克服物联网服务级互操作性挑战

### 克服物联网服务级互操作性挑战 #### 1. 引言 物联网（IoT）是一个由设备、解决方案、服务和应用程序组成的复杂生态系统。由于设备专注于专有技术和接口，物联网具有高度的异构性。为了实现其全部价值，“物”的互操作性成为生态系统的重要组成部分，必须得到令人满意的实现。然而，目前不可能单独管理大量不同的物联网设备及其应用程序编程接口（API）。因此，互操作性是物联网范式的主要问题之一。 许多现有的物联网互操作性研究阐述了实现互操作性的技术和方法。如今存在多个物联网标准，并且新的标准正在不断创建。不同的物联网标准相互竞争，目前还没有一个普遍被全球接受的标准。实际上，在不同层面存在许多未解决的互操作性问题，包括数据、服务、网络和应用。本文重点关注物联网服务级互操作性问题和解决方案，回顾可能的互操作性解决方案的用例，并确定与物联网服务级互操作性相关的未来研究问题。 #### 2. 互操作性 互操作性可以有多种定义方式： - IEEE给出的定义较为简单，即两个或多个系统或组件交换信息并使用所交换信息的能力。 - Brownsword等人将互操作性定义为一组通信实体（a）共享指定信息和（b）根据商定的操作语义对该信息进行操作的能力。 - Pokraev等人认为互操作性意味着系统能够相互交互（即交换消息）、读取和理解彼此的消息，并对消息交换的效果有相同的期望。 从这些定义中，可以确定互操作性的三个主要方面： - 语法互操作性（兼容的格式） - 语义互操作性（信息的含义） - 语用互操作性（交换信息的效果） Vernadat同样将互操作性定义为一个系统与另一个系统通信并使用另一个系统功能的能力。Park和Ram指出，互操作性是使用来自不同信息系统数据的企业面临的最关键问题。他们认为存在两种类型的互操作性：语义互操作性和语法互操作性。语义互操作性存在于知识层面，用于弥合由于含义、观点和假设的差异而产生的语义冲突。语法互操作性是应用层面的互操作性，旨在实现具有不同实现语言和开发平台的软件组件之间的协作。 互操作性是一个多维概念，可以从多个角度进行审视。因此，使用词汇、概念、原则、指南和建议等元素开发了互操作性框架。一些最重要的框架包括ATHENA互操作性框架（AIF）、IDEAS互操作性框架、LISI参考模型、企业互操作性框架和GridWise互操作性上下文设置框架。 除了互操作性框架，当前文献中还提出了一些全面的互操作性模型。例如，Naudet等人开发了一个通用的互操作性本体。这个本体描述了本体元建模系统及其问题和解决方案，可用于诊断和解决互操作性问题。这些作者得出结论，互操作性问题有两种替代技术解决方案：桥接和同质化。桥接在存在互操作性问题的系统之间使用一个中间系统（通常称为适配器），该中间系统依靠翻译协议（例如使用映射）来实现交互系统之间的互操作性。同质化意味着统一模型，它直接作用于模型或其表示，需要使用定义的统一模型进行语法或语义转换。 以下是一些不同作者对数据库和服务互操作性问题的分类： | 作者 | 领域 | 确定的互操作性问题 | | --- | --- | --- | | Sheth和Kashyap | 多个数据库之间的问题 | 域定义不兼容、实体定义不兼容、数据值不兼容、抽象级别不兼容、模式差异 | | Parent和Spaccapietra | 数据库集成期间的数据互操作性问题 | 异构冲突、泛化/特化冲突、描述冲突、结构冲突、碎片化冲突、元数据冲突、数据冲突 | | Park和Ram | 数据库之间的语义冲突 | 数据级冲突（数据值冲突、数据表示冲突、数据单位冲突、数据精度冲突）、模式级冲突（命名冲突、实体标识符问题、聚合冲突、模式差异） | | Haslhofer和Klas | 模型级的元数据互操作性 | 命名冲突、标识冲突、约束冲突、抽象级别不兼容、多边对应关系、元级别差异、域覆盖 | | Ponnekanti和Fox | Web服务互操作性 | 缺少方法、额外字段、服务输入/输出的不同类型、基数不匹配 | | Nagarajan等人 | Web服务异构性 | 属性级不兼容、实体定义不兼容和抽象级别不兼容 | #### 3. 物联网互操作性 物联网承诺一个网络化智能设备（物）的世界。这些物相互持续通信，并生成数据作为智能应用和服务的基础。实现点对点通信依赖于互操作性。物联网的技术互操作性要求物能够“说话”并被“听到”，语义互操作性要求物使用相同的“语言”。设备识别手段是语义互操作性的最关键要素之一。目前，公司开发自己的物，依赖于专有标准或封闭系统，因此难以实现互操作性。类似的情况也出现在其他领域（如云计算），公司的产品和服务争夺市场份额。可互操作的物联网系统可以提高构建创新物联网服务的能力。 #### 4. 物联网互操作性研究项目 物联网互操作性是一个热门的研究主题，这得益于物联网未来可能改善公民生活的前景（例如通过欧洲过去的FP7和当前的Horizon 2020倡议）。以下是一些重要的研究项目及其成果或未来目标： - **OpenIoT FP7项目**：提供了一个开放的物联网平台，以实现