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(guó)家將推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展作為一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì) 和技術(shù)策略。對(duì)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(yǔ)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(yǔ)言，將對(duì)未來(lái) 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(guò)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?yàn)?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(yǔ)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(yǔ)言允許將傳感器獲取的實(shí)時(shí)信 息加入信息流或從信息流中刪除。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語(yǔ)言對(duì)于過(guò)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(yǔ)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(guò)程的重要信息。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語(yǔ)言能夠確定獲取數(shù)據(jù)的精確時(shí)間，因而可 以準(zhǔn)確知道單個(gè)傳感器測(cè)量某一物理現(xiàn)象的時(shí)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(shí)間 更為精確，同時(shí)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(dòng)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(shí)會(huì)用通用的模型來(lái)描述復(fù)雜多樣的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。 TML的一個(gè)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，用于 描述隨時(shí)間不斷變化的環(huán)境；其二是數(shù)據(jù)的描述，也就是說(shuō), 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(shí)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(kāi)放的TML標(biāo)簽就是數(shù)據(jù)流的起始。如果要結(jié)束一個(gè)數(shù)據(jù)流，就需要在某一節(jié)點(diǎn)添加一個(gè)TML結(jié)束標(biāo) 簽，并通過(guò)讀入機(jī)器讀入后，再來(lái)結(jié)束整個(gè)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(gè) 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(kāi)始應(yīng)用，如轉(zhuǎn)換器的處理器或控制器。對(duì)于用戶, 以組成。

轉(zhuǎn)換器標(biāo)記語(yǔ)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(yǔ)言的數(shù)據(jù)就可以通過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)始應(yīng)用，如轉(zhuǎn)換器的處理器或控制器。對(duì)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(duì)于應(yīng)用程序是透明的。而傳感器或過(guò)程的接口也要分別適用于通過(guò)了傳感器或過(guò)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(guò)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(guò)程來(lái)完成特定的任務(wù)。因?yàn)門ML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(guò)程系統(tǒng)對(duì)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(duì)用戶是隱藏的。這個(gè)困難的任務(wù)通常要由傳感器系統(tǒng)中的積分器來(lái)確定合適的傳感器適配器完成。

TML應(yīng)用節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是一組共用的、可實(shí)現(xiàn)TML接口的軟件庫(kù)。這些庫(kù)可以支持語(yǔ)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(gè)應(yīng)用都會(huì)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(gè)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(shí)時(shí)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(jì)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(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)單元可組成數(shù)據(jù)組，一個(gè)或多個(gè)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(lái)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(shí)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(shí)間坐標(biāo)值的數(shù)量來(lái)決定的。這 些值用來(lái)描述特定傳感器的特定時(shí)間段。TCF數(shù)據(jù)陣列是構(gòu) 建轉(zhuǎn)換器模型的一個(gè)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(lái)。也可以通過(guò)獲取轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù) 對(duì)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(lái)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(guò)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(jiàn)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(shí)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(yǔ)義標(biāo)簽來(lái)表示每個(gè)數(shù)據(jù)元素。XML 豐富的語(yǔ)義能力相比設(shè)置變量來(lái)表示更適合數(shù)據(jù)交換。TML 運(yùn)用XML來(lái)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(shí)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(guò)應(yīng)用簡(jiǎn)潔的 XML標(biāo)簽設(shè)計(jì)來(lái)有效地以組的形式傳輸感應(yīng)器的信息，同時(shí) 提供一種時(shí)間關(guān)聯(lián)性的機(jī)制來(lái)實(shí)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(guò)基 于XML自描述的數(shù)據(jù)交換協(xié)議來(lái)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(lái)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(shí)不同傳感器及它們之間的關(guān)聯(lián)。TML可以維持 一個(gè)系統(tǒng)中多樣傳感器的關(guān)聯(lián)性和絕對(duì)時(shí)間順序。TML允許 分析人員比較收集到的時(shí)間和空間類似的數(shù)據(jù)，或者比較收 集到的時(shí)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(gè)傳感器都 可以擁有一種通用的存儲(chǔ)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(shí)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(duì)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(guò)時(shí)間標(biāo)簽TML可以由 精確的時(shí)間標(biāo)簽來(lái)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(dòng)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(jiǎn)便地通過(guò)搜索引擎找到 任何時(shí)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(shí)時(shí)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(wú)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(yǔ)

目前,TML已經(jīng)在美國(guó)國(guó)防部和其它政府機(jī)構(gòu)得到了廣 泛應(yīng)用。USAF和美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)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(hào)和測(cè)量數(shù)據(jù)。

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

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