区块链与物联网资源发现服务研究

作者简介

徐德刚，男，现就职于湖北文理学院，副教授。毕业于华中科技大学计算机系统结构专业，博士研究生学历，工学博士学位。主要研究方向为网络与信息安全、区块链、物联网体系架构及资源发现，基于区块链、物联网技术的智能化应用。承担国际SCI、EI期刊ELSEVIER的Journal of Network and Computer Application（JNCA）及IEEE Systems Journal、TIIS（KSII Transactions on Internet and Information Systems）、IJNS（International Journal of Network Security）的审稿工作。在Wireless Personal Communications、Sensors、International Journal of Network Security、计算机工程与科学等国内外权威期刊和相关国际会议上发表学术论文近20篇，其中5篇被SCI收录，7篇被EI收录。主持或参与多项各类科学研究项目，获得6项软件著作权及多项国家发明专利。

内容简介

1 绪 论 1.1 概述 当前，随着互联网技术的不断发展，物联网和区块链都已成为国内外技术持续创新和产业高速发展的重点方向[1]，并且无论是从技术融合的角度，还是从应用融合的角度，两者融合发展的态势已经非常明显。特别是在物联网的资源发现方面，区块链与物联网在技术层面上具有很高的契合度，此外区块链与物联网也可融合应用在供应链的管理与优化中。除了与物联网融合应用外，区块链在数字版权与资产的管理及其他领域[2]也有广泛的应用。物联网与区块链及其融合应用吸引了越来越多的关注，日趋成为研究与应用创新的热点。 在互联网的泛在化正日益成为一种新的发展趋势的同时，射频识别（Radio Frequency Identification, RFID)[3]等信息传感技术进一步促进了互联网泛在化的发展[4]。物联网思想可以看作是对泛在化、普适计算（Ubiquitous Computing）思想的扩展[5-7]。在Xerox实验室的计算机科学家Mark Weiser于1991年首次提出Ubiquitous概念的基础上，欧盟的环境感知智能（Ambient Intelligence），日韩的泛在网络（Ubiquitous Network）等概念[8]，均是物联网思想的一种体现。 麻省理工学院Auto-ID[7]研究中心于1999年提出物联网[10-12]的概念，旨在通过射频识别（RFID)[13-18]等信息传感设备将所有物品与互联网连接起来，实现智能化管理与识别。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）在2005年的题为《The Internet of Things》的年度报告中，将物联网概念扩展为任何时刻、地点、物体之间的互联，并指出利用RFID和互联网构造的覆盖世界万物的网络来实现物品信息的互联与共享和物品的自动识别[19]。随着当今信息技术的飞速发展，新兴的物联网正在走进和改变人类的生活，也必将给人类的日常生活带来巨大的革命性变化 [20]。Gubbi等人[21]研究指出，在RFID标签和嵌入式传感器等无线技术的推动下，物联网已走出起步阶段，为区块链应用提供了更多可落地的应用场景及物理世界的支撑依据[1]，是将Internet转化到一个完全集成的未来互联网的下一个革命性的技术。 目前物联网主要标准制定者和推广者，由美国统一代码协会（Uniform Code Council，UCC）和国际物品编码协会（EAN) [11]于2003年9月共同成立的非营利性组织EPCglobal[22] （目前已经合并并改名为GS1全球第一商贸标准化组织） 组织并协调各应用方共同制定的产品电子编码（Electronic Product Code，EPC）[23, 24] ，使用一种统一规范的编码标准给每件物品提供一个全球唯一标识码（EPC），通过EPCglobal网络[11, 12, 25]（简称为EPC网络）实现EPC标识解析、物品信息存储位置的定位，最终实现全球范围内的单品追踪与追溯。在EPC网络中，由于EPC的载体——RFID标签[26]的成本和存储容量的限制，EPCIS (EPC Information Service，企业EPC信息服务器）负责存储物品的事件信息（包括静态和动态信息）。RFID标签是物联网中实现物品与网络沟通的桥梁，未来全球的物品都可能被由RFID与互联网结合而成的物联网所覆盖。物联网作为新兴的物品信息网络，能在全球范围内极大地提高产品生产、采购、运输、仓储、销售各环节的运作效率和管理水平。本文侧重于研究物联网中物品信息资源发现的相关问题。 物联网被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网已逐渐受到了政府、企业和学术界的广泛关注[27]，并在需求和研发的相互推动下迅速热遍全球。各国政府也相继制定了与物联网相关的多项国家信息技术发展计划与战略，如：新加坡的“下一代I-Hub”计划、“智慧国2015计划”，日本的e-japan、i-japan、U-Life计划，韩国的IT839战略，欧盟的十四点行动计划，美国的“智慧地球”计划。在中国，政府提出“感知中国”理念，多次强调物联网为重点支持的研究方向，并将物联网上升为国家五大战略性新兴产业之一。 物联网中，最基本、核心的功能需求就是资源发现。物联网的资源发现技术需要支持物品标识码EPC对应的特定信息资源地址及相关的诸多信息资源地址的发现与定位。物联网的资源发现服务包括：对指定产品静态信息的对象名解析服务（Object Name Service，ONS) [28]以及其在供应链中动态信息的发现服务（Discovery service，DS) [29]。ONS是建立在DNS（域名解析服务）基础之上的，通过物品标识码EPC查询制造商提供的该类物品的静态信息。DS则是通过物品标识码EPC查询该物品在其供应链中经过的各个环节上的信息，包括动、静态信息。物联网所有功能的实现都依赖于这两个核心发现服务，它们是联系服务消费者（用户）和服务提供者（EPCIS）之间的纽带[30]，也是物联网资源发现要解决的根本问题。 作为目前物联网的主要标准制定者和推广者，EPCglobal给出了一个相对完备的EPCglobal网络体系[29,31,32]，为物联网的实现提供了可供参考的范本。但其在网络资源发现服务方面的工作还不够深入[33]，其ONS查询仅停止在对象分类编码级别上，发现粒度不够细，DS也仅是一个构想，尚未有成型的方案。虽然其他EPCglobal标准及相关研究较为成熟，但迄今为止，EPC发现服国际标准仍未给出，因此，EPC发现服务（EPC Discovery Service，EPCDS）仍是当前的研究热点[34]。 关于物联网资源发现服务，现有的研究涉及寻址服务[37,38]、RFID信息服务[35,36]、发现服务[39,40]等方面。虽然近年来，物联网资源发现服务受到越来越多的关注，但其研究尚处于初始阶段，研究者主要关注局域范围内的闭环（Close-Loop）物联网资源发现，对跨域范围的开环（Open-Loop）物联网资源发现的研究相对较少。并且，物联网闭环资源发现大部分基于ONS，采用DNS（Domain Name System）实施EPC到服务器地址的解析[23-24,41-43]。有关研究表明，大规模物联网中的资源发现服务[44,45]并不适宜采用DNS。根据不同的数据存放方式，按照体系结构划分，目前物联网资源发现方面代表性的研究工作主要分为集中式、分布式及其他相关研究三个方面。 本书是对作者近十年研究工作及申请各类项目前期研究工作的总结完善与拓展，理论原理与应用机制研究并重，既有具体研究的阐述，也有前瞻热点问题的研究展望，非常适合物联网、区块链等领域的研究者在进行研究或申请科研项目时参考借鉴。