应用层提供互操作性的现有行业标准和开源方法

这个由多个部分组成的系列满足了对支持物联网 （IoT） 以及建筑物、企业和消费者的数字化转型的单一语义数据模型的需求。这样的模型必须简单且可扩展，以实现即插即用的互操作性和跨行业的普遍采用。

“标准的好处是你有很多选择;此外，如果你不喜欢其中任何一个，你可以等待明年的模型。

社区驱动的元数据挑战方法

我们都已经习惯了看似无休止的新协议、计划和联盟，所有这些都旨在迎来无处不在的传感和控制时代——我们都一直在等待的物联网（IoT）。

到目前为止，您会认为我们已经确定了物联网设备的通用连接层，但是有些技术因素对找到通用的可互操作连接解决方案构成了相当大的挑战。在成本、无线电范围、数据速率和功耗之间进行权衡，很难找到一刀切的答案。

连接层中涉及的许多“物联网标准”联盟正走向高地（到应用层，一切都是软件，物理定律不适用）。虽然应用层中的设备互操作性尚未成熟，但该层中的企业对企业（B2B）互操作性在20多年前通过电子数据交换（EDI）得到了解决，尽管并不完美。

我们现在看到“物联网标准”和“业务标准”联盟在应用层内的互操作性中心点上融合在一起。对于可管理性，本系列将重点介绍九个联盟的语义互操作性方法，这些联盟共同：

跨越 OSI 模型的连接层和应用层（图 12）

解决五个相互关联的行业的大多数用例：住宅和建筑、能源、零售、医疗保健和运输与物流（图 13）

图 12.OSI 层中的联盟互操作性方法。

图 13.按行业划分的联盟语义工作。

蓝牙

蓝牙（Bluetooth.com）是一种无线技术标准，用于短距离交换数据，由蓝牙特别兴趣小组（SIG）管理，该小组拥有30，000多家成员公司。在消费者层面，支持蓝牙的设备是高度受限设备之间应用层互操作性的最普遍示例。

建立蓝牙网络后，一个设备充当主设备的角色，而所有其他设备充当从设备。基本速率/增强数据速率 （BR/EDR） 版本，蓝牙“经典”，经过优化，能够以节能的方式发送稳定的高质量数据流（即音乐）。较新的低功耗（LE）版本蓝牙智能更适合物联网和传感器，并且建立在使用通用属性或GATT的全新开发框架之上。

配置 文件– 要使两个蓝牙设备可互操作，它们必须支持相同的配置文件。蓝牙有自己的一组应用层配置文件，这些配置文件目前围绕着传统上由经典蓝牙（即耳机、扬声器、鼠标）实现的熟悉的“外围”角色。智能蓝牙支持 GATT 配置文件，可将角色和用例扩展到个人健身和医疗保健（例如，血压、心率传感器、温度计、体重秤）。GATT 定义了一个分层数据结构，该结构向连接的智能蓝牙设备公开。每个配置文件都描述了一个用例、角色和基于 GATT 功能的一般行为。

虽然目前市场上有蓝牙智能照明产品，但没有标准化的应用层协议来提供多供应商互操作性。但是蓝牙网状网络现在随时都会出现，为与Thread和Zigbee相同的物联网网络用例进行射击;随之而来的肯定会带来一组扩展的GATT配置文件，从外围设备到家庭和建筑用例，如照明，HVAC等。

分配号码 –蓝牙将标识符分配给与配置（公司、设备）和语义（度量单位、数据类型）相关的各种对象。

一般事务1

GS1（GS1.org）是一个全球性组织，致力发展及维持全球使用最广泛的供应链标准系统。超过100万家用户公司每天在150个国家使用GS1标准执行超过60亿笔交易。

GS1在应用层内发展了多项标准，支持业务关键型资讯（包括事务性、产品及可视性事件数据）的互操作交换。这些标准主要涉及零售、医疗保健和运输与物流行业内贸易伙伴之间的数据交换。

GS1的「全球商业语言」连接物理世界和数字世界，为物联网奠定基础。通过扩展其标准系统，GS1可发挥关键作用，加快「事物」的识别、互联及互操作，成为业界对企业、人与物的全球语言。

欧洲专利局信息服务（EPCIS），核心业务词汇（CBV）– EPCIS是GS1标准，最初基于RFID技术，使不同的应用程序能够创建和共享有关物理或数字对象的“可见性事件数据”。其主要用例是供应链可追溯性，使贸易伙伴能够在整个供应链中共享有关产品的物理移动和状态的信息。它有助于回答“什么、在哪里、何时以及为什么”的问题，以满足消费者和监管部门对准确和详细产品信息的需求。一个新兴的用例是物联网。

CBV提供用于填充EPCIS数据方案的核心语义，以确保可互操作的数据交换，从而减少不同企业表达共同意图的方式的变化。

全球产品分类 （GPC） 和智能搜索 – GPC 根据产品的基本属性及其与其他产品的关系对产品进行分类。从露营设备到鞋类，家用电器到玩具，都有GPC标准。

SmartSearch是GS1的外部扩展词汇，schema.org，预计将提供更丰富的在线产品描述，供网页搜索使用。调和这两个词汇之间的差异仍然是一个挑战。

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.

电子数据交换 –GS1 EDI为供应链中发生的业务交易的电子讯息提供全球标准，包括订单、装运及付款对象。GS1有三套补充标准：国家海洋通信委员会、XML和联合国/简化手续中心XML。

识别码 –识别码是GS1结构的全球唯一标识符，适用于公司、贸易项目、位置、集装箱和资产。它们用于GS1条形码和EPC / RFID，并用于识别EPCIS事件和EDI交易中的物体。

互联网工程任务组

IETF（IETF.org）是一个由网络设计人员、运营商、供应商和研究人员组成的全球社区，他们关注互联网的平稳运行和架构演进。IETF 的评论请求 （RFC） 文档系列包含有关 Internet 的技术和组织说明，包括协议、过程和概念。

可扩展配置协议 （EPP） – EPP （RFC 5730-RFC 5734） 是一种应用层、客户端-服务器协议，用于配置和管理存储在共享中央存储库中的对象。该协议在 XML 中指定，它定义了通用对象管理操作和将协议操作映射到对象的可扩展框架。

EPP 协议套件当前包含 Internet 域和主机对象类的基本协议规范和语义，以及与个人和组织关联的“联系人”标识符。EPP最初是为了使销售在线身份服务的互联网注册商能够更有效地访问中央域名注册管理机构数据而开发的。其他对象类的规范可以根据需求进行开发。

互联网架构委员会 （IAB） 为 IETF 提供架构监督。2016 年，IAB 组织了一次物联网语义互操作性 （IOTSI） 研讨会，以评估当前元数据模型中的差距。

对象管理组

OMG（OMG.org）专注于实现软件互操作性的建模和基于模型的标准。OMG管理工业互联网联盟（IIC）并开发了数据分发服务（DDS），这是IIC连接框架内的“核心连接标准”。OMG还管理统一建模语言（UML），用于对应用程序，业务流程和数据结构进行建模。

OMG的医疗保健领域工作组正在与健康级别七（HL7）一起开发一套医疗保健互操作性标准，该标准提供了一个模型驱动的平台，支持传统接口协议，同时与当前的行业最佳实践保持一致。

2017年，OMG接管了全国零售联合会技术标准（ARTS）的所有权和管理权，并成立了一个新的ARTS零售领域工作组。这些标准包括 ARTS 数据模型、统一交换机、拓扑逻辑、A2A 消息传递和业务流程管理。

艺术运营数据模型 – ARTS ODM 是一种关系数据模型，它包含数百个支持零售业务操作的事务和主数据对象类。

统一POS （统一操作系统） –UPOS 是全球采用的互操作性标准，包括用于 30 多个销售点 （POS） 外围设备类别（例如，现金抽屉、收据打印机等）的 UML 定义的数据模型。这些数据模型可在 UPOS 控制层和服务层内互操作。

开放连接基金会

OCF（OpenConnectivity.org）已成为物联网设备最大的工业连接和互操作性标准组织之一，拥有300多家成员公司。OCF由开放互连联盟（OIC）和全能联盟于2016年合并而成。在合并之前，OIC收购了UPnP论坛的资产，该论坛制定了UPnP管理和控制规范。

OCF规范解决了与Zigbee Dotdot相同的互操作性层，并包括一个具有RESTful交互的通用资源和安全模型。物联网是 OCF 规范的开源参考实现。

模型– OCF 的对等 （P2P） RESTful 体系结构基于创建、读取、更新、删除、通知 （CRUDN） 操作，这些操作使用描述基本资源和由这些资源组成的设备的简单、开放的数据结构（模型）安全地进行通信。oneIoTa是一个开放式工具，用于开发和管理OCF和其他组织的模型以及它们之间的映射。虽然OCF已经为支持家庭和建筑用例的设备类开发了自己的模型，但它正在与个人互联健康联盟（PCHA）合作，用于医疗保健和EEBus用于能源。

干草堆计划

Haystack项目（Project-Haystack.org）是一个开源社区，旨在解决应用层内楼宇自动化系统和物联网设备的数据建模挑战。它开发了一种数据建模方法、标记库（分类法）、REST 通信协议和参考实现。

Project-Haystack的愿景是通过创建一种标准化的方法来定义“数据语义”和相关服务以及API来使用和共享数据及其语义描述符，从而简化物联网数据的使用。

标签– Haystack 项目采用了一种简单、灵活的标记方法，可用于从 Excel 电子表格和 CSV 文本文件到嵌入式设备中的数据表、XML 表示、Web 服务等的媒体。

Schema.org

Schema.org 由搜索引擎运营商于2011年推出，用于创建和管理一组用于网页上结构化数据标记的通用语义架构。该标记使搜索引擎能够按定义的实体、其属性和关系搜索和聚合 Web 内容。

本体 – Schema.org 本体最初是为基于顶级对象类的常见 Web 内容开发的。人们越来越重视通过广泛的社区合作网络创建的本体扩展。与作为 schema.org 本身的一部分进行审核、版本控制和发布的托管扩展（例如，bib.schema.org、auto.schema.org 等）不同，schema.org 的外部扩展（例如，gs1.org/voc/ 对于丰富的产品描述）是完全独立的，并且具有自己的工作流、审阅流程和基础结构。

建议的 iot.schema.org 托管扩展旨在将物联网和非物联网语义词汇合并到可持续且可扩展的本体中，迫使物联网数据结构与使用数据的工具，产品和应用程序分离。

开放集团

开放集团（OpenGroup.org）管理企业架构框架的开放集团架构框架（TOGAF）标准，并为其500多个成员组织提供论坛，以促进基于开放标准和全球互操作性的企业集成。

开放集团医疗保健论坛旨在促进互操作性，以交换关键的健康和医疗保健数据。开放平台3.0论坛正在为数字平台制定互操作性标准，考虑移动性，分析，云计算和物联网的融合。

开放数据元素框架 （O-DEF） – O-DEF 是一个总体语义框架，可以作为“插件”容纳行业特定的语义标准。其“核心索引”包括顶级对象类、属性（特性）和数据类型。由Open Group和其他组织开发的插件可以扩展“核心索引”以支持特定的用例和行业。

开放式数据框架 （O-DF） –O-DF 是一种开放组物联网标准，支持可互操作的数据交换。对象标识符使得链接有关可能位于不同信息系统中的单个事物的数据成为可能。

齐格比联盟

Zigbee（Zigbee.org）长期以来一直与其基于2.4 GHz IEEE 802.15.4的网络堆栈相关联，现在称为“Zigbee PRO”。ZigBee规范定义的技术旨在比其他无线个人区域网络（WPON）（如蓝牙或Wi-Fi）更简单，更便宜。2013年，基于6LoWPAN的“Zigbee IP”被添加，针对智能电网市场。还有“Zigbee RF4CE”，它为消费者环境提供射频控制。Zigbee拥有400多家成员公司和1，300多种使用其技术的认证产品。

群集库 – Zigbee 集群库 （ZCL） 定义并编目了大型设备集合的互操作方式，并代表了 10 多年的协作工作。此目录提供了设备属性的细粒度细分，涵盖了广泛的设备类别（例如，HVAC，照明等）和行业（例如，家庭和建筑，零售，医疗保健，能源等）。

多点 – Zigbee联盟最近宣布了一种新的“物联网通用语言”，名为Dotdot，将ZCL标准规范与连接层分离。多点的 ZCL 传统使 Zigbee 在应用层中定义对象和操作方面有了一个良好的开端。

这些应用层定义与网络和物理层连接之间的分离非常重要。在此之前，拥有“Zigbee认证产品”意味着它在应用层以及Zigbee网络和物理层上符合要求。现在，有可能拥有在应用层兼容但具有不同物理层的Doddot兼容设备。

Zigbee已经开始展示Dotdot在不同连接堆栈之间的互操作性（如图14所示），并在CES 2017上使用Dotdot对基于线程的设备进行了初步演示。因此，可以想象，消费者可以在应用程序层让Thread设备与Zigbee设备进行互操作，即使它们不使用相同的连接技术。在实践中，实现这一点需要在TCP / IP级别使用某种网关设备，以使Dotdot适应所使用的每个连接层。这种“TCP/IP 级别的协议收敛”模式是应用层的共同主题［6］。

将应用层互操作性与连接层分离的一个有趣的结果是“徽标混淆”。例如，智能照明产品需要两个认证：一个用于“线程认证组件”，另一个用于“Dotdot”。如果我们希望电灯开关直接与灯具通信，我们必须寻找两个徽标相匹配。这种“双重标志”的情况是否会混淆市场还有待观察。

图 14.联盟向可互换的连接层迈进。

审核编辑：郭婷