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附录B 译文
物联网:结构、功能和管理
Kevin Ashton在1999年提到了物联网（IOT）这个术语，代表供应链管理方面给公众。这个想法在这么狭窄的范围内，太有趣了，所以在过去的十年中，它覆盖了广泛的应用，如医疗保健，公用事业，财务，交通等。此后，“事物”一词改变了其意义但是物联网的主要思想仍然是一样的 - 组织相关的通信环境，使计算技术能够相互通信，用户可以根据自己的需要进行调整，但同时可以自主地收集信息外部来源。物联网具有不同的尺寸和形状，从室内的几个传感器到涵盖整个国家的全球结构。相应地，诸如智能房屋等一些想法越来越受欢迎，让业主不仅可以节省资金，还可以大幅简化房屋管理。独立的光强度，空调，家用工具，门管理等控制系统只是我们自己的小IOT世界的一部分。即使是从未对这些技术感兴趣的人也可以每天遇到他们，例如在购买时使用支付卡，在公共交通工具或其他类型的个人身份登记旅行。通过诸如射频识别（RFID），蓝牙，近场通信（NFC），无线网络（Wi-Fi），电话服务和本地网络等新技术，社交环境中的这种动态通信是可能的。两个或更多系统之间的数据交换将成为未来充分发挥功能的互联网，因为当前激进的互联网发展趋势使我们进一步向相互连接的对象环境发展。只是从外部来源收集信息和与物理世界（初始化/命令/执行）交互的枯燥的信息系统的必要性逐渐被否定。现代行业需要强大的工具，可以使用现有的互联网标准进行连续的数据传输，分析活动，相关的应用规划和内部沟通。毫无疑问，技术正在向前发展，日复一日地处理复杂的任务比以往任何时候都更加快速，但是一定的成本。今天的物联网的主要和紧迫的问题之一是难以收集和存储由物联网架构内的计算设备和传感器生成的数据。正确地说，数据多样性使得组织困难。
统一的物联网管理系统，并考虑到大量生成的信息，对计算机的负担过程。 本研究的目的是获得有关物联网相关技术的全面信息，并批准基于聚合数据创建物联网集中管理和计算单元的可能性。 在确定目标的同时，已经调查了几个主题：
1）典型的物联网架构概述。
2）物联网设备的管理和组网。
3）IOT设备之间数据管理的实现。
4）物联网环境中的数据存储。
5）物联网的主要优点和缺点。
6）物联网应用与发展的未来前景。
IOT表示混合架构，这意味着它可以包含不同的子系统架构。在大多数情况下，物联网系统由两种管理架构组成：事件驱动和基于时间的。当事件驱动的架构传感器在外部环境中感测到活动时传输数据，例如，如果门在夜间打开，则触发报警。 在基于时间的架构中，其组件在一定间隔内连续传输数据（例如，气候控制系统传感器每秒读取室温一次）。后者通常在暂停之后重复工作，可以针对每个设备单独调整或设置在中央管理系统中，该系统将在一段时间后向端点设备和传感器发送查询。 英特尔公司提供了一种这样的系统解决方案（见图1）。
图1所示：IOT中央管理系统的架构。
网络架构可以分为三种拓扑：点对点连接，星型和网格。点对点网络拓扑建立两台站之间的数据传输连接。简单性是当前技术的优点，同时限制了现有技术，保证了低成本，同时也剥夺了到网络以外的设备的可能性。星形拓扑由多个终端节点和仅一个中心集线器组成。所有节点可以相互通信，但只能通过中央集线器发送或接收数据。这样的结构允许达到低延迟，高吞吐量，并且以某种方式保护系统在其中一个节点停止工作时不发生崩溃。与点对点连接范围相比，星型网络仍然受到中心集线器的限制，中心集线器如果下降，则会从全局环境中断。 Mesh是一种网络拓扑，采用两种分散式连接方式之一：全网格拓扑或部分网状拓扑。在全网状拓扑中，每个网络节点（工作站或其他设备）连接到每个网络节点。在部分网格拓扑中，一些节点连接到所有节点，然后其他节点只连接到那些节点交换最多数据。网状网络用于需要长距离和广泛覆盖的许多应用，可以构建几乎无限大小的网络。该拓扑的缺点是与点对点和星型网络相比的复杂性，这可能导致网络中的高延迟，更多的费用和技术问题。
IOT应用程序开发不是本研究的一部分，因为每个开发人员的个人方法和风格可能会有所不同。 动态网络中的数据传输和存储是重要且具有挑战性的问题。 IOT可以由无限数量的设备组成，集成到本地或全球，物理和无线网络中。 这些自动化设备和传感器的池实时生成和传输大量数据，没有适当的过滤和数据处理就没有用。
A.网络协议
由于不同的网络协议 - 数据传输过程中决定计算机网络功能块活动的语义和句法规则集，数据传输是可能的。在根据开放系统架构要求构建的计算机网络中，协议确定了数据传输过程中一层实体的行为。
创建IOT网络当然不是一件容易的事情，特别是如果传感器不能被包含在全局地址模式中，从而妨碍了完全成熟的传感器节点的能力。因此，传统的IP协议不适合进行数据交换。此外，IOT节点密切依赖于恒定的能量源，网络通道吞吐量容量和存储参数，这需要复杂的资源管理。在无线传感器的情况下，需要向网络添加数据接收器。首先收集的信息将被存储在接收器中，然后到达网络的其他节点。端点传感器和接收端之间正确选择的数据传输策略，其配置和配置可以提高IOT网络带宽，显着降低能源成本，并防止几乎所在的传感器将相同的信息发送到数据分析设备。
B.数据传输
IOT中的数据传输是一个复杂的过程，可以为其目的消耗大量的网络资源。 信息可能因设备类型和传输协议而异。例如，ISO8583标准，基于哪个支付终端消息，生成表示客户支付交易的数据串（图2）。
图2所示：ISO 8583消息体示例。
一条短信包含了所有有关付款卡、终端和财务部分的必要信息。不幸的是，没有解码指令，人类和计算机都无法利用这些信息。系统所有者应该在IOT环境中的紧凑消息中进行选择，在数据解密上花费更多的计算资源，或者只发送可以覆盖网络流量的全尺寸消息。前面提到的编码消息看起来很牢固，但是它包含的信息永远无法存储或用于数据分析的原始形式。值得考虑的是一种有效的数据传输策略，可以使用随时可用的信息，比如基于可扩展标记语言(XML)的新支付终端标准ISO 20022。它为网络文档设计，使信息看起来更加方便和方便数据解析。图3包含一个ISO 20022消息示例。
图3所示：ISO 20022消息体示例。
C. 非均质性
IOT设备的异质性是其独特的特点之一，也是它的弱点。根据复杂性的不同，IOT架构可能包含多个级别的设备，每个设备都集中在特定类型的函数执行上。区别不仅在于传输协议，而且主要在于设备的复杂性，这直接反映了它们的计算资源使用率和通过它们传递的数据量。物联网体系结构分为多个级别,在垂直异质性最低级别包含端点设备/传感器,与外部环境和通过移动向上顶部更复杂的路由和计算设备可以满足(见图4)。在优化系统架构,每一层应该包含更少的设备。
图4所示：物联网的异质性轴。
IOT异构意味着不同的设备:用户个人硬件工具、传感器、路由器、交换机、集线器、数据库、计算服务器等等。在IOT中，每个设备都执行一个特定的角色，只执行必要的功能，不让系统过载。另一方面，许多设备执行不止一个功能，有时甚至可以与其他设备的功能相似甚至重叠，以便在遇到紧急情况时可以互相替换。省略细节，所有设备可以分为三个类别:端点设备、IO工具和计算机器。端点设备侦听来自外部刺激物(如用户智能手机的消息)或主单元(来自Cron的命令)的执行命令，并根据接收的参数生成数据。在大多数情况下，端点设备很难配置，更不用说对编程水平的干预了。IO设备在计算资源方面受到限制，因此它们主要完成端点设备和高级机器之间的中介角色。最后一类设备负责资源密集型的数据过滤和处理。值得一提的是，这三种类型都可以作为单独的物理设备参与到IOT网络中，它们都作为单个设备的内部逻辑节点出现，但这取决于IOT系统的复杂性或设备本身的复杂性。
D. 可伸缩性
任何IOT结构由多个不同的设备和传感器组成。数量这些组件在单个系统的限制因素,如数量的输入和输出设备渠道,互联网或电力网络极限载荷,等等。然而,任何不便的帮助下可以绕过第三方技术,如交换机和路由器,它允许大量的物联网设备之间的数据交换。现在很多系统都依赖云计算来简化基础设施管理逻辑和数据分析。将所有生成的数据发送到中央云资源不仅是无效的，而且还充满了系统挂起。对于健康监测、紧急响应和其他延迟敏感的应用程序，将数据传输到云和返回的延迟是不可接受的。这些情况需要一种更灵活的工具，例如雾计算，包括数据处理的组件或在多个分布式云中运行的分析应用程序，以及在资源分配中获得平衡的网络外围设备。然而，IOT网络中的所有设备都不能使用相同的数据传输协议，这意味着中央管理系统需要完成额外的数据统一过程，并在系统上创建补充负载。它似乎在正常的状态下工作，只有几个设备连接到IOT，但是大量的设备肯定会降低服务的质量。为了使网络延迟最小化，系统网络所有者需要组织数据管理序列查询，并根据其IOT网络结构仔细地修改它们。不幸的是，查询不适合每个系统，特别是那些依赖于实际信息的系统。发送和接收之间的停顿可能太长，无法在实时活动中使用数据，只留下两个选项:存储数据用于历史分析和统计，或者仅仅处理这些数据以供不必要的使用。成功的IOT系统管理需要devices -参与者可以完成基本的过程、函数和数据转换，而无需使用云计算单元或任何其他系统资源。最终，它将导致显著的计算过程加速度[7]。
根据IOT基础设施，设备可以使用不同的数据存储和传输机制。有一些IOT工具可以将接收的信息直接存储在内部内置内存中。后一种方法在所有工作上都是自动的，只积累必要的信息来执行实时活动，或者在聚合数据的帮助下执行预先设置的条件。这些工具的内部内存通常是非常有限的，它只适用于传感器产生的数据存储。
图5所示：集中式数据计算和存储的结构。
现在，集中化的数据存储标准被更广泛地使用(图5)，它允许IOT设备将数据传输到一个中央服务器，在那里可以存储、分析或管理。理论上，连接设备和存储数据的数量在这样一个系统中是无限的。
IOT设备的关键特性是，不像传统的附件，可以通过机械开关或按钮控制和管理，以前的设备也可以通过程序和框架进行电子处理。简单地说，IOT设备可以远程控制，并且网络所有者总是能够检查他们的自主操作条件。IOT设备可以与连接到同一网络的其他IOT工具一起管理，或者不需要人工干预。彼此交换信息和执行内置函数,物联网设备能够发送命令,从而管理共同活动(例如,在清晨的床和房间传感器捕捉的时刻醒来的人,通过一个命令来做一些新鲜的热咖啡的咖啡机)。今天，智能手机在物联网设备管理过程中的角色也被广泛地记录在案。移动应用程序可以公开地发送操作初始化命令，甚至可以直接连接到设备来进行某些设置调整(例如，在回家的路上，一个人从智能手机发送一条消息命令，以便在到达时准备一个沐浴)。每个IOT网络都有必要拥有由中央控制面板提供的统一管理能力，该控制面板可以根据聚合的数据或用户命令识别设备活动。当然，维护小型网络更容易，比如前面提到的智能房屋概念，即使网络持有者没有一个中心点来控制所有的设备，也有可能单独保持和工作。在此基础上，小规模网络通常由以前具有特殊管理API和框架的开发工具(例如scriptr)组成。io提供了一个JavaScript代码片段，应用程序可以用来建立与IOT设备的连接并接收它的当前状态(见图6):
图6所示:Scriptr.JavaScript代码片段。
具有大量连接设备的物联网架构是另一回事。这样的结构可以包含所有不能联合管理的工具。它值得尝试使用一个层次结构，它提供了一个只负责自己的子类型设备的系统，但是类似的系统由高级管理单元控制。最终，这样的系统将需要许多第三方解决方案来将所有系统部分集成在一起。IOT框架简化了基于数据传输和网络协议(IPv6,6LoWPAN,MQTT)的IOT设备的连接过程。
最新的操作系统试图支持IOT功能，例如默认的设备连接和管理，例如Windows 10 IOT核心或苹果HomeKit。如果一个现成的IOT平台不满足系统的具体要求，Windows、Linux和Mac OSX操作系统用户仍然可以使用SSH客户机终端来引用IOT设备，并获取读取结果或更改设置。
IOT的主要优点是有可能将系统集成到周围环境中，在那里它可以根据聚合的数据进行调整和执行工作，从而使日常生活更加方便、更简单、更高效。IOT设备可以是紧凑的，符合人体工程学的，也可能与普通的社会生活对象不同。在日常生活中，IOT可以用于药物的持续检测，在各种行业、公用事业、物流、教育、娱乐行业等领域广泛应用。
毫无疑问，未来的世界将是令人兴奋和无忧无虑的，尽管目前这项技术还太年轻，需要投入巨大的资金来实现潜在的潜力。IOT最突出的弱点之一是它的实施和维护成本。具有固有的IOT模块的设备的生产速度太慢，而广告宣传活动没有产生足够的兴趣，让这项技术在人们中广受欢迎。很难控制和管理大量的IOT设备，因为每个IOT设备制造商开发的软件只支持他的产品，为潜在的客户创建特定的限制，并且需要为IOT设备管理应用单独的应用程序。缺乏具有统一管理可能性的系统，可以控制主机拥有的工具，这是IOT设备管理的一个显著劣势。所有这一切都反映在系统管理员无法查看由所有传感器读取生成的信息摘要，因为不同的制造商应用程序不支持彼此之间的信息交换。因此，物联网的全部潜力是无法实现的。安全问题也是开放的，因为不允许恶意用户访问IOT设备或提供的数据是非常重要的。当然,证书等安全措施,数据编码和访问密钥生成用于积极保护物联网设备,但它是太早谈论充分保护,随着物联网仍开放的公共网络安全的发展,指出了新的调查和开发领域的网络协议。
在生命生命过程中，IOT技术的实施需要认真考虑在系统失效的情况下采取进一步的行动，例如，电力供应的中断，传感器的损坏，以及在外部暴露的影响下，数据上载到系统的无效数据。因此，IOT软件和技术安全解
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