物”身份,物理属性,和虚拟人格和使用智能接口,并无缝地集成到信息网络”。( Kranenburg, 2008).

2、特定领域的物联网架构调查

本节规定的作品做来自世界各地的科学家(英特尔研究)。各种领域特定架构基于广泛的领域,如:RFID(Marrocco et al., 2009), 面向服务的体系结构、无线传感器网络、供应链管理、工业、医疗、智能城市,物流、联系生活,大数据、云计算、社会计算和安全在这一节中描述。这些域的选择取决于当前的物联网应用场景。它是一直试图尽可能多的方向合并到这篇文章,但是由于规模的限制,存在局限性。调查背后的关键方法取决于几个因素的重要性,早些时候提到的领域深入调查是基于各自的子域。这个调查评估的执行隔离子域获得和提供重要的知识:建筑结构、适用性,结合性,部署,结合测量。准确、具体、简洁的结论是在本文最后基于调查的感知得到的。调查背后的整体方法描述了物联网应用于子域使用特定的体系结构。图3给出了域树显示所有它的叶子般的子域。

2.1. RFID

2.1.1. EPC

“物联网”这个词最初提出参考标识可互操作的连接对象与射频识别(RFID)技术(Ashton, 2009). 后来研究者涉及物联网与其他技术,如:传感器、致动器、GPS设备和移动设备。物联网的“事物”导向的方法实际上是由于在2000年代早期,物联网自动识别实验室有原来的形状。自成立以来,自动识别与EPC全球针对建筑师实际的物联网模型。这些机构通常为他们的作品关注的发展电子产品代码(EPC)需要和支持的广泛使用RFID标签在现代交易网络中。产业驱动的标准如EPC全球网络是这个业务的结果。这种行业标准的主要目的主要是要精心设计,以改善对象可见性特别注意对象的位置和状态。这显然是不仅简单的，从更大的角度来看,物联网不应该是一个基础设施,一个EPC系统应当坚持只包含射频识别的设备,这些只是伯格的尖端,整个完善是很远的!

2.1.2. uID

独特/通用/无处不在的标识符(uID)在物联网架构是另一种选择,它的中心思想是中间件的整合和发展意识到可交付成果(Issarny et al .,2011)。按我的设计,基于射频识别的项目可追溯性以及可寻址能力不是物联网的概念,进一步铺平道路应该更严格的任务的不同对象(Sakamura, 2006)。

2.1.3．NFC和其他技术

根据Presser和Gluhak(2009),它被认为,RFID仍然持有物联网的驱动力。由于低成本和体积小,RFID起源以来一直占据着营销策略。然而,作者认为大量的异构设备和网络协议将很快掩盖物联网。其中,近场通讯(NFC),无线传感器和致动器网络(WSAN)、无线识别和遥感平台(WISP)和RFID一起向物联网将显示一个新的地平线。联合国(UN)报告最近告诉人类正在接近这一事实向一个新的十年的RFID启用无处不在系统中,人类应当相形见绌面向互联网的对象,因为他们将占绝大多数的数量(Botterman,2009)。

适当的基于物联网的建模可以在价值方面通过存储和沟通解决情况(Toma et al., 2009)。在这种背景下,RFID阅读器和标签(Finkenzeller 2003)应该由新整体的系统,每个标签可能会以一个独特的身份。这些形式的标签是适合监测在系统中的事物。RFID阅读器广播信号的边缘附近激活标签回复使用其独特的关键。实时信息传递可能有助于实现严格的分层对象之间的利益(Kos et al., 2012)。RFID标签作为一个ID关注的设备,它是连接形式的不干胶(Jules,2006)。小版本的RFID标签目前正在由许多制造商。日立公司开发了射频识别标签的最小版本:0.15毫米times;0.15毫米times;7.5微米最小维度。

2.1.4. 在 RFID系统上

财团CASAGRAS设想了超越RFID在未来的物联网的概念。根据发表的报告,事情可能造福人类，如果他们水下网络同时允许与世界上其他数码设备。CASAGRAS财团强烈相信两个语句:(a)物联网连接物理和/或虚拟对象；(b)物联网扩散到传统网络系统(Dunkels and Vasseur,2008)。在这一点上,我理解他们的考虑，物联网应作为一个机构应当履行自治服务通过捕获数据的可互操作的、透明的网络媒体。Authors of Broll et al. (2009). 提出整合NFC海报或面板,提供有价值的信息描述、成本,以及进度对交通系统诱导数字标记的帮助下手机通过了解事实,如:车票有效期,座位可用性、实时故障信息等。射频识别入侵物联网的实现是一个敏锐的组成部分。这是得到了Zhangm et al .(2011),提出了基于RFID的EPC网络启用具象状态Transferful(RESTful)即。软件体系结构分布式超媒体系统,物联网平台架构验证在物联网领域的使用。

2.2．面向服务的体系结构

面向服务的体系结构(SOA)是一个用于创建体系结构基于系统服务的使用方法。被调用内置的SoA方法目前在物联网领域,利用中间件的概念,即。,一个软件层应用程序和技术之间的叠加层隐藏不必要的相关细节，因此降低产品开发的时间,帮助设计工作流的过程更简单，缓解营销商业结果在短时间内持续时间(Deugd et al., 2006).

2.2.1.RFID的参与

研究人员研制出了一种RFID-SN即RFID传感器网络启用Buettner et al.(2008)组成的RFID标签,阅读器,理解系统和计算机系统的行为。RFID相关的应用程序已经开发了一个新的基于SoA管理(自由/开源软件跟踪)。科学家们提出了一个EPC网络(Floerkemeier et al .,2007)配置基于RFID阅读器的系统通过满足多个数据相关服务在应用程序层，聚合、过滤、查找和目录组成SOA.

2.2.2.中间件支持

基于射频识别的3层中间件体系结构依赖于三个关联功能,如:标签协会,协会的地方,天线与用户(Welbourne et al., 2009)。组成的一个整体物联网架构提出了异构设备,嵌入式网络系统(EIS),标准的通信协议,和SoA范式,利用CoAP协议和标准服务通过启用传感器数据的交换与一个基于物联网的云和私有云,而传播基于web的人机界面配置、监控和可视化的结构化的传感器数据(Pereira et al., 2013). INOX平台(Clayman gali,2011)主张类似的方法包括三层,如: (一)服务层-使用api,支持并包含服务; (b)平台层,包含必要的管理和编制部署服务和虚拟化技术丰富硬件层; (c)硬件层——包含的传感器和智能对象。文章(Pasley,2005)提倡重用内置的技术而构成的硬件和软件在实现SoA的关心的时间设置。SoA和中间件之间的共同联系提出了一个集成的体系结构方法,利用SoA的优势通过加强设备功能,通信和集成服务(Spiess et al., 2009)。基于SoA的5层IoT-middleware架构所示Buckl et al。(2009),对象做所在底部和对象抽象,服务管理(提供服务,如:动态发现、状态监测和服务对象的配置。语义(Wahlster, 2008 ; Vaacute;zquez, 2009)操作如:QoS,锁,警察和上下文管理也表现(Hydra Middleware Project), 服务组合和应用程序层放置连续高于对方。此外基础设施基于SoA面向物联网,开发文献中基于传感器和致动器的自动一直隐含能源消费逻辑。在这个角度看,这位Spiess et al .(2009)和,Buckl et al。(2009)使用两种先进的计算机语言,如:业务流程执行语言(BPEL)定义为: 业务流程通过Web服务操作与外部实体交互(Web服务定义语言(WSDL))(OASIS))和朱莉(目标应用程序特定的对象或有限的地理场景)来实现SoA中间件启用。

2.3.无线传感器网络

无线传感器网络(WSN)(xia,2009;Yaacoub et al .,2012)是物联网系统的关键部分之一。它由一个有限数量的传感器节点(mote)掌握一个特殊目的节点(sink)采用多层协议组织(Akyildiz et al .,2002)。主要能源效率、可伸缩性、可靠性和鲁棒性等参数是寻求在设计传感器网络驱动系统。

2.3.1.系统

主要用于WSN系统做整合内部IEEE 802.15.4协议提供服务配置无线个人区域网(WPAN)沟通的目的( IEEE 802.15)。内置协议栈的最高层次需要IPv6处理设施提高大量的节点的控制能力,同时增加传输数据包的有效载荷的大小以及最大化懒惰的时间节点(睡眠)。已经证明了Duquennoy et al。(2009),实现嵌入式TCP / IP栈对象如。TinyTCP,mIP,IwIP,进而将信息传输到一个远程服务器通过代理像接口采用网络套接字

2.3.2.环境监测

e-SENSE项目雇佣了WSN的3层逻辑方法提供智慧支持应用程序的用户组、中间件和连接措施(Arseacute;nio et al., 2014)。UbiSecamp;Sens是另一个例子的基础支持系统类似于e-SENSE,但安全层添加额外的顶部的功能设计和实现一个完整的传感器网络平台可用于长期基于环境监测的物联网应用程序的监控( Lazarescu, 2013)。这个设计的目标满足许多参数,如:廉价的结构,支持的传感器,快速部署、设备寿命,减少维护和高质量的服务。基于传感器网络的应用已被设计在农业和林业物联网中起着关键作用(Bo and Wang, 2011)。架构设计在中间件、硬件和网络层的结果在WSN平台——一个独特的“豆芽”,这是多才多艺的,开源的,在本质上和多重标准( Kouche, 2012)。研究发现使用手机相关的挑战自发网关的网络在物联网系统中,通过展示使用基于名称的未来互联网体系结构(FIA),同时提供温度传感器的信息数据从一个Android手机直接对多个应用程序通过网络多播在同一网络测试系统上(Li et al .,2013)。

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A Survey on Internet of Things Architectures

P.P. Ray;

Department of Computer ApplicationsSikkim UniversitySikkim 737102India

Abstract

Internet of Things is a platform where every day devices become smarter, every day processing becomes intelligent, and every day communication becomes informative. While the Internet of Things is still seeking its own shape, its effects have already stared in making incredible strides as a universal solution media for the connected scenario. Architecture specific study does always pave the conformation of related field. The lack of overall architectural knowledge is presently resisting the researchers to get through the scope of Internet of Things centric approaches. This literature surveys Internet of Things oriented architectures that are capable enough to improve the understanding of related tool, technology, and methodology to facilitate developerrsquo;s requirements. Directly or indirectly, the presented architectures propose to solve real-life problems by building and deployment of powerful Internet of Things notions. Further, research challenges have been investigated to incorporate the lacuna inside the current trends of architectures to motivate the academics and industries get involved into seeking the possible way outs to apt the exact power of Internet of Things. A main contribution of this survey paper is that it summarizes the current state-of-the-art of Internet of Things architectures in various domains systematically.

Keywords

Internet of Things (IoT); Architecture; Cyber physical system

1. Introduction

Internet of Things (IoT) refers to the stringent connectedness between digital and physical world (Atzori et al., 2010; Sterling, 2005 ; Internet Reports, 2005). Various researchers have described IoT in multitude forms:

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“a dynamic global network infrastructure with self-configuring capabilities based on standard and interoperable communication protocols where physical and virtual rsquo;Thingsrsquo; have identities, physical attributes, and virtual personalities and use intelligent interfaces, and are seamlessly integrated into the information network” ( Kranenburg, 2008).

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“3A concept: anytime, anywhere and any media, resulting into sustained ratio between radio and man around 1:1” ( Srivastava, 2006).

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lsquo;lsquo;Things having identities and virtual personalities operating in smart spaces using intelligent interfaces to connect and communicate within social, environmental, and user contexts” ( Networked Enterprise amp; RFID amp; Micro amp; Nanosystems, 2008). The semantic meaning of lsquo;lsquo;Internet of Things” is presented as lsquo;lsquo;a world-wide network of interconnected objects uniquely addressable, based on standard communication protocols”.

We will consider the definition provided by the ITU:

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“A global infrastructure for the information society enabling advanced services by interconnecting (physical and virtual) things based on, existing and evolving, interoperable information and communication technologies” ( ITU work on Internet of things, 2015).

As per Gartner, 25 billion devices will be connected to the internet by 2020 and those connections will facilitate the used data to analyze, preplan, manage, and make intelligent decisions autonomously. The US National Intelligence Council (NIC) has embarked IoT as one of the six lsquo;lsquo;Disruptive Civil Technologies” (National Intelligence Council, 2008). In this context, we can see that service several sectors, such as: transportation, smart city, smart demotic, smart health, e-governance, assisted living, e-education, retail, logistics, agriculture, automation, industrial manufacturing, and business/process management etc., are already getting benefited from various architectural forms of IoT (Gubbia et al., 2013; Miorandi et al., 2012 ; Giusto et al., 2010).

IoT architecture may be treated as a system which can be physical, virtual, or a hybrid of the two, consisting of a collection of numerous active physical things, sensors, actuators, cloud services, specific IoT protocols, communication layers, users, developers, and enterprise layer. Particular architectures do act as a pivot component of IoT specific infrastructure while facilitating the systematic approach toward dissimilar components resulting solutions to related issues. A well defined form of IoT architecture is currently available for knowledge purpose:

–

“a dynamic global network infrastructure with self-configuring capabilities based on standard and interoperable communication protocols where physical and virtual rsquo;Thingsrsquo; have identities, physical attributes, and virtual personalities and use intelligent interfaces, and are seamlessly integrated into the information network” ( Kranenburg, 2008).

2. Survey on domain specific IoT architectures

This section prescribes the works done so far by the scientists around the globe (Intel research). Various domain specific architectures based on the broad areas, such as: RFID (Marrocco et al., 2009), service oriented architecture, wireless sensor network, supply chain management, industry, healthcare, smart city, logistics, connected living, big data, cloud computing, social computing, and security are described in this section. The selection of theses domains depends upon current scenario of IoT applicability. It is has been tried to incorporate as much directions into this article, but due to the size constraints, present limitations have been made. The key methodology behind the survey depends on few factors of importance where earlier mentioned domains are deeply investigated based on their respective sub domains. This survey is performed to evaluate a number of segregated sub domains to gain and provide significant knowledge on the following: architectural structure, applicability, associativity, deployability, and incorporation measure. A precise, concrete and concise

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