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为现实生活服务的自适应性IoT和WoT融合平台
摘要：最近，IoT和WoT将我们带入万物互联的绝佳时代。然而，这些设备在应用到现实环境中时几乎没有显示出自动连接和自我协作的性质。本文的目的是提出自适应IoT和WoT融合平台，使用户无需任何控制即可动态实施智能Web服务。本文提出的自适应IoT和WoT融合平台是一种新型平台，它提供全球互通性，帮助用户通过网络连接方便地与事物进行通信。粗略或精密地将与Web相关的东西混合起来，该方案可以保证有效的IoT或WoT平台管理，事物之间的适应性同步，稳定的平台环境以及创建新服务。我们提出的平台的性能通过实验进行测试与验证，其仿真效果令人满意。
关键词：物联网(IoT)，物联网平台，物联网服务，自适应同步
1 绪论
随着互联网的迅速发展和用户的急剧增加，各种新型网络业务得到了发展和商业化。最近，全球约有30亿人使用互联网，发送和接收电子邮件，玩游戏，访问多媒体服务和内容，使用社交网络服务和许多其他服务。物联网（IoT）是一种全球规模的基于网络的基础设施，利用标准通信中的许多特性，如物理设备或具有属性的虚拟物体，自动ID和自配置接受度。IoT意味着包括用户，事物和空间数据在内的所有信息，通过互联网相互连接，从而可以生成，收集和使用信息。这种物联网是一种新型的模式，正迅速在现代有线和无线通信领域取得突破。最近，随着用于个人或家庭智能的物联网设备数量的增加，统一控制和协作成为了必要。物联网中的物体通常是异构的并且资源受限。而这些物理设备和虚拟物体设备通过低功耗和网络资源相互连接。而且，大多数这些物理设备和虚拟设备都连接到非常小的和有限的一组设备和事物上。目前IoT服务和应用的开发和研究中最重要的挑战是定义体系结构，协议和开发算法，以便在物体本身以及未来互联网之间进行有效的相互连接。因此，物联网的智能服务可以通过物联网通信实现许多功能。这些也将这些东西的数据转化为有用的信息，从而实现实时控制和决策。
根据我们的文献回顾，随着通信技术和设备技术的发展，与通信相关的设备功能和服务正在启用。事实上，所有能在实时搜索和社交中控制的东西都在增加，在实时搜索和社交化中可以控制的所有事物也在增长。因此，Web上的所有东西都可以访问和控制WoT的实现，然后实现无所不在的世界将能够发挥很大的作用。WoT提出用Web标准技术实现智能和自治的物联网通信。要实现WoT，我们必须提供设备的连接性，对事物和传感器的综合描述，以及状态和相关信息。网络的一般特征是WoT正处于经历巨大变革的边缘，在Web上集成真实对象和设备，这些只能从Web访问，可以被描述为一项基于WoT的服务。使用支持服务功能的每个新的混搭服务也应该可用。此外，服务和应用程序开发只是使用服务开发和可能机制的每个服务的URI，通过这种方式，Web开发工具和技术可以直接应用于真实世界的环境。
根据最近的文献研究，IoT和WoT的定义不太清楚，对于物联网和WoT平台的定义也不清楚。他们仅仅解释了平台的基本角色和功能，以及它是否会作为一项伴随学术研究的产品来实现。现有的物联网技术无法将物理世界的事物与虚拟世界的服务同步，因为它无法保证各个独立开发的领域及其互通性。因此，要激活物联网技术，需要一个嵌入式平台，以保证各种信息与物体之间的自主联系，低功耗物体之间的通信以及物联网之间的互操作性。特别是有必要研究更智能的可定制服务的性能，使用自由混搭以及在没有任何用户干预的情况下进行操作。 总之，研究基于Web技术的各种事物和信息之间的自主联系至关重要。 此外，还需要研究能够实现以人为本的服务的物联网平台。
本文的目的是提出自适应IoT和WoT融合平台，这对于通过动态混搭实现智能网而言是必不可少的，无需用户干预。本文提出的自适应IoT和WoT融合平台是一种新型的平台，它提供了相互兼容性，可以帮助用户通过网络连接轻松进行通信，并且帮助用户和事物轻松互相交流。粗略或精密地将与Web相关的事物混合起来，该提议可以保证有效的IoT或WoT平台管理，事物之间的适应性同步，稳定的平台环境以及创建新服务。我们提出的平台的性能通过实验进行测试，验证其仿真效果令人满意
2 相关工作
2.1 物联网(IoT)
物联网是一种崭新的模式，正迅速在现代无线通信的服务和场景中获得应用。物联网概念的基本思想是围绕着我们各种各样的设备或事物 - 例如标签，传感器，射频识别（RFID），移动电话，执行器等，通过唯一寻址方案，它们能够相互交流合作实现共同的任务目标。物联网是一种基于基础设施的全球性网络，它在标准通信中利用了很多东西，如物理设备或具有属性，自动ID和自配置接受能力的虚拟物体。物联网意味着包括用户，事物和空间数据通过互联网相互连接，以便可以生成，收集和使用信息。因此，物联网遵循国际电联“万物互联”的愿景，并假设云连接到互联网的任何虚拟或物理事物最终都会被连接起来。 Gartner预测，2015年将有49亿相关产品投入使用，比2014年增长30％，到2020年将达到250亿。根据Gartner公司的统计，到2020年，在道路上将有25亿辆连接车辆，从而实现新的车内服务和自动驾驶能力。在未来5年内，配备此功能的新车的比例将大幅增加， 连接的汽车是物联网的主要元素。 预计这项物联网研究将成为连接各种设备的基础，这些设备将推动超连接社会的发展，可穿戴计算服务的出现以及新融合服务的发展。
在过去的30年中，互联网已经从一个小的研究网络指数增长到全球普遍存在的网络，其中只有几个节点为超过10亿的用户提供服务。设备的成本降低和设备的进一步小型化使得将互联网扩展到一个新的层面成为可能：对于智能物体或设备，即通过小型电子设备增强的日常物理物体，以提供本地连接和智能到网络空间互联网。电子设备是一种附在物理物体或物体上的计算元件，它弥合了信息世界和物理世界之间的鸿沟。因此，智能物体或物体是一个网络物理系统，由处理物联网传感器数据并支持与因特网的无线通信链路的元素和物体组成。物联网的进展并不在于智能物体和物体的实际能力，而在于数十亿乃至数万亿的智能物体和物体的预期大小，这些物体带来与尺寸有关的新的社会和技术问题。这些问题的一些例子是网络的自组织和智能事物的自主管理，智能事物的识别，目标导向行为和情境感知，维护和诊断以及隐私侵入。低功耗无线通信的出现使得无需设备或物理连接即可实现智能通信。移动智能事物可以在真实世界中移动，同时保持其身份。来自全球定位系统的信号具有广泛的可靠性，这使得能够对时间和位置做出明智的决定，并提供根据当前使用情况进行调整的服务。当然，物联网理念的主要优势在于其对潜在用户的生活和行为的几个方面的影响。从私人用户的角度来看，IoT引入的最重要的影响将在国内和国际领域都可见。在这种辅助生活中，电子健康，环境，强化学习只是少数范例可能的应用服务和情景，其中新范式将在不久的将来发挥主导作用。尤其是，物联网技术的应用是汽车制造商在汽车内部实施各种智能系统的“连接汽车”，与个人健康相关的“医疗保健”以及实现“智能家居”等核心研究领域。图1描述了物联网的示意图，其中服务和应用程序是根据生成的事物和对象数据的效果的大小来选择的。
IoT由ITU-T，ETSI，IEEE，IETF等各种组织定义，但概念上可定义为“通过融合基于情境感知和在自我认识的事物之间自主交互在共同的信息网络上来提供智能服务的全球基础设施“。 通过物联网，物联网可以与其他物联网交换信息，并通过与物理事件进行通信并实施相应的措施来发挥作用，并在无人干预的情况下构建服务。物联网主要侧重于设置具有挑战性，约束性和不受限制的网络配置的连接。 此外，人们将能够与各种智能设备进行交互，融合并创建应用程序，并且无需特殊的互通技术就可以相互参与。 如图2所示，物联网向已经提供#39;任何时间#39;和#39;任何地点#39;通信的信息和通信技术添加了三个维度#39;任何物体通信#39;。 物理事物发生在物理世界中，并且能够被连接，激活和感知。 物理事物的例子包括电气设备，工业机器人和周围环境。 虚拟事物发生在信息世界中，并且能够被访问，处理和存储。 虚拟东西的例子包括应用软件和多媒体内容等。
图1 IoT示意图
图2 物联网中引入的维度
确切地说，许多具有挑战性的问题仍然需要解决，在物联网理念被广泛接受之前，技术以及社交节点都必须解开。重要的问题是使得可能的连接事物或设备具有完全的互操作性，通过实现其自主和适应行为，同时保护隐私，保证信任和安全，为他们提供始终更高的智能程度。此外，物联网的想法引发了一些关于网络间连接方面的新问题。事实上，构成物联网的东西或设备在能量和计算方面将具有低资源和低功耗的特点。因此，除了明显的可用性和可扩展性问题之外，所提出的解决方案还需要特别注意资源有效性。目前，几个标准化工业和研究机构参与了解决方案开发活动，以满足突出的技术要求。主要目的是让读者有机会了解已经完成的工作以及仍然需要解决的问题，以及哪些是这个渐进式过程的支持因素，以及它的风险因素和弱点。为了激活这种物联网技术，混搭在大学，研究机构和各种公司之间是必需的，为了支持物联网研究和激活这种技术，需要建立生态系统。此外，虽然物联网研究和技术已经准备好，但各种服务平台和标准缺失，而且还没有足够的研究来应对物联网数据量的爆炸式增长。为了解决这些问题，应开始研究建立物联网生态系统和平台，以加速物联网领域的融合。
2.2 基于web的物联网(WoT)
随着网络的普遍性，WoT和IoT处于经历巨大进步的边缘。 今天，由于Web服务，识别技术，融合服务，无线网络的最新进展，使得通信功能和处理能力可用于越来越小的封装中，因此我们向这一愿景迈进了一步。 显然，互联网正在演变成所谓的“万维物联网”（WoT），这种环境中的交通信号灯，人行道，建筑物和商品等日常设备可以通过互联网识别，识别，寻址甚至控制。当然，从有数千万台计算机的互联网开始，网络现在变成了一个包含将近100亿个物联网设备的互联网，从物联网(IoT)转变为万维物联网(WoT)。 因此，在WoT平台中，工作负载处于极端水平，可扩展性是强制性要求。
这并不是指任何技术或任何网络结构，而只是将设备互连以及将计算机与互联网互连的想法。使用Web作为托管和展示连接设备的平台可以通过多种技术和业务优势来解释，其中包括部署，高可用性和多功能性，标准化通信协议的使用以及Web 2.0范例所创建的生态系统。如果一件事物或物体与网络能力和可熔性相关联，这就特别确定了互联网（参见图3a）的作用。
图3 网络上的连接
近来，诸如电表，访问卡，路灯和传感器之类的设备或对象已经被访问并在因特网上联网。当某个东西或对象与Web服务器相连时，它就变为可以通过Web访问（参见图2） 3b），以便它可以通过HTTP在Web上利用其功能和非功能性能力。 很早以前，研究人员成功地将小型Web服务器嵌入到资源受限的事物中，从而使支持Web的事物或设备成为现实。 当然，在Web服务领域有一个表征性状态转移（REST）的域。 基于REST的Web服务结构的进步是将物理事物抽象为Web上的服务。 这种趋势引发了将物体作为Web服务包装的可能性（参见图3c）。
Dominique和Pham将真实世界的事物和设备公开为REST风格的Web应用程序和服务，完全展示了Web混搭。Dominique代表了WoT架构及其基于的四个层次：设备可访问性层，可发现性层，共享层和组合层，如图4所示。该体系结构的目标是促进智能在Web上提供各种服务的事物或设备，并促进使用智能事物或设备创建Web应用程序。如图4所示，在协议，本地操作系统和库之上使用智能事物和设备的服务和应用程序的开发仍然需要特殊技能，并且大部分只能由嵌入式系统专家访问。WoT架构每层的总体目标首先是将这一发展与Web开发人员和技术熟练的业余爱好者结合。因此，它将物联网服务和应用程序的开发和使用带给最终用户，使他们能够根据需要创建简单的服务和应用程序。
2.3物联网和基于Web的物联网平台服务
随着对自适应和智能服务应用的需求不断增加以及维护物联网成本的降低，未来可能部署多种多样的物联网环境。在这种物联网环境中，访问异构物联网事物通信的方式以及从各种物联网事物或装置集成数据的方式非常重要。许多有关无线传感器网络的研究都集中在节能，传感器网络，网络查询等内。在假设各种物联网传感器网络是异构或同质的情况下，他们迫切需要解决诸如计算能力，查询优化和功耗等具体问题。最近，随着物联网和WoT服务的日益激活，关于物联网平台或物联网传感器Web服务的研究一直在普及。图5描述了COSMOS无处不在的传感器网络（USN）中间件体系结构。它由三层组成：传感器网络抽象层，传感器信息处理层和USN服务层。 COSMOS中间件提供各种服务和应用程序所需的一般功能。在这种中间件体系结构中，非常适合在异构物联网，各种服务和应用之间建立一个通用的应用平台。
图4 WoT架构的四个层次
物联网和WoT平台设计涉及结构化方式的体验式应用和服务，以满足用户的特定需求。平台用户的需求不断变化，规划人员也受到这些要求的影响，例如日益复杂的异构系统，快速变化的技术和多学科领域。最近，对协作产品开发进行了深入研究，以帮助规划人员加强决策标识。特别是，分布式协作产品开发系统更多地受到时间和地理上分散的计划人员的更多关注。在协作产品开发系统中已经考虑了许多研究，例如通信工具，信息系统体系结构，产品几何表示，异构IoT或WoT服务，工程IoT应用等。现有的协作式产品开发系统主要侧重于支持协作可视化以及物联网数据的通用访问和组件设计等实践。通过在设计过程中应用分布式协作产品开发系统，在早期计划阶段也可以考虑并解决许多问题。 例如，这些问题是属于其他物联网服务和物联网物件制造能力的组件。 详细的设计是为每个模块和零件指示所有准确的参数。 详细地说，使用工程规范或建模，规划师可以确定每个零件的尺寸，公差，形状和其他参数。 考虑到从供应链角度出发绘制流程的重要性，策划人员还应该再次邀请外部专家进行竞争，
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