一种应用于交通领域的对象解析系统设计方法.doc

文章编号: ？-？（2014）10-29

一种应用于交通领域的对象解析系统设计方法
马文静1，吴东亚2，汤凯3，王东柱4
（1,2 中国电子技术标准化研究院，北京市安定门东大街1号，100876；3.中兴通讯股份有限公司南京研发中心，南京市紫荆花路68号，210012; 4.交通运输部公路科学研究所，北京市海淀区西土城路8号院，100088；）
摘要：物联网、云计算等新一代信息技术对传统交通领域产生了重要的影响。RFID、二维码、传感器等技术的出现使得对于交通对象的管理呈现实时化、精准化、透明化的发展态势，促使传统的运营管理模式产生变革。本文将结合交通运输领域的标识管理现状，提出了一种基于OID技术的解析系统设计方法。此设计方法遵从分布式的系统部署原则，采用通用解析和应用解析相结合的解析机制，能够实现面向交通运输对象的唯一标识、精准定位和多重信息解析。
关键词：智能交通；标识管理；对象标识符
中图分类号：TP 393.03 文献标志码：A
A Design Method for Object Resolution System Applied in Transport Field
MA Wenjing1，Wu Dongya2，TANG Kai3，WANG Dongzhu4，
(1.China Electronics Standardization Institute, Beijing, China;; 2.China Electronics Standardization Institute, Beijing, China; 3. Nanjing R &D Center of ZTE Corporation, 210039, China; 4.Research Institute of Highway Ministry of Transport, Beijing, 100088, China)
Abstract: The new generation of information technology, such as IOT (Internet of Things), Cloud Computing, has been impacting the traditional transportation field significantly. The emergence of RFID, two-dimension code and sensor network lead a trend of real-time, precise and transparent for transportation object management and spur a reform of the traditional management. This paper proposes a design method of resolution system based on OID in light of the identification management status in the transportation field.This design could achieve unique identification, precise localization and multi-resolution for different objects in the transportation field by adopting distributed deployment principles and resolution mechanism both with the general resolution process and the application resolution process.
Keywords：Intelligent transportation; Identification management; Object identifier (OID)

0 前言
物联网、云计算等新兴信息技术的出现，使得传统交通运输领域对象的管理模式产生变革。二维码、RFID、传感器等技术的广泛应用使得信息处理、交换从计算机等终端设备扩展至交通运输领域的各类对象。为实现对象之间的信息交互[1-2]，交通运输行业首先需要解决的便是对象的标识解析问题，需要精确查找到唯一通信对象，这就需要完善的解析系统予以支撑[3]。交通运输领域已有一定的基础[4]，但仍存在以下问题：1）各系统以闭环应用为主，信息孤岛现象严重；2）面向RFID、二维码、传感器等技术的解析系统主要以集中式设计为主，服务器处理负荷过重，不利于交通领域业务的统筹发展；3）现有解析系统所提供的服务类型单一，难以满足用户多方面的信息需求。
本文提出了一种基于OID的解析系统设计方法，在针对交通领域管理对象统一标识编码的基础上，采用通用解析和应用解析相结合的设计原理，遵从分布式的系统部署原则，可实现面向交通运输对象的多重信息解析。
1 应用对象
交通运输领域目前重点需要进行标识管理的对象主要分为以下几类：
（1）从业人员
交通领域监管部门通过为从业人员分配唯一的从业资格编号，实现从业人员资格的防伪追溯及定位。
（2）交通运载工具
交通运载工具包含交通运输车辆、船舶等。RFID、智能IC卡、全球卫星定位系统的综合应用有助于将交通运载工具纳入到统一标识体系下，实现全球唯一识别、实时定位管理和精细化信息处理。
（3）基础设施
依托传感器、图像采集设备，交通管理部门对道路、桥梁、隧道航道、港口交通枢纽等进行标识管理和基础设施数据采集，建立信息化管理平台，对基础设施状态进行监控和定期检测维护。
（4）货物、集装箱等交通运输对象
在交通运输领域，集装箱、货物包裹等可通过二维码、RFID等技术实现智能化的运输过程信息追溯。
2 解析体系架构
OID(Object Identifier,对象标识符)由于具备兼容性强、分布式解析、我国完全自主可控、技术体系完整、应用广泛、无知识产权风险等优势，成为物联网、云计算、智慧城市标识体系的首选方案，因而应用于智能交通领域的标识体系建设[5]。
解析是指通过网站、浏览器客户端查询、系统插件、机器自动识别等输入OID标识符，获得与标识对象相关联的多重属性信息过程[6-7]，分为通用解析和应用解析两个步骤，具体如图1所示。

图1. 解析系统架构图
Fig.1. Structure chart of resolution system
3 通用解析
通用解析是指从国家、交通部及各省市县、其他行业应用的网站、客户端或者识读设备输入标识符，获得或者索引到存储标识对象信息的应用解析服务器地址过程。[8]阐述了目前现有互联网的解析服务和解析流程。本文在此基础上，结合OID技术，实现了OID通用解析过程。根据不同的系统配置，通用解析分为递归解析和迭代解析两种类型的解析方式。
3.1 递归解析
递归解析是指输入标识符无法在本地解析服务器解析，而是本地解析服务器代替OID客户端进行查询，并将查询结果反馈至OID客户端的过程，如图2所示：

图2. OID递归解析流程图
Fig.2. Flowchart of OID recursive resolution process
假定客户端查询标识对象信息存储于县区级解析服务器，以广州市天河区为例，假设输入标识符为(1.2.156).348. 440106.XXXXX.XXXX，并假设此客户端配置的本地解析服务器为佛山市服务器，即标识前缀为（1.2.156）.348.440600，解析流程如下所示：
（1）客户端首先在向本地解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q1）。
（2）本地解析服务器接收请求后，先查询本地缓存。如果有相应的解析地址记录，则直接向ORS客户端返回应答报文(An)，告知ORS客户端所查询标识对象信息所在的解析服务器地址。如果没有查到解析地址记录，则本地解析服务器向所配置的根解析服务器发送.348. 440106.XXXXX.XXXX的解析请求报文（Q2）。
（3）根解析服务器收到解析请求报文后，经由解析，得到.348标识前缀所对应的交通部解析服务器地址，并向本地解析服务器返回应答报文（A1），即根解析服务器无法获知.348. 440106解析服务器地址，因而返回交通部解析服务器地址至本地解析服务器。
（4）本地解析服务器收到A1应答报文后，得到.348标识前缀所对应的交通部解析服务器地址后，再次向交通部解析服务器发送.348. 440106.XXXXX.XXXX解析请求报文（Q3）。
（5）交通部解析服务器收到请求报文后，查询.348. 440106所对应的省级解析服务器地址，并向本地解析服务器返回应答报文（A2），即交通部解析服务器无法获知.348. 440106的解析服务器地址，因而返回广东省解析服务器地址至本地解析服务器。
（6）本地解析服务器收到A2应答报文后，得到.348. 440106标识前缀所对应的广东省解析服务器地址，再次向广东省解析服务器发送.348. 440106.XXXXX.XXXX解析请求报文（Q4）。
（7）广东省解析服务器收到解析请求报文后，查询.348. 440106所对应的市级解析服务器地址，并向本地解析服务器返回应答报文（A3），即广州省解析服务器无法获知.348. 440106的解析服务器地址，因而返回广州市解析服务器地址至本地解析服务器。
（8）本地解析服务器收到A3应答报文后，得到.348. 440106标识前缀所对应的广州市解析服务器地址，再次向广州市解析服务器发送.348. 440106.XXXXX.XXXX解析请求报文（Q5）。
（9）广州市解析服务器收到解析请求报文后，经由解析，查询.348. 440106对应的县区级解析服务器地址，并向本地解析服务器返回应答报文（A4），即广州市解析服务器无法获知.348. 440106的解析服务器地址，因而返回天河区解析服务器地址。
（10）本地解析服务器收到A4应答报文后，得到.348.440106标识前缀所对应的天河区解析服务器地址，再次向天河区解析服务器发送.348.440106.XXXXX.XXXX解析请求报文（Q6）。
（11）天河区解析服务器收到解析请求报文后，在它的ORS区域数据库中查找，最终获得.348.440106.XXXXX.XXXX所对应的IP地址，并向本地解析服务器返回一条应答报文（A5）。
（12）本地解析服务器（即佛山市解析服务器）收到A5应答报文后，向ORS客户端返回一条应答报文（An），告知ORS客户端所查询标识对象信息所在的解析服务器地址，完成通用解析过程。
根据本地服务器配置要求，递归解析可使用转发模式，即ORS服务器把请求转发至上一级ORS服务器，由上一级服务器进行解析，上一级服务器若不能解析，或找根ORS或把转请求转至上上级，以此循环。不管本地ORS服务器采用哪种模式，最后都是把结果返回给本地解析服务器，由本地解析服务器返回OID客户端。
3.2 迭代解析
迭代解析，是指在本地解析服务器无法解析的情况下，由OID客户端逐层递进，独立从根解析服务器获得解析结果。通常在OID客户端的解析请求报文中没有申请使用递归解析或者所在的本地解析服务器被配置为禁用递归解析的情况下，OID客户端进行迭代解析。

图3. OID迭代解析流程示意图
Fig.3. Flowchart of OID iterative resolution process
（1）ORS客户端向本地解析服务器发出解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q1）。
（2）本地解析服务器先查询本地缓存。若有解析地址记录，则直接向ORS客户端返回应答报文（An），告知ORS客户端对象信息所在的解析服务器地址。若没有查到解析地址记录，则本地解析服务器将配置的根解析服务器地址和应答报文返回至ORS客户端（A1）。
（3）ORS客户端在收到应答报文（A1）后，根据国家根解析服务器地址信息，向国家根解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q2）。
（4）根解析服务器收到解析请求报文后，通过查询得到.348对应的交通部解析服务器地址，并把地址信息以应答报文（A2）的形式返回至ORS客户端。
（5）ORS客户端收到应答报文（A2）后，向交通部解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q3）。
（6）交通部解析服务器收到解析请求报文（Q3）后，查询得到.348. 440106所对应的省级解析服务器地址，并把广东省解析服务器地址信息以应答报文（A3）的形式返回至ORS客户端。
（7）ORS客户端收到应答报文（A3）后，向广东省解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q4）。
（8）广东省解析服务器收到解析请求报文（Q4）后，得到.348. 440106所对应的市级解析服务器地址，并把广州市解析服务器地址信息以应答报文（A4）的形式返回至ORS客户端。
（9）ORS客户端收到应答报文（A4）后，向广州市解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q5）。
（10）广州市解析服务器收到解析请求报文（Q5）后得到.348. 440106所对应的区县级解析服务器地址，并把天河区解析服务器地址信息以应答报文（A5）的形式返回至ORS客户端。
（11）ORS客户端收到应答报文（A5）后，向天河区解析服务器发送解析.348. 440106.XXXXX.XXXX的请求报文（Q6）。
（12）天河区解析服务器在ORS区域数据库查找，得到.348. 440106.XXXXX.XXXX所对应的IP地址，并向ORS客户端返回应答报文（A6），完成通用解析过程。
4 应用解析
应用解析是指OID客户端根据通用解析所获得的存储标识对象信息的应用解析服务器地址，通过OID输入，访问该应用解析服务器，获取与特定应用相关对象信息的解析过程。[9]和[10]给出了应用于DNS的NAPTR资源记录规范。本文依据交通领域现状，提出了固定解析格式和可变格式的NAPTR设置方式，并详细阐述了整个应用解析过程。
应用解析分为OID标识符转换规则、ID结构信息解析和对象信息解析三步骤。
4.1 OID标识符转换规则
OID需要转换为全称域名（Fully Qualified Domain Name，FQDN）的格式，发送到应用解析服务器，转换规则[6]定义如下：
步骤1：每段弧之间以“.”进行分离；
步骤2：将弧的次序进行反转；
步骤3：在步骤2所得到的结果后增加“.china-”。
举例说明：假定最终系统所输入的OID为(1.2.156).348. 440106.XXXXX，则转换后的全称域名为XXXXX.440106.348.china-。
4.2 ID结构信息解析
OID可看作为两部分组成：
表1 OID结构组成
Table 1 OID Structure and composition
OID
注册管理机构标识前缀
ID
ID结构信息通过使用POSIX Regular Expression技术，写入应用解析服务器的NAPTR资源记录中，该NAPTR资源记录可向交通部上级注册管理机构进行备案和同步更新。
ID结构信息分为两类，对应不同的NAPTR资源记录中的服务类型。
（1）固定格式的ID结构信息
所对应的NAPTR资源记录格式如表2所示。它表明RegExp域包含将ID转换为特定的解析格式，以便进行下一步的对象信息解析。
表2 固定格式的NAPTR资源记录
Table 1 NAPTR resource record with fix format
Order
Preference
Flags
Service
RegExp
Replacement
0
100
u
Moc+fft

.
固定格式ID结构信息主要用于注册管理机构直接管理对象的解析。假定对象遵从统一的标识编码规则， ID结构信息固定，采用某种固定的标识编码方案。表3列出了固定格式ID结构信息的一个NAPTR资源记录，将RegExp应用于一个总长为11bit的ID，最终将得到“nnnnn.nnn. ”格式的ID。
表3 固定格式的NAPTR资源记录示例说明
Table 3 Example of NAPTR resource record with fix format
Order
Preference
Flag
Service
RegExp
Replacement
0
100
u
Moc+fft
!^(.{3})(.{5}).{3}$!\\2.\\.!
.

（2）可变格式的ID结构信息
所对应的NAPTR资源记录格式如表4所示。它表明RegExp域包含从ID中提取一部分值，用于结合应用解析服务器所提供的额外信息，共同形成特定解析结构，以便进行下一步的对象信息解析。
表4 可变格式的NAPTR资源记录
Table 4 NAPTR resource record with variable format
Order
Preference
Flags
Service
RegExp
Replacement
0
100
u
Moc+vft

.

可变格式的ID结构信息主要用于注册管理机构对于下级注册机构的解析，或者是兼容现存标识编码方案的解析。表5列出了可变格式ID结构信息的一个NAPTR资源记录，将RegExp应用于一个总长为13bit的ID，得到此ID的前两位比特值“XX”。
表5 可变格式的NAPTR资源记录示例说明
Table 5 Example of NAPTR resource record with variable format
Order
Preference
Flag
Service
RegExp
Replacement
0
100
u
Moc+vft
!^(.{2}).{11}$!\\1!
.

此时，客户端需要发送请求到应用解析服务器，获得NAPTR的基本信息“Y. ”，则得到最终查询结果“XX.Y. ”格式的ID。
4.3 对象信息解析
依据ID结构信息解析的结果，OID客户端可配置NAPTR资源记录发送到应用解析服务器，获取RegExp域内URL，使用URL获得对象解析信息，具体参见表6。
表6 对象信息解析的NAPTR资源记录
Table 6 NAPTR resource record of object information resolution
Order
Preference
Flag
Service
RegExp
Replacement
0
100
u
C2U
!^.*http:// XX.Y. anydomain.
!
.
其中，service域被设置为“c2u”，RegExp域指定了对象信息的URL。在NAPTR资源记录中，service域被设置为c2u时，需要在RegExp域内包含一个可用的URL。
4.4 多重解析服务类型
本文将解析服务类型归纳为表7，配置方式参照[11]和[12]。
表7 解析服务类型
Table.7 Resolution service types
解析服务类型
解析服务名称
解析服务含义
注册信息服务
RINF
注册机构的注册信息
子OID信息服务
CINF
子OID的分配方案和子OID列表信息
对象信息服务
OINF
所查询OID对象的信息描述
对象内容服务
OCON
所查询OID对象内容
注：以传感器节点为例，该节点的生产信息、外观描述等为对象信息，而感知的环境信息则为对象内容。

5应用系统对接
5.1 应用场景说明
依据标识对象信息存储方式的不同，交通运输领域的对象可分为集中式管理的对象和分布式管理的对象。
用于集中式管理的对象是指依托于条码、二维码、RFID、智能IC卡等技术进行标识管理的对象，比如人员、车辆、运输货物等。此类对象具备离散信息采集、信息处理量较小、实时移动等特点，因而通常由其隶属的注册管理机构建设大型的应用解析服务器，进行集中式管理。本论文所提出的标识解析原理主要是针对集中式管理对象的解析。
用于分布式管理的对象是指依托于传感器网络等技术进行监测管理的对象，比如交通基础设施等。此类对象一般信息采集连续、信息处理量较大，且具备稳定不变性等特点，因而通常结合现有的基础网络设施，进行分布式存储和数据管理，在需要时进行精准对象定位，实时调度获取信息。
5.2 系统对接
现有的系统可分为以下两种情况：
（1）系统服务器遵循超文本传输协议 (HTTP-Hypertext transfer protocol)， 通过因特网传送万维网文档数据，建设并维护各类对象的URL信息。对于此类系统，依据本标准的第7节内容，进行系统接入，进行可变ID结构信息解析，提供相应的应用解析服务。
（2）系统服务器没有使用超文本传输协议 (HTTP-Hypertext transfer protocol)，而是维护交通对象基本信息数据库的内部编码，或直接采用OID编码。对于此类系统，应按照图4进行系统接入。

图4 现有系统接入流程图
Fig.4 Flowchart of existing system access

系统解析流程如下所示：
① 交通部注册管理机构通过建立门户网站或者应用软件，面向公众提供解析查询功能，并根据实际应用需求，定义解析服务类型。
② 用户通过手动输入或者机器自动识读等方式输入OID标识符。
③ 交通部解析服务器进行通用解析，返回应用解析服务器地址到用户客户端。
④ 用户客户端发送OID标识符查询请求到应用解析服务器。
⑤ 应用解析服务器根据网关配置要求，进行OID标识符转换，转换成符合交通对象数据库解析的格式，进行对象信息解析，并生成符合规范的XML文档，返回至用户客户端。
⑥ 用户客户端解码XML文档，进行UI展示文档。
6 结语
本论文所提出解析系统设计方法，与RFID、传感器、摄像头、GPS等技术紧密结合，通过分布式的解析系统部署和集中式的对象信息采集、数据管理，能够快速对目标对象进行编码识别、分类及解析，搜索到目标对象，满足交通运输部门的业务需求。本论文不仅有助于构建交通物联网标识体系，成为交通领域标识体系建设的核心基础所在，也是智能交通发展、建设和部署工作的首要前提。
参考文献
[1] 杨冬，周华春，张宏科. 《基于一体化网络的普适服务研究》[J]. 电子学报，2007，35（4）：607-613.
[2] 张宏科，苏伟. 《新网络体系基础研究——一体化网络与普适服务》[J]. 电子学报，2007，35（4）：593-598.
[3] 宋飞，高德云，张宏科，张思东. 《新一代互联网中连接标识解析映射研究》[J]. 北京交通大学学报，2010，34（2）：38-42.
[4] 邹力，高翔，曹剑东. 《物联网与智能交通》[M]. 北京：电子工业出版社，2012：51.
[5] 马文静，吴东亚，王静. 《物联网统一标识体系研究》[J]. 信息技术与标准化，2013，7：52-56.
[6] 张建伟. 《身份与位置标识分离映射解析关键技术研究》[D]. 河南：解放军信息工程大学，2010.
[7] 候婕. 《位置与标识分离网络关键技术研究》[D]. 湖南：国防科学技术大学，2011.
[8] 李丹，吴建平. 《互联网名字空间结构及其解析服务研究》[J]. 软件学报，2005，16（8）：1445-1455.
[9] P. Mockapetris, IETF RFC 1035《Domain Implementation and Specification》[EB/OL]. （1987-12-31）.
[10] M. Mealling, IETF RFC 3403《Dynamic Delegation Discovery System》[EB/OL]. （2002-10-01）. .
[11] International Standardization Organazation. ISO/IEC 29168-1 Information technology: open systems interconnection : part 1: object identifier resolution system[S]. [S.l. ：s.n.]，2011.
[12] International Standardization Organazation. ISO/IEC 29168-2 Information technology : open systems interconnection : part 2: procedures for the object identifier resolution system operational agency[S]. [S.l. ：s.n.]，2011.
作者简介
马文静（唯一通讯作者），2010年于北京邮电大学获得博士学位，现为中国电子技术标准化研究院工程师，主要研究方向为物联网标识管理体系、基于二维码、RFID的追溯体系。Email：。
Ma Wenjing received her Ph.D degree in 2010 from Beijing University of Posts and Telecommunications, now she is an engineer in China Electronics Standardization Institute. Her main research interests include Identification system of IOT (Internet of Things) and Traceability system based on two-dimension code, RFID.