通用型物联网综合信息管理平台设计

　　物联网应用的多样性、分散性和缺乏管理等问题制约着物联网的发展。物联网要连接和信息管理的对象是包括静止和移动的末端设备及各种资产，这些设备连接上传感器等感知设备成为网络中的节点。基于物联网这种网络特点，利用通用网管的思想设计通用型物联网综合信息管理平台时，可以将各种异构的系统和分布式资源进行整合，以实现管、控、营一体化，从而构建物联网运维系统，为建设低碳、智能、节约型社会提供技术支撑。

　　0 引 言

　　当前，全球经济逼近二次探底的边缘，新一轮的工业革命呼之欲出。有专家指出，在新一轮的工业革命中，信息是最核心的要素，信息革命是新一轮工业革命的骨架和灵魂。为了推动工业化发展进程，必须把信息和物理世界相互融合，物联网就是一个很好的例子[1]。

　　物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，并受到各国政府、学术界和工业界的广泛重视。它通过传感器把互联网和物理世界连在一起，用信息的“力量”使物理的世界产生变革，推动社会工业化的发展。

　　物联网体系包含三层架构，即感知层、网络层和应用层[2]。感知层包括传感器等数据采集设备以及数据接入到网关之前的传感器网络;网络层是实现各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享;应用层是指利用各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的感知数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。图1所示是物联网的三层结构图。

　　图1 物联网的三层结构

　　目前，物联网产业发展十分迅速，各个运营商和集成商也是站在更高的角度，集中力量开发物联网管理平台。尽管关于平台的研究都有一些成果，但是，这些平台存在平台多样、标准不统一、缺乏创新等问题，严重制约着物联网的发展。本文针对以上问题，提出了一种自主创新的通用型物联网综合信息管理平台的体系结构，以适应广泛的传感节点和不同的行业应用，实现对网络资源的统一管理，使物联网的应用更加普遍和灵活，提升我国在物联网领域的竞争力。

　　1 物联网平台的研究现状

　　现阶段国内外物联网平台的研究主要存在以下一些问题：

　　第一是应用广泛，导致平台多样而不统一。物联网的应用多种多样，每一个应用对应一个不同的平台，从而导致关于物联网平台的研究多数局限在某个具体的应用领域[3]，例如物流行业、智能楼宇、路灯管理等，而没有考虑适用于各行业的物联网的整体架构。

　　第二是技术标准不统一。现阶段，物联网应用技术主要包括基于RFID技术的应用、基于传感网络的应用、M2M应用和“两化融合”等相关应用[4]。对于每一类应用，使用的硬件和软件技术各不相同。RFID相关应用主要是利用射频识别技术和传感网络，以及用于传感器、传感网以及采集信息的嵌入式系统;M2M主要是基于有线长距离和无线长距离两种通信方式的应用;“两化融合”是自动化和信息化的融合，主要依赖于有线短距离通信，以现场总线为主作为“最后一公里”连接，然后并入IP网。这种情况就导致了物联网发展相互分离，不能进行资源的有效整合，浪费人力、物力和财力，与经济节约型社会的发展背道而驰。

　　第三则是管理平台的可参考模型存在弊端。目前，还没有一个规范化的物联网体系架构模型。对于现阶段可以参考的管理平台体系结构来说，在国外，欧盟的EPC global主要针对物流仓储的物联网应用模型[5]，具有一定局限性，不能广泛应用于其他领域;而国内目前的管理平台也存在一些问题，很多都是借鉴国外已有的平台进行各自为主的行业开发，缺乏创新性，参考价值不大。

　　由于物联网平台的体系架构是指导具体应用系统设计的首要前提，因此，建立一个具有框架支撑作用的体系架构至关重要。

　　2 物联网的网络结构及其特点

　　物联网要连接和服务的对象是末端设备和各种资产，包括各种基于微处理器做成的应用系统、各种智能卡或RFID卡，以及安装在机器上的传感器等。这些设备相互连接组成传感器网，传感器网作为末端的信息采集者将信息发送给网络，是一种可以快速建立，不需要预先存在固定的网络底层构造的网络体系结构。

　　物联网，特别是传感网中的节点可以动态、频繁地加入或者离开网络，它们不需要事先通知，也不会中断其他节点间的通信。网络中的节点可以高速移动，从而使节点群快速变化，节点间的链路通断变化频繁。传感器网络的这些使用上的特点，导致物联网或者是传感网具有如下特点[6]：

　　(1) 网络拓扑变化快;

　　(2) 传感器网络难以形成网络的节点和中心;

　　(3) 传感器网络的作用距离一般比较短;

　　(4) 传感器网络数据的数量不大;

　　(5) 物联网网络对数据的安全性有一定的要求;

　　(6) 网络终端之间的关联性较低。

　　为了有效地进行传感设备和节点的管理，将物联网要管理的终端设备或资产看做网络中的网元，并利用通用网管的思想对设备进行信息管理[7]，按照OSI的定义，网络管理主要包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理等五个功能域[8]，其具体示意图如图2所示。

　　图2 物联网的网络结构及管理功能

　　3 物联网综合信息管理平台

　　3.1 物联网综合信息管理平台框架设计

　　针对目前物联网平台存在的问题以及物联网的网络特点所设计的物联网综合信息管理平台的框架图如图3所示。本平台基于通用的网络管理思想，将各种感知设备看做网络中的节点来实现网络管理的五大功能，并提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、报警联动、调度指挥、远程控制、安全防范、统计报表、决策支持等管理和服务功能，从而实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

　　3.2 物联网综合信息管理平台的体系结构

　　根据物联网的三层架构设计的物联网综合信息管理平台的体系架构如图4所示。

　　图3 物联网综合信息管理平台框架

　　图4 物联网综合信息管理平台体系架构

　　3.2.1 感知层

　　物联网综合信息管理平台根据不同的采集对象选择有线局域网或无线组网等不同的组网方式，采集节点可根据需要选择不同的传感器节点，例如温湿度传感器、压力传感器等。

　　物联网综合信息管理平台的数据采集终端由硬件和软件两部分组成。采集终端可对传感器节点传递过来的数据进行处理、存储，并在网络层发出请求时传递出去。

　　3.2.2 网络层

　　物联网综合信息管理平台可利用中间件技术，并基于TCP/IP协议对感知层的数据进行解析、编码，并传输到网络层，同时可兼容有线网络、无线网络等通信模式，以实现不同通信协议的异构物联网网络的接入和访问[9]。

　　3.2.3 应用层

　　物联网综合信息管理平台的应用层通常由硬件设备和应用软件构成。其中，硬件设备是在满足网络功能要求的前提下，采用云计算概念，在服务器上完成主要功能[10]，包括数据存储服务器、Web服务器和中心处理服务器，以分别负责数据的存储、应用程序的管理和各种功能的处理。管理员和操作员通过网络访问云端数据，使系统更加安全、可靠，以便于系统功能与规模的扩充。应用软件则在满足网络管理基本功能的前提下，通过通用管理模板，实现大多数物联网及其资源的管理，用户也可以根据不同行业应用的特殊要求自定义模板。软件系统大多基于B/S结构，可提供远程维护支持。

　　3.3 物联网综合信息管理平台的特点

　　本物联网综合信息管理平台的主要特点表现在以下五个方面：

　　(1) 可应用于各种领域。本物联网综合信息管理平台没有行业限制，感知层可以根据行业需要接入不同的传感器节点(例如温湿度传感器、压力传感器等)进行信息采集;软件管理系统能够针对不同对象实现不同的管理功能，从而构建可扩充、可扩展、可视化的综合管理平台。

　　(2) 兼容多种通信模式。利用自主开发的中间件可兼容多种通信模式，实现不同通信协议的异构物联网网络的接入和访问，从而真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。

　　(3) 统一协议。本物联网综合信息管理平台基于标准的网管协议SNMP对设备进行管理，能提供开放性的接口给用户，同时兼容自主开发的协议和特殊行业的协议，也可以实现不同设备和网络之间的互通，从而实现对不同领域、不同设备的管理。

　　(4) 模块和分布式设计。基于通用网管的思想，在通用的管理功能(故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、计费管理)的基础上，可提供特殊行业的管理功能，实现对终端设备的模块化和分布式管理。本平台可大可小，可深可浅，可单独使用，也可联合使用，而且容易剪裁成行业实时管理平台，比如IDC机房管理、粮库管理、污染或能耗监测管理等多样性平台。

　　(5) 节约资源。本设计将五种管理功能集成到一个平台，以对数据和设备进行有效管理，提高管理效率和服务质量，节约资源，实现低碳低污染的智能环保型经济模式。

　　4 结 语

　　随着全球一体化、工业企业自动化和信息化进程的不断发展，企业或个人都对生产、物流以及销售等各个环节的质量要求越来越高，全流程监控以及服务整合将是未来企业发展的方向。物联网综合信息管理平台可为行业整合提供一种思路，互通互联的结构可以有效对各类服务进行整合，提高企业整合的高效性，为建设低碳、智能、节约型社会和实现环境友好型经济提供一定的技术支撑。

　　作者：陈丽 刘彤 来源：物联网技术 2012年12期