這個系列文章描述了一個單一的語義數(shù)據(jù)模型來支持物聯(lián)網(wǎng)和建筑、企業(yè)和消費者的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 這種模型必須簡單可擴展, 以便能夠在各行業(yè)領(lǐng)域之間實現(xiàn)插件化和互操作性。 對于一個目前從事智能硬件的老碼農(nóng)，覺得這些文字具有積極的參考意義。在這第二部分, 嘗試確定了現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開源方法, 以便在應(yīng)用程序?qū)犹峁┗ゲ僮餍浴?/p>

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"標(biāo)準(zhǔn)的好處在于你有許多的選擇; 

此外, 如果你不喜歡他們中的任何一個, 

可以等待明年的模型。" - Andrew Tanenbaum

應(yīng)對元數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的社區(qū)驅(qū)動方法

已經(jīng)習(xí)慣了一系列看似無止境的新協(xié)議、倡議和聯(lián)盟, 所有這些都是為了開創(chuàng)所有人期待已久的物聯(lián)網(wǎng)時代到來。

到目前為止, 可能已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上建立了一個共同的連接層, 但是有些技術(shù)因素對于尋找一個共同的互操作解決方案提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。 在成本、無線電頻譜范圍、數(shù)據(jù)速率和能源消耗之間進行權(quán)衡, 使得很難找到一個一刀切的方案。

許多"物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)"的聯(lián)盟都涉及到連接層, 它們正朝著高層發(fā)展(在應(yīng)用層上, 一切都是軟件, 物理定律不適用[6])。 雖然應(yīng)用層內(nèi)的設(shè)備互操作性尚未成熟, 但在20多年前就通過電子數(shù)據(jù)交換(EDI)解決了該層內(nèi)的 B2B 互操作性問題, 盡管不是很***。

現(xiàn)在看到的"物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)"和"業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)"聯(lián)盟正在應(yīng)用層內(nèi)互操作性的中心點匯聚。 對于可管理性, 本系列將集中討論9個組織的語義互操作性方法, 它們的共同點是:

• 跨越 OSI 模型的連接和應(yīng)用層(圖12)

圖12 在 OSI 層內(nèi)的聯(lián)合體互操作性方法

• 處理五個相互關(guān)聯(lián)的行業(yè)的大部分用例: 房屋與建筑、能源、零售、醫(yī)療和運輸與物流(圖13)

圖13 行業(yè)組織的語義層努力

藍(lán)牙

藍(lán)牙(Bluetooth.com)是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 用于在短距離內(nèi)交換數(shù)據(jù), 由擁有3萬多家會員公司的藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)管理。 在消費者層面, 藍(lán)牙設(shè)備是高度受限設(shè)備之間應(yīng)用層互操作性最普遍的例子。

當(dāng)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)建立時, 一個設(shè)備為主, 而其他所有設(shè)備為從。 基本速率 / 增強數(shù)據(jù)速率版本稱為經(jīng)典藍(lán)牙, 是一個發(fā)送穩(wěn)定且優(yōu)化的高質(zhì)量數(shù)據(jù)流(即音樂)。 新的低能量版本（BLE）即智能藍(lán)牙,更適合物聯(lián)網(wǎng)和傳感器, 是建立在一個全新的開發(fā)框架，使用通用屬性或GATT。

• 配置文件(Profile):對于兩個可互操作的藍(lán)牙設(shè)備, 它們必須支持相同的配置文件。 藍(lán)牙有它自己的應(yīng)用層配置文件, 目前圍繞著傳統(tǒng)上由經(jīng)典藍(lán)牙(即耳機、揚聲器、鼠標(biāo))實現(xiàn)的"配件"角色。 智能藍(lán)牙支持GATT的配置文件, 它將角色擴展到個人健康和醫(yī)療領(lǐng)域(如血壓、心率傳感器、溫度計、體重秤)。 GATT定義了一種連接藍(lán)牙智能設(shè)備的分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個配置文件描述一個基于 GATT 功能的用例、角色和一般行為。雖然現(xiàn)在市場上有藍(lán)牙智能照明產(chǎn)品, 但是沒有標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用層協(xié)議來提供多個供應(yīng)商的互操作性。 盡管藍(lán)牙Mesh已經(jīng)面世, Thread 和 Zigbee 等等正在爭奪物聯(lián)網(wǎng)的同樣用途; 隨之而來的肯定是一系列GATT的Profile, 不僅限于外圍設(shè)備, 還包括家庭和建筑使用案例, 如照明, 暖通等等。
• 分配數(shù)字——藍(lán)牙將標(biāo)識符分配給與配置(公司、設(shè)備)和語義(測量單位、數(shù)據(jù)類型)相關(guān)的對象。

GS1

GS1(GS1.org)是一個全球性組織, 負(fù)責(zé)開發(fā)和維護世界上使用最廣泛的供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。 使用 GS1標(biāo)準(zhǔn)的150個國家, 每天有超過100萬個用戶公司執(zhí)行超過60億筆交易。

GS1已經(jīng)在應(yīng)用層中開發(fā)了幾個標(biāo)準(zhǔn), 支持可互操作地交換業(yè)務(wù)關(guān)鍵信息, 包括事務(wù)、產(chǎn)品和可見性事件數(shù)據(jù)。 這些標(biāo)準(zhǔn)主要涉及零售、醫(yī)療和運輸物流行業(yè)的貿(mào)易伙伴之間的數(shù)據(jù)交換。

GS1的"全球商業(yè)語言"將物理世界和數(shù)字世界聯(lián)系起來, 為物聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。 通過擴展其標(biāo)準(zhǔn)體系, GS1可以發(fā)揮關(guān)鍵作用, 加快"事物"的識別速度, 使其相互關(guān)聯(lián), 并使其互操作成為行業(yè)的全球語言, 包括企業(yè)、人和事物。

• EPC 信息服務(wù)(EPCIS) , 核心業(yè)務(wù)詞匯(CBV)——EPCIS是一個 GS1標(biāo)準(zhǔn), 最初基于 RFID 技術(shù), 使得不同的應(yīng)用程序能夠創(chuàng)建和分享關(guān)于物理或數(shù)字物體的"可見度事件數(shù)據(jù)"。 其主要用途是供應(yīng)鏈可追蹤性, 使貿(mào)易伙伴能夠讓產(chǎn)品在整個供應(yīng)鏈中流動時分享有關(guān)產(chǎn)品的實際流動和狀況的信息。 它有助于回答"什么、在哪里、什么時候、為什么"的問題, 以滿足消費者和監(jiān)管機構(gòu)對準(zhǔn)確和詳細(xì)產(chǎn)品信息的需求。 一個新興的用例就是物聯(lián)網(wǎng)。CBV 提供了用于填充 EPCIS 數(shù)據(jù)方案的核心語義, 以確?？苫ゲ僮鞯臄?shù)據(jù)交換, 減少不同企業(yè)表達(dá)共同意圖的變化。
• 全球產(chǎn)品分類(GPC)和 SmartSearch： Gpc 根據(jù)產(chǎn)品的基本屬性和與其他產(chǎn)品的關(guān)系對產(chǎn)品進行分類。 從野營設(shè)備到鞋類, 家用電器到玩具, 都有 GPC 標(biāo)準(zhǔn)。 SmartSearch是 GS1的外部擴展詞匯表（schema.org）。期望提供更加豐富的在線產(chǎn)品描述, 用于網(wǎng)絡(luò)搜索，然而要調(diào)和這兩個詞匯之間的差異仍然是一個挑戰(zhàn)。
• 全球數(shù)據(jù)同步網(wǎng)絡(luò)(GDSN)-GDSN 是一個基于互聯(lián)網(wǎng)的互操作網(wǎng)絡(luò), 使貿(mào)易伙伴能夠根據(jù)與貿(mào)易伙伴關(guān)系有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn)全球登記注冊, 同步符合全球會計準(zhǔn)則的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。
• EDI：GS1電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)為整個供應(yīng)鏈上發(fā)生的商業(yè)交易提供全球標(biāo)準(zhǔn), 包括訂單、裝運和付款對象。 GS1有三套免費標(biāo)準(zhǔn): EANCOM, XML 和 UN/CEFACT XML。
• 識別碼-識別碼是 GS1的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù), 代表全球唯一的公司、貿(mào)易項目、地點、集裝箱和資產(chǎn)。 它們被應(yīng)用于 GS1條形碼和EPC/RFID 中, 以及在 EPCIS 事件和 EDI 交易中識別對象。

互聯(lián)網(wǎng)工程專責(zé)小組(IETF)

IETF (IETF.org)是一個由網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者、運營商、供應(yīng)商和研究人員組成的全球性社區(qū), 他們關(guān)注的是互聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)運行和架構(gòu)的進化。 IETF 的RFC包含了關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和組織說明, 包括協(xié)議、程序和概念。

可擴展配置協(xié)議(EPP)-EPP (RFC5730-RFC 5734)是一個應(yīng)用層C/S協(xié)議, 用于儲存和管理存儲在共享中央存儲庫中的對象。 通過XML, 協(xié)議定義了通用對象管理操作以及將協(xié)議操作映射到對象的可擴展框架。 EPP 協(xié)議套件目前包含一個因特網(wǎng)域和主機對象類的基本協(xié)議規(guī)范和語義, 以及與個人和組織相關(guān)的"聯(lián)系"標(biāo)識符。 最初開發(fā) EPP 的目的是使那些銷售在線身份服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)注冊體能夠更有效地獲取中央域名登記數(shù)據(jù)。 其他對象類的規(guī)格可能會隨著需求的確定而發(fā)展。

因特網(wǎng)架構(gòu)委員會(IAB)為 IETF 提供架構(gòu)監(jiān)督。 2016年, IAB 組織了一個物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性(IOTSI)研討會, 以評估當(dāng)前元數(shù)據(jù)模型的差距。

Object Management Group (OMG)

OMG (OMG.org)側(cè)重于建模和基于模型的標(biāo)準(zhǔn), 使軟件可以互操作性。 OMG 管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟, 并在國際進口聯(lián)合會的連接框架內(nèi)開發(fā)了數(shù)據(jù)分配服務(wù), 這是一個"核心連接標(biāo)準(zhǔn)"。 OMG 還管理用于建模應(yīng)用程序、業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一建模語言(UML)。

OMG 的醫(yī)療保健領(lǐng)域任務(wù)組(Healthcare Domain Task Force)與健康級別7(HL7)協(xié)同開發(fā)一套醫(yī)療保健互操作性標(biāo)準(zhǔn), 該平臺提供了一個支持遺留接口協(xié)議的模型驅(qū)動平臺, 同時與當(dāng)前行業(yè)***實踐保持一致。

在2017年, OMG 承擔(dān)了美國零售聯(lián)合會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的所有權(quán)和管理權(quán), 并成立了一個新的藝術(shù)零售領(lǐng)域?qū)Ｘ?zé)小組。 這些標(biāo)準(zhǔn)包括藝術(shù)數(shù)據(jù)模型, UnifiedPOS, POSlog, A2A 信息和 BPM。

• ARTS Operational Data Model (ODM)：ARTS ODM 是一種關(guān)系數(shù)據(jù)模型, 它包含了支持零售業(yè)務(wù)操作的數(shù)百個事務(wù)和主數(shù)據(jù)對象類。
• UnifiedPOS (UPOS)：UPOS 是一個全球采用的互操作性標(biāo)準(zhǔn), 包括30多個銷售點(POS)周邊設(shè)備類(例如, 現(xiàn)金抽屜、收據(jù)打印機等)的 uml 定義的數(shù)據(jù)模型。 這些數(shù)據(jù)模型可以在 UPOS 控制和服務(wù)層中互操作。

開放連接基金會（OCF）

OCF (OpenConnectivity.org)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備***的工業(yè)連接和互操作性標(biāo)準(zhǔn)組織之一, 擁有超過300家會員公司。 公開聯(lián)系財團(OIC)與 AllSeen 聯(lián)盟于2016年合并, 成立了 OCF。 在合并之前, OIC組織獲得了發(fā)展萬國郵政管理和控制規(guī)范 UPnP 論壇的資產(chǎn)。

規(guī)范解決了與 Zigbee Dotdot 相同的互操作性層, 包括一個具有 RESTful 交互的通用資源和安全模型。 IoTivity是 OCF 規(guī)范的開源參考實現(xiàn)。

• Models：OCF 的 peer-to-peer (P2P) RESTful 架構(gòu)是基于創(chuàng)建、讀取、更新、刪除、通知(CRUDN)操作, 該操作使用簡單、開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(模型)來安全地通信, 這些結(jié)構(gòu)描述了基本資源和由這些資源組成的設(shè)備。OneIoTa是一個開放的工具, 用于開發(fā)和管理 OCF 和其他組織的模型以及它們之間的映射的開放工具。 雖然 OCF 已經(jīng)開發(fā)了自己的支持家庭和建筑使用案例的設(shè)備類模型, 但它正在與醫(yī)療保健個人連接健康聯(lián)盟(PCHA)和能源專用 EEBus 合作。

Project Haystack

Project Haystack(Project-Haystack.org)是一個開源社區(qū), 旨在解決應(yīng)用層中智能建筑系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)建模的挑戰(zhàn)。 它開發(fā)了一個數(shù)據(jù)建模方法, 標(biāo)記庫(分類法) , REST 通信協(xié)議和參考實現(xiàn)。

haystack 的愿景是通過創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)化的方法來定義"數(shù)據(jù)語義"和相關(guān)服務(wù), 以及 API 來消耗和共享數(shù)據(jù)及其語義描述符, 從而簡化物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的使用。

Tags是 Haystack中一個簡單的, 靈活的標(biāo)簽方法, 可以用于 Excel 電子表格和 CSV 文本文件，以及嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)表、 XML 表示、 web 服務(wù)等等。

Schema.org

這是搜索引擎運營商在2011年發(fā)布的, 目的是為網(wǎng)頁上的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)標(biāo)記創(chuàng)建和管理一套通用的語義模式。 標(biāo)記使搜索引擎能夠通過定義的實體、它們的屬性和關(guān)系來搜索和聚合網(wǎng)頁內(nèi)容。

本體論（Ontology）最初是為基于***的常見網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容開發(fā)的對象類（object classes ）.本體論越來越成為重點。Extension是通過廣泛的社區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建的。不同于托管擴展(例如bib.schema.org, auto.schema.org, etc.)，對于產(chǎn)品描述是完全獨立的, 有他們自己的工作流程, 審查流程和基礎(chǔ)設(shè)施。

托管擴展的目的是將物聯(lián)網(wǎng)和非物聯(lián)網(wǎng)語義詞匯合并到一個可持續(xù)和可擴展的本體中, 這種本體論迫使物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與使用這些數(shù)據(jù)的工具、產(chǎn)品和應(yīng)用程序脫鉤。

公開組（OpenGroup.org）

Open Group (OpenGroup.org)管理企業(yè)架構(gòu)框架的開放集團架構(gòu)框架(TOGAF), 并為其500多個成員組織提供了論壇, 以促進基于開放標(biāo)準(zhǔn)和全球互操作性的企業(yè)集成。

公開組醫(yī)療保健論壇致力于推進互操作性, 以交換關(guān)鍵的健康和醫(yī)療數(shù)據(jù)。 考慮到移動性、分析性、云計算和物聯(lián)網(wǎng)的融合, 開放平臺3.0論壇正在為數(shù)字平臺開發(fā)一個互操作性標(biāo)準(zhǔn)。

• 開放數(shù)據(jù)元素框架(O-DEF)：O-DEF 是一個總體語義框架, 可以將特定行業(yè)的語義標(biāo)準(zhǔn)作為"插件"。它的"核心索引"包括***對象類、屬性(屬性)和數(shù)據(jù)類型。 開放集團和其他組織開發(fā)的插件可以擴展"核心索引"以支持特定的用例和行業(yè)。
• 開放數(shù)據(jù)框架（O-DF）：O-DF 是一個支持可互操作數(shù)據(jù)交換的開放組織 IoT 標(biāo)準(zhǔn)。 對象標(biāo)識符使得可以將可能位于不同信息系統(tǒng)中的單個事件。數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。

Zigbee 聯(lián)盟

Zigbee (Zigbee.org)長期以來一直與其2.4 GHz IEEE 802.15.4基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)堆棧相關(guān)聯(lián), 現(xiàn)在被稱為"Zigbee PRO"。 Zigbee 規(guī)范所定義的技術(shù), 比藍(lán)牙或 Wi-Fi 等其他無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)更簡單, 也更便宜。 2013年, 基于6LoWPAN 的"Zigbee IP"被添加到智能電網(wǎng)市場。 還有"Zigbee RF4CE", 它為消費者環(huán)境提供無線電頻率控制。 有超過400家會員公司和1300多個認(rèn)證產(chǎn)品使用其技術(shù)。

• Zigbee 集群庫(ZCL)定義和編目了大量設(shè)備的互操作，代表了10多年的行業(yè)協(xié)作工作。 這個目錄提供了一個細(xì)粒度的設(shè)備屬性分解, 涵蓋廣泛的設(shè)備類別(例如暖通空調(diào)、照明等)和工業(yè)類別(例如房屋及樓宇、零售、醫(yī)療、能源等)。
• Dotdot-Zigbee 聯(lián)盟最近宣布了一個名為 Dotdot 的新"物聯(lián)網(wǎng)通用語言", 將 ZCL 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與連接層分離開來。 Zigbee 的 Dotdot 使 Zigbee 在定義應(yīng)用層中的對象和動作方面有了一個重要的開端。

從網(wǎng)絡(luò)和物理層連接中分離這些應(yīng)用層定義具有重要意義。 在此之前, 擁有一個"Zigbee 認(rèn)證產(chǎn)品"意味著它在應(yīng)用層和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)和物理層遵守。 現(xiàn)在, 有可能具有 dotdot 兼容的設(shè)備, 這些設(shè)備在應(yīng)用層可兼容, 但物理層不同。

Zigbee 已經(jīng)開始展示 Dotdot 在不同連接協(xié)議棧之間的互操作性(如圖14所示) , 并在2017年的 CES 上***展示了基于Thread的設(shè)備。 因此, 可以想象, 消費者可以在應(yīng)用層上使用Thread設(shè)備與 Zigbee 設(shè)備進行交互操作, 盡管他們不使用相同的連接技術(shù)。 實際上, 要實現(xiàn)這一點, 需要在 tcp / ip 級別上使用某種網(wǎng)關(guān)設(shè)備來使 Dotdot 適應(yīng)正在使用的每一個連接層。 這種"tcp / ip 級協(xié)議收斂"模式是應(yīng)用層的一個常見主題。

將應(yīng)用層互操作性從連接層中分離出來的一個有趣的結(jié)果是"logo 混淆" 例如, 一個智能照明產(chǎn)品需要兩個認(rèn)證: 一個是"Thread認(rèn)證組件", 另一個是"Dotdot" 。 如果我們期望一個光開關(guān)直接與一個燈具交流, 我們將不得不尋找兩個標(biāo)志匹配。 這種"雙重標(biāo)志"形勢是否會打擊市場, 還有待觀察。

圖14 聯(lián)合體轉(zhuǎn)向可互換的連接層

【本文來自51CTO專欄作者“老曹”的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號：喔家ArchiSelf,id:wrieless-com】

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