韓將星

（延邊朝鮮族自治州工信局無線電監(jiān)測站，吉林 延吉 133000）

0 引 言

隨著5G、天基物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術（ICT）的迅猛發(fā)展，全球范圍內(nèi)將掀起新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。物聯(lián)網(wǎng)作為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，將是下一個推動世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”，將產(chǎn)生通信網(wǎng)之后的另一個近百萬億級市場[1]。當今，物聯(lián)網(wǎng)平臺技術已經(jīng)被廣泛應用于軍事、電力、鐵路、農(nóng)業(yè)、水文監(jiān)測、能源管理、車輛管理、設備庫管理、機房管理、安全管理、智慧家居等領域。在設備庫管理方面，軍事[2]、無線電監(jiān)測站[3]等領域提出了物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一平臺下基于RFID的設備庫管理系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)平臺設備管控方面，電力[4-6]、鐵路[7-8]、農(nóng)業(yè)[9]、水文監(jiān)測[10]、無線電監(jiān)測站[11]等領域提出利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術，在物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一大平臺下實現(xiàn)對設備的狀態(tài)感知監(jiān)測及控制、能源管理及數(shù)據(jù)管理。在車輛管理方面，針對目前公務用車監(jiān)管存在的諸多漏洞，設計了基于JT808的北斗公務車物聯(lián)網(wǎng)平臺[12]、基于B/S結(jié)構的車輛管理系統(tǒng)等[13]，使車輛管理更為科學合理。在安防管理方面，基于物聯(lián)網(wǎng)的通信機房門禁監(jiān)控管理系統(tǒng)[14]、基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的火災報警系統(tǒng)[15]、基于OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺的車位鎖控制系統(tǒng)[16]等，均通過第三方物聯(lián)網(wǎng)云平臺管理實現(xiàn)對安防系統(tǒng)的管控。在智能家居方面，基于機智云平臺的智聯(lián)網(wǎng)家居控制系統(tǒng)[17]、基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧家庭管理平臺系統(tǒng)[18]等均通過機智云平臺，統(tǒng)一管理平臺的智慧家庭系統(tǒng)與第三方物聯(lián)網(wǎng)云平臺的融合應用，實現(xiàn)對智能家居各功能模塊的有效智能化管控?？梢?，國內(nèi)學者對相關領域已進行了大量技術研究與應用，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用為我國無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺技術設施建設帶來美好的發(fā)展前景。然而，針對當前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢，我國無線電監(jiān)測站目前存在如下問題。

（1）物聯(lián)網(wǎng)設備監(jiān)管、控制方面：缺乏科學智能化的物聯(lián)網(wǎng)設備狀態(tài)管理與控制平臺，導致對設備的高效使用、設備故障預防、生命周期管理、設備管理決策等監(jiān)管效率低下；

（2）設備倉儲管理方面：缺乏科學智能化的物聯(lián)網(wǎng)設備庫管理，落后的人工管理方式相比先進的智能化倉儲物聯(lián)網(wǎng)管理手段，管理效率極其低下。

（3）智能物聯(lián)網(wǎng)應用方面：智慧能效、智能家居、車輛管理、安防管理等智能化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)尚未廣泛普及，導致不必要的人力、財力、物力的浪費。

為解決上述問題，本文結(jié)合業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)平臺的研究現(xiàn)狀及應用，對無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺管理系統(tǒng)、功能模塊、平臺層、工程結(jié)構等進行架構設計，并介紹監(jiān)測站室內(nèi)、室外物聯(lián)網(wǎng)平臺的主要功能模塊。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺管理系統(tǒng)架構

系統(tǒng)設計理念是以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，以新一代ICT（Information and Communications Technology, ICT）技術為載體，充分應用“大云物移智”等現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)智能感知與控制，構建綠色、節(jié)能、健康、安全的智慧無線電物聯(lián)網(wǎng)平臺。無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺管理系統(tǒng)主要由終端層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層組成，如圖1所示。

1.1 終端層

終端層主要通過射頻技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術等完成信息的采集、獲取和識別。該層主要通過傳感器等器件采集環(huán)境、資產(chǎn)以及運營狀態(tài)信息，進行信息數(shù)據(jù)的適當處理之后，傳輸給網(wǎng)絡層。同時，接收控制指令信息，完成應用層對終端層的控制。無線電監(jiān)測站的物聯(lián)網(wǎng)平臺終端層主要包括固定監(jiān)測基站平臺、網(wǎng)格化監(jiān)測網(wǎng)平臺、移動監(jiān)測車輛平臺、無人機系統(tǒng)平臺、便攜式移動設備、網(wǎng)路設施機房、智能終端、室內(nèi)智能家居、安防監(jiān)控等。

圖1 無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺管理系統(tǒng)架構

1.2 網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層作為連接感知層、平臺層、應用層的中間信息承載層，主要負責信息的接入與傳輸，通過豐富的接口資源、邊緣計算平臺等物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，實現(xiàn)監(jiān)測站多業(yè)務場景不同協(xié)議類型的物聯(lián)接入和業(yè)務處理。網(wǎng)絡傳輸方式包括有線和無線接入網(wǎng)、天基物聯(lián)網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)等，可及時將信息進行處理分析。比如，機房設備健康狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等，可以根據(jù)室內(nèi)、室外地理位置情況使用有線、無線網(wǎng)絡，也可以使用衛(wèi)星導航、天基物聯(lián)網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)等傳輸數(shù)據(jù)，最終將數(shù)據(jù)匯集到無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)云管理平臺，進行統(tǒng)一集中管理。

1.3 平臺層

平臺層基于云架構、AI、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、第三方服務等技術平臺搭建一體化物聯(lián)網(wǎng)運維平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的智能管控、智能算法分析，統(tǒng)一建模、統(tǒng)一存儲，統(tǒng)一為應用層服務提供接口服務，并利用可視化顯示平臺展現(xiàn)各類數(shù)據(jù)模型，便于決策與判斷。平臺層作為依托網(wǎng)絡，連接應用的橋梁，實現(xiàn)對終端設備和資產(chǎn)的“管、控、營”一體化管理，面向第三方應用服務提供商提供應用開發(fā)能力和統(tǒng)一接口，并為第三方服務商提供通用的服務能力，如數(shù)據(jù)路由、通信管理、應用開發(fā)、設備維護服務等[19]。

1.4 應用層

應用層在提供統(tǒng)一運維門戶的基礎上，經(jīng)平臺層分析處理數(shù)據(jù)后，針對各類業(yè)務需求，通過移動手機、移動辦公、可視化顯示平臺等智能終端手段，以軟件即服務（SaaS）方式將其提供給用戶。用戶通過應用層的軟件功能模塊將相關內(nèi)容與控制指令反饋至平臺層與終端層。隨著科技的進步，將衍生出越來越豐富的物聯(lián)網(wǎng)應用服務，創(chuàng)造巨大的社會價值。應用層主要提供安防管理、視頻監(jiān)控、運維服務管理、服務流程管理、信息服務等相關功能。

系統(tǒng)總體技術架構充分應用當今物聯(lián)網(wǎng)領域各項先進技術，如5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息通信技術，針對現(xiàn)階段及未來無線電監(jiān)測站車聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)測網(wǎng)、無人機平臺等各項先進技術設施建設需求，提供強有力的物聯(lián)網(wǎng)技術保障，可大幅提高工作效率，減少人力、物力成本。通過與第三方物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)存儲、共享等融合對接，不僅可以彌補監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)云管理系統(tǒng)的技術缺陷，更擴大了物聯(lián)網(wǎng)領域應用范圍，如靈活應用不同廠商的物聯(lián)網(wǎng)終端設備進行有效管理等，提高服務效率，縮短建設周期，降低成本。

2 系統(tǒng)功能架構

系統(tǒng)功能架構包括設備健康狀態(tài)監(jiān)控、RFID設備庫管理、智慧能效管控、智能家居、車輛管理、安防等子系統(tǒng)，系統(tǒng)功能架構如圖2所示。

圖2 無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺管理系統(tǒng)功能架構

2.1 設備健康狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

設備健康狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)、設備檢測傳感器、采集電路、物聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)監(jiān)測站室外、室內(nèi)設備的工作狀態(tài)、運行質(zhì)量和工況信息并進行采集、整合、處理、分析后，構建的安全、高效、智能的故障診斷預測和自身健康狀態(tài)實時監(jiān)控和預警管理平臺[20]。隨著云計算、人工智能等技術的快速發(fā)展，設備狀態(tài)監(jiān)控技術朝著智能化方向發(fā)展，進一步對設備運作狀態(tài)進行有效的智能故障原因回溯分析，可保障設備運作檢測系統(tǒng)的正常運行[21]。在系統(tǒng)運行效率方面，例如針對物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)據(jù)量大且復雜的特性，文獻[22]提出了一種針對物聯(lián)網(wǎng)設備的海量數(shù)據(jù)處理架構，同時結(jié)合Dask分布式計算框架，設計了基于Hadoop環(huán)境的分布式物聯(lián)網(wǎng)設備狀態(tài)分析處理系統(tǒng)，能夠快速準確地進行設備狀態(tài)預測。相關功能模塊包括設備狀態(tài)監(jiān)測、能效管控、維修管理、報廢管理、智能報警、智能決策等。

2.2 RFID設備庫管理系統(tǒng)

隨著新技術的不斷更新?lián)Q代，無線電監(jiān)測站設備庫設備種類變得日益復雜、數(shù)量逐年增多，因此對設備庫的科學智能化管理變得日益迫切。面對當前設備庫管理需求，文獻[3]針對無線電監(jiān)測站存在的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)RFID的無線電監(jiān)測站設備庫智能化管理系統(tǒng)方案，該方案對設備的出入庫管理、設備資產(chǎn)管理、設備位置管理、狀態(tài)管理、維修管理、使用率管理等進行了統(tǒng)一集中化科學管控。

2.3 智慧能效管控系統(tǒng)

新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能家居等技術的逐步成熟，使企業(yè)及家庭生活用電結(jié)構逐漸發(fā)生改變，并隨之產(chǎn)生了相應的智能化能效管控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的用電結(jié)構存在人走忘記斷電、亂用電等不合理用電現(xiàn)象，加劇了能源供需不平衡的矛盾，更存在安全隱患[23]。智慧能效管控系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)（如WiFi、ZigBee等）信號接收電路對智能電表、水表、燃氣表、熱量表、智能家居等終端層的信息進行自動采集與分析，在了解各終端層的能源消耗情況后，結(jié)合周圍的電網(wǎng)系統(tǒng)、儲電系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)等實際狀況，科學控制能源終端智能插座、智能開關等控制終端，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、綠色低碳以及高效安全的目標。

2.4 智能家居系統(tǒng)

隨著傳感器技術、自動化技術、嵌入式技術、大數(shù)據(jù)、云平臺、移動互聯(lián)等基礎應用的迅速發(fā)展，智能家居的功能組成將變得更加多樣化。目前，市面上的智能家居產(chǎn)品主要利用無線通信技術將智能家居設備與多功能網(wǎng)關連接，多功能網(wǎng)關接收的數(shù)據(jù)存儲在本地自建服務器或第三方云平臺服務器端，最后通過安裝特定的手機APP對各智能家居設備進行監(jiān)控。例如文獻[24]為克服智能家居系統(tǒng)受第三方云平臺的限制，以及智能手機操作系統(tǒng)帶來的APP開發(fā)與安裝問題，將內(nèi)置WiFi模塊的CC3200作為數(shù)據(jù)采集與處理核心、自建服務器作為數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)中心、微信公眾號作為控制程序，設計并實現(xiàn)WiFi+微信公眾號+自建服務器的智能家居系統(tǒng)。智能家居控制系統(tǒng)可通過有線、無線、紅外、KNX總線、RF（射頻）等方式實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信，主流通信手段的無線通信方式主要采用近距離局域網(wǎng)（WiFi，藍牙，ZigBee等）或遠距離低功耗廣域網(wǎng)（NB-IoT，LoRa等）通信，例如NB-IoT無線通信技術的智能家居系統(tǒng)[25]，華為云服務器平臺下基于NBIoT的小型遠程測控智能家居系統(tǒng)[26]等。

綜上所述，本地自建云服務器平臺與第三方云服務器平臺融合建立云管理平臺，并以WiFi、ZigBee近距離局域網(wǎng)與NB-IoT遠距離廣域網(wǎng)相結(jié)合的方式進行物聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的靈活多樣化服務。

2.5 車輛管理系統(tǒng)

當今網(wǎng)絡時代，車輛管理系統(tǒng)已普遍應用于企業(yè)及政府機關，然而大部分地區(qū)的無線電監(jiān)測站還在用傳統(tǒng)的人工操作方式管理車輛與人員。各地區(qū)無線電監(jiān)測站車輛少則幾臺，多則十幾臺，甚至幾十臺，而且，車輛數(shù)量還在逐年增多。因此，進一步規(guī)范監(jiān)測站用車的規(guī)范性與效率，對車輛進行科學監(jiān)控管理乃大勢所趨。例如，文獻[27]介紹了一套基于人臉識別的車輛管理系統(tǒng)以及相應的軟硬件構成，該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了對車、庫、柜、卡、人的綜合管理，大大節(jié)約了人工成本。無線電監(jiān)測站車輛管理系統(tǒng)應結(jié)合先進的物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、車載健康監(jiān)測[28]等技術，提高車輛管理、行駛監(jiān)控等平臺綜合服務效率。

2.6 安防系統(tǒng)

室內(nèi)安防系統(tǒng)一般主要基于現(xiàn)代網(wǎng)絡通信與物聯(lián)網(wǎng)技術，通過安裝攝像頭、門窗磁、智能門禁和紅外入侵檢測儀器等安防設備實現(xiàn)防盜、防水、防火等功能。無線電監(jiān)測站安防系統(tǒng)可以借助第三方物聯(lián)網(wǎng)云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能算法等，設計出符合監(jiān)測站平臺的安防系統(tǒng)。

3 物聯(lián)網(wǎng)平臺架構

無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺由監(jiān)測站云管理平臺與第三方云管理平臺組成。監(jiān)測站云與第三方云之間深度融合，具有相似的邏輯功能。平臺可分為四部分，連接管理平臺、應用支撐平臺、設備管理平臺、業(yè)務分析平臺，如圖3所示。

圖3 無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺架構

3.1 連接管理平臺

連接管理平臺（Connectivity Management Platform,CMP）將不同類型的硬件設備通過不同網(wǎng)絡連接起來，將數(shù)據(jù)傳送到業(yè)務分析平臺進行處理。國內(nèi)連接管理平臺的典型代表包括中國移動OneLink平臺、中國電信的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺、華為OceanConnect平臺、中興ThingxCloud平臺等，其實現(xiàn)功能包含賬戶管理、SIM卡生命周期管理、資費和賬單管理、資源庫存管理、SIM訂購、報表和統(tǒng)計、連接診斷、規(guī)則管理和安全管控等[29]。監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺終端設備根據(jù)設備特征，可通過第三方協(xié)議與監(jiān)測站協(xié)議進行終端連接，將數(shù)據(jù)傳送到各自的云管理平臺進行處理后，最終在監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)云管理平臺上進行數(shù)據(jù)整合。

3.2 設備管理平臺

設備管理平臺（Device Management Platform, DMP）的主要功能是對物聯(lián)網(wǎng)終端進行遠程監(jiān)控、系統(tǒng)設置、系統(tǒng)升級、故障排查、生命周期管理等，同時也對網(wǎng)關和應用狀態(tài)進行實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)設備故障預處理。目前國內(nèi)外發(fā)展設備管理平臺的商家較多，既有自建平臺為已有業(yè)務提供支持的阿里物聯(lián)、微信硬件平臺、京東機智云等，也有建立平臺與其他廠商合作以提供物聯(lián)網(wǎng)服務的艾拉物聯(lián)、Fogcloud等。監(jiān)測站設備管理平臺可與第三方平臺建立協(xié)作關系，靈活管理各種不同協(xié)議的設備終端。

3.3 應用支撐平臺

應用支撐平臺（Application Enablement Platform, AEP）可為成千上萬的上層應用提供成套應用開發(fā)工具、中間件、數(shù)據(jù)存儲功能、業(yè)務邏輯引擎、對接第三方系統(tǒng)API等，以降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)時間。

3.4 業(yè)務分析平臺

業(yè)務分析平臺（Business Analytics Platform, BAP）通過機器學習、大數(shù)據(jù)、AI等方式對數(shù)據(jù)進行分析、建模、存儲、處理，為用戶提供業(yè)務預警、預測等服務。目前國內(nèi)外BAP有GE、IBM、阿里物聯(lián)、艾拉物聯(lián)等。

綜上所述，無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺架構充分體現(xiàn)出監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)云管理平臺與第三方物聯(lián)網(wǎng)云管理平臺的技術融合，符合當今物聯(lián)網(wǎng)平臺建設與發(fā)展規(guī)律，大幅縮短了研發(fā)與建設周期，降低了管理成本，提高了物聯(lián)網(wǎng)運維效率。參考第三方物聯(lián)網(wǎng)管理平臺技術，開發(fā)設計出符合監(jiān)測站室內(nèi)、室外物聯(lián)網(wǎng)平臺的設備管理系統(tǒng)，可有效減少不必要的人力、物力、財力浪費。無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺總體工程技術架構如圖4所示。

4 結(jié) 語

建立物聯(lián)網(wǎng)綜合平臺，解決服務差異化和互不兼容的問題，采用“模塊化分割”使服務模式從被動的“碎片化”向主動的“集成式”發(fā)展，打破“信息孤島、數(shù)據(jù)煙囪”是大勢所趨[30]。隨著業(yè)務量的增加，平臺跨界服務需求日益增多，監(jiān)測站平臺與第三方服務平臺的數(shù)據(jù)交流將變得日益頻繁，通過集成與融合大數(shù)據(jù)分析、邊緣計算、人工智能、區(qū)塊鏈等新型技術，全方位感知、歸一化管理、共享資源和數(shù)據(jù)將是物聯(lián)網(wǎng)平臺未來發(fā)展趨勢。

物聯(lián)網(wǎng)技術逐步走向成熟，而對物聯(lián)網(wǎng)終端的科學管控是一項復雜而又龐大的系統(tǒng)工程，涉及通信、家電、建筑、網(wǎng)絡服務等領域，整個系統(tǒng)的功能以及具體實現(xiàn)還需要進一步完善和加強。本文從系統(tǒng)架構、功能架構、物聯(lián)網(wǎng)平臺架構和總體工程技術架構等方面對監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺進行了技術分析與展望，為我國無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺建設提供了參考。下一步將繼續(xù)深入研究無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)各項潛在性功能模塊與技術應用，進一步推動和豐富云端系統(tǒng)的應變能力，努力構建高效的物聯(lián)網(wǎng)云平臺建設目標，提高工作效率，減少不必要的人力、物力、財力的浪費。

圖4 無線電監(jiān)測站物聯(lián)網(wǎng)平臺總體工程技術架構