外文翻译译文-启用web的设施管理的无线传感器网络

附件1：外文资料翻译译文启用web的设施管理的无线传感器网络摘要：建设的基石和整体设施管理是准确的，并且是上下文建筑环境与周边环境的最新监测，通常由分散在处所内的传感器执行。目前，建设管理系统的大多数是传感器紧耦合，他们利用、限制其可扩展性。无线传感器网络(WSNs)的出现带来了显著的好处，至于监测来说他们更是经济高效的。与有线的传感器解决方案相比，因为缺乏布线安装、传感器的灵活定位，尤其当建筑改造被考虑时，符合既定走向一体化的企业级服务，考虑该范围内的无线传感器网络是有益的。在这篇文章中，我们建议利用面向服务的体系结构开发企业网络环境，用于其他业务企业功能的设施管理系统的集成，目的是信息共享、监测、控制和管理企业环境。无限传感器网络被视为建设管理系统、企业基础架构广泛应用的信息服务提供商，我们提供拟议的体系结构的规范和实施的详细信息并讨论评价规划。索引术语：建筑管理系统(BMS)、设施管理、面向服务的体系结构(SOA)、Web服务、无线传感器网络(WSN)1、介绍建筑管理系统通常管理、控制、调整建筑系统的功能，从居民的角度来看服务，如供暖、通风、空调(HVAC)、安全、电力系统、照明、访问控制、资源监测等样本例子。在他们通常的操作模式下，这些系统被单独管理，从而导致高运营成本、繁琐的整体管理、所需的专业技能水平提高。最近，新型体系结构的转移，允许建筑管理系统的集成，支持建筑自动化，统一框架下的控制。这使建筑管理器单点控制所有这些设施管理，这可定义为一个集成的过程。通过管理和传送约定的以实现其设定目标1恰当环境的分布式支持服务，以支持、改进一个组织主要活动的成效。关于设施管理的最重要的参数之一是准确监测建筑系统和其周围的环境。现有建筑系统利用、限制总体系结构的通用可扩展性的传感器的紧密耦合。无线传感器网络(WSNs)的出现带来了显著的好处，至于监测来说，因为和有线相比，它们更多的成本效益(因为缺乏有线的设施)，加之他们允许传感器设备的灵活定位，符合既定走向一体化的企业级服务，考虑该范围内的无线传感器网络是有益的。随后，无线传感器网络体系结构应以这样的方式设计，以允许建筑企业基础架构的简单集成。关于建筑管理系统总的体系结构，采用广泛的视角的必然性将开放、可展开的，序域的明显的可伸缩性问题一样开放且可扩展的情况下，允许需要处理的新颖的或更新/高级的建筑服务的动态集成，特别的建筑环境的应用程序域的可扩展性问题同样如此。整体建筑服务架构还应实现一项长期的生命周期视图，考虑到所有的利益相关者的需要，反过来进一步推动设计灵活性的需要。满足了上述要求企业范围的开放框架的最突出的方法是面向服务的体系结构(SOAs)，所有的体系结构元素是不相关的，被认为是服务提供商和消费者。服务发现和服务的访问以动态的方式被执行，因此保证一般的、可扩展的设计。无线传感器网络可以视为有关建筑信息监测的服务提供商，并且应该在设施管理SOA的范围内被考虑，促进动态概念、协调、分布式建筑服务管理。Web服务任命为SOAs最重要的技术使能者，因为他们提供的互操作能力以及他们可以轻松地支持现有系统的集成的事实。本文，显示了在有关设施管理的整体SOA内集成无线传感器网络的一般框架。在特定应用程序域的一个彻底的要求分析被解释，并映射到我们显示的设计体系架构的具体元素，另外我们提供了有关的规范和实现细节。本文其余部分的结构如下：第部分的简介后，第部分描述无线传感器网络的概念和相关的技术。第部分综述了启用Web的无线传感器网络、建筑服务、设施管理面向服务体系结构领域的相关工作。第部分讨论了拟议的无线传感器网络体系结构，包括激励我们工作的相关需求分析。第部分提供了拟议的无线传感器网络体系结构的规格，而第部分总结了本文，并讨论了规划评价和今后工作的其他问题。.无线传感器网络在计算平台小型化、低功率无线电收发器和网络自组织协议领域的技术进步使小、非侵入性、可配置的传感器平台可以运作时间对低能源的重大长度和自动配置自己，形成一个信息报告网络部署，称为无线传感器网络。无线传感器网络2，3是一个主要的中断技术，革命化数字与物理世界之间的关系。关键的中断不仅在传感器技术领域中而且阻碍传感器的部署和使用方式。革命在于使用预期的最小资本和运营支出管理费用迅速部署大量传感器，并能够随着时间的推移利用它们灵活多变的方式进行攻击的能力。在一种不断增长的应用领域，这导致物理世界传感的可用性和粒度的显著上升，例如：坏境的、建筑的、生理的传感等。虽然单位成本仍然偏高，但是他们预期是大幅减少的大规模采纳的技术。考虑到满足未来几年内需求预测的生产产量的需求，将会降低硬件成本，直到使传感器节点在许多应用程序中成为一次性物品为止。大小和能源损耗是无线传感器网络平台必须调解的首要的约束条件，并且这个约束集操纵它们的设计和操作。一个传感器节点或微粒是由五个主要的组件类型/块组成，即处理器、传感器、通信电台、电源和外围设备。传感器的中心设备是协调所有其他功能的处理器。传感器节点上处理器的能力最近增加了，并且目前可以提供令人满意的数据处理功能。考虑到设备的能量约束以及处理比通信需要更少能源的事实，它在处理数据，局部的减少大量需要传输的数据方面是有吸引力的。典型的节点级别处理示例包括随着时间推移的平均值，基于阈值的警报等。传感器组件是设备的焦点组件。此组件可能包含一个或多个传感器，可能完全相同（冗余和/或信息估计质量的多个来源）或不同。传感器组件是由根据编程到设备的操作要求而确定传感器应该阅读的处理器所驱动的。通信电台块是传感器节点的独特组件之一。无线通信是无线传感器网络概念基本原理。通信电台要求是双工的（即传输和接收)，必须有足够的链路层和网络层协议支持而允许物理介质和部署拓扑的有效、有效率地使用。尽管出现了许多使用专有的收音机和协议的设备，最突出的选项包括以下标准：蓝牙技术4，5和ZigBee/IEEE802.15.46，7。电源显然至关重要。然而，这些设备的电源却非常有限。考虑到部署限制，这些设备可能不是主电源。此外，考虑到大小约束，电池不能大并保持营运低廉的成本，电池更换必须罕见。这是能源匮乏和制定有针对性的无线传感器网络的任何解决方案时应考虑的主要挑战之一。我们在第节中讨论了电源管理问题，还描述了我们建议的体系结构设计。关于外围设备的块中包含各种各样的传感器节点可能需要的附加功能，尽管不是必要的。示例包括存储容量（显然处理器需要一些操作存储，但这指的是额外的数据存储）和用于设备的同步性和事件的时间戳的外部时钟。有很多潜在的附加功能，可以加入外围组件，他们的利益必须权衡大小和能源损耗的影响。无线网络传感器节点是支持传感粒度增加和低部署成本的主要功能之一。传统上，传感器平台有需要本地查询或连接到一个中央监测站，关于控制站和每个传感器之间距离的约束和对设计控制站可支持的传感器数量的限制。从这个模型到一个共享媒体，基于数据包的通信网络是重要的一步，增加了通信模型（网络协议要求）的复杂性，但却大大地提高了灵活性和潜在能力。一个无线传感器网络由两种类型的设备组成：无线传感器节点和网关。无线传感器节点已经说明，并且无线传感器节点是传感器网络的核心。网关设备是连接无线传感器网络到一些外部的系统必要的，比如范围更广的网络、支持管理操作的可扩展性、整体无线传感器网络的可靠性和生存能力（见图1）。企业网络无线传感器网络1无线传感器网络3无线传感器网络2网关传感器节点类型2传感器节点类型1图1无线传感器网络典型的部署体系结构三、相关工作在过去几年里，通过启用智能操作的就业自动化设施管理域和无监督的管理及控制吸引了大量研究的兴趣8。个别自动化的建设服务和系统存在成功的例子，例如：HVAC控件、安全系统，消防报警等。他们的集成和自动化建设全度通过不过没有彻底通过。整体、综合建设管理解决方案有一个明显缺陷，因为当前有关方法解决问题不在一个令人满意的程度9。已经最深刻建立的方法，即跨协议网关和标准通信协议的方法已经不能满足所需的期望和有一个狭窄的适用性字段。建立服务和系统集成的需求明显是由于它可以给楼宇居住者以及设施营办商/经理带来的众多好处10。最新的方法是开拓发展中间件技术来在较高的层1113支持建筑自动化系统和服务，是企业集成必要性的回应。这些集成的新颖的方法，并不打算替代专有的低水平的建筑自动化系统。重点是通过使用中间件抽象概念提供不同的系统和服务的顺利集成，比如：个别建筑系统继续由他们的制造商按最初配置营业，但使用中间件包装的应用程序，习惯用于促进交互性和互操作性。在可用的中间件技术中，已利用在建筑自动化环境中的那些中间件技术包括开放式连接（作为通信接口技术使用COM/DCOM的OPC)1113，CORBA14和JAVA/RMI15。上述的基于中间件解决方案的大部分承担固有的问题，主要集中在最初的解决方法基于专有的、封闭的技术如COM/DCOM，妨碍互操作性的事实。此外，他们设计的特定应用程序已被铭记。因此，它们可扩展性的潜力是有限的。此外，应考虑合并BMSs和自动化系统在整体的企业网络环境中被忽略了大多数的中间件解决方案中的一个方面的重要性。已考虑到帐户跨层相互作用和系统要求与业务目标的已通过的企业级体系结构的更广泛的谱转变。它将因此成为明显有利于在建筑管理领域16，17里由SOA范式驱动开发企业体系结构。根据此棱镜，IT和建设管理趋同是逻辑上促进，同时要造开放、灵活，和可扩展企业级体系结构。此外，跟随此潮流,互联网的整体设施管理将启用多可取辅助功能。此研究方向也被在最近的工作中暗示，然而也有如前面指出的问题11。IT和现有的建筑系统后面的主驱动器都是为了减少经营成本，减少系统的复杂性，因此工作人员的培训/经验需求，降低资本成本（布线、设备等）和提供增值服务。协同作用由建设基础设施、数据通信降低业务成本和制造新的服务机会相结合创建的18。协同作用的主要影响是经由整个企业的架构开启的，改编的设施管理自动化提供了BMSs和建设具有访问附加信息的自动化和控制系统，将使建筑更加有效地被使用19。至于自动化建设控制语义领域的信息可以从各种来源收集，从物理遥感的数据（结构的、环境的、生理的等等）到电子记录（建筑维修记录和时间安排、人员配置文件和日历、业务流程和政策等）。作为信息源的无线传感器网络是有线传感器解决方案的替代产品，此外便利了传感器部署并减少成本，主要是通过线路维修的缺乏20。通过在建筑自动化中利用无线传感器网络技术所取得的明显好处，导致了一大批相关的研究工作18，28。区域上的初始工作包括建筑施工中使用无线传感器网络的成本效益分析、和使用有线的同行的比较。这些分析伴随着突出显示渗透的有关技术进步的审查和建设管理域中无线传感器网络的优势18，20。在对无线传感器网络节点的有限资源20进行了研究，以便检验建筑自动化系统概念实施标准的可行性，比如：BACnet31，传感器平台。这被认为是可能的，不过要限制其可移植性和易用性的发展。在互联网一个更广泛的范围内，了解公开传感器和其相应读数丰富数量的需要，比如数据测量值的第一次努力已经提交到22中。在22中所描述的IrisNet体系结构是基于代理技术的，以收集传感器数据，并将它们组织到一个可以通过Internet以分布式的方式访问的分布式数据库里。然而，这种代理的使用被认为是制约并且这种体系结构的分类预计不能设想整个企业作用域，以配合其他应用程序；22中的工作相当专注于传感器网络方面，然而形成一种激励和值得注意的努力。28中遵循了类似的方法，28中对建筑自动化个案研究报告进行检查。无线技术用于监测，暴露的信息可通过采用之前窄范围内改编的可扩展性的web页变得可用的。一般而言，在传感器领域的研究工作已从可以作为静态资源的传感器网络的传统视图作中获取数据，到系统工程的更创新的所有一切被认为是服务型的视图2327，33。这样允许无线传感器网络重新定义为服务提供商，比如：信息服务，因此，可以提供更多先进的、动态的、可重复使用和可扩展的应用程序和操作。因此，企业应用程序集成另外提供便利，特别是与设施管理的BMSs。在广义的SOA中作为服务提供商公开传感器节点和传感器网络的好处，激发了通过打开地理空间联盟的传感器网络支持(WSE)活动的出现33。它本质上是一套允许作为Web服务公开传感器网络，使它们可通过Web的标准.动态倡议进行访问的传感器网络的标准的重点是使发现、交换和处理传感器观察结果以及传感器节点的务分配。SWE的应用领域计划是通用的，之后在他们努力将所有可能的特征合并时它的某些方面呈现太复杂性。然而，到目前为止它重点考虑因素如地理定位、远程定位和科学应用程序，虽然这项工作是一个宝贵的起点，它太一般可直接适用，并需要定制以适应设施管理领域而不管它的效益。这些好处之一可以识别底层的无线传感器网络复杂性隐藏于高层的应用程序，确保共同操作的可重用性、可伸缩性、可扩展性和互操作性之间的推广等。SWE倡议吸引了大量研究的兴趣和在OGC内正在进行的工作，最终将导致正在作出公开可用的开发工具及其标准化32。除此之外，构建SWE原则以便在SOA作为服务提供者公开无线传感器网络建议体系结构的其他努力，比如25和27，SWE中最新指示的现有的限制。我们的工作利用SWE提出的现有的原则，比如抽象概念、可重复使用的对象中的操作的分离、设施管理领域中的应用，同样考虑到特定域的固有特性，例如：空间分类、现有的BMSs与建设服务的共存。在26中，一套Web服务介绍了为环境和空间监测收集和管理传感器数据。考虑到传感器的使用，这项工作有一个狭窄的范围，然而它回避了企业范围的应用程序的集成问题，是SOA范式的最重要的好处。面向服务体系结构有不同级别，就无线传感器网络活动的核心而言，比如传感、处理等在24中研究。我们的努力集中在将无线传感器网络作为整体企业设施管理系统的服务公开。相反的，电子地图集平台23和我们计划承担的启用Web的无线传感器网络的整体架构方法紧密相关。然而，我们从这项工作中区分自己，因为不能利用和电子地图集一样的特定硬件平台，并因此允许使用不同的和多样化的传感器平台。接下来，我们展示了我们启用web的无线传感器网络设施管理的方法，同时，我们描述驱动我们设计的要求。.推荐的无线传感器网络体系结构本文提供了一个详细的无线传感器网络建筑框架，以通过一个SOA基础架构在设施管理范围内无缝集成与企业应用程序。总的无线传感器网络体系结构供应大量的小平面，如下所示：优化信息流动和可访问性、允许所有授权系统和应用程序共享访问给定数据源增加覆盖面、分辨率和开发一个所有系统和应用程序通过标准的接口都可以访问的提供给人类和自动化决策人的一个信息网的信息意识的准确性发展允许数据、信息和业务服务组成的增值价值监测和决策支持工具的高级别设施管理应用程序的新设计方法。建设管理系统的一个本质上绑定到传感器的基本概念是上下文感知。描述一个系统的每一个属性的信息集合，包括系统方面、受系统操作影响的属性、系统可以不必须单独拥有的所有权，我们定义为系统的上下文。无线传感器网络是上下文信息可以被重新取回的来源。通过恰当的配置传感器，从遍及整个建筑的不同的来源收集信息，对建筑管理系统是非常有益的，对其正确操作是必须的。然而，这个信息必须被有效地管理。从传感器收集的信息必须使用上下文模型被翻译成高级别的上下文信息。上下文模型是把原始信息注释到对应用层有用的高级别信息里的关键。因此，上下文模型是在一个系统中提供上下文感知的任何尝试的基础。A、节点级别功能分层结构无线传感器网络体系结构的功能可以在以下的两个补充方面分解：无线传感器网络服务以企业中间件的方式公开企业体系结构无线传感器网络以任务执行中间件的方式监测上下文信息无线传感器网络体系结构需要纳入我们设想的整体设施管理SOA。承担数据收集和信息管理的信息服务提供商的角色-上下文感知的意义上被考虑。这证明了无线传感器网络服务接口定义和公开SOA体系结构的必要性，为了隐藏潜在的无线传感器网络的复杂性和非均质性。为此目的我们建议的体系结构已经迎合了监测和数据的管理方面。这些功能性的要求是由一个负责翻译高级别从低级别设施管理SOA客户端接收的信息请求的任务执行中间件解决的，特定无线传感器网络的数据。客户端不需要知道无线传感器网络的内部运作，因此，任务执行中间件的重要性。拟议的无线传感器网络体系结构典型的使用案例涉及以下。当设施管理服务想要获得特定无线传感器网络的监测信息时,访问各自的无线传感器网络服传感器节点无线传感器网络安全节点服务任务中间件网络服务安全节点服务网关协调网络服务重排能力网关图2无线传感器网络功能分层体系结构务接口。无线传感器网络服务是通过访问提供满足某些选择标准的可用服务接口细节的服务注册表被发现的。司长哪个提供程序的详细信息，满足某些选择条件的可用的服务接口上发现的。在接收客户端请求，无线传感器网络服务将此请求分配给直接操作在传感器节点上、执行实际的数据集合、可能地处理任务执行中间件。此操作的结果，比如相应的遥感数据，然后再转发到把已处理的信息传递回原始请求者的无线传感器网络服务。无线传感器网络体系结构是在两个传感器平台上实施的,比如,传感器节点和网关，如图1所示,在抽象的更高层，虚拟网关实体负责将无线传感器网络作为一个整体管理。高水平的分层的无线传感器网络节点的分层体系结构如图2所示，包括传感器节点和网关。我们稍后详细阐述虚拟网关。传感器节点和网关的功能几乎是完全相同，除了网关有附加功能这一事实,比如,网关协调和传感器节点有受雇的任务执行中间件。网关本质上是一个连接无线传感器网络和企业网络的网络桥接设备。在这个意义上，它并不参与传感器的任务；它相当于从无线传感器网络到企业网络分程传递数据，反之亦然。为确保可扩展性、可靠性及无线传感器网络的可靠性，我们认为，单一的无线传感器网络可能需要多个网关（如图1中所示），例如节点数可能显著上升或主网关可能失败。允许多个网关的另一个原因是无线传感器网络的生存能力，因为将有更多的资源消耗的功率高效分布。其原因是并非所有节点都应使用相同的路径路由其到网关的数据这一事实，因为这将迅速耗尽的特定节点的资源，因此导致节点故障。然而，从概念上讲，应从具有单一访问点的外部实体查看传感器网络，以确保一致性和易于管理当局。因此对于每个无线传感器网络，网关之一要承担主网关(MGW)的角色，如果有其余的网关的话，应当作辅助网关(SGW)。主网关和辅助网关一起管理它们各自分配的传感器节点，但主网关还要通过一个适当定义的网关协调协议在一个区域内协调所有的网关活动，并作为与外部实体通信的无线传感器网络的单一访问点。网关协调协议负责通知虚拟网关（将在-B节介绍）无线传感器网络的任何变化，比如主网关和辅助网关的状态。传感器的节点上承载的该任务的中间件将稍后详细介绍。简单来说，它是拟议的无线传感器网络体系结构的核心，因为它允许传感器数据收集和报告。更进一步，传感器网络34的安全问题必须给予明确的考虑，因为到目前为止这仍然是一个开放的问题。重新编程35也是无线传感器网络管理中一项重要而极具挑战性的任务，因为可用资源的限制和通信能力的约束。这两个方面，在图2中被视为传感器节点和网关的功能块，不过不在我们当前的工作范围内。图2所示的传感器节点和网关的功能层次体系结构的一个重要方面是节点和网络服务。图3说明了传感器节点和网关的无线传感器网络节点和网络服务的功能分解。网络服务层处理传感器网络的通信方面。直到无线传感器网络侧面被关心，它主要依靠无线电广播设备/节点服务的企业网络接口组件，并提供它们上面的协议堆栈函数。节点服务是本地设备的功能。传感器节点和网关包含一样的基本计算机功能，即加工、存储。此外，作为无线传感器网络的两个部分，他们包含无线功节点服务网络服务无线传感器网络体系测量与控制寻址路由选择传输传感器节点定位电源管理传感无线电通信存储处理网关无线电通信处理网络接口存储图3无线传感器网络节点和网络服务无线传感器网络体系测量与控制寻址路由选择传输无线传感器网络体系测量与控制寻址路由选择传输能。虽然这些功能块存在于传感器节点和网关，它们在两个平台上可能具有不同级别的能力。网关不会受能量的约束，因为他们可以作为主电源，有较小的大小限制因此他们比传感器设备有显著偏高计算和存储容量。此外，网关有一个连接到更广泛的网络，以便可以远程访问相应的无线传感器网络，还允许网关间的通信（MGW到SGWs）的外部网络接口。传感器节点包含一些额外的节点服务，而网关中不存在，比如遥感，电源管理和定位功能。电源管理是无线传感器网络节点的一个重要职能。为了传感器节点部署实现一个有意义的寿命，能源必须通过强制策略保留以关闭设备部件，这种行动会导致能源节约（关闭和打开电源能量消耗的偏移量等）。平台上的很多功能/服务是有重大发电效益的无线电广播设备工作周期的候选功能，和很多的无线电广播设备的设计一样，需要可比的功耗而不管设备是不是在传送、接收数据或仅仅是监听通道。但是，具有周期的无线电广播设备在网络的结构上还有重要的影响，因为只有当临近的设备此时正打开时才可以通信。这一突出问题的解决方案可以分为两类：传输任何数据消息之前的时间超过一个节点的最长睡眠时间36。这确保邻居节点总是会听到序言部分部分的某些部分并且可以保持清醒听到后续消息；或者采用一些同步策略以确保相邻节点处于在同一时间醒着37。一个经常应用的组合方法38，即水平同步允许使用较短的序言。所需序言部分的长度相反地和同步精度相关。必须考虑建筑管理应用程序的要求以便设置节能和节点可用性间的平衡。因为定期报告服务，无线传感器网络可以在报告（除了临时网络和节点管理活动）之间永久的睡眠，因此非常高效地运行。采用这种权衡的暗示，重新分配网络将是一个缓慢的过程，因为控制信息只能在清醒期间传播。如果快速重新分配是必需的（例如：当事件发生时发出的请求的几秒钟内在时间和空间上传送高粒度信息的能力），因此该网络的占空比必须足够短以便在限定的时间内通过网络传播任务。操作此权衡的电源要求是非常高的，因为设备必须更频繁地清醒着监听传播。标准方法是决定特定应用程序要求的最佳权衡方案并配置相应的无线传感器网络操作设备。可以设想一个更灵活的替代方案，在一个上下文意识样式里动态地设置权衡方案，正如39中所描述的。在部分或整个网络内监测到一个事件时，执行基本的上下文处理使无线传感器网络节点、工作周期制度可以主动改变。此先进水平的电源管理，支持快速重新分配时允许显著地节省电量。B.网络级别功能体系结构设计无线传感器网络体系结构中的一个重要的问题是可扩展性和鲁棒性，因为传感器在建筑物和其有限的无线电传输范围中的数量可能很大。我们假设一个建筑物由多个区域/空间组成，每一个区域/空间都有一个无线传感器网络专用于其监测需要，如图4所示。主网关实体用来连接每一个无线传感器网络和企业网络，辅助网关像之前讨论过那样被使用。这些网关管理在他的责任区域内的节点。然而其他应用程序没有意识到的潜在的许多区域和建筑物中的网关。访问无线传感器网络服务的企业应用程序需要一定程度的底层复杂性的抽象、区域/空间的工作分配的具体情况、需要在建筑物与无线传感器网络相关的活动联系的单点。虚拟网关企业SOA接口网关协调接口无线传感器网络领域主网关无线传感器网络区域1任务中间站接口辅助网关主网关企业IP网络无线传感器网络区域2图4拟议的无线传感器网络体系结构及其分割性支持网关协调接口网关协调接口网关协调接口网关协调接口辅助网关辅助网关这是介绍基本的虚拟网关（VGW)概念的原因。虚拟网关能意识到建筑物中各种各样的可用的无线传感器网络和他们各自的主网关、辅助网关，通过访问建筑信息模型(BIM)40，这是整体建筑信息系统体系结构的一种服务，作为所有建筑相关讯息的一个中心点，把文字说明翻译成实际的建筑物位置信息。当企业服务需求与无线传感器网络体系结构交互时，通过与虚拟网关（如图4）进行交互的相关的无线传感器网络服务接口进行交互。虚拟网关配备有企业中间层，负责和SOA的无线传感器网络服务接口沟通。需要阐明的是，虚拟网关本身不是无线传感器网络的一部分，但却用于访问和与传感器网络进行交互。虚拟网关驻留在传感器网络之外，和主网关通信，以便通过无线传感器网络公开收集的数据到高级别的应用程序。虚拟网关有任务执行中间件函数，为了能够指导传感器节点（也有此函数）按照客户端需求收集和报到数据。后备虚拟网关也被认为是稳定性和可靠性的原因（这样的虚拟网关不构成单点故障）。后备虚拟网关监测主网关的操作、接受到虚拟网关的所有通信、记录必要地任务和数据，但是只有当主虚拟网关因为任何原因失败时后备虚拟网关才采取其操作。在下文中，因为简单性和不失一般性的原因，我们将会考虑每个无线传感器网络只有一个主网关，被明白地称为网关，不考虑辅助网关、后备网关。体系结构的技术指标无线传感器网络服务接口是在设施管理的整体SOA中公开的，其中存在着各种各样的服务模式，如JINI、网格服务、CORBA、网络服务(WS)等。我们选择支持Web服务29，主要原因是被他们全接受和根据我们的体系结构它们一般启用企业应用程序和互联网简单、直观的部署的事实。WS是SOAs的主要关键技术因素之一，并吸引了众多的研究兴趣，主要是因为他们支持已经建立的标准的事实。WS构成不同的软件平台不需任何先决条件改编平台和同质框架必要性而进行交互操作的一种手段。WSN环境本质上是连续不断地监视他们环境(比如,获取测量值)的资源的集合（比如，传感器)。因此，我们已定义基于具象化状态转移(REST)的启用企业服务的无线传感器网络集成的SOA样式。基于REST的WS41缺乏基于SOAP的WS42的复杂性，并形成一个开放和灵活的框架，允许可扩展和动态资源监测43、44。WSNWeb服务植根在以下的基本URI：http:/主机名/REST/版本/。主机名参数必须被承载WS服务器的名称替换，版本参数必须被服务的版本号替换。当一个客户端希望与SOA的无线传感器网络体系架构交互时，客户端发布适当地HTTP方法，即GET（查询现有资源）、POST（创建新的资源）、DELETE（删除现有资源)、PUT（更新现有资源）。拟议的无线传感器网络体系结构的WSURI层次结构如图5所示。例如，当一个客户端想要从特定的域名资源检索结果时，他/她发布一个HTTPGET方法请求URI:http:/hostname/REST/version/DomaintaskResult/id,id是检索结果的唯一标识符，并且以XML的形式返回相应的数据。图5无线传感器网络服务URI层次需要阐述的是，WS接口驻留在web服务器上，并使由客户端发现的在服务注册表将上注册。WS接口背后的实际功能是由先前讨论的虚拟网关实体执行。所需的处理在虚拟网关发生，先于无线传感器网络收集数据的任务。MGW和SGW实体作为传感器网络与虚拟网关之间的网络桥接设备。客户端可以通过无线传感器网络WS接口访问公开的DomainTask资源和无线传感器网络体系结构内部使用的其他资源即虚拟网关。DomainTask代表和WSN领域相比建筑管理领域更熟悉的明确描述地无线传感器网络的高级别任务。把DomainTask作为输入的，并把其译成一个或多个传送可以实现DomainTask所需数据的SensorTasks，是无线传感器网络体系结构的虚拟网关的工作。SensorTasks资源是一个WSN域比较熟悉的规定的无线传感器网络较低级别的任务。SensorTasks能够配置一个或多个传感器传递数据。在数据交付之前，SensorTask可能执行处理和从传感器接收的数据的聚合。基本的SensorTask类型是抽象的，现有的专业化的描述定期数据收集任务和条件，或基于报警的数据收集任务。每个SensorTask被分配给无线传感器网络体系结构的传感器节点。传感器节点通过他们各自的网关向虚拟网报告数据。Sensor资源代表一个无线传感器网络的传感组件。它提供了用于获取有关组成无线传感器网络的传感器能力信息的原理，包括传感器类型、位置和电源状态。Space资源代表建筑物环境的空间描述,如一个区域的文字说明，例如，房间、块等。它提供与BIM进行通信的原理。无线传感器网络体系结构所使用的资源表示法的格式已被正式描述30。当客户端向服务器发送请求时，客户端使用资源表示法，当服务器把响应返回到客户端时，服务器使用资源表示法。数据模型使用适当的XML架构定义被正式规定，更进一步，可以在30中找到详细信息。任务执行的中间件实现无线传感器网络服务接口公开的功能的体系结构实体。它实际上是一种驻留在传感器节点上的客户端和服务器端在虚拟网关上的客户端-服务器体系结构。任务执行的中间件通过企业网络体系结构从企业实体接收作为输入高级别服务请求（称为无线传感器网络查询），比如,WSNWS接口在虚拟网关决定哪些数据和处理是提供服务所需要的、分配给相应的传感器节点执行传感和处理任务（称为传感器任务）、收集传感器节点的结果数据、将数据发送回到根据上下文处理和存储在数据库(DB)并最后回应给原始服务请求。图6显示了无线传感器网络部署体系结构，并提供全体企业级范围内的无线传感器网络体系结构的高级别视图。在提交任务执行中间件体系结构的具体说明之前，理解其功能是很重要的。任务执行中间件的功能实体概述如图7所示。传感器节点的功能和虚拟网关的功能是有区别的，映射在两个实体的功能上。任务执行中间件主要涉及以下三个操作。数据库基于REST的无线传感器网络网络服务接口企业服务通道BMSBIM信息查询无线传感器网络（802.15.4）无线传感器网络（802.15.4）无线传感器网络（802.15.4）区域2区域1数据任务基于网关IP的网络（以太网，802.11等）虚拟网关区域3网关图6企业环境内的无线传感器网络部署体系结构节点任务传感器节点服务注册本地注册数据服务处理网络任务虚拟网关服务检索本地检索图7传感器节点和虚拟网关内的任务中间站功能实体A.服务和位置的注册/发现它涉及传感器节点广播他们的能力（如状态、处理、电池寿命、位置等）到使用它们来确定稍后阶段的任务分配的虚拟网关。服务和位置的发现将在接下来的章节中讨论，由于无线传感器网络不是静态的实体，此操作对于登记可用服务、节点位置、删除那些已不可用的是至关重要。B、数据服务处理此操作目的是解耦高层次的无线传感器网络数据查询,即图5中的DomainTasks,低级数据收集和处理任务,即SensorTasks,因此低级别任务输出可以重用为多重的服务高层次的请求。这涉及到上下文处理，在处理大量高级别任务也是中间件可扩展性的基础。在无线传感器网络网络服务接口上处理来自客户端请求的过程，即分解成SensorTasks、响应的处理、基于传感器节点所报告的数据和其他的请求参数被位于虚拟网关的此操作处理。C节点和网络任务这些操作是负责传感器节点的实际任务。虚拟网关的网络任务操作包括确定哪些传感器节点可以执行所需的任务（如同数据服务处理操作标识）、分配任务给适当的节点、处理他们的响应。在节点上，节点分配操作时间表、执行传感器任务、管理任务激活和报告。存储查询管理1）监听服务查询2）通过查询节点数据库响应广告管理器1）监听广告2）存储广告到节点数据库3）节点信息过期时间广告管理器1）广告节点配置2）发送周期性更新节点传感器等位置存储节点数据库虚拟网关传感器节点图8服务/本地注册和探索的说明任务执行中间件的功能架构定义传感器节点到虚拟网关的服务/位置注册操作，特别是服务/位置发现块。服务和位置发现和注册包括一系列操作和参与模块。图8描述了关于服务/位置注册功能体系结构规范和有关发现的任务执行中间件的功能体系结构规范。在传感器节点上，唯一的体系结构模块是一种广告管理器，根据引导程序、传感器初始化广告节点配置信息、处理有关的定期更新。在虚拟网关上，相应的广告管理器接收节点配置广告、把它存储在节点数据库(DB)并监视其有效性(节点数据库管理器通过如图6所示的企业中间件与该BIM进行交互是可能的，以进一步获得与传感器相关的信息）。查询管理器从客户端接收问题和报告通过访问节点DB得到的相应节点信息。任务执行中间件的服务/位置注册和发现操作的典型的数据流如图9所示，节点先向虚拟网关广播其能力，所以，后者是对有关节点功能的外部查询的响应。图10描述了数据的查询/响应任务执行中间件体系结构，并阐述了提供上述功能（如图7所示）的模块，就虚拟网关而言。查询管理器是虚拟网关上主要的中间件模块，负责通过企业网络处理器监听客户端查询。客户端请求以HTTPPOST方式请求DomainTask资源（如图5所示），表示成一个描述所需连接参数的XML文档，然后从无线传感器网络WS接口转发到虚拟网关的企业网络处理器。2、存储（节点配置）1、分配（节点配置）3、服务查询（）4、检索（）查询管理器广告管理器广告管理器虚拟网关传感器节点5、分配(列表）节点数据库图9节点任务本地/服务注册和探索的典型数据流任务过滤器过滤冗余的传感器任务企业网络处理程序响应管理器1）处理传感器任务报告2）通过匹配客户端查询的任务报告形成恰当的客户端响应建立信息模型网络处理程序掩盖到Zigbee网络的潜在连通性和发送/接收Zlgbee消息查询管理器处理和取消客户端查询传感器任务管理器处理和形成从查询导出的传感器任务存储传感器任务存储客户端的查询和把数据查询映射到传感器任务数据查询数据库节点数据库传感器任务数据库查询分解器1)把查询分解成传感器任务2)解决到无线传感器网络位置语义的域语义图10虚拟网关的数据查询-响应体系说明通过企业网络处理器接到新的客户端请求，查询管理器联系查询分解器，从客户端的数据查询中生成任务。查询分解器操作包括客户端设置的高级别查询映射到低级别无线传感器网络特定传感任务（从高级别空间语义到无线传感器网络细节的映射发生在查询管理器联系节点DB、节点的BIM、各自的建设相关信息、把这些连同查询的详细信息传递给查询分解器）。数据查询和任务请求的相应列表存储在数据查询DB和传感器的任务DB，个别地，当从查询管理器发送任务请求到传感器任务管理器（传感器任务和传感器分配也存储在图6所示的DB中，在管理查询器联系相应的无线传感器网络网络服务接口时,即SensorTask和传感器资源，通过企业网络处理器）。传感器任务管理器通过使用任务筛选器模块筛选多余的任务，并因此通过MGW或SGWs和负责和传感器节点联系ZigBee接口网络处理模块（我们正在使用ZigBee作为基础的无线传感器网络技术）将任务发送到合适的传感器节点。驻留在虚拟网关ZigBee的网络处理器和其操作包括以这样的方式格式化从虚拟网关接受的信息，以便他们能够被传送到无线传感器网络（在这里形成的ZigBee消息被IP报头封装，通过IP发送到MGW或SGWs，删除数据头，消息作为独立的消息转发到适当的传感器节点）。虚拟网关任务执行中间件体系结构在如10中已经阐述，通过响应管理器实体接收传感器节点的输入。传感器节点消息被发送到ZigBee网络处理器，将它们转发到响应管理器，更新数据查询DB以便标记已完成的相应查询。数据被返回到企业网络处理器，将其返回到客户端根据其要求进行处理。在我们拟议的体系结构中，数据存储在用于跟踪历史趋势和记录的DB中。在这种情况下，企业网络处理器将此数据与数据查询详细信息一起发送到连接数据库和存储数据的无线传感器网络网络服务接口的DomainTaskResult资源。如果数据丢失或一些其他错误被报告到响应管理器，那么此错误通过该企业网络处理器被会送到客户端，以便被处理。其原因是无线传感器网络的本质不允许故障恢复,即如果数据丢失，那么特定的数据不能恢复，因为它们相当于实时监控。因此，应考虑一些其他的恢复方法，根据客户端的要求，这是我们不处理虚拟网关的数据错误的设计选择的背后原因。传感器一边的体系结构（请参阅图11),是允许和虚拟网关相应模块交互的ZigBee网络处理器，此模块负责发送和接收ZigBee消息。当发送ZigBee消息时，它首先被特定区域的MGW或SGWs收到的，于是一个IP报头附加到它，然后它将通过IP被路由到虚拟网关的ZigBee网络处理器。当收到一条消息，然后它被转发到任务处理器，处理传感器任务并将它们存储在任务数据库，而另外它处理任务取消。收到新的任务要求，任务处理器将它存储到任务数据库中，然后为了规划它的执行将其转发到任务调度程序，因为许多任务可能同时提交到相同的节点。任务调度程序通过发送到任务数据管理器执行任务中指定的分配必要的资源和取样适当的硬件资源。一旦成功的完成任务，任务数据库被通知更新有关任务核查/执行数据和使用派生的传感器数据更新数据数据库，如果在传感器节点资源允许此操作。通知消息（使用取决于传感器任务的数据或报警报告）回送到ZigBee的网络处理器，转发到之前描述的虚拟网关。虚拟网关被通知成功完成的任务。Zigbee网络处理器发送/接收Zigbee分组任务处理器1）处理传感器任务2）处理任务的取消任务调度程序1）保持运行任务调度2）当任务到达时形成事件任务数据管理器1）采样硬件传感器2）依据传感器任务形成数据或报警报告并发送至网关1）传感器任务的存储1）存储传感器数据任务数据库数据数据库图11传感器节点的数据查询-响应体系说明数据查询典型的数据流、控制流和任务执行中间件的响应操作呈现在图12虚拟网关图中和图13传感器节点图中，分别用作发生操作的顺序的算法说明。我们也已详细说明