朱哲夫　趙浩翔

本文分析了ONS和EPCIS的特性，對其層次構(gòu)架和運(yùn)行原理進(jìn)行了解析。進(jìn)而對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中間件進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，EPCIS服務(wù)設(shè)計(jì)、EPCIS子模塊的設(shè)計(jì)，以查詢控制接口的功能實(shí)現(xiàn)為例進(jìn)行了闡述，最后探討了ONS的核心算法。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) ONS EPCIS 設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)

1概述

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（EPC）是產(chǎn)品電子代碼的簡稱，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由六個(gè)基本的子系統(tǒng)組成，即編碼標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)簽、識讀器、應(yīng)用層事件中間件、ONS（對象名解析服務(wù)）和EPCIS（物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)），其中，ONS在物聯(lián)網(wǎng)中的作用是給物聯(lián)網(wǎng)中間件指明產(chǎn)品信息的存儲服務(wù)器，其實(shí)質(zhì)是為物聯(lián)網(wǎng)中間件和物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)之間提供交互橋梁，同時(shí)借助DNS，讓物聯(lián)網(wǎng)能夠以現(xiàn)有的因特網(wǎng)拓展到其他網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。而EPCIS的主要作用是實(shí)現(xiàn)EPC中數(shù)據(jù)的共享。通過EPCIS提供的模塊化可擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口，能實(shí)現(xiàn)商品流程步驟之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對商品狀態(tài)的實(shí)時(shí)追蹤。因此ONS和EPCIS是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的環(huán)節(jié)，其中，安全性和準(zhǔn)確性是關(guān)鍵問題。

2 ONS與EPCIS特性分析

2.1 ONS特性分析

從服務(wù)類型上看，ONS服務(wù)主要分為兩大類：靜態(tài)ONS服務(wù)和動(dòng)態(tài)ONS服務(wù)。前者通過對商品電子產(chǎn)品碼的查詢來獲取其靜態(tài)的信息。而后者則側(cè)重于對商品在供應(yīng)鏈中流轉(zhuǎn)信息的查詢。從原理上看，ONS實(shí)現(xiàn)了一個(gè)EPC到多個(gè)URI的映射，其運(yùn)行模式類似于DNS，因此決定了ONS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是分布式的， 包含了根ONS、ONS服務(wù)器、本地ONS和本地ONS緩存與映射。從功能上看，所有的ONS查詢都要通過根ONS來完成，ONS的主要作用則是回應(yīng)本地查詢并返回URI。設(shè)計(jì)ONS緩存的目的則是減少查詢次數(shù)，把常用URI放入緩存之中，較少對外操作次數(shù)，減小ONS服務(wù)器負(fù)擔(dān)。整個(gè)ONS系統(tǒng)主要處理電子產(chǎn)品碼和與之對應(yīng)的EPCIS信息服務(wù)器PML地址的映射管理和查詢，其物理模型類似于DNS構(gòu)架，因此可以參照DNS構(gòu)架來實(shí)現(xiàn)ONS服務(wù)。

2.2 EPCIS特性分析

從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層次體系上看，EPCIS處于核心地位，在整個(gè)的體系結(jié)構(gòu)中也位于上層位置，并在結(jié)構(gòu)體系中高于其他中間件。在EPCIS中主要定義的事件類型有4類：對象事件、聚合事件、統(tǒng)計(jì)事件和交易事件，這4類事件涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)工作中主要的事件類型。從EPCIS的功能上看，關(guān)鍵性作用是定義物聯(lián)網(wǎng)中的各類服務(wù)，最主要的服務(wù)類型是捕獲服務(wù)（針對底層ALE事件）和查詢服務(wù)（包含查詢訂閱服務(wù)、核心查詢服務(wù)、查詢控制服務(wù)）。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度看，EPCIS也是一種分層結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)體系的底層定義所需要的相應(yīng)數(shù)據(jù)格式，在上層完成對各類服務(wù)接口的綁定和實(shí)現(xiàn)。EPCIS的目標(biāo)則是結(jié)合ONS組件，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)在內(nèi)部和跨企業(yè)的共享。因此企業(yè)間信息交互中間件的開發(fā)就必然要結(jié)合EPCIS服務(wù)和ONS服務(wù)。這也是本文要重點(diǎn)探討的內(nèi)容。

3 EPCIS子模塊的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)EPCIS中功能實(shí)現(xiàn)主要由各類接口和模塊的組合所控制，主要涉及到的模塊包括：數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)查詢（含查詢回調(diào)、數(shù)據(jù)查詢和查詢控制），現(xiàn)分別設(shè)計(jì)如下：

3.1 捕獲數(shù)據(jù)模塊

該模塊中的業(yè)務(wù)流程可概括性的描述為從數(shù)據(jù)發(fā)送端（ALE）到EPCIS服務(wù)器，再由EPCIS服務(wù)器對接收到的文檔進(jìn)行解析從而獲得數(shù)據(jù)信息，在完成給定的校驗(yàn)過程后存庫。JMS和MDB所依據(jù)的規(guī)范相同，具有良好的整合性，而且各自對后續(xù)可能的服務(wù)整合能提供完美支持。

3.2 查詢模塊

查詢模塊包含了標(biāo)準(zhǔn)查詢接口、查詢控制接口和查詢回調(diào)接口三類。第一類標(biāo)準(zhǔn)查詢接口可廣泛應(yīng)用，具有良好的通用性，而后兩類接口則是要針對客戶端和服務(wù)器的特點(diǎn)進(jìn)行定制。必須定義一類控制結(jié)果集數(shù)量的Exception，以某個(gè)給定的數(shù)值來控制查詢結(jié)果集，當(dāng)超出這個(gè)臨界閾值時(shí)就提示縮小查詢范圍以保證查詢結(jié)果的正確性。

4 ONS核心算法探討

由于ONS是基于DNS和互聯(lián)網(wǎng)，其作用主要是完成EPC到多個(gè)URI之間的映射關(guān)系。與之對應(yīng)的，電子產(chǎn)品碼的編碼技術(shù)則是遵循SGTIN格式，其原理類似于DNS域名分配。因此ONS的核心算法也可以參照DNS的解析方式來設(shè)計(jì)。本文中擬設(shè)計(jì)基于橢圓曲線的加密方式，步驟如下：

（1）客戶端應(yīng)用程序向ONS發(fā)送包含客戶端應(yīng)用程序ID號的查詢請求。

（2）ONS根據(jù)接收到的ID號，選取一個(gè)橢圓曲線y2=x3+ax+b，該曲線的特征由ONS和客戶端共同遵守，該橢圓曲線為有限域GF（p）上的一條橢圓曲線，由參數(shù)（a，b，P）所決定。

（3）ONS在閉區(qū)間[1，P-1]上產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)整數(shù)x，按公式X=xg進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將其傳回給客戶端。

（4）將ONS接收到的ID號和EPC編碼重組，可按字符串直接連接的方式，得到一組新的編碼，并將其映射于橢圓曲線上，獲得某個(gè)對應(yīng)的坐標(biāo)M。

（5）在客戶端也產(chǎn)生2個(gè)在閉區(qū)間[1，P-1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)yg和P+yX，并發(fā)回給ONS。

（6）按如下方式對ONS接收到的信息進(jìn)行解碼：（P+yX）-xyg=P+yxg=P，借此定位M，從而獲得客戶端和ONS之間的對應(yīng)關(guān)系，完成驗(yàn)證。

（7）ONS將查詢結(jié)果以及ID號返回給客戶端，客戶端通過比對兩次接收的ID號是否相同來判定是否是自己所發(fā)送的查詢請求，否則拋棄該查詢結(jié)果。

5 小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)中間件的設(shè)計(jì)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對ONS和EPCIS的特性進(jìn)行了分析，對中間件功能的實(shí)現(xiàn)也進(jìn)行了一些探討。在后續(xù)研究中，應(yīng)關(guān)注新的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@是設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，進(jìn)而在這些規(guī)范基礎(chǔ)上對中間件進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)充，從而提高物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1]聶曉.基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)安全研究[J].工礦自動(dòng)化，2013，39（4）：47-50.

[2]董曉荔.EPC網(wǎng)絡(luò)中的ONS服務(wù)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2007（2）：150-155.

作者單位

南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院 江蘇省南京市 210044endprint