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通用型物聯網綜合信息管理平臺設計論文
物聯網應用的多樣性、分散性和缺乏管理等問題制約著物聯網的發展。物聯網要連接和信息管理的對象是包括靜止和移動的末端設備及各種資產，這些設備連接上傳感器等感知設備成為網絡中的節點。基于物聯網這種網絡特點，利用通用網管的思想設計通用型物聯網綜合信息管理平臺時，可以將各種異構的系統和分布式資源進行整合，以實現管、控、營一體化，從而構建物聯網運維系統，為建設低碳、智能、節約型社會提供技術支撐。
0 引 言
當前，全球經濟逼近二次探底的邊緣，新一輪的工業革命呼之欲出。有專家指出，在新一輪的工業革命中，信息是最核心的要素，信息革命是新一輪工業革命的骨架和靈魂。為了推動工業化發展進程，必須把信息和物理世界相互融合，物聯網就是一個很好的例子[1]。
物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，并受到各國政府、學術界和工業界的廣泛重視。它通過傳感器把互聯網和物理世界連在一起，用信息的“力量”使物理的世界產生變革，推動社會工業化的發展。
物聯網體系包含三層架構，即感知層、網絡層和應用層[2]。感知層包括傳感器等數據采集設備以及數據接入到網關之前的傳感器網絡;網絡層是實現各種通信網絡與互聯網的融合，將物體接入信息網絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享;應用層是指利用各種智能計算技術，對海量的跨地域、跨行業、跨部門的感知數據和信息進行分析處理，提升對物理世界、經濟社會各種活動和變化的洞察力，實現智能化的決策和控制。圖1所示是物聯網的三層結構圖。
圖1 物聯網的三層結構
目前，物聯網產業發展十分迅速，各個運營商和集成商也是站在更高的角度，集中力量開發物聯網管理平臺。盡管關于平臺的研究都有一些成果，但是，這些平臺存在平臺多樣、標準不統一、缺乏創新等問題，嚴重制約著物聯網的發展。本文針對以上問題，提出了一種自主創新的通用型物聯網綜合信息管理平臺的體系結構，以適應廣泛的傳感節點和不同的行業應用，實現對網絡資源的統一管理，使物聯網的應用更加普遍和靈活，提升我國在物聯網領域的競爭力。
1 物聯網平臺的研究現狀
現階段國內外物聯網平臺的研究主要存在以下一些問題：
第一是應用廣泛，導致平臺多樣而不統一。物聯網的應用多種多樣，每一個應用對應一個不同的平臺，從而導致關于物聯網平臺的研究多數局限在某個具體的應用領域[3]，例如物流行業、智能樓宇、路燈管理等，而沒有考慮適用于各行業的物聯網的整體架構。
第二是技術標準不統一。現階段，物聯網應用技術主要包括基于RFID技術的應用、基于傳感網絡的應用、M2M應用和“兩化融合”等相關應用[4]。對于每一類應用，使用的硬件和軟件技術各不相同。RFID相關應用主要是利用射頻識別技術和傳感網絡，以及用于傳感器、傳感網以及采集信息的嵌入式系統;M2M主要是基于有線長距離和無線長距離兩種通信方式的應用;“兩化融合”是自動化和信息化的融合，主要依賴于有線短距離通信，以現場總線為主作為“最后一公里”連接，然后并入IP網。這種情況就導致了物聯網發展相互分離，不能進行資源的有效整合，浪費人力、物力和財力，與經濟節約型社會的發展背道而馳。
第三則是管理平臺的可參考模型存在弊端。目前，還沒有一個規范化的物聯網體系架構模型。對于現階段可以參考的管理平臺體系結構來說，在國外，歐盟的EPC global主要針對物流倉儲的物聯網應用模型[5]，具有一定局限性，不能廣泛應用于其他領域;而國內目前的管理平臺也存在一些問題，很多都是借鑒國外已有的平臺進行各自為主的行業開發，缺乏創新性，參考價值不大。
由于物聯網平臺的體系架構是指導具體應用系統設計的首要前提，因此，建立一個具有框架支撐作用的體系架構至關重要。
2 物聯網的網絡結構及其特點
物聯網要連接和服務的對象是末端設備和各種資產，包括各種基于微處理器做成的應用系統、各種智能卡或RFID卡，以及安裝在機器上的傳感器等。這些設備相互連接組成傳感器網，傳感器網作為末端的信息采集者將信息發送給網絡，是一種可以快速建立，不需要預先存在固定的網絡底層構造的網絡體系結構。
物聯網，特別是傳感網中的節點可以動態、頻繁地加入或者離開網絡，它們不需要事先通知，也不會中斷其他節點間的通信。網絡中的節點可以高速移動，從而使節點群快速變化，節點間的鏈路通斷變化頻繁。傳感器網絡的這些使用上的特點，導致物聯網或者是傳感網具有如下特點[6]：
(1) 網絡拓撲變化快;
(2) 傳感器網絡難以形成網絡的節點和中心;
(3) 傳感器網絡的作用距離一般比較短;
(4) 傳感器網絡數據的數量不大;
(5) 物聯網網絡對數據的安全性有一定的要求;
(6) 網絡終端之間的關聯性較低。
為了有效地進行傳感設備和節點的管理，將物聯網要管理的終端設備或資產看做網絡中的網元，并利用通用網管的思想對設備進行信息管理[7]，按照OSI的定義，網絡管理主要包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和計費管理等五個功能域[8]，其具體示意圖如圖2所示。
圖2 物聯網的網絡結構及管理功能
3 物聯網綜合信息管理平臺
3.1 物聯網綜合信息管理平臺框架設計
針對目前物聯網平臺存在的問題以及物聯網的網絡特點所設計的物聯網綜合信息管理平臺的框架圖如圖3所示。本平臺基于通用的網絡管理思想，將各種感知設備看做網絡中的節點來實現網絡管理的五大功能，并提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、報警聯動、調度指揮、遠程控制、安全防范、統計報表、決策支持等管理和服務功能，從而實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。
3.2 物聯網綜合信息管理平臺的體系結構
根據物聯網的三層架構設計的物聯網綜合信息管理平臺的體系架構如圖4所示。
圖3 物聯網綜合信息管理平臺框架
圖4 物聯網綜合信息管理平臺體系架構
3.2.1 感知層
物聯網綜合信息管理平臺根據不同的采集對象選擇有線局域網或無線組網等不同的組網方式，采集節點可根據需要選擇不同的傳感器節點，例如溫濕度傳感器、壓力傳感器等。
物聯網綜合信息管理平臺的數據采集終端由硬件和軟件兩部分組成。采集終端可對傳感器節點傳遞過來的數據進行處理、存儲，并在網絡層發出請求時傳遞出去。
3.2.2 網絡層
物聯網綜合信息管理平臺可利用中間件技術，并基于TCP/IP協議對感知層的數據進行解析、編碼，并傳輸到網絡層，同時可兼容有線網絡、無線網絡等通信模式，以實現不同通信協議的異構物聯網網絡的接入和訪問[9]。
3.2.3 應用層
物聯網綜合信息管理平臺的應用層通常由硬件設備和應用軟件構成。其中，硬件設備是在滿足網絡功能要求的前提下，采用云計算概念，在服務器上完成主要功能[10]，包括數據存儲服務器、Web服務器和中心處理服務器，以分別負責數據的存儲、應用程序的管理和各種功能的處理。管理員和操作員通過網絡訪問云端數據，使系統更加安全、可靠，以便于系統功能與規模的擴充。應用軟件則在滿足網絡管理基本功能的前提下，通過通用管理模板，實現大多數物聯網及其資源的管理，用戶也可以根據不同行業應用的特殊要求自定義模板。軟件系統大多基于B/S結構，可提供遠程維護支持。
3.3 物聯網綜合信息管理平臺的特點
本物聯網綜合信息管理平臺的主要特點表現在以下五個方面：
(1) 可應用于各種領域。本物聯網綜合信息管理平臺沒有行業限制，感知層可以根據行業需要接入不同的傳感器節點(例如溫濕度傳感器、壓力傳感器等)進行信息采集;軟件管理系統能夠針對不同對象實現不同的管理功能，從而構建可擴充、可擴展、可視化的綜合管理平臺。
(2) 兼容多種通信模式。利用自主開發的中間件可兼容多種通信模式，實現不同通信協議的異構物聯網網絡的接入和訪問，從而真正組成一個可連接各種感知終端的有機通信網絡平臺。
(3) 統一協議。本物聯網綜合信息管理平臺基于標準的網管協議SNMP對設備進行管理，能提供開放性的接口給用戶，同時兼容自主開發的協議和特殊行業的協議，也可以實現不同設備和網絡之間的互通，從而實現對不同領域、不同設備的管理。
(4) 模塊和分布式設計。基于通用網管的思想，在通用的管理功能(故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、計費管理)的基礎上，可提供特殊行業的管理功能，實現對終端設備的模塊化和分布式管理。本平臺可大可小，可深可淺，可單獨使用，也可聯合使用，而且容易剪裁成行業實時管理平臺，比如IDC機房管理、糧庫管理、污染或能耗監測管理等多樣性平臺。
(5) 節約資源。本設計將五種管理功能集成到一個平臺，以對數據和設備進行有效管理，提高管理效率和服務質量，節約資源，實現低碳低污染的智能環保型經濟模式。
4 結 語
隨著全球一體化、工業企業自動化和信息化進程的不斷發展，企業或個人都對生產、物流以及銷售等各個環節的質量要求越來越高，全流程監控以及服務整合將是未來企業發展的方向。物聯網綜合信息管理平臺可為行業整合提供一種思路，互通互聯的結構可以有效對各類服務進行整合，提高企業整合的高效性，為建設低碳、智能、節約型社會和實現環境友好型經濟提供一定的技術支撐。
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