引言

物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后，信息通信技術的一次重大創(chuàng) 新，當前，許多國家將推進物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展作為一項重要的經(jīng)濟 和技術策略。對于物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)交換標準已經(jīng)成 為其關鍵。轉(zhuǎn)換器標記語言(Transducer Markup Language， TML)作為傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N標準化語言，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)換器標記語言對于過程信息的描述包括標度、運行環(huán) 境、設備設置、傳感器性能和特征，以及多元組系統(tǒng)中的傳感器交互關系和系統(tǒng)行為。此外，轉(zhuǎn)換器標記語言還包含邏 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)換器標記語言能夠確定獲取數(shù)據(jù)的精確時間，因而可 以準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)點的時間 更為精確，同時有助于在數(shù)據(jù)點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為了適應不同的轉(zhuǎn)換器，往往采用可編輯的數(shù)據(jù)結 構，但它同時會用通用的模型來描述復雜多樣的轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。 TML的一個主要目標是使轉(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標簽就是數(shù)據(jù)流的起始。如果要結束一個數(shù)據(jù)流，就需要在某一節(jié)點添加一個TML結束標 簽，并通過讀入機器讀入后，再來結束整個數(shù)據(jù)流。如果數(shù) 據(jù)流從發(fā)信機器獲得結束標簽，那么，也可以正常結束這個 數(shù)據(jù)流。

3  TML的一般結構組成

3.1 TML的一般組成

為了便于理解TML，圖1給出了 TML系統(tǒng)的一般結構 到客戶端并開始應用，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行交換。如果傳感器節(jié)點擁有網(wǎng)絡適配器，轉(zhuǎn)換器標記語言的數(shù)據(jù)就可以通過網(wǎng)絡傳遞。此外，TML 轉(zhuǎn)換器節(jié)點還可以支持一些服務，如通過網(wǎng)絡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、應用適配器。這些適配器可能應用一些相同的函數(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)絡數(shù)據(jù)和傳感器接口對于應用程序是透明的。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)絡節(jié)點要能提供過程和傳感器網(wǎng)絡的管理工具，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。因為TML提供有通用的接口，所以，網(wǎng)絡上的所有傳感器網(wǎng)絡和過程系統(tǒng)對網(wǎng)絡上的任意用戶都應該是可用的，但獲得專利的和獨特的傳感器接口卻對用戶是隱藏的。這個困難的任務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應用節(jié)點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，這也是許多應用程序處理和控制TML數(shù)據(jù)的必要條件。每個應用都會需要不同的應用適配器并運用TML應用節(jié)點提供的相應函數(shù)。

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

3.2轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)結構

轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)結構是由三維構成的。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)結構圖。

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)的邏輯結構。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則從邏輯結構角度描述數(shù)據(jù)是如何被解釋的。

圖2 TML數(shù)據(jù)結構

舉例來講，圖片由像素組成，像素又由紅色、綠色和藍 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 建轉(zhuǎn)換器模型的一個核心概念，它能夠把響應模型和幾何模 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)陣列進行分解。這樣，收集數(shù)據(jù)與構建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應用，而TCF用于構建轉(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 模型和響應模型，幾何模型以空間和時間的數(shù)據(jù)構建模型作 為重要特征，響應模型中通常包含函數(shù)模型、頻率模型、脈 沖相應和穩(wěn)定狀態(tài)傳輸函數(shù)等。

4 TML的特點

XML以有意義的語義標簽來表示每個數(shù)據(jù)元素。XML 豐富的語義能力相比設置變量來表示更適合數(shù)據(jù)交換。TML 運用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、 穩(wěn)定狀態(tài)傳輸和脈沖響應等多種因素。TML通過應用簡潔的 XML標簽設計來有效地以組的形式傳輸感應器的信息，同時 提供一種時間關聯(lián)性的機制來實現(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)應用的特點：

不同類型的感應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)議來完成異構的傳感器系統(tǒng)的互 操作，這就使得多種感應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 立于應用的，因此，很適合解決跨多操作域完成數(shù)據(jù)交換。

可標識不同傳感器及它們之間的關聯(lián)。TML可以維持 一個系統(tǒng)中多樣傳感器的關聯(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，可促進通用處理器的發(fā) 展，并促進多傳感器/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)。通過時間標簽TML可以由 精確的時間標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)膹碗s數(shù)據(jù)流，如圖像定位、相機快門、本 地預警等也受客戶端應用的控制。

5  結語

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

事實上,TML將成為主要的技術和經(jīng)濟增長機遇。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，遠勝于原來設計特殊領域的數(shù)據(jù)傳播方法，TML 可以實現(xiàn)跨多

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