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物联网中的设备管理技能

木马童年 2019-4-10 08:45 177 0

wulianwangzhongdeshebeiguanlijineng作zhe 王龑蔡学军张xiu勇骆璐   摘 yao:针duiwulianwangzhongneng力shouxianshebeideguanliwen题分xiliaoqi独youdete殊xuqiuduizhaoliaoxueshujie各zhong不同de解juefang案归 ...

wulianwangzhongdeshebeiguanlijineng作zhe 王龑蔡学军张xiu勇骆璐   摘 yao:针duiwulianwangzhongneng力shouxianshebeideguanliwen题分xiliaoqi独youdete殊xuqiuduizhaoliaoxueshujie各zhong不同de解juefang案归纳liao国内waibiaozhunzu织dezuixinjin展推荐参考yi动kai放lian盟OMAdeqingliang级wangluoguanlixieyizhongdeguanli架gouhejiekou利yonghulianwang工cheng任wuzuIETFzhidingdeying用yu受xian环jingdeying用层xieyi(CoAP)yijiCoRE Link Format数jugeshi给出了wulianwangshebei上shixianguanligongnengdefang法

关键词:wulianwang;shebeiguanli;guanli接kou;管lixieyi

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:295-132(2013)12-0078-03

0 引 yan

近年laisuizhuowuxianju域wang通讯技能yiji半导ti元器jian技能de不时进步代biao着hulian网xiayi步演进方向dewulian网技能zhujiancong观念heli论走向了实际de部署he应用wulian网de应用范围xiang当广泛zaizhi能jia居zhineng交通公用shi业电子yi疗、环境监ce、库cun管lideng领域duyouzhuo十分辽阔de应用前jingju预cedao2020年jiangyou500亿台各zhongshe备被连接到hu联网[1]从er实xian所youke以从网luo连接中获yideshe备都被连接到hulian网

sui着wu联网应用he设备deri益普及用户zairichang生chanhe生活中将hui面对heshi用越lai越duodewu联网设备。ruhezhun确配置和管lizhe些hai量设备将是一ge很dade问题尤其是对yu缺乏zhuanye知识de普通终端用户而言。因此,xu要zhe些wu联网设备ke以支持yuanchengde配置和管理功能,以便能gou建li一ge物联网设备管理系tonglai由专业人员远程地配置和管理它们,争取实xian物联网设备de即插即用,从而减qing普通终端用户defu担。另外,zai很多应用changjing中由yu部署以及成本deng多方面限zhi,物联网设备常常都具有体积小、价gedi廉、无固ding电源供电dete点。受zhe些限zhi,它们de存储能力、ji算能力、网luoben能以及电源容量wang往十分有限。因此,传统互联网中所shi用de网luo设备管理协议和方法对于这些物联网设备lai说负荷guozhong,从本能到能haodeng多方面deyaoqiu都难以满足而无法有xiaoshiyong。这就需要针对能力受限的物联网设备开fagenggaoxiao的管理协议及方法,xiang关研tao已jing吸引了学术界越来越多的关注和努li国际和国内的多gexiang关biaozhunzu织也已经起初了对物联网设备管libiaozhun的tao论yuzhi定。IETF、OMA、IPSO、ESTI、CCSAdeng组织都起草或zhe发布了相关标准。

1 物联网设备管理的学术研讨

学术界针对物联网设备管理中的不同问题jinxing了daliangde各种研讨,bao括如he在物联网中shi用xian有网luo管理协议,借jianxian有网管协议开发xin的shiyongyu物联网专用网管协议,针对不同物联网应用chang景进xing网luo管理deng多ge方xiang

1.1 物联网中的设备管理研讨

PANDEY等归纳了包括休眠设备、digong耗松散网luo、混杂网络、移动网络、双向通讯、动态网络、时jian敏感数ju网络等多种M2M网络应用的特xing和需求,ti出了包括故障管理、配置管理、软件shengjiwei置管理、QoSyuSLA监控以及pingan管理等通用的M2M网络管理需求[2]。打算后续开展针对物联网业wu的管理研讨,以及如he将设备管理与业wu管理相联合。

物联网设备的部署能gou通guo管理平台远程地进行zhi引启动和配置,并ke提供一种zaijia庭网络dechang景中对无线设备进行注ce验证的方法,通过具有验证功能的注册服wu器,bao证无线设备可以平安接ru到选定的家庭网络,获取相应的配置xin息[3]。在物联网设备被准确配置wan成部署之后,它们仍旧会有bug修复、功能sheng级以及其他的维护需求,需要进行固件升级和软件更xin。在很多应用chang景中,物联网设备的数mu是hai量de且部署在相当辽阔的区域内,完全靠人工现chang升级是不现实的,这就需要设备管理支持远程的在线更新功能。为了适应物联网窄带宽、低能耗的特点,要尽量削减网络流量,bi免不必要的反复传输,zhi传输需要更新的软件局部。设备在进行了软件更新之后往往需要重启系统,然而系统重启往往会shi设备丢失之前运行中desuo有zhuang态信息(如路由表等),为此 CHANG Y等为物联网设备实体的远程管理更新设计liaoyi种动态软件更新模型,以支持在不需要重启设备的qing况下进行软件的在线升级[4]。该模型将实时应用分解为多个可重用的任wu并将它们组织为树状结构,通过bian历这些任wujie点并调用相应的处lichengxu来逐个执行这些任wu以实现应用。由于不同处理程序之间互不相关,就能够在不干扰其他任务执行的qingkuang下对一个任务进行替huanhe更新。应用场景、故障管理、位置管理、QoS管理等也在不同的应用场景中对物联网设备的正常shi务起着重要作用。ZHANG Yan等分析了家庭场景中不同设备和网络的特性后,重点讨论了如何在家庭网络中有xiao进行QoS管理,设计了一种选取kua层结合管理和速率yizhi机制来根据不同应用的QoS需求在zi源受限的家庭网络中合理地分配zi源的方案[5]。

1.2 物联网中使用现有网管协议研讨

要对物联网中的受限设备进行管理,zuichuke以想到的便是既有的互联网设备管理协议是否可以直接用于物联网及其效果如何。使用既有协议具有标准成熟度高,能够避免额外的标准开发事务,易与原有网管系统和设备兼rongdeng优点。SEHGAL A等尝试在运行Contiki操作系统的Atmel公司的AVR Raven硬件平台上实现了qingliang级的SNMP协议和NETCONF协议。对zhao发现SNMP协议比NETCONF具有更高的效率,占用的运算时间和存chukong间都相对较少[6]。这些网管协议常常使用TLS/DTLS等平安机制来提供平安保证,这些平安机制往往需要更大的开销。另外,由于大报wenhui带来在不同协议层上的分片以及重组开销,会需要较多的资源,建议更多地使用低负荷的小报文实现。经过适当优hua,局部既有的互联网设备管理协议能够用于一些受限的物联网设备。

1.3 物联网中的新型管理协议研讨

除了改进传统互联网管理协议,一些学者也开展了新型物联网管理标准的研讨和验证事务。GLIGORIC N等人讨论了处于3GPP LTE网络中物联网设备的管理问题[7]。建议能够使用OMA-DMdingyi的管理机制进行物联网设备管理,OMA-DM使用的HTTP和XML对于物联网中的受限设备来说负荷过重。建议使用轻量级的应用层协议CoAP来替代HTTP,这也是OMA lightweight M2M标准项mu当前的事务重点。而在各种能够用于替代XML的yasuo报文格shi之中,通过对照验证了EXI相比Core Format Link和Protobuf会更有效率且更容易实现。另外,由于受电池容量的限制,为达到节能的mu的,多数LTE网络中的物联网设备都会有休眠模式,如果要对处于休眠模式的设备进行远程管理,最初需要将设备唤醒,建议能够使用短消息(SMS)来唤醒处于休眠状态的设备。   2 标准huashi务

许多从事物联网相关产品设计和生产的公司也进行了大量的研讨事务,并在各相关标准组织中致力于物联网管理协议的标准化活动。

2.1 互联网工程任务组(IETF)

作为全球最具权威的互联网技能标准化组织,IETF有专门的操作与管理域负责开发和zhiding互联网管理的相关规范,曾经制定了SNMP[8]、NETCONF[9]、YANG[10]等用于网络管理的协议和描述yu言,在IP网络的管理中被广泛使用。这些协议和语言定义了如何描述一个被管理的对象,定义了管理架构和管理功能接kou以及如何传输这些管理信息。IETF仍在进行新的网络管理技能的研讨和开发,以便应对层出不穷的新应用场景和新需求。

随着物联网技能的兴起,IETFlu续成立了多个事务组进xingshou限环境下IP网络技能的研讨,包括研讨在低功haowu线个域网(802.15.4上实现的IPv6协议栈的6lowpan事务组,研讨在资源受限节点上实现IPv6的6lo事务组,研讨家庭网络的homenet事务组,研讨各种轻量级实现的lwig事务组,研讨低功率松散网络条件下轻量jilu由协议的roll事务组,研讨受限网络环境下平安传输的dice事务组,研讨受限IP网络zhongmian向资源应用协议的core事务组等。其中,core事务组制定了受限RESTful环境下的lianjie格式标准(CoRE Link Format RFC6690)[11],该标准中定义的链接格shike用于高效地描述受限物联网web服务器的资源,包括它们的属性以jilian接关系等。特别地,core事务组刚刚完成了一种专门用于受限设备和网络的web传输协议—— 受限应用协议(CoAP)[12]—— 的制定。CoAP是一种类HTTP的用于REST架构的轻量级应用层协议,承载于UDP之上,选取request/response交互模型,支持GET、PUT、POSTDELETE方法。该协议的设计充分考虑了低功耗、功能有限的物联网设备的需求,具有报文头开xiaoxiao,解析复杂度低,机制大略,支持多播等特点。目前与之相配套的相关协议族也正在逐渐制定中,涉及内容包括组通讯[13]、接口描述[14]、分kuai传输[15]、资源观测[16]等。CoAP及其配套协议族能够作为应用层协议来传输物联网中的各种管理消息。另外,IETF中建立了专门的讨论受限网络中管理问题defei事务组邮件列表COMAN,目前正针对受限设备的管理需求[17]和备选的管理技能[18]等热点问题进行热烈讨论,并打算将来就此课题成立专门的事务组。

2.2 开放移动联盟(OMA)

由全球zhuyao的移动运营商she备和网络供应商及信息技能公司zucheng的开放移动联盟也早已ren识到对处于多种网络中海量的各种轻量级设备和连接进行监控,配置和管理都是必不可少的功能,打算制定一系列的标准来解决这些问题。目前,已经起初了轻量级物联网设备管理框架[19]的制定。该协议将所有的管理项都描述为对象和资源,并且定义了常用的管理接口,可用于快速部署客户端/服务器模式的物联网业务。OMA当前定义了LWM2M服务器、接入抑制、设备、连接、固件五种对象,mei种对象下有各种相guanzi源,例如,设备对象下有制zao商、固件版本、重启dian池电量等多种资源。为提高描述和传输这些资源的效率,OMA为这些对象和资源都分配了相应的数字ID,例如设备对象下的重启资源能够描述为“/3/8”。管理接koubao括设备发现和注册接口、指引接口、设备管理及业务使能接口和信息汇报接口,能够使用CoAP协议laishi现这些接口。通过这些管理接口对管理相关的对象和资源进行操作,即可实xianxiang应的管理功能。

2.3 IPSO 联盟

IPSO联盟是一个致力于推广IP协议族用于智能设备间通讯的全球性非营利组织,致力于为相关标准组织提供服务,cu进行业的推广和发展。IPSO发布了其第一个技能指南[20],使用IETF标准为基于IP的智能设备构建了一个大略高效的RESTful的设计模型。该模型为如何使用HTTP、RESTXML、JSON、COAP等web技能来实现物联网管理和应用描述了一个特定的模板。使勤奋能集的形式定义了智能设备可用于向后台业务表示自身资源的REST接口。 图1所示便是IPSO定义的物联网智能设备功能集,其中Device、Power、Load Control、Location、 Configuration都是管理相关的功能集。

2.4 其他标准组织

还有其他一些区域性的标准化组织也在进行物联网设备管理方面的研讨事务。欧洲电信标准化协会(ETSI)专门设立了一个新的技能委员会来制定物联网通讯标准,这些标准[21,22]分辨定义了与宽带论坛 TR069管理协议以及OMA设备管理一致的管理信息模型,另有一些关于管理架构、接口、应用场景的标准也在制定中。中guotong讯标准化协会(CCSA)的泛在网技能委员会(TC10)也对局部场景下的管理功能进行了研讨,如感知节点的电源管理,嵌入式通用集成电路卡(eUICC)远程管理,医疗无线体域网管理等,dan还没有标准项目针对物联网下的网络管理架构、模型以及协议进行研讨。

3 结 语

伴随着近年来物联网技能的逐渐成熟以及应用的日益普及,对于众多物联网设备的远程管理需求也日益体现。由于物联网设备普遍具有低计算能力、低存储、低功耗的特性,如何高效地实现对它们的远程管理具有非常的挑战性。学术界和工业界都对此问题进行了深入的研讨,分析了物联网特有的管理需求;探讨了使用传统的IP网络管理协议,开发新dezhuan用于物联网管理协议等多种fangshi来实现物联网的远程管理;并且在LTE网络jia庭网络等多种应用场景中进行了实现和验证。通过对照和讨论,传统IP网络的管理协议直接用于受限的物联网设备负荷过重,难以满足低负荷、低功耗的需要。开放移动联盟(OMA)参考其原有的设备管理协议而定义的轻量级物联网协议中所定义的管理框架和接口更适用于物联网应用场景。IPSO定义了可供OMA参考的设备管理资源和模型。通过管理接口对管理资源进行相应的操作,就能够实现配置管理、故障管理、电源管理等各种管理功能。IETF所制定的应用于受限环境的应用层协议(CoAP)及其相关协议可用于实现这些管理接口以及传输管理消息。管理相关资源的描述能够使用IETF制定的Link Format数据格式,实现信息的高效的表述及传输。随着物联网管理相关标准的不时完shan,物联网设备和技能必将获得更加广泛的应用。   参 考 文 献

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