物聯(lián)網(wǎng)管理平臺

邵澤華，梁永增

（成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）即物物相連的網(wǎng)絡(luò)。從英文名來看，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系密切，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)[1]，目的是實現(xiàn)物（或人）與物（或人）之間的信息交換，實現(xiàn)對物（或人）的有效管理。“物聯(lián)網(wǎng)”在國家標準中的定義為：通過感知設(shè)備，按照約定協(xié)議，連接物、人、系統(tǒng)和信息資源，實現(xiàn)對物理和虛擬世界的信息進行處理并作出反應(yīng)的智能服務(wù)系統(tǒng)[2]。而實際上，物聯(lián)網(wǎng)是組成世界的基本單元，其運行是世界實體關(guān)系的本質(zhì)體現(xiàn)[3-4]，因此將物聯(lián)網(wǎng)看作互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展是對物聯(lián)網(wǎng)的一種狹義認知，無法完全詮釋物聯(lián)網(wǎng)對社會發(fā)展的重大意義。

物聯(lián)網(wǎng)的“物”是指物理實體，“聯(lián)”是指與物理實體間的信息傳輸，“網(wǎng)”是建立網(wǎng)絡(luò)后所表現(xiàn)出來的外在功能表現(xiàn)。世界的本質(zhì)是物聯(lián)網(wǎng)的總和，世界上的各種現(xiàn)象是相應(yīng)信息在物理實體上運行的結(jié)果[5]。物聯(lián)網(wǎng)信息通過在物理實體上運行，實現(xiàn)用戶與對象（物與物、物與人、人與人）的交互，滿足物聯(lián)網(wǎng)用戶主導(dǎo)性需求的同時，也滿足其他物聯(lián)網(wǎng)參與者的參與性需求。

1 物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)由三個體系構(gòu)成，分別為信息體系結(jié)構(gòu)、物理體系結(jié)構(gòu)和功能體系結(jié)構(gòu)[6-7]。物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

功能體系結(jié)構(gòu)是以物理實體為支撐，信息在物理實體上運行所表現(xiàn)出來的外在功能表現(xiàn)，由用戶平臺、服務(wù)平臺、管理平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和對象平臺組成。功能體系結(jié)構(gòu)的五大功能平臺分別對應(yīng)信息體系結(jié)構(gòu)五域和物理體系結(jié)構(gòu)五層：信息域的五域分別為用戶域、服務(wù)域、管理域、傳感網(wǎng)絡(luò)域、對象域；物理層的五層分別為用戶層、服務(wù)層、管理層、傳感網(wǎng)絡(luò)層、對象層。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)運行體系結(jié)構(gòu)

2 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的職能

管理平臺是實現(xiàn)統(tǒng)籌物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)信息運行、實現(xiàn)用戶需求的必需環(huán)節(jié)，根據(jù)用戶制定的規(guī)則，在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)開展管理工作，將物聯(lián)網(wǎng)中信息的運行標準化、規(guī)則化、秩序化，協(xié)調(diào)和管理物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部各平臺之間的關(guān)系，為用戶、服務(wù)、傳感和對象之間的信息交互行為提供管理服務(wù)。管理平臺的主要職能包括：參與物聯(lián)網(wǎng)、用戶需求分析、統(tǒng)籌、組織安排、指導(dǎo)管控、落實。

（1）參與物聯(lián)網(wǎng)。管理平臺在參與物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)時，需要物聯(lián)網(wǎng)中的用戶提供能滿足管理平臺需求的資源，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自身管理功能，為用戶提供服務(wù)。

（2）用戶需求分析。管理平臺為用戶提供管理服務(wù)的前提，即分析和掌握用戶需求，用戶的主導(dǎo)性需求是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生和組網(wǎng)的根源，也是物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各平臺服務(wù)的目標。

（3）統(tǒng)籌。管理平臺在物聯(lián)網(wǎng)中處于中心位置，擁有物聯(lián)網(wǎng)中所有信息的管理權(quán)，可在整體上統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)服務(wù)平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和對象平臺的具體工作，實現(xiàn)用戶需求。

（4）組織安排。通過有意識地協(xié)調(diào)平臺間的相互關(guān)系，合理安排各平臺的具體任務(wù)，使各平臺在統(tǒng)一的組織安排下開展工作，保持物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)良好的信息運行環(huán)境，有效地完成用戶指令，實現(xiàn)用戶需求。

（5）指導(dǎo)管控。管理平臺在用戶授權(quán)下，管理、控制和監(jiān)督各平臺功能的發(fā)揮，糾正各平臺與用戶需求實現(xiàn)相背離的行為，當(dāng)服務(wù)平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和對象平臺在工作中遇到障礙時，可實行指導(dǎo)功能，保證物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)信息的合理有效運行。

（6）落實。落實功能是所有管理功能的最終體現(xiàn)，督促和管理其他平臺落實用戶指令，使用戶制定的計劃、措施、政策等得以實現(xiàn)，滿足用戶需求。

3 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的功能結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)中，管理平臺在用戶和對象的交互過程中起著統(tǒng)籌管理作用，其功能好壞決定著物聯(lián)網(wǎng)的運行效果，在物聯(lián)網(wǎng)的運行中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。管理平臺連接著物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和服務(wù)平臺，是對感知信息和控制信息進行綜合管理的平臺，主要表現(xiàn)出感知管理功能和控制管理功能。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的功能結(jié)構(gòu)

管理平臺的功能結(jié)構(gòu)主要由綜合管理分平臺、用戶管理分平臺、服務(wù)管理分平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺、對象管理分平臺組成。

用戶管理分平臺對物聯(lián)網(wǎng)用戶進行管理，用戶下發(fā)的控制信息是否合法，是否允許下發(fā)至對象執(zhí)行，都由用戶管理分平臺來判定。同時，物聯(lián)網(wǎng)用戶享受物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)過程中所產(chǎn)生的用戶信息包含眾多隱私信息，這些信息不宜被直接公開，須由用戶管理分平臺將隱私信息脫敏處理，保證物聯(lián)網(wǎng)用戶信息在物聯(lián)網(wǎng)運行中的安全。同時，用戶管理分平臺協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺對接入的用戶的合法性進行識別，防止用戶的非授權(quán)接入，保證整個物聯(lián)網(wǎng)的信息安全。

服務(wù)管理分平臺通過對匯集來的對象感知信息和物聯(lián)網(wǎng)用戶控制信息進行管理運算，對物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)平臺進行管理，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)用戶的具體需求決定為物聯(lián)網(wǎng)用戶、政府信息服務(wù)平臺以及社會運營商服務(wù)平臺提供何種服務(wù)和數(shù)據(jù)，保證隱私數(shù)據(jù)不在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺直接公開的同時為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供屬于用戶自身的服務(wù)和信息。

傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺對傳感網(wǎng)絡(luò)平臺的各個傳感節(jié)點進行統(tǒng)一管理，主要為通信管理。傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺可對物聯(lián)網(wǎng)的通信方式、通信信道、頻寬以及通信頻率等內(nèi)容進行整體安排，決定對象能夠接收哪些控制命令，防止非法網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入，以及非法未授權(quán)的控制信息傳輸?shù)綄ο螅o物聯(lián)網(wǎng)用戶造成危害，保證感知傳感信息和控制傳感信息的安全性和真實性。

對象管理分平臺面向?qū)ο筮M行管理。在物聯(lián)網(wǎng)中，對象既可以是人，也可以是物。對象作為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的提供者以及物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的被管理者，起著感知信息生成和控制信息執(zhí)行的重要作用。對象生成的感知信息是物聯(lián)網(wǎng)有效運行的基礎(chǔ)，部分信息在生成后可能包含著一些用戶或?qū)ο蟮碾[私信息，這些信息在上傳至物聯(lián)網(wǎng)管理平臺后，由對象管理分平臺進行統(tǒng)一處理，對于需要傳輸給社會運營商的信息進行脫敏、變形，防止信息泄露。對象管理分平臺通過對對象屬性、特征等的識別和鑒權(quán)，協(xié)助傳感網(wǎng)絡(luò)平臺內(nèi)部的網(wǎng)管系統(tǒng)對對象接入的合法性進行判斷。

綜合管理平臺綜合統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)各平臺之間的聯(lián)系、合作、資源共享、信息安全管理等，對物聯(lián)網(wǎng)運行過程中的動態(tài)和靜態(tài)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，統(tǒng)一接入各管理分平臺的管理信息，并實現(xiàn)對象平臺信息和用戶平臺信息的有效安全隔離，使得非法用戶對網(wǎng)絡(luò)的攻擊不可能到達對象，同時防止非法對象以偽節(jié)點方式入侵網(wǎng)絡(luò)，給用戶平臺造成信息安全風(fēng)險。

4 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的功能實現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)管理平臺體現(xiàn)出來的功能是物聯(lián)網(wǎng)用戶需求實現(xiàn)的體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺作為行使物聯(lián)網(wǎng)運行統(tǒng)籌管理的功能平臺，所表現(xiàn)出的功能是信息在物理實體上運行所體現(xiàn)出的效果，其功能的實現(xiàn)離不開信息和物理實體。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)管理層的物理體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)管理平臺所體現(xiàn)出的功能是信息在管理平臺物理實體上運行所表現(xiàn)出的狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)管理平臺物理實體是物聯(lián)網(wǎng)信息計算、加工、存儲、傳輸?shù)妮d體，是信息實現(xiàn)功能表達的物理依賴。物聯(lián)網(wǎng)管理層的物理體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)管理層的物理結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)管理層的物理實體包括用戶管理服務(wù)器、服務(wù)管理服務(wù)器、傳感網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、對象管理服務(wù)器以及綜合管理服務(wù)器，分別對應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的用戶管理分平臺、服務(wù)管理分平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺、對象管理分平臺以及綜合管理分平臺，為管理平臺功能的實現(xiàn)提供物理支撐。用戶管理服務(wù)器、服務(wù)管理服務(wù)器、傳感網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器以及對象管理服務(wù)器均分別與綜合管理服務(wù)器建立雙向通信連接。物聯(lián)網(wǎng)管理層的五個管理服務(wù)器可以屬于同一個物理實體，也可以屬于多個不同物理實體。當(dāng)五個管理服務(wù)器屬于同一個物理實體時，以虛擬化技術(shù)等將其進行功能隔離，分別實現(xiàn)用戶平臺、服務(wù)平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺以及對象平臺的管理。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息體系結(jié)構(gòu)

管理域是物聯(lián)網(wǎng)管理信息的集合，包括感知管理信息和控制管理信息。物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息需要以管理層物理實體為支撐才可有效運行，因此物聯(lián)網(wǎng)管理域存在與管理層物理實體相對應(yīng)的五大信息系統(tǒng)，分別為綜合管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、服務(wù)管理系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)以及對象管理系統(tǒng)。綜合管理系統(tǒng)由感知信息管理系統(tǒng)和控制信息管理系統(tǒng)組成。物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息運行主要是在管理平臺綜合管理系統(tǒng)的綜合管理下進行的。物聯(lián)網(wǎng)傳感域傳輸來的感知傳感信息到達管理域后，由管理域綜合管理系統(tǒng)的感知信息管理系統(tǒng)進行接收、識別、解析等處理，轉(zhuǎn)化為感知管理信息。感知管理信息具有兩種信息運行方式：

（1）信息運行方式一：感知傳感信息轉(zhuǎn)化為感知管理信息后，感知管理信息繼續(xù)向服務(wù)域上傳，由服務(wù)域或用戶域?qū)⒏兄畔⑥D(zhuǎn)化為控制信息，以控制服務(wù)信息的形式傳輸給管理域綜合管理系統(tǒng)的控制信息管理系統(tǒng)，在識別、解析后轉(zhuǎn)化為控制管理信息傳輸給傳感域，完成感知信息和控制信息在管理域的運行。

（2）信息運行方式二：感知傳感信息轉(zhuǎn)化為感知管理信息后，感知管理信息直接轉(zhuǎn)發(fā)至控制信息管理系統(tǒng)，并進行相應(yīng)的識別、解析、轉(zhuǎn)化等處理后，以控制管理信息的形式下發(fā)至傳感域，從而完成感知信息和控制信息在管理域中的運行。

到達物聯(lián)網(wǎng)管理域的信息最終將以感知管理信息和控制管理信息的形式在管理域中運行和存儲。為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息的更優(yōu)質(zhì)更專業(yè)的處理，以及在授權(quán)范圍內(nèi)實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)運行的有效控制和管理，綜合管理系統(tǒng)會依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)信息的屬性、特征以及含義等將其發(fā)送給用戶管理系統(tǒng)、服務(wù)管理系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)以及對象管理系統(tǒng)中的一個或多個，最終實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)運行管理的科學(xué)性、有效性。

5 結(jié) 語

在信息技術(shù)的發(fā)展逐漸從互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)延伸至物聯(lián)網(wǎng)的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)了社會發(fā)展的新方向，是組成智慧城市的基本單元[8]。無論是國家還是企業(yè)，都對物聯(lián)網(wǎng)充滿了期待，我國在物聯(lián)網(wǎng)理論研究、標準研究以及產(chǎn)業(yè)化方面均走到了世界前列[9-10]。

對物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的正確認識是研究和用好物聯(lián)網(wǎng)的前提。本文通過對物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的描述，闡述了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征和含義；通過對其核心功能平臺—管理平臺的職能、功能體系結(jié)構(gòu)以及功能實現(xiàn)的清晰描述，展示了管理平臺中物理、信息以及功能之間的關(guān)系—信息在物理實體上的運行表現(xiàn)。

管理平臺作為物聯(lián)網(wǎng)的管理核心，擁有物聯(lián)網(wǎng)中所有信息的管理權(quán)，在明確定位用戶需求的基礎(chǔ)上，發(fā)揮管理平臺的統(tǒng)籌功能，協(xié)調(diào)各平臺資源配置，統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)服務(wù)平臺、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺和對象平臺的具體工作，將物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部各個平臺要素聯(lián)結(jié)成有機的整體，使各平臺功能得到合理的使用，有效地實現(xiàn)用戶既定的管理目標和任務(wù)，促進用戶需求的達成。