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(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)[1]，目的是實(shí)現(xiàn)物（或人）與物（或人）之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)物（或人）的有效管理?！拔锫?lián)網(wǎng)”在國家標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)對(duì)物理和虛擬世界的信息進(jìn)行處理并作出反應(yīng)的智能服務(wù)系統(tǒng)[2]。而實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)是組成世界的基本單元，其運(yùn)行是世界實(shí)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(kuò)展是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的一種狹義認(rèn)知，無法完全詮釋物聯(lián)網(wǎng)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大意義。

物聯(lián)網(wǎng)的“物”是指物理實(shí)體，“聯(lián)”是指與物理實(shí)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(shí)體上運(yùn)行的結(jié)果[5]。物聯(lián)網(wǎng)信息通過在物理實(shí)體上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶與對(duì)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(shí)，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(yùn)行體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)由三個(gè)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(yùn)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(shí)體為支撐，信息在物理實(shí)體上運(yùn)行所表現(xiàn)出來的外在功能表現(xiàn)，由用戶平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)、管理平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和對(duì)象平臺(tái)組成。功能體系結(jié)構(gòu)的五大功能平臺(tái)分別對(duì)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(duì)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(duì)象層。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)

2 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的職能

管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)信息運(yùn)行、實(shí)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(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)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(tái)之間的關(guān)系，為用戶、服務(wù)、傳感和對(duì)象之間的信息交互行為提供管理服務(wù)。管理平臺(tái)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(shí)。

（1）參與物聯(lián)網(wǎng)。管理平臺(tái)在參與物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)時(shí)，需要物聯(lián)網(wǎng)中的用戶提供能滿足管理平臺(tái)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(tái)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(tái)服務(wù)的目標(biāo)。

（3）統(tǒng)籌。管理平臺(tái)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(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和對(duì)象平臺(tái)的具體工作，實(shí)現(xiàn)用戶需求。

（4）組織安排。通過有意識(shí)地協(xié)調(diào)平臺(tái)間的相互關(guān)系，合理安排各平臺(tái)的具體任務(wù)，使各平臺(tái)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(yùn)行環(huán)境，有效地完成用戶指令，實(shí)現(xiàn)用戶需求。

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

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

3 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)中，管理平臺(tái)在用戶和對(duì)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(yùn)行效果，在物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。管理平臺(tái)連接著物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和服務(wù)平臺(tái)，是對(duì)感知信息和控制信息進(jìn)行綜合管理的平臺(tái)，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(tái)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)

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

用戶管理分平臺(tái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用戶進(jìn)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(duì)象執(zhí)行，都由用戶管理分平臺(tái)來判定。同時(shí)，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(tái)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(yùn)行中的安全。同時(shí)，用戶管理分平臺(tái)協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)對(duì)接入的用戶的合法性進(jìn)行識(shí)別，防止用戶的非授權(quán)接入，保證整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全。

服務(wù)管理分平臺(tái)通過對(duì)匯集來的對(duì)象感知信息和物聯(lián)網(wǎng)用戶控制信息進(jìn)行管理運(yùn)算，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)平臺(tái)進(jìn)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(tái)以及社會(huì)運(yùn)營商服務(wù)平臺(tái)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(tái)直接公開的同時(shí)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(tái)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的各個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理，主要為通信管理。傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺(tái)可對(duì)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(jìn)行整體安排，決定對(duì)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?duì)象，給物聯(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(shí)性。

對(duì)象管理分平臺(tái)面向?qū)ο筮M(jìn)行管理。在物聯(lián)網(wǎng)中，對(duì)象既可以是人，也可以是物。對(duì)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(tái)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(duì)象生成的感知信息是物聯(lián)網(wǎng)有效運(yùn)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(tái)后，由對(duì)象管理分平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一處理，對(duì)于需要傳輸給社會(huì)運(yùn)營商的信息進(jìn)行脫敏、變形，防止信息泄露。對(duì)象管理分平臺(tái)通過對(duì)對(duì)象屬性、特征等的識(shí)別和鑒權(quán)，協(xié)助傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)內(nèi)部的網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)對(duì)象接入的合法性進(jìn)行判斷。

綜合管理平臺(tái)綜合統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)各平臺(tái)之間的聯(lián)系、合作、資源共享、信息安全管理等，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，統(tǒng)一接入各管理分平臺(tái)的管理信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)象平臺(tái)信息和用戶平臺(tái)信息的有效安全隔離，使得非法用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的攻擊不可能到達(dá)對(duì)象，同時(shí)防止非法對(duì)象以偽節(jié)點(diǎn)方式入侵網(wǎng)絡(luò)，給用戶平臺(tái)造成信息安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)體現(xiàn)出來的功能是物聯(lián)網(wǎng)用戶需求實(shí)現(xiàn)的體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)作為行使物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)籌管理的功能平臺(tái)，所表現(xiàn)出的功能是信息在物理實(shí)體上運(yùn)行所體現(xiàn)出的效果，其功能的實(shí)現(xiàn)離不開信息和物理實(shí)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(tái)所體現(xiàn)出的功能是信息在管理平臺(tái)物理實(shí)體上運(yùn)行所表現(xiàn)出的狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)物理實(shí)體是物聯(lián)網(wǎng)信息計(jì)算、加工、存儲(chǔ)、傳輸?shù)妮d體，是信息實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)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(shí)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(duì)象管理服務(wù)器以及綜合管理服務(wù)器，分別對(duì)應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的用戶管理分平臺(tái)、服務(wù)管理分平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)管理分平臺(tái)、對(duì)象管理分平臺(tái)以及綜合管理分平臺(tái)，為管理平臺(tái)功能的實(shí)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(duì)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(gè)管理服務(wù)器可以屬于同一個(gè)物理實(shí)體，也可以屬于多個(gè)不同物理實(shí)體。當(dāng)五個(gè)管理服務(wù)器屬于同一個(gè)物理實(shí)體時(shí)，以虛擬化技術(shù)等將其進(jìn)行功能隔離，分別實(shí)現(xiàn)用戶平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及對(duì)象平臺(tái)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(shí)體為支撐才可有效運(yùn)行，因此物聯(lián)網(wǎng)管理域存在與管理層物理實(shí)體相對(duì)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(duì)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(yùn)行主要是在管理平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的綜合管理下進(jìn)行的。物聯(lián)網(wǎng)傳感域傳輸來的感知傳感信息到達(dá)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(jìn)行接收、識(shí)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(yùn)行方式：

（1）信息運(yùn)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(shí)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(yùn)行。

（2）信息運(yùn)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(jìn)行相應(yīng)的識(shí)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(yùn)行。

到達(dá)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(yùn)行和存儲(chǔ)。為了實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的有效控制和管理，綜合管理系統(tǒng)會(huì)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(duì)象管理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)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(dòng)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(huì)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(duì)物聯(lián)網(wǎng)充滿了期待，我國在物聯(lián)網(wǎng)理論研究、標(biāo)準(zhǔn)研究以及產(chǎn)業(yè)化方面均走到了世界前列[9-10]。

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的正確認(rèn)識(shí)是研究和用好物聯(lián)網(wǎng)的前提。本文通過對(duì)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(duì)其核心功能平臺(tái)—管理平臺(tái)的職能、功能體系結(jié)構(gòu)以及功能實(shí)現(xiàn)的清晰描述，展示了管理平臺(tái)中物理、信息以及功能之間的關(guān)系—信息在物理實(shí)體上的運(yùn)行表現(xiàn)。

管理平臺(tái)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(tái)的統(tǒng)籌功能，協(xié)調(diào)各平臺(tái)資源配置，統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)服務(wù)平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和對(duì)象平臺(tái)的具體工作，將物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部各個(gè)平臺(tái)要素聯(lián)結(jié)成有機(jī)的整體，使各平臺(tái)功能得到合理的使用，有效地實(shí)現(xiàn)用戶既定的管理目標(biāo)和任務(wù)，促進(jìn)用戶需求的達(dá)成。