物联网信息模型分析

本文第 1 节讨论构建物联网信息模型的需求分析.第 2 节采用 UML 描述一个物联网的信息模型.第 3 节采 用物联网信息模型分析物联网的 3 个特征能力.第 4 节分析存在争议的有关物联网的概念.第 5 节总结全文的 主要观点,讨论后续需要继续研究的问题.

1 物联网信息模型的需求分析 为了保证物联网信息模型能够满足应用需求并解决物联网的理论或技术问题,必须进行较为客观的需求 分析.需求分析的关键是能够把握核心的用例,并且能够把这些核心用例组成一个完整的用例之间的关联结构. 我们把这种综合的用例结构称为抽象用例模型.

根据 ITU-T 给出的物联网定义和相关的特征与需求描述[3],我们抽象出了物联网参与方和与参与方关联的 操作,以此构成物联网的抽象用例模型.由于主要侧重于物联网定义和与应用相关的特征与需求,所以可以从物 联网信息采集、传递、融合、处理和应用角度形成的物联网操作的抽象模型,就可以直接关联于物联网信息模 型相关的类以及方法.物联网抽象用例模型为构造物联网信息模型提供了必要的依据.物联网抽象用例模型描 述了物联网的抽象操作和抽象参与方,物联网的抽象参与方可以在进一步细化之后形成物联网的角色.

图 1 给出了一个基于 UML 的物联网抽象用例模型,包含 4 类物联网抽象用例(抽象操作)和 4 类物联网抽 象参与方.其中,物联网物品感知、物联网数据管理、物联网服务提供、物联网隐私保护是 4 类物联网必须提 供的基本抽象操作,这样归纳的物联网抽象操作可以包括物联网面向应用的基本特征和需求.

• 物联网物品感知抽象操作是可以应用于所有物联网应用领域的基本操作,包括连接现实世界的物品 (简称为现实物品)、感知现实物品状态以及执行对现实物品的控制.其中,执行对现实物品控制的操作 属于物联网物品感知中的可选操作,仅适用于具有接收控制指令的现实物品.

• 物联网数据管理抽象操作作为物联网的基本操作,可以应用于物联网所有应用领域,包括获取、传送、 存储、融合、处理现实物品的数据.这类物联网抽象操作属于物联网特有的基本操作,也是物联网不同 于现有其他网络的特征操作. 

• 物联网服务提供抽象操作可以应用于物联网所有应用领域,包括服务供应商主动提供物联网相关服 务以及用户自主调用物联网服务.

• 物联网隐私保护的抽象操作是物联网信息模型中必须具有的操作,包括采用信息安全技术隐藏现实 物品相关的隐私信息,或者直接删除现实物品相关的隐私信息.这类操作不同于一般系统中可选的安 全操作,隐私保护是物联网信息模型中必须具备的操作类.我们在后面的章节中可以看到:物联网信息 模型通过物联网信息实体类中相关的约束条件实现隐私保护.对隐私保护抽象操作的这样建模方式, 主要基于两个方面的考虑.其一,从需求分析角度来看,隐私保护是物联网外部参与方(即现实物品)直 接关联的操作,但这仅仅是现实物品要求的操作,并不是现实物品可以直接实施的操作.该操作需要通 过其他抽象操作来实施.其二,从功能的实现和部署角度来看,这些隐私保护操作将作为封装物联网信 息实体内与物联网信息实体内部敏感信息的操作相关,并需要根据不同操作方的权限进行具体设定 的操作.所以,隐私保护抽象操作不是单独存在的,而是包含在其他 3 个基本操作内部的基本操作.  这些物联网抽象操作都是物联网外部可以观察到的操作.为了论证这些物联网抽象操作的外部可观察性, 需要引入并描述与这些物联网抽象操作相关的物联网抽象参与方.  图 1 描述了与物联网抽象用例相关联的 4 类物联网抽象参与方,即物联网用户、物联网服务供应商、物联 网数据管理员以及现实物品.

物联网网关

• 物联网用户表示所有订购或使用物联网服务的物联网外部实体.订购物联网服务的用户和使用物联 网服务的用户可以分离,订购物联网服务的用户并不一定使用物联网服务.这样,物联网用户就可以包 括具有智能的物品.物联网用户关联于物联网服务提供抽象操作.

• 物联网服务供应商表示所有直接或间接提供物联网服务的物联网外部实体,物联网服务供应商内部 可以形成一个完整的物联网服务提供的生态系统.这种服务供应商内部的生态系统属于物联网商业 模型讨论的内容,这里不再详细讨论.物联网服务供应商关联于物联网服务提供抽象操作.

• 物联网数据管理员表示所有提供物联网数据采集、传递、存储、融合、处理和应用的管理或控制的 物联网外部实体.这是现有互联网没有而物联网特有的一类参与方,这类数据管理员并不一定是服务 提供商,可以是第三方提供专业数据管理的机构.物联网数据管理员关联于物联网数据管理抽象操作.

• 现实物品表示物联网可以直接感知并且能够采集其信息,传递、存储、融合、处理和应用其数据,并且 总是能够追溯到信息采集源的物联网外部实体.现实物品也就是物联网直接连接的现实物理世界的 物品.现实物品既关联于物联网信息感知抽象操作,又关联于物联网隐私保护抽象操作.  物联网抽象用例模型可以作为构建和验证物联网信息模型的基础.物联网抽象用例模型的扩展和细化将 构成具体验证物联网物品感知、数据处理以及服务提供信息模型的基础.以上有关物联网抽象用例模型的部分 研究结果已经提交国际电信联盟标准化部(ITU-T)的物联网通用需求建议草案,并且已经被接纳.