CN102457568A - 物联网信息服务系统以及在该系统上的信息处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物联网信息服务系统，包括标签、读取器、信息预处理与发布节点、信息服务节点；其中，标签内保存有物品或服务的编码信息；所述读取器用于读取所述标签内的信息，并将所读取的信息传输到所述信息预处理与发布节点；所述信息预处理与发布节点对所接收的信息进行预处理，并将预处理后的信息发布到所述信息服务节点；所述信息服务节点用于存储信息，并提供对信息的查找与定位；信息服务节点有多个，各个信息服务节点之间形成结构化的P2P网络。

Description

物联网信息服务系统以及在该系统上的信息处理方法

技术领域

本发明涉及互联网技术，特别涉及一种物联网信息服务系统以及在该系统上的信息处理方法。

背景技术

随着计算机网络与信息技术的飞速发展，人们对信息和信息服务的需求都在不断提高。物联网时代正在向我们迈进，特别是在美国奥巴马政府提出“智慧地球”的概念之后，物联网更是受到了人们越来越多的关注和重视。物联网时代的到来被认为是继计算机和互联网之后，信息产业的第三次飞跃。物联网建立最初的目的就是建立一个可以实现全球范围内的物品信息实时共享的网络，使得在现有的因特网架构下实现物品在全球范围的定位、追踪和其他信息查询等目标。说到底，物联网就是一个庞大的信息共享和信息交换网络，旨在为人们提供更为丰富和便捷的信息服务。由于物联网本身的特点，其规模会比现有的因特网大的多，它将产生的信息量之大也可想而知。因此，在物联网应用环境下，如何高效、可靠的组织和存储信息，并为用户提供便捷的信息服务是一个亟待解决的问题。

1999年MIT成立了Auto-ID中心(Auto-ID Center)，并且提出了产品电子码(Electronic Product Code，EPC)的概念，之后与全球七所大学共同组成了Auto-ID Labs。2003年由EAN(European Article Number，欧洲商品编码)和UCC(Uniform Code Council，统一代码协会)创建了EPCglobal来负责管理和推广EPC工作，希望在全球能够建立一个庞大的物品信息交换和共享网络，从而提高产品供应链的可视性和可控性。

EPCglobal提出了一种EPC网络，该网络在实现过程中由于继承了传统DNS(Domain Name System，域名系统)的相关技术，使得它也保留了传统DNS在性能和安全性等方面的缺陷，如健壮性差、负载不均衡、信息查找过程繁琐、结构复杂等。因此，如果在物联网应用环境下采用EPC网络架构来实现信息的组织、存储会存在上述的健壮性差、负载不均衡、信息查找过程繁琐、结构复杂等多种缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有物联网服务系统健壮性差、负载不均衡、信息查找过程繁琐、结构复杂等多种缺陷，从而提供一种健壮性好、信息易于查找的物联网信息服务系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种物联网信息服务系统，包括标签、读取器、信息预处理与发布节点、信息服务节点；其中，

所述标签内保存有物品或服务的编码信息；所述读取器用于读取所述标签内的信息，并将所读取的信息传输到所述信息预处理与发布节点；所述信息预处理与发布节点对所接收的信息进行预处理，并将预处理后的信息发布到所述信息服务节点；所述信息服务节点用于存储信息，并提供对信息的查找与定位；

所述信息服务节点有多个，各个信息服务节点之间形成结构化的P2P网络。

上述技术方案中，所述各个信息服务节点根据标识符值的大小顺序形成逻辑环，每个信息服务节点上保存有与其相对应的标签或读取器中的信息。

上述技术方案中，所述信息服务节点与所述标签或读取器之间的对应关系通过判断所述信息服务节点的标识符的值以及所述标签或读取器的关键字的标识符的值是否相等或相近得到。

上述技术方案中，所述信息服务节点的标识符的值是通过哈希所述信息服务节点的IP地址所得到的一个小于2ⁿ的值；所述n的取值使得所述2ⁿ大于所述物联网信息服务系统中的信息服务节点的总数。

上述技术方案中，所述标签或读取器的关键字的标识符的值为将所述标签或读取器所被赋予的全球唯一编号取模2ⁿ后所生成的值。

上述技术方案中，所述相近为所述信息服务节点的标识符的值大于且最为接近所述标签或读取器的关键字的标识符的值。

上述技术方案中，所述信息服务节点上包括一路由表，所述路由表中包括有与当前信息服务节点的标识距离依次为2⁰，2¹，...2ⁱ，...2^n-1的信息服务节点或其后继信息服务节点的节点标识符与对应的IP地址和端口号。

本发明还提供了一种在所述的物联网信息服务系统中定位信息服务节点的方法，包括：

步骤1)、接收包含有关键字K的相应请求；

步骤2)、哈希该关键字K，得到与关键字K对应的关键字标识符K’；

步骤3)、检验所述K’与当前节点N的标识符s及其在所述逻辑环上当前节点N的下一个节点N’的标识符s’间的关系，如果s＜K’≤s’，则当前节点的下一个节点N’即为要查找的目标节点，查找过程结束；否则，在节点N的路由表中依次查找出小于K’的最大节点标识符p所对应的节点M，将该节点M作为新的当前节点。

本发明又提供了一种在所述的物联网信息服务系统上发布信息的方法，包括：

步骤1)、读取器从标签读取信息，并将所读取到的信息传输给信息预处理与发布节点；

步骤2)、所述信息预处理与发布节点对所接收到的信息进行预处理，并向就近的信息服务节点发送信息发布请求；所述信息发布请求中包含有所述读取器与所述标签的全球唯一编号；

步骤3)、所述就近的信息服务节点采用所述的定位信息服务节点的方法找到与所述读取器和所述标签对应的信息服务节点；

步骤4)、所述信息预处理与发布节点将经过预处理后的信息发布到步骤3)所得到的信息服务节点上。

本发明还提供了一种在所述的物联网信息服务系统上查询信息的方法，包括：

步骤1)、一信息服务节点接收到对某一读取器或标签的信息查询请求，所述信息查询请求中包含有所述读取器或所述标签的全球唯一编号；

步骤2)、该信息服务节点采用所述的定位信息服务节点的方法找到与所述读取器或所述标签对应的信息服务节点；

步骤3)、步骤2)所得到的信息服务节点将返回所查询的信息。

本发明的优点在于：

1、本发明节约了硬件开销。

2、本发明简化了服务流程，加快了信息查找速度。

3、本发明将有关信息通过结构化P2P分开存储，提高了系统的健壮性，改善了负载均衡。

附图说明

图1为在本发明的一个实施例中，物联网信息服务系统的结构示意图；

图2为在本发明的一个实施例中，物联网信息服务系统中的信息服务节点所构建的逻辑环的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以说明。

在物联网中，每时每刻都有大量的数据被生成，如何有效地组织、存储这些数据，并为用户提供一个高效的数据信息访问方式是物联网信息服务所要解决的核心问题。

现有技术中，EPCglobal所提出的EPC网络主要构成包括五个元素：产品电子码、标签与读取器、EPC中间件、对象名称解析服务和EPC信息服务。其中，产品电子码是全球唯一性编码，用于物品个体的鉴别，类似于物品的身份证号码；标签与读取器负责底层信息的交换，是这个网络架构的基础设施；EPC中间件(EPC Middleware)负责数据的收集、过滤与整合；对象名称解析服务(Object Name Service，ONS)提供类似于因特网中DNS的服务，负责找到与EPC码对应的EPC信息服务资源的地址；EPC信息服务(EPC Information Service，EPCIS)则是网络中的信息存储中心。

在这一EPC网络架构上进行信息查找的总体流程为：首先，通过用户节点向ONS所在服务器发送ONS记录查询请求，由ONS将用户请求中的EPC码转换为对应的域名而返回给用户；然后，用户节点通过返回的域名来访问对应企业内部的EPC信息服务来查询其所需信息。上述两个过程分别包含了各自复杂的内部流程。因此，整个EPC网络架构不但结构复杂、硬件开销大，而且存在查询效率低、系统稳定性差和存在性能瓶颈等缺点。此外，它也继承了传统DSN在性能和安全性方面的其他缺陷。

鉴于现有EPC网络架构应用于物联网上时所存在的上述不足，本发明提供了一种基于结构化P2P的物联网信息服务系统，该系统在性能、健壮性和负载均衡等方面较现有的EPC网络架构都有较明显的改进。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，物联网信息服务系统包括标签、读取器、信息预处理与发布节点、信息服务节点。下面对这些组成部分的具体功能分别加以说明。

标签，即RFID标签，内部存储有对应物品的编码信息或者与服务相关的特殊编码信息，如用于定位的RFID标签内部记录的是所在地的地理位置编码信息。按照是否可以写入新数据，所述标签可分为只读标签和可写标签两种。

读取器，对所述标签内数据具有读写功能的物理设备，主要负责从所读取的标签内获取相应数据，并与自身所携带信息(如地址信息等)组合而形成有意义的信息数据。作为一种优选实现方式，在本实施例中，读取器还具有数据缓存、传输和转发功能，如可以通过读取器之间所建立的自组织网络来实现数据的传输和转发，并最终将收集到的数据传输至所述信息预处理与发布节点上。

信息预处理与发布节点，主要负责两个功能：一是信息的预处理，如信息的过滤、去重和根据不同应用需求对信息进行初步的规整等；二是将预处理后的信息发布到因特网中的信息服务节点上。

信息服务节点具有多重功能，它不但要负责物联网中所有数据信息的存储，同时还要提供信息查找与定位等服务。该节点的功能与EPC网络架构中对象名称解析服务和EPC信息服务两个部分的功能相对应。这样的结构设计会大大简化物联网信息服务的物理层次结构。

信息服务节点通常在服务器上实现。由于物联网本身所具有的数据量大、分布范围广的特点，因此信息服务节点不太可能由一个服务器实现。正如图1所示出的那样，在网络中包括有多个信息服务节点，这些信息服务节点各自存储部分的物联网中的信息，如何将所要存储的信息分配到相应的信息服务节点上，使得对这些信息的查找更为方便、快捷、高效是下文中所要解决的。

通过分析物联网信息服务的需求和应用环境特点，本发明人发现信息服务节点层具有结构相对稳定、对系统效率和性能要求较高，以及信息检索采用精确的关键字查询等特点。因此，非常适合采用结构化P2P网络模型作为其组织方式。具体的P2P网络模型的选取可以是多种多样的，如现有技术中常用的Chord模型、CAN模型、Tapestry模型、Pastry及其改进模型均可应用于本发明，在本实施例中采用的是基于Chord模型的方法。为了便于理解，下面首先对Chord模型进行详细介绍。

Chord是一种P2P环境下基于分布式哈希表(Distributed Hash Table，DHT)方法的数据查找算法。所述DHT的基本思想为：通过由关键字与目标文件地址形成键值对<K，V>，将该键值对作为目标文件的索引，由所有的键值对组成整个系统中文件的索引表。而每个关键字又与网络中的特定节点存在映射关系，其对应的文件会被存储到与之映射的节点上，因此，通过目标文件的关键字查询索引表即可获取其存储地址。索引表并不是被存储在某一个节点上，而是通过某种策略分散到系统中所有节点上，由节点各自维护其几个邻居节点的路由表，最终通过节点间的协作来完成整个系统内的路由功能。本实施例中所选用的Chord就是一种特殊的环状结构DHT系统。

在对Chord模型做简要说明以后，下面对基于Chord模型的信息服务节点的组织方式进行说明。

步骤1)、首先，将所述的标签和读取器都作为一个独立的信息个体，并为每个个体赋予一个全球唯一的编号(在IPv6普及后可以直接选用标签与读取器的IPv6地址作为此编号)。通过这一操作就可以将对应于标签与读取器的个体信息的管理都统一成了对特定编号ID相应信息的管理。

在本步骤中将标签与读取器都作为信息个体的目的在于，使得本发明中的信息服务节点的组织方式不但适用于类似EPC网络的以标签为信息承载体的系统，而且适用于以读取器为信息承载体的应用系统。在现有的EPC网络中，仅仅将标签作为信息承载体，也就是说，仅仅为标签赋予了一个全球唯一的编号。但在实际应用中，存在需要将读取器作为信息承载体的场景，例如要查询某特定仓库一段时间的进货信息，如果仅仅将标签所在的物体作为信息承载体的话，那么要完成上述简单的请求也将会耗费大量的资源和时间。

步骤2)、计算系统中各个信息服务节点的标识符，然后根据信息服务节点的标识符将各个信息服务节点排列在一个逻辑环上。

在本实施例中，各个信息服务节点标识符是通过哈希信息服务节点的IP地址得到的一个小于2ⁿ的值，在其他实施例中，也可以采用其他计算方式，如按照一定规则为信息服务节点分配的节点ID也可作为信息服务节点的标识符，只要满足不同节点标识不同即可。在得到各个信息服务节点的标识符后，按照标识符值以从小到大的顺序将所述信息服务节点排列在一个逻辑环上。其中，n的取值应当保证2ⁿ大于系统中信息服务节点的总数。图2中给出了将信息服务节点按照标识符从小到大的顺序排列在一个逻辑环上的一个实例，在该实例中，信息服务节点一共有10个，n的取值为4，在其他实例中，n也可以取5或更大的值，但不能够取3或更小的值。

与现有的EPC网络架构用户节点首先要查找ONS所在服务器，然后由所述ONS得到的信息查找EPC信息服务不同，在本步骤中，将信息服务节点直接作为逻辑环中的节点(即信息服务节点称为用户节点直接的查找对象)，是因为作为信息服务节点的服务器在网络中的状态基本上是非常稳定的，并不会有经常性的上下线操作，因此这样做不但不会有因经常性的数据迁移带来的额外开销，反而会由于精简了信息查询的过程而提高系统整体效率，同时又节约了硬件成本。

步骤3)、将所述标签和读取器的编号ID值作为前述Chord网络模型中的关键字，计算所述关键字的标识符，并由所述标签和读取器的相关信息生成键值对<K，V>。

在本实施例中，计算关键字的标识符是通过哈希关键字所代表的编号ID值实现的，具体的说，将关键字所代表的编号ID值取模2ⁿ，其中的n的大小与步骤2)中所提到的n的大小相同。在得到关键字的标识符以后，将关键字标识符作为键值对中的K，将与所述关键字对应的标签或读取器中所包含的信息作为键值对中的V，标签或读取器中所包含的信息如地理位置信息、商品信息等。

步骤4)、将键值对<K，V>存储到所述逻辑环中节点标识符等于K的节点上或者K的后继节点上。

在本步骤中，所述的K的后继节点是指所述逻辑环上紧跟K值的节点，即存在于逻辑环上的标识符值与K最接近且大于K的节点。在某些情况下，之所以要将键值对<K，V>保存在K的后继节点上是因为在逻辑环中未必存在节点标识符为K的节点，以图2为例，在该逻辑环中，节点S5并不存在，因此，如果根据键值有需要存储到S5上的键值对时，此时将该键值对存储到节点S6上。

为了提高查找的效率，在一个优选实施例中，所述逻辑环中的每个节点还要维护一个容量最大为n的路由表，路由表中维护了与本节点标识距离依次为2⁰，2¹，...2ⁱ，...2^n-1的节点或其后继节点的节点标识符与对应的IP地址和端口号。在图2的右下角给出了节点S4的路由表信息，有了这一路由表，将会增加信息的查找速度。例如，在图2所示的实例中，若在节点S4上要查找节点S14上的信息，如果没有路由表的话，很可能要从节点S4开始，沿着逻辑环一个一个依次比对才能找到S14，但有了路由表后，可以先查找到节点S13，然后由节点S13迅速找到节点S14。这无疑能提高查找的速度。

由于各个标签和定位器的信息分别存储到了不同的信息服务节点上，因此无论是要将信息存储到某一信息服务节点，还是要从某一信息服务节点读取信息，都涉及到对信息服务节点的定位问题。以一个查询为例，本发明的物联网信息服务系统从外界接收到一个关于编码ID＝K的查询请求，一般来说，这一查询请求会被与该查询请求的发起者距离最近的信息服务节点接收到，假设该信息服务节点为N，其节点标识符为s。那么定位所要查询信息所在节点的过程如下：

步骤a、首先对K进行哈希得到其对应的关键字标识符K’；

步骤b、检验所述K’与节点N的标识符s及其后继节点N’的标识符s’的关系：

步骤b-1、如果s＜K’≤s’，则当前节点的后继节点N’即为要查找的目标节点，查找过程结束；

步骤b-2、否则，在节点N的路由表中依次查找出小于K’的最大节点标识符p对应的节点M，即M为节点标识符r＝max{节点Q存在于N的路由表中且Q的节点标识符为t|t＜K’}所对应的节点，然后将查询请求转给M，并转到步骤b-1。

经过重复以上过程，即可最终获得所需定位的目标信息服务节点，从该节点上查询出相关信息。如果是要存储相关信息，也可以通过上述步骤定位节点，然后实现信息的存储。

如果逻辑环中的节点没有各自维护一个路由表，那么在查询信息所在节点时就需要前述的信息服务节点N将查询信息顺序地按照一个方向传递，直到找到所要查找的信息服务节点为止。显而易见，这种查询方法较具有路由表时所实现的查询方法更为快捷、方便。

以上是对本发明的物联网信息服务系统的说明。下面对该系统的工作流程进行说明。该系统的工作流程包括原子信息收集、信息的生成与发布以及信息查询。

原子信息收集：原子信息是由系统中的读取器对RFID标签的读写操作产生的，并通过读取器收集并传输至信息预处理与发布节点。

信息的生成与发布：信息预处理与发布节点通过接收读取器发送来的原子信息做进一步的过滤、去重和规整操作，形成有意义的且基本符合应用需求格式的信息，并将其发布到相应的信息服务节点上。其具体过程为：首先，用户节点向就近的信息服务节点发送消息发布请求(请求中包含了读取器与标签的编码ID)，信息服务节点接收到请求后，在逻辑环中查询相应编码ID的信息存储地址，并将结果返回给信息预处理与发布节点，最后，根据返回的地址，信息预处理与发布节点再将其处理后的信息发布到相应的信息服务节点上。

信息查询：信息服务节点上存储信息的查询，类似于信息发布过程，但不需要请求获取目标信息服务节点地址的步骤，而是直接获取所需的信息。即网络中的某一用户节点向就近的信息服务节点发送信息查询请求(包含了读取器与标签的编码ID)，接收到请求后，信息服务节点在逻辑环中通过前文中提到的查询算法定位信息所在的目标信息服务节点，并将请求转发给目标信息服务节点，由目标信息服务节点直接将用户所请求的信息返回给用户。

与现有技术中的EPC网络相比，本发明的物联网信息服务系统利用物联网信息服务的特点，将原来层次式结构的ONS与EPCIS服务部分压缩成为了一个单层次的、由结构化P2P方式组织成的物联网信息服务节点层。这样做不但节约了硬件开销，简化了服务流程，而且由于结构化P2P本身所具有的良好特性，使得系统在查询与搜索效率、健壮性、负载均衡等方面都会得到相应的改善，此外还消除了EPC网络架构中由于EPCIS而带来的性能瓶颈。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种物联网信息服务系统，其特征在于，包括标签、读取器、信息预处理与发布节点、信息服务节点；其中，

所述标签内保存有物品或服务的编码信息；所述读取器用于读取所述标签内的信息，并将所读取的信息传输到所述信息预处理与发布节点；所述信息预处理与发布节点对所接收的信息进行预处理，并将预处理后的信息发布到所述信息服务节点；所述信息服务节点用于存储信息，并提供对信息的查找与定位；

所述信息服务节点有多个，各个信息服务节点之间形成结构化的P2P网络。

2.根据权利要去1所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述各个信息服务节点根据标识符值的大小顺序形成逻辑环，每个信息服务节点上保存有与其相对应的标签或读取器中的信息。

3.根据权利要求2所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述信息服务节点与所述标签或读取器之间的对应关系通过判断所述信息服务节点的标识符的值以及所述标签或读取器的关键字的标识符的值是否相等或相近得到。

4.根据权利要求3所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述信息服务节点的标识符的值是通过哈希所述信息服务节点的IP地址所得到的一个小于2ⁿ的值；所述n的取值使得所述2ⁿ大于所述物联网信息服务系统中的信息服务节点的总数。

5.根据权利要求4所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述标签或读取器的关键字的标识符的值为将所述标签或读取器所被赋予的全球唯一编号取模2ⁿ后所生成的值。

6.根据权利要求3所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述相近为所述信息服务节点的标识符的值大于且最为接近所述标签或读取器的关键字的标识符的值。

7.根据权利要求3所述的物联网信息服务系统，其特征在于，所述信息服务节点上包括一路由表，所述路由表中包括有与当前信息服务节点的标识距离依次为2⁰，2¹，...2ⁱ，...2^n-1的信息服务节点或其后继信息服务节点的节点标识符与对应的IP地址和端口号。

8.一种在权利要求7所述的物联网信息服务系统中定位信息服务节点的方法，包括：

步骤1)、接收包含有关键字K的相应请求；

步骤2)、哈希该关键字K，得到与关键字K对应的关键字标识符K’；

步骤3)、检验所述K’与当前节点N的标识符s及其在所述逻辑环上当前节点N的下一个节点N’的标识符s’间的关系，如果s＜K’≤s’，则当前节点的下一个节点N’即为要查找的目标节点，查找过程结束；否则，在节点N的路由表中依次查找出小于K’的最大节点标识符p所对应的节点M，将该节点M作为新的当前节点。

9.一种在权利要求7所述的物联网信息服务系统上发布信息的方法，包括：

步骤1)、读取器从标签读取信息，并将所读取到的信息传输给信息预处理与发布节点；

步骤2)、所述信息预处理与发布节点对所接收到的信息进行预处理，并向就近的信息服务节点发送信息发布请求；所述信息发布请求中包含有所述读取器与所述标签的全球唯一编号；

步骤3)、所述就近的信息服务节点采用权利要求8所述的定位信息服务节点的方法找到与所述读取器和所述标签对应的信息服务节点；

步骤4)、所述信息预处理与发布节点将经过预处理后的信息发布到步骤3)所得到的信息服务节点上。

10.一种在权利要求7所述的物联网信息服务系统上查询信息的方法，包括：

步骤1)、一信息服务节点接收到对某一读取器或标签的信息查询请求，所述信息查询请求中包含有所述读取器或所述标签的全球唯一编号；

步骤2)、该信息服务节点采用权利要求8所述的定位信息服务节点的方法找到与所述读取器或所述标签对应的信息服务节点；

步骤3)、步骤2)所得到的信息服务节点将返回所查询的信息。

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