應(yīng)用層提供互操作性的現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)源方法

這個(gè)由多個(gè)部分組成的系列滿足了對(duì)支持物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 以及建筑物、企業(yè)和消費(fèi)者的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的單一語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型的需求。這樣的模型必須簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)即插即用的互操作性和跨行業(yè)的普遍采用。

“標(biāo)準(zhǔn)的好處是你有很多選擇;此外，如果你不喜歡其中任何一個(gè)，你可以等待明年的模型。

社區(qū)驅(qū)動(dòng)的元數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)方法

我們都已經(jīng)習(xí)慣了看似無(wú)休止的新協(xié)議、計(jì)劃和聯(lián)盟，所有這些都旨在迎來(lái)無(wú)處不在的傳感和控制時(shí)代——我們都一直在等待的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。

到目前為止，您會(huì)認(rèn)為我們已經(jīng)確定了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通用連接層，但是有些技術(shù)因素對(duì)找到通用的可互操作連接解決方案構(gòu)成了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。在成本、無(wú)線電范圍、數(shù)據(jù)速率和功耗之間進(jìn)行權(quán)衡，很難找到一刀切的答案。

連接層中涉及的許多“物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)”聯(lián)盟正走向高地（到應(yīng)用層，一切都是軟件，物理定律不適用）。雖然應(yīng)用層中的設(shè)備互操作性尚未成熟，但該層中的企業(yè)對(duì)企業(yè)（B2B）互操作性在20多年前通過(guò)電子數(shù)據(jù)交換（EDI）得到了解決，盡管并不完美。

我們現(xiàn)在看到“物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)”和“業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)”聯(lián)盟在應(yīng)用層內(nèi)的互操作性中心點(diǎn)上融合在一起。對(duì)于可管理性，本系列將重點(diǎn)介紹九個(gè)聯(lián)盟的語(yǔ)義互操作性方法，這些聯(lián)盟共同：

跨越 OSI 模型的連接層和應(yīng)用層（圖 12）

解決五個(gè)相互關(guān)聯(lián)的行業(yè)的大多數(shù)用例：住宅和建筑、能源、零售、醫(yī)療保健和運(yùn)輸與物流（圖 13）

圖 12.OSI 層中的聯(lián)盟互操作性方法。

圖 13.按行業(yè)劃分的聯(lián)盟語(yǔ)義工作。

藍(lán)牙

藍(lán)牙（Bluetooth.com）是一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于短距離交換數(shù)據(jù)，由藍(lán)牙特別興趣小組（SIG）管理，該小組擁有30，000多家成員公司。在消費(fèi)者層面，支持藍(lán)牙的設(shè)備是高度受限設(shè)備之間應(yīng)用層互操作性的最普遍示例。

建立藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)后，一個(gè)設(shè)備充當(dāng)主設(shè)備的角色，而所有其他設(shè)備充當(dāng)從設(shè)備?；舅俾?增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率 （BR/EDR） 版本，藍(lán)牙“經(jīng)典”，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能夠以節(jié)能的方式發(fā)送穩(wěn)定的高質(zhì)量數(shù)據(jù)流（即音樂(lè)）。較新的低功耗（LE）版本藍(lán)牙智能更適合物聯(lián)網(wǎng)和傳感器，并且建立在使用通用屬性或GATT的全新開(kāi)發(fā)框架之上。

配置 文件– 要使兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可互操作，它們必須支持相同的配置文件。藍(lán)牙有自己的一組應(yīng)用層配置文件，這些配置文件目前圍繞著傳統(tǒng)上由經(jīng)典藍(lán)牙（即耳機(jī)、揚(yáng)聲器、鼠標(biāo)）實(shí)現(xiàn)的熟悉的“外圍”角色。智能藍(lán)牙支持 GATT 配置文件，可將角色和用例擴(kuò)展到個(gè)人健身和醫(yī)療保?。ɡ?，血壓、心率傳感器、溫度計(jì)、體重秤）。GATT 定義了一個(gè)分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)向連接的智能藍(lán)牙設(shè)備公開(kāi)。每個(gè)配置文件都描述了一個(gè)用例、角色和基于 GATT 功能的一般行為。

雖然目前市場(chǎng)上有藍(lán)牙智能照明產(chǎn)品，但沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用層協(xié)議來(lái)提供多供應(yīng)商互操作性。但是藍(lán)牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)，為與Thread和Zigbee相同的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用例進(jìn)行射擊;隨之而來(lái)的肯定會(huì)帶來(lái)一組擴(kuò)展的GATT配置文件，從外圍設(shè)備到家庭和建筑用例，如照明，HVAC等。

分配號(hào)碼 –藍(lán)牙將標(biāo)識(shí)符分配給與配置（公司、設(shè)備）和語(yǔ)義（度量單位、數(shù)據(jù)類型）相關(guān)的各種對(duì)象。

一般事務(wù)1

GS1（GS1.org）是一個(gè)全球性組織，致力發(fā)展及維持全球使用最廣泛的供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。超過(guò)100萬(wàn)家用戶公司每天在150個(gè)國(guó)家使用GS1標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行超過(guò)60億筆交易。

GS1在應(yīng)用層內(nèi)發(fā)展了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，支持業(yè)務(wù)關(guān)鍵型資訊（包括事務(wù)性、產(chǎn)品及可視性事件數(shù)據(jù)）的互操作交換。這些標(biāo)準(zhǔn)主要涉及零售、醫(yī)療保健和運(yùn)輸與物流行業(yè)內(nèi)貿(mào)易伙伴之間的數(shù)據(jù)交換。

GS1的「全球商業(yè)語(yǔ)言」連接物理世界和數(shù)字世界，為物聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)擴(kuò)展其標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，GS1可發(fā)揮關(guān)鍵作用，加快「事物」的識(shí)別、互聯(lián)及互操作，成為業(yè)界對(duì)企業(yè)、人與物的全球語(yǔ)言。

歐洲專利局信息服務(wù)（EPCIS），核心業(yè)務(wù)詞匯（CBV）– EPCIS是GS1標(biāo)準(zhǔn)，最初基于RFID技術(shù)，使不同的應(yīng)用程序能夠創(chuàng)建和共享有關(guān)物理或數(shù)字對(duì)象的“可見(jiàn)性事件數(shù)據(jù)”。其主要用例是供應(yīng)鏈可追溯性，使貿(mào)易伙伴能夠在整個(gè)供應(yīng)鏈中共享有關(guān)產(chǎn)品的物理移動(dòng)和狀態(tài)的信息。它有助于回答“什么、在哪里、何時(shí)以及為什么”的問(wèn)題，以滿足消費(fèi)者和監(jiān)管部門(mén)對(duì)準(zhǔn)確和詳細(xì)產(chǎn)品信息的需求。一個(gè)新興的用例是物聯(lián)網(wǎng)。

CBV提供用于填充EPCIS數(shù)據(jù)方案的核心語(yǔ)義，以確保可互操作的數(shù)據(jù)交換，從而減少不同企業(yè)表達(dá)共同意圖的方式的變化。

全球產(chǎn)品分類 （GPC） 和智能搜索 – GPC 根據(jù)產(chǎn)品的基本屬性及其與其他產(chǎn)品的關(guān)系對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類。從露營(yíng)設(shè)備到鞋類，家用電器到玩具，都有GPC標(biāo)準(zhǔn)。

SmartSearch是GS1的外部擴(kuò)展詞匯，schema.org，預(yù)計(jì)將提供更豐富的在線產(chǎn)品描述，供網(wǎng)頁(yè)搜索使用。調(diào)和這兩個(gè)詞匯之間的差異仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

Global Data Synchronization Network （GDSN） – GDSN is an Internet-based， interoperable network that enables trading partners to synchronize GPC-compliant product data based on a global registry of data stores associated with trading partner relationships.

電子數(shù)據(jù)交換 –GS1 EDI為供應(yīng)鏈中發(fā)生的業(yè)務(wù)交易的電子訊息提供全球標(biāo)準(zhǔn)，包括訂單、裝運(yùn)及付款對(duì)象。GS1有三套補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)家海洋通信委員會(huì)、XML和聯(lián)合國(guó)/簡(jiǎn)化手續(xù)中心XML。

識(shí)別碼 –識(shí)別碼是GS1結(jié)構(gòu)的全球唯一標(biāo)識(shí)符，適用于公司、貿(mào)易項(xiàng)目、位置、集裝箱和資產(chǎn)。它們用于GS1條形碼和EPC / RFID，并用于識(shí)別EPCIS事件和EDI交易中的物體。

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組

IETF（IETF.org）是一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員、運(yùn)營(yíng)商、供應(yīng)商和研究人員組成的全球社區(qū)，他們關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行和架構(gòu)演進(jìn)。IETF 的評(píng)論請(qǐng)求 （RFC） 文檔系列包含有關(guān) Internet 的技術(shù)和組織說(shuō)明，包括協(xié)議、過(guò)程和概念。

可擴(kuò)展配置協(xié)議 （EPP） – EPP （RFC 5730-RFC 5734） 是一種應(yīng)用層、客戶端-服務(wù)器協(xié)議，用于配置和管理存儲(chǔ)在共享中央存儲(chǔ)庫(kù)中的對(duì)象。該協(xié)議在 XML 中指定，它定義了通用對(duì)象管理操作和將協(xié)議操作映射到對(duì)象的可擴(kuò)展框架。

EPP 協(xié)議套件當(dāng)前包含 Internet 域和主機(jī)對(duì)象類的基本協(xié)議規(guī)范和語(yǔ)義，以及與個(gè)人和組織關(guān)聯(lián)的“聯(lián)系人”標(biāo)識(shí)符。EPP最初是為了使銷售在線身份服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)商能夠更有效地訪問(wèn)中央域名注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)而開(kāi)發(fā)的。其他對(duì)象類的規(guī)范可以根據(jù)需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)委員會(huì) （IAB） 為 IETF 提供架構(gòu)監(jiān)督。2016 年，IAB 組織了一次物聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)義互操作性 （IOTSI） 研討會(huì)，以評(píng)估當(dāng)前元數(shù)據(jù)模型中的差距。

對(duì)象管理組

OMG（OMG.org）專注于實(shí)現(xiàn)軟件互操作性的建模和基于模型的標(biāo)準(zhǔn)。OMG管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）并開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS），這是IIC連接框架內(nèi)的“核心連接標(biāo)準(zhǔn)”。OMG還管理統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML），用于對(duì)應(yīng)用程序，業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。

OMG的醫(yī)療保健領(lǐng)域工作組正在與健康級(jí)別七（HL7）一起開(kāi)發(fā)一套醫(yī)療保健互操作性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)模型驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)，支持傳統(tǒng)接口協(xié)議，同時(shí)與當(dāng)前的行業(yè)最佳實(shí)踐保持一致。

2017年，OMG接管了全國(guó)零售聯(lián)合會(huì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ARTS）的所有權(quán)和管理權(quán)，并成立了一個(gè)新的ARTS零售領(lǐng)域工作組。這些標(biāo)準(zhǔn)包括 ARTS 數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一交換機(jī)、拓?fù)溥壿?、A2A 消息傳遞和業(yè)務(wù)流程管理。

藝術(shù)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)模型 – ARTS ODM 是一種關(guān)系數(shù)據(jù)模型，它包含數(shù)百個(gè)支持零售業(yè)務(wù)操作的事務(wù)和主數(shù)據(jù)對(duì)象類。

統(tǒng)一POS （統(tǒng)一操作系統(tǒng)） –UPOS 是全球采用的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，包括用于 30 多個(gè)銷售點(diǎn) （POS） 外圍設(shè)備類別（例如，現(xiàn)金抽屜、收據(jù)打印機(jī)等）的 UML 定義的數(shù)據(jù)模型。這些數(shù)據(jù)模型可在 UPOS 控制層和服務(wù)層內(nèi)互操作。

開(kāi)放連接基金會(huì)

OCF（OpenConnectivity.org）已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備最大的工業(yè)連接和互操作性標(biāo)準(zhǔn)組織之一，擁有300多家成員公司。OCF由開(kāi)放互連聯(lián)盟（OIC）和全能聯(lián)盟于2016年合并而成。在合并之前，OIC收購(gòu)了UPnP論壇的資產(chǎn)，該論壇制定了UPnP管理和控制規(guī)范。

OCF規(guī)范解決了與Zigbee Dotdot相同的互操作性層，并包括一個(gè)具有RESTful交互的通用資源和安全模型。物聯(lián)網(wǎng)是 OCF 規(guī)范的開(kāi)源參考實(shí)現(xiàn)。

模型– OCF 的對(duì)等 （P2P） RESTful 體系結(jié)構(gòu)基于創(chuàng)建、讀取、更新、刪除、通知 （CRUDN） 操作，這些操作使用描述基本資源和由這些資源組成的設(shè)備的簡(jiǎn)單、開(kāi)放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（模型）安全地進(jìn)行通信。oneIoTa是一個(gè)開(kāi)放式工具，用于開(kāi)發(fā)和管理OCF和其他組織的模型以及它們之間的映射。雖然OCF已經(jīng)為支持家庭和建筑用例的設(shè)備類開(kāi)發(fā)了自己的模型，但它正在與個(gè)人互聯(lián)健康聯(lián)盟（PCHA）合作，用于醫(yī)療保健和EEBus用于能源。

干草堆計(jì)劃

Haystack項(xiàng)目（Project-Haystack.org）是一個(gè)開(kāi)源社區(qū)，旨在解決應(yīng)用層內(nèi)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)建模挑戰(zhàn)。它開(kāi)發(fā)了一種數(shù)據(jù)建模方法、標(biāo)記庫(kù)（分類法）、REST 通信協(xié)議和參考實(shí)現(xiàn)。

Project-Haystack的愿景是通過(guò)創(chuàng)建一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)定義“數(shù)據(jù)語(yǔ)義”和相關(guān)服務(wù)以及API來(lái)使用和共享數(shù)據(jù)及其語(yǔ)義描述符，從而簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的使用。

標(biāo)簽– Haystack 項(xiàng)目采用了一種簡(jiǎn)單、靈活的標(biāo)記方法，可用于從 Excel 電子表格和 CSV 文本文件到嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)表、XML 表示、Web 服務(wù)等的媒體。

Schema.org

Schema.org 由搜索引擎運(yùn)營(yíng)商于2011年推出，用于創(chuàng)建和管理一組用于網(wǎng)頁(yè)上結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)標(biāo)記的通用語(yǔ)義架構(gòu)。該標(biāo)記使搜索引擎能夠按定義的實(shí)體、其屬性和關(guān)系搜索和聚合 Web 內(nèi)容。

本體 – Schema.org 本體最初是為基于頂級(jí)對(duì)象類的常見(jiàn) Web 內(nèi)容開(kāi)發(fā)的。人們?cè)絹?lái)越重視通過(guò)廣泛的社區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建的本體擴(kuò)展。與作為 schema.org 本身的一部分進(jìn)行審核、版本控制和發(fā)布的托管擴(kuò)展（例如，bib.schema.org、auto.schema.org 等）不同，schema.org 的外部擴(kuò)展（例如，gs1.org/voc/ 對(duì)于豐富的產(chǎn)品描述）是完全獨(dú)立的，并且具有自己的工作流、審閱流程和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

建議的 iot.schema.org 托管擴(kuò)展旨在將物聯(lián)網(wǎng)和非物聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)義詞匯合并到可持續(xù)且可擴(kuò)展的本體中，迫使物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與使用數(shù)據(jù)的工具，產(chǎn)品和應(yīng)用程序分離。

開(kāi)放集團(tuán)

開(kāi)放集團(tuán)（OpenGroup.org）管理企業(yè)架構(gòu)框架的開(kāi)放集團(tuán)架構(gòu)框架（TOGAF）標(biāo)準(zhǔn)，并為其500多個(gè)成員組織提供論壇，以促進(jìn)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和全球互操作性的企業(yè)集成。

開(kāi)放集團(tuán)醫(yī)療保健論壇旨在促進(jìn)互操作性，以交換關(guān)鍵的健康和醫(yī)療保健數(shù)據(jù)。開(kāi)放平臺(tái)3.0論壇正在為數(shù)字平臺(tái)制定互操作性標(biāo)準(zhǔn)，考慮移動(dòng)性，分析，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的融合。

開(kāi)放數(shù)據(jù)元素框架 （O-DEF） – O-DEF 是一個(gè)總體語(yǔ)義框架，可以作為“插件”容納行業(yè)特定的語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)。其“核心索引”包括頂級(jí)對(duì)象類、屬性（特性）和數(shù)據(jù)類型。由Open Group和其他組織開(kāi)發(fā)的插件可以擴(kuò)展“核心索引”以支持特定的用例和行業(yè)。

開(kāi)放式數(shù)據(jù)框架 （O-DF） –O-DF 是一種開(kāi)放組物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，支持可互操作的數(shù)據(jù)交換。對(duì)象標(biāo)識(shí)符使得鏈接有關(guān)可能位于不同信息系統(tǒng)中的單個(gè)事物的數(shù)據(jù)成為可能。

齊格比聯(lián)盟

Zigbee（Zigbee.org）長(zhǎng)期以來(lái)一直與其基于2.4 GHz IEEE 802.15.4的網(wǎng)絡(luò)堆棧相關(guān)聯(lián)，現(xiàn)在稱為“Zigbee PRO”。ZigBee規(guī)范定義的技術(shù)旨在比其他無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPON）（如藍(lán)牙或Wi-Fi）更簡(jiǎn)單，更便宜。2013年，基于6LoWPAN的“Zigbee IP”被添加，針對(duì)智能電網(wǎng)市場(chǎng)。還有“Zigbee RF4CE”，它為消費(fèi)者環(huán)境提供射頻控制。Zigbee擁有400多家成員公司和1，300多種使用其技術(shù)的認(rèn)證產(chǎn)品。

群集庫(kù) – Zigbee 集群庫(kù) （ZCL） 定義并編目了大型設(shè)備集合的互操作方式，并代表了 10 多年的協(xié)作工作。此目錄提供了設(shè)備屬性的細(xì)粒度細(xì)分，涵蓋了廣泛的設(shè)備類別（例如，HVAC，照明等）和行業(yè)（例如，家庭和建筑，零售，醫(yī)療保健，能源等）。

多點(diǎn) – Zigbee聯(lián)盟最近宣布了一種新的“物聯(lián)網(wǎng)通用語(yǔ)言”，名為Dotdot，將ZCL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與連接層分離。多點(diǎn)的 ZCL 傳統(tǒng)使 Zigbee 在應(yīng)用層中定義對(duì)象和操作方面有了一個(gè)良好的開(kāi)端。

這些應(yīng)用層定義與網(wǎng)絡(luò)和物理層連接之間的分離非常重要。在此之前，擁有“Zigbee認(rèn)證產(chǎn)品”意味著它在應(yīng)用層以及Zigbee網(wǎng)絡(luò)和物理層上符合要求?，F(xiàn)在，有可能擁有在應(yīng)用層兼容但具有不同物理層的Doddot兼容設(shè)備。

Zigbee已經(jīng)開(kāi)始展示Dotdot在不同連接堆棧之間的互操作性（如圖14所示），并在CES 2017上使用Dotdot對(duì)基于線程的設(shè)備進(jìn)行了初步演示。因此，可以想象，消費(fèi)者可以在應(yīng)用程序?qū)幼孴hread設(shè)備與Zigbee設(shè)備進(jìn)行互操作，即使它們不使用相同的連接技術(shù)。在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要在TCP / IP級(jí)別使用某種網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以使Dotdot適應(yīng)所使用的每個(gè)連接層。這種“TCP/IP 級(jí)別的協(xié)議收斂”模式是應(yīng)用層的共同主題［6］。

將應(yīng)用層互操作性與連接層分離的一個(gè)有趣的結(jié)果是“徽標(biāo)混淆”。例如，智能照明產(chǎn)品需要兩個(gè)認(rèn)證：一個(gè)用于“線程認(rèn)證組件”，另一個(gè)用于“Dotdot”。如果我們希望電燈開(kāi)關(guān)直接與燈具通信，我們必須尋找兩個(gè)徽標(biāo)相匹配。這種“雙重標(biāo)志”的情況是否會(huì)混淆市場(chǎng)還有待觀察。

圖 14.聯(lián)盟向可互換的連接層邁進(jìn)。

審核編輯：郭婷