引言

物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后，信息通信技術(shù)的一次重大創(chuàng) 新，當(dāng)前，許多國家將推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展作為一項重要的經(jīng)濟(jì) 和技術(shù)策略。對于物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成 為其關(guān)鍵。轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言(Transducer Markup Language， TML)作為傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N標(biāo)準(zhǔn)化語言，將對未來 的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起到很重要的作用。

1  TML的概述

TML不僅可用于描述從傳感器獲取的信息，而且可以 描述必要的過程信息和理解轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的信息。之所以用 “transducer"比"sensor"更貼切，是因為 TransducerML 除 了描述從傳感器獲取的數(shù)據(jù)外，還需要描述從執(zhí)行器獲取的 數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言不僅要處理靜態(tài)數(shù)據(jù)，還需要處理轉(zhuǎn) 換器的數(shù)據(jù)流。轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言允許將傳感器獲取的實時信 息加入信息流或從信息流中刪除。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言對于過程信息的描述包括標(biāo)度、運(yùn)行環(huán) 境、設(shè)備設(shè)置、傳感器性能和特征，以及多元組系統(tǒng)中的傳感器交互關(guān)系和系統(tǒng)行為。此外，轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言還包含邏 輯模型、行為模型、傳遞函數(shù)等處理數(shù)據(jù)過程的重要信息。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言能夠確定獲取數(shù)據(jù)的精確時間，因而可 以準(zhǔn)確知道單個傳感器測量某一物理現(xiàn)象的時間，并且清晰 地獲取潛在或延遲的信息。這就使得確定獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)的時間 更為精確，同時有助于在數(shù)據(jù)點(diǎn)和事件之間的插入操作。

2  TML的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流

2.1靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)

TML為了適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)換器，往往采用可編輯的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，但它同時會用通用的模型來描述復(fù)雜多樣的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。 TML的一個主要目標(biāo)是使轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)盡可能地精確和有效, 這有賴于以下兩種類型的數(shù)據(jù)交換。其一是動態(tài)數(shù)據(jù)，用于 描述隨時間不斷變化的環(huán)境；其二是數(shù)據(jù)的描述，也就是說, 借助TML可以使處理器能夠理解特定傳感器系統(tǒng)中復(fù)雜多樣 的數(shù)據(jù)。

TML數(shù)據(jù)流

TML數(shù)據(jù)流是從TML系統(tǒng)中得到的結(jié)果。TML數(shù)據(jù)流 承載的數(shù)據(jù)可描述隨時間而變化的環(huán)境。它代表各種各樣內(nèi) 部或外部的現(xiàn)象。開放的TML標(biāo)簽就是數(shù)據(jù)流的起始。如果要結(jié)束一個數(shù)據(jù)流，就需要在某一節(jié)點(diǎn)添加一個TML結(jié)束標(biāo) 簽，并通過讀入機(jī)器讀入后，再來結(jié)束整個數(shù)據(jù)流。如果數(shù) 據(jù)流從發(fā)信機(jī)器獲得結(jié)束標(biāo)簽，那么，也可以正常結(jié)束這個 數(shù)據(jù)流。

3  TML的一般結(jié)構(gòu)組成

3.1 TML的一般組成

為了便于理解TML，圖1給出了 TML系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 到客戶端并開始應(yīng)用，如轉(zhuǎn)換器的處理器或控制器。對于用戶, 以組成。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言的數(shù)據(jù)可以直接在傳感器系統(tǒng)和執(zhí)行器的處理器或控制器之間進(jìn)行交換。如果傳感器節(jié)點(diǎn)擁有網(wǎng)絡(luò)適配器，轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語言的數(shù)據(jù)就可以通過網(wǎng)絡(luò)傳遞。此外，TML 轉(zhuǎn)換器節(jié)點(diǎn)還可以支持一些服務(wù)，如通過網(wǎng)絡(luò)查找本地的檔案信息。圖 1 中顯示的四種類型的傳輸傳感器數(shù)據(jù)的適配器分別是轉(zhuǎn)換器、過程、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用適配器。這些適配器可能應(yīng)用一些相同的函數(shù)。這些適配器可將 TML 數(shù)據(jù)流傳遞到客戶端并開始應(yīng)用，如轉(zhuǎn)換器的處理器或控制器。對于用戶，以TML描述的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和傳感器接口對于應(yīng)用程序是透明的。而傳感器或過程的接口也要分別適用于通過了傳感器或過程適配器的TML的接口。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要能提供過程和傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理工具，以幫助客戶端用戶選擇適合的傳感器和過程來完成特定的任務(wù)。因為TML提供有通用的接口，所以，網(wǎng)絡(luò)上的所有傳感器網(wǎng)絡(luò)和過程系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)上的任意用戶都應(yīng)該是可用的，但獲得專利的和獨(dú)特的傳感器接口卻對用戶是隱藏的。這個困難的任務(wù)通常要由傳感器系統(tǒng)中的積分器來確定合適的傳感器適配器完成。

TML應(yīng)用節(jié)點(diǎn)實際上是一組共用的、可實現(xiàn)TML接口的軟件庫。這些庫可以支持語法分析、解碼、工作流鏈接和基本的TML處理控制，這也是許多應(yīng)用程序處理和控制TML數(shù)據(jù)的必要條件。每個應(yīng)用都會需要不同的應(yīng)用適配器并運(yùn)用TML應(yīng)用節(jié)點(diǎn)提供的相應(yīng)函數(shù)。

為了充分發(fā)揮TML的普遍性，還需要能夠搜索整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)程序，包括傳感器的能力、傳感器系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進(jìn)給速度傳感器檔案數(shù)據(jù)、傳感器進(jìn)程服務(wù)、安全性、傳感器系統(tǒng)計劃、服務(wù)調(diào)度等。

3.2轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由三維構(gòu)成的。最基本的數(shù)據(jù)成分是數(shù)據(jù)單元。一個或多個數(shù)據(jù)單元可組成數(shù)據(jù)組，一個或多個數(shù)據(jù)組則可組成TCF數(shù)據(jù)陣列。圖2所示是TML的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。

3.3轉(zhuǎn)換器特征框架

轉(zhuǎn)換器特征框架（TCF）用于描述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。一般情況下，數(shù)據(jù)單元、數(shù)據(jù)組和數(shù)據(jù)陣列用于描述轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的物理排布；而TCF則從邏輯結(jié)構(gòu)角度描述數(shù)據(jù)是如何被解釋的。

圖2 TML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

舉例來講，圖片由像素組成，像素又由紅色、綠色和藍(lán) 色的數(shù)值組成。TML的數(shù)據(jù)組正如像素，而數(shù)據(jù)陣列就如這 張圖片的框架。從邏輯上講，相機(jī)產(chǎn)生了數(shù)據(jù)的框架，那么 TCF就好比整副圖片。

事實上，可以認(rèn)為TCF數(shù)據(jù)陣列是由若干單元格組成的。 而單元格的數(shù)量是由空間和時間坐標(biāo)值的數(shù)量來決定的。這 些值用來描述特定傳感器的特定時間段。TCF數(shù)據(jù)陣列是構(gòu) 建轉(zhuǎn)換器模型的一個核心概念，它能夠把響應(yīng)模型和幾何模 型數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。也可以通過獲取轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù) 對TCF數(shù)據(jù)陣列進(jìn)行分解。這樣，收集數(shù)據(jù)與構(gòu)建TCF數(shù) 據(jù)陣列有了一一聯(lián)系，建模和數(shù)據(jù)也密切聯(lián)系起來了。

3.4轉(zhuǎn)換器建模

轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)建模的目的是將從TML傳感器或過程系統(tǒng) 獲得的數(shù)據(jù)傳遞給TML應(yīng)用，而TCF用于構(gòu)建轉(zhuǎn)換器模型 和定義傳感器數(shù)據(jù)的解釋。常見的轉(zhuǎn)換器行為模型包括幾何 模型和響應(yīng)模型，幾何模型以空間和時間的數(shù)據(jù)構(gòu)建模型作 為重要特征，響應(yīng)模型中通常包含函數(shù)模型、頻率模型、脈 沖相應(yīng)和穩(wěn)定狀態(tài)傳輸函數(shù)等。

4 TML的特點(diǎn)

XML以有意義的語義標(biāo)簽來表示每個數(shù)據(jù)元素。XML 豐富的語義能力相比設(shè)置變量來表示更適合數(shù)據(jù)交換。TML 運(yùn)用XML來捕獲和交換數(shù)據(jù)。TML提供有多種模型，這些 模型綜合考慮了如傳感器延遲、噪聲指數(shù)、時空空間、頻率響應(yīng)、 穩(wěn)定狀態(tài)傳輸和脈沖響應(yīng)等多種因素。TML通過應(yīng)用簡潔的 XML標(biāo)簽設(shè)計來有效地以組的形式傳輸感應(yīng)器的信息，同時 提供一種時間關(guān)聯(lián)性的機(jī)制來實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)傳輸。

此外，TML還具有很多適于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特點(diǎn)：

不同類型的感應(yīng)器信息的互操作和融合。TML通過基 于XML自描述的數(shù)據(jù)交換協(xié)議來完成異構(gòu)的傳感器系統(tǒng)的互 操作，這就使得多種感應(yīng)器和多種資源可以融合到一種通用 的操作界面。

跨多重傳感器類型來完成數(shù)據(jù)交換。由于TML是獨(dú) 立于應(yīng)用的，因此，很適合解決跨多操作域完成數(shù)據(jù)交換。

可標(biāo)識不同傳感器及它們之間的關(guān)聯(lián)。TML可以維持 一個系統(tǒng)中多樣傳感器的關(guān)聯(lián)性和絕對時間順序。TML允許 分析人員比較收集到的時間和空間類似的數(shù)據(jù)，或者比較收 集到的時間和空間截然不同的數(shù)據(jù)，因而具備多域耦合性。

可使用通用的處理器處理所有輸入的傳感器數(shù)據(jù)。 TML作為通用的傳感器模型和模板，可促進(jìn)通用處理器的發(fā) 展，并促進(jìn)多傳感器/多類型的融合。這使得每個傳感器都 可以擁有一種通用的存儲模型。

能更加快速和精確地定位。TML采用高精度的傳感器 數(shù)據(jù)交換，高精度的時空標(biāo)記以及數(shù)據(jù)誤差性能。

即插即用的傳感器。TML允許使用即插即用的傳感器, 由于不需要對處理器做任何變更，因此，十分適合新型傳感器。

能保存原始傳感器數(shù)據(jù)。通過時間標(biāo)簽TML可以由 精確的時間標(biāo)簽來為原始傳感器數(shù)據(jù)排序并重組原始數(shù)據(jù)流。 因此，這種能力就可以保證數(shù)據(jù)自動歸檔和檢索，從而避免檢 索所有的數(shù)據(jù)量，以便操作員可以簡便地通過搜索引擎找到 任何時間和空間的特定數(shù)據(jù)。

可進(jìn)行傳感器定位。TML使得用戶可以實時地獲取可 用傳感器的列表，并從中選取特定接收信息的傳感器。

可雙向控制。TML能無縫地控制變送器和傳感器數(shù)據(jù) 流。而傳感器傳輸?shù)膹?fù)雜數(shù)據(jù)流，如圖像定位、相機(jī)快門、本 地預(yù)警等也受客戶端應(yīng)用的控制。

5  結(jié)語

目前,TML已經(jīng)在美國國防部和其它政府機(jī)構(gòu)得到了廣 泛應(yīng)用。USAF和美國國家地理空間情報局發(fā)起了 TML的 提出和改進(jìn)，并擁護(hù)應(yīng)用其作為融合不同傳感器數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)， 如圖像、信號和測量數(shù)據(jù)。

事實上,TML將成為主要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)增長機(jī)遇。它不 但可以節(jié)省商業(yè)活動中的資金，還可大大提高美國各州或聯(lián)邦 政府的效率，遠(yuǎn)勝于原來設(shè)計特殊領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳播方法，TML 可以實現(xiàn)跨多

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