基于关注人员动态感知技术的警务物联网构架研究

周千里

（1.北京市公安局科技信息化部，北京 100740；2.警务物联网应用技术公安部重点实验室，北京 100740）

基于关注人员动态感知技术的警务物联网构架研究

周千里1，2

（1.北京市公安局科技信息化部，北京 100740；2.警务物联网应用技术公安部重点实验室，北京 100740）

在当前全球范围内不断增加的恐怖袭击威胁下，公安机关和相关执法机构试图找到更有效的方法来实现对重点关注人员的监测和预警。物联网技术手段的出现为实现这个目标提供了可能，但采用什么体系架构更加有利于实现这个目标是一个挑战。本文通过现有架构和实际需求的具体分析，基于分层模式提出了一个分布式的、可互操作的、适应于警务工作的物联网体系结构，来解决我们传统物联网架构中遇到的问题，为解决实际工作需求提供了一种全新思路。

警务物联网；动态感知；体系架构

1 引言

从1998年MIT提出物联网概念，物联网已经迈过了17年的光景，社会公共安全是我国最早开展物联网试点示范应用的领域之一，经过几年的摸索，不论是在应用理论、体系构架、标准规范以及示范成果方面，都取得了可喜的成绩。目前，公安机关开展的物联网应用是在与“物物相连”概念最为接近的公安应用上寻找突破口，如智能交通管理、警用武器装备管理、车牌识别和车辆电子标识等。但笔者认为，这些方面的应用从本质上看，在技术架构和功能上，还只是传统行业信息化升级的概念包装而已，并没有将物物相连、互联共享、智能应用完全融入系统建设，实现最大化的警力解放。

针对人的管理是警务工作最为核心的应用，利用技术手段对关注人员的社会活动进行动态感知和行为刻画，将突破现有重点人员管控模式，大大提升警务工作水平和效能，将物联网在社会公共安全领域的应用提升到新高度。基于大数据的网上活动人员特征刻画在互联网企业和商业活动中已经应用得非常成熟，但目前各地公安机关却还没有利用物联网在这方面取得有相关应用成效的成功案例。

本文不对基于人员个体的相关感知技术和识别技术进行讨论，而是主要研究在相关感知技术成熟的条件下，如何搭建最佳的物联网体系构架，实现对社会人员的动态感知和监测，为防范重点关注人员的违法犯罪行为提供预测和预警。

2 关注人员动态感知的可行性分析

针对关注人员的查控，公安机关已经有了很多手段（不包括技术侦查手段），如身份登记、核查录入、盘查、走访等传统方式，但传统方式对于人的感知主要还是以简单的比对为主，将被查人员与黑名单库进行比对，出现吻合即报警的模式。这种模式提取的人的身份特征是以身份证号码和姓名为主，没有其他的方式对人员进行确认，因此这种模式的适用范围比较局限（宾馆、洗浴、网吧等需要实名登记的场所），应用方式相对被动，主动性不强，类似“守株待兔”。

随着犯罪分子反侦查意识增强，犯罪模式的不断变化，作案流动性增大，高科技应用能力的提升，采用传统方式的人员管控模式已经不再适应现有日益严峻的反恐形势。在大数据条件下，面对新形势提出的新要求，人员管控模式将以大数据为支撑，实现简单的人员数据比对碰撞模式向智能人员个体跟踪、智能模式识别的跨越，真正做到“防范在先、预警在前”，达到对关注对象的预知预判，实现“预测警务”（Predictive policing）的要求。

随着各类科技的飞速发展，利用多传感手段实现对特定目标的跟踪与分析已经变成可能。

（1）前沿的个体生物特征识别技术不断发展，如远距离、高通量虹膜识别技术，声纹特征个体识别技术，动态人脸识别技术，步态特征识别等，正在逐步突破技术瓶颈，走向成熟；移动互联网的普及也使得对人员携带移动设备的监控和跟踪成为可能。另外，各种基于个体识别的技术还在不断被发明，如掌纹、静脉、步态等方式，让更加精确掌控人员个体提供了条件。

（2）从目前针对人员个体的识别设备来看，视频、生物特征识别、射频读取、电子设备定位等前端设备，有别于一般的物联网传感器单片机（SoC），处理存储能力和能耗不是考虑的主要因素，这些设备都具有稳定的电源支持和强大的处理和存储能力，为数据的共享和交互奠定了基础。

（3）从分布上讲，基于人员感知的设备需要大范围部署，且实时性、准确性要求很高，而随着人们对社会安全感的不断提升，人力成本的提高，技防设施的建设越来越受到重视，政府、社会、企业、个人投入近年力度都很大，这为在社会面实现对关注人员的动态信息采集提供了最为有利的基础条件。

虽然前端感知手段的发展日新月异，但要实现有效的人员管控应用模式，需要在手段的整合和后台数据的融合上下大功夫，否则又将再次成为传统手段的延伸和扩大，这就需要对物联网的架构进行根本的再造，且这类应用的特点为架构的再造也提供了条件，具备可行性。

3 适用于关注人员感知的物联网架构需求

3.1 现有体系架构的分析

现阶段，我们通常将公安物联网技术架构说成“四层两支撑”，四层即“感知层、传输层、支撑层、应用层”，两支撑即“安全、标准”，如图1所示。从这种架构能够很好满足现有以传统信息化为特征的应用系统，但随着更加广泛的物物相连，此架构也存在一些不足：

一是传感器和控制器受控于后端平台，自主能力不强，后端平台成为整个系统的核心和单点故障，可靠性受影响；二是大量信息回传造成，网络和平台的处理压力；三是信息传输和集中存储造成信息安全方面存在较大隐患；四是大数据时代要求信息实时性强，集中分发式的架构造成了中间环节过多，过多中间环节延误了信息价值的产生，一种更加直接的架构需要建立，满足相关需求。

图1 传统物联网体系架构图

作个更加形象的比喻，现有架构打通了毛细血管与心脏的主动脉，但在毛细血管内部的微循环还没有建立起来，局部自主性不强，任何前端末梢的血液活动都需要回到心脏来完成，降低了效率。在实际应用中，我们发现，所有不同类型的信息处理和共享都需要回到后端系统来开展，传感器与传感器之间的联系实质上是通过应用系统与应用系统的后台数据共享来完成的，而现阶段系统间信息共享要突破行政、网络、数据等多个层面的限制才能实现，发挥大数据的效能变得异常困难。

图2 传统物联网系统的实际组成

3.2 新架构的需求

警务物联网架构需要满足如下特点，才能最大限度的应用现有社会传感器资源：

（1）任何传感器之间可互联：不同的前端感知设备要能够以通用的、开放的接口协议对上层应用提供服务，如图2所示。如果不同厂家的产品只能够利用自家私有的、专用的协议对外提供服务，那么要将这类产品融入到警务物联网的整体应用中是不太可能的。没有开放和共享，要实现社会前端资源的互联互通和融合应用是不能够实现的。不论是谁建设的、谁家的产品，必须要在统一的共享环境下应用，才能够发挥整体合力。可喜的是，在智能家居领域，我们已经看到了如All Seen2AllSeen 联盟最初的框架来源于 AllJoyn 开源项目，主要由高通创新中心驱动。无论是终端产品、应用、服务，通过 AllJoyn 就可以互相通信。AllJoyn是由开放、统一的框架和核心服务组成，让开发人员透过其软件开发框架，可以开发点对点及多萤幕的应用，以便使邻近的作业系统、应用或装置得以相互串联、控制及共享资源。AllSeen联盟最终希望打造一个开放的软件架构，可以让家中的电视、机上盒、路由器、智能照明系统和其他设备无缝地连接起来，并跨越iOS、Android、Windows 或 Mac 等不同的作业系统。AllSeen 联盟中的知名机构及厂商包括 Linux 基金会、高通、LG、夏普、海尔、松下、HTC、Silicon Image、TP-Link、思科等，涵盖了处理器厂商、网路基础设施商、路由器厂商、家庭终端厂商等。这种跨领域的组成，有助于真正发展出一套大家都能通用的物联网互连架构。等联盟，开启了前端设备的共享共用探索之路，这也是未来社会公共安全领域感知设备建设的必经之路。

（2）物与物相联形成开放的基础物联网络：具有开放的基础物联网络。基础物联网络是各个前端设备提供不同服务的基础，目前基于IP协议的各类前端设备将成为传感器的主力军，互联网正成为承载这些服务的最佳平台，如何将不同网络的设备、不同用途的应用有效融合在一起，将是综合应用社会传感资源的重要基础。

（3）上层应用独立于基础物联网络和设备。上层应用不能受限于每一种或几种传感器，应该具备随着需求的变化，方便接入不同信息采集前端的能力；每种前端设备也要具备向不同应用提供不同服务的能力。只有实现了“设备无关性、网络无关性、应用无关性”后，真正意义上的物联网时代才会到来。

原有的信息系统体系架构变得扁平化、去中心化，应用与设备站在新体系架构中处在“平等”地位，通过物联总线相连，通过物联网络支撑，所有应用、设备、管理服务都挂接在物联总线上，实现数据共享、服务共享。“应用即服务”（AaaS）、“设备即服务”（DaaS）、“连接即服务（CaaS）”成为可能，这种应用与设备松耦合架构，为公安机关整合社会资源和各类传感器提供了前所未有的灵活性和自由度。

4 基于总线的物联网架构

4.1 构架特征

为实现基于关注人员的动态精确管控，基于社会人员感知的物联网架构将具备更高的安全性、更大的包容性、更强的灵活性、更多的开放性。技术架构设计上，需要考虑到如下的因素：

（1）接入协议的标准化。借鉴ESB（企业服务总线）实现不同企业信息系统应用的互联共享的方式，最大的特点是不同应用能够以标准化的接口提供服务，并可基于标准化传输方式（Message）、采用标准化协议进行调用。随着芯片处理能力的不断攀升，在前端传感设备上提供标准化的物联服务将不存在问题，不具备这种能力的已建设备也可以通过协议转化网关实现。在协议方面，HTTP是应用最为广泛的联网协议，对于设备而言，简单的GET 和POST就可以实现请求服务的目的，只是在定义协议标准的时候要充分考虑到前端感知设备的内部存储容量和耗能问题，需要对协议进行优化设计。

（2）强大的扩展能力。扩展性有两个层面，一是各类传感器接入物联总线更加开放和灵活，不论是社区里的门卡控制设备还是地铁里的闸机读卡设备，只要能够按照相关协议要求，就能灵活挂接到警务物联网总线上，进入物联体系，为上层应用提供服务了，这种强大的扩展能力为社会传感器资源的利用带来了巨大的便利；另外一端，作为挂接在物联总线的应用而言，服务器端需要在处理能力和存储方面具备强大的扩展能力，同时，软件在处理分配优化方面也需要具备灵活扩展的能力。因为前端的灵活接入必然给后端应用的硬件和软件带来压力，具备弹性扩展能力的后台软硬件支撑环境对于业务的流畅开展和建设成本的控制有着重要意义。

（3）更高等级的安全性。高开放性和高共享性必然带来安全性的降低，但基于关注人员感知的警务物联网应用需要更好的安全性。物联网的安全隐患来自于两类，一类是互联网固有的安全风险，比如一些设备提供服务时没有用的端口没有关闭，攻击者可以利用这类端口进行拒绝服务攻击（DoS），导致传感器停止工作。另一类是物联网传感器的自有风险，如传感器设备的接入认证与访问控制，对于计算机终端可以利用数字证书进行认证和控制，但传感器设备由于其处理和存储能力的限制，不具备这些措施，就可能面临非法设备的接入和数据的篡改风险；一些敏感数据的传输上，前端设备不具备非对称加密的能力，可能导致数据被抓取泄密；一些黑客具备反向工程的能力，导致RFID芯片被破解。所有这些风险都应该在架构设计的初期进行充分的考虑。

（4）设备管理与服务发现。设备与应用的灵活接入导致了管理上的困难，而且由于不论接入的是设备还是应用，都是以服务的形式存在，建立一套有效的服务发现和注册机制就显得尤为重要。设备管理上应具备识别、遥弊非法接入设备的能力，自动在线更新设备软件的能力（OTA），远程控制能力，定位故障设备的能力；服务发现方面，需要建立类似Web Service管理中的“通用描述、发现与集成服务”（UDDI）的功能，每个服务具备一个惟一标识，在服务管理中心进行注册，以使各类物联应用和设备能够发现新的服务，同时也有利于这些服务的管理和综合应用。

4.2 构架模型

我们将适用于社会关注人员感知的物联网系统定义为分布式总线型物联网架构（Distributed IoT Bus based Architecture，DIBA），如图3、图4所示。该架构分为“三层两纵”，三层即设备接入层（Device Access）、总线服务层（Service Bus）、业务应用层（Applications），两纵即信息安全管理（Security）和服务发现管理（Services management），该结构将原有的四层机构进行了扁平化设计，各类应用和前端传感器都在安全认证的条件下同等挂接到总线服务层上，实现数据交互和服务共享，以最为简洁的模式将不同厂商、不同业主、不同公安应用进行连接，满足对社会人的动态感知和管控的需要。

图3 DIBA体系构架示意图

（1）设备接入层：该层负责外界特定信息的感知采集和数据通信接入。为此，这里的设备是指具备通信能力，能够直接或间接地接入物联总线（Service Bus）的设备。这一层应该包含两个主要功能，一个是设备感知、一个是接入通信。该构架中，这个设备可以是身份证读取设备、生物个体特征提取设备、人脸抓取监控头、声纹采集设备，每个设备必须要具备一个惟一标识（UUID），这个标识可以是Mac地址或其他设备固有的信息，最好是被存储在不可修改的存储介质中，这个标识既可以用于设备认证和安全接入，也可以用来作为登记服务的标识。同时，该设备要支持通用协议的通信连接的功能，目前，物联网领域应用比较广泛的三类协议分别是HTTP/HTTPS，MQTT，CoAP(Constrained Application Protocol)。在我们的参考架构模型中，推荐使用MQTT协议作为人员动态感知的通信协议，HTTP协议作为备选，因为这两个协议的应用范围比较广、使用简单，且这两个协议在跨防火墙或NAT时更容易（这点很重要，因为业务应用从安全性考虑都要加装防火墙或进行地址转换）。由于需要支持MQTT协议，我们在物联总线中需要加入MQTT代理和设备库来支持该协议。当然，采用推荐MQTT还有一个原因就是物联网设备不仅需要上传信息，同时应用中的控制信息也需要反向接入设备，因此，采用代理模式的MQTT双向信息的读取能力也是该框架看中的重要方面。

（2）总线服务层：这层是该构架中最为重要和核心的部分，该层直接决定了实现各类不同设备间、设备与应用间，甚至应用与应用间的互联互通。这一层不仅要实现MQTT或HTTP服务的请求代理功能，还可以实现不同设备间协议转换的功能，如将基于HTTP的API接口转化为MQTT的消息进行传输，因此，这一层需要适配现有不同设备的通信协议，并且需要将设备的标识（UUID）与使用该设备的业务应用进行服务匹配。另外，这一层还要承担一项重要的安全职责，就是实现设备和应用的安全认证及接入控制，当该层收到设备或应用接入请求时，该层将请求信息上传信息安全管理层，根据设备标识和接入管理策略反馈接入信息，最终由该层执行允许或拒绝资源的接入。对于该层而言，不论设备还是应用，它们都被识别为一种服务，只要按照相关规则接入的对象，就能够为其他对象提供一种服务，即“接入即服务”。

（3）业务应用层：用户根据不同的业务需求，从物联总线上获取不同设备的服务接口，利用接入的数据搭建自己的数据处理应用系统。公安机关不同警种有着不同的对设备的应用需求，不同地区的公安机关对于设备数据的使用也是不同的，因此，在该架构中，没有直接定义应用系统的具体功能和承载能力，只是把应用系统当成为一个更加复杂的服务挂接在物联总线上，每个应用系统根据自身的业务需求去建设处理逻辑和存储方式，至于应用系统的具体架构是采用云架构、大数据Hadoop架构或其他技术，该框架构不做具体要求和限制，警务应用系统能够按照服务总线的模式，便捷、安全的获取各类设备的接入信息，也可以控制这些设备的动作。

（4）信息安全管理：该架构中，信息安全包含了设备安全、网络安全、数据安全和应用安全。网络、数据和应用安全上，与一般的IP网络防护手段类似，这里不再赘述，鉴于是物联网架构，重点说明设备安全方面。设备的安全管理上，该层能够通过不同设备代理的与不同协议的设备进行通信，设备一般分为受控设备、半受控设备和不受控设备。对于受控设备而言，设备管理服务器具备远程控制其软件和应用的能力，能够在需要的时候打开和关闭该设备或部分功能，具备在线升级设备软件和系统的能力，实时监测设备的运行状态，这需要设备厂家完全支持该架构和协议；对于半受控设备，设备管理服务器能够控制部分功能，这是由设备厂商的开放性决定的；对于不受控设备，一般是处理能力较弱的小传感器，这类设备的接入一般通过网关代理的方式，但这类设备的基本状态也是可以监控的，通过控制网关也可以在某种程度上管理这些设备。同时，设备安全的重要手段就是设备的访问控制，该层将提供数字证书分发、接入认证、设备目录、权限访问控制策略等服务，确保设备的合法合规接入。当然，除了设备访问控制外，接入的业务应用访问控制也需要该层完成，因此该层横跨了三层。

图4 DIBA物联网系统的应用架构图

（5）服务发现管理：当设备或应用安全接入物联总线后，信息安全服务将登录的相关信息传到服务发现管理层，该层将对接入设备和应用发起服务注册和发现请求，在应用层面实现设备与设备、设备与应用、应用与应用的匹配，同时，根据注册信息，该层能够根据匹配列表协调多个设备与单个应用或一个设备向多个应用服务的问题。

5 应用参考场景

采用DIBA警务物联网模型后，未来社会公共安全领域针对关注人员的智能应用将有效整合社会各类感知资源，形成现有公安机关对人员管控的有益补充，更加全面、及时的发现和预测潜在的风险，做到“防患于未然”。

以进出某城市的人员管控为例，将现有公安信息网进行拓展和延伸，在物理上实现对社会传感资源的联通，物联总线构建在现有公安信息网上。人员的进入管控是反恐防控的第一道关卡，需要解决了什么人、什么时间、从哪里进出了该城市的问题。在进出道路卡口、机场、火车站、长途汽车站，开展人员的全面核录，各类人员卡口、移动核查录入设备、人脸识别系统、电子侦控等手段能够全面、动态、实时捕捉进入人员各类信息，这些设备按照DIBA模型挂接在物联总线上，为上层应用提供服务，通过这些公安机关自建系统的服务，公安机关各部门能够获取进出人员的个人信息、个人生物特征、进入的时间和地点、相关视频监控录像调用接口等。

公安机关信息中心将情报分析应用系统接入物联总线，获取关于进出人员的异构海量数据，与已有的宾馆住宿、银行办理业务、乘车、网吧上网等社会活动方面的信息融合后，以“人员多元个体信息特征库”为基础，即可实现智能盯控、轨迹识别和行为模式判别，实现对人员的精确掌控。

刑侦部门通过物联总线将现有的违法犯罪分析系统使用物联网感知服务后，即可将相关案件的嫌疑人信息与进出人员信息进行比对碰撞，获取新的线索，帮助案件开展倒查。

巡警部门可以在原有岗位勤务管理系统的基础上，集成进出人员相关信息，可以对比不同地点检查站卡口警力与实际进出人员数量，分析预测出每个检查点、不同时间段的最佳警力配置。

所有这些能力都是在新的物联网构架下完成的，如果按照原有信息系统建设模式，一旦有新类型的信息接入，原有系统需要做加大幅度的改动和调整，不能够以最高效、最便捷的方式完成新服务的整合。这是新架构为业务应用带来的最大优势。

6 结束语

随着人民群众对社会公共安全感要求的不断提升，对重点关注人员的管控越来越成为衡量公安机关工作能力和水平的标准，传统公安机关的面对面、人盯人的管理模式显然已经不适应动态化、无单位化、互联网化的人员活动模式，需要依靠科技手段进行提升，而在公安机关自建信息获取手段不能保证全天候发现、追溯、跟踪关注人员的当下，充分利用物联网感知手段，引入社会传感资源是重要的解决途径。为适应这种新形势和新挑战，对人员感知物联网架构进行研究将为下一步警务物联网的发展提供方向和借鉴，分布式总线型物联网架构（DIBA）是在充分分析公安机关业务应用需求和现状，以社会上各类传感器以及未来针对人员个体识别技术发展的相关新设备为基础提出的，具有一定的超前性。

虽然，要完全实现该构架，不仅需要构架中相关服务和接口规范的完整定义，形成大家共同遵守的标准，而且需要各类传感器厂商、应用软件开发商、系统集成商、信息安全厂商的共同支持和响应，但该框架的提出迈出了第一步，也为解决应用需求提供了一种途径。■

[1] Chayan Sarkar, Akshay Uttama Nambi S. N, R. Venkatesha Prasad, Abdur Rahim, A Scalable Distributed Architecture Towards Unifying IoT Applications, 2013

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英国电信与欧盟签署重要云服务协议

英国电信（BT）近日宣布与欧盟委员会签署两项合约，为包括欧洲议会、欧洲理事会以及欧洲防务局在内的52个主要的欧洲机构、部门和实体提供公共与私人云服务。两个框架协议皆于去年12月授予，有效期长达4年，总价值超过2,400万欧元。随着框架协议的执行，BT将按照契约实施私人云服务，并跻身最具竞争力的公共云项目5大供应商之列。这两项协议已是欧盟委员会框架协议在2015年授予BT的第三、第四份协议，所有协议皆通过公开招标授予。

定制化的基础技术平台可满足欧盟对合规性、安全性以及隐私的严格要求。该平台将公开云服务的速度和灵活性与私人云服务的可控性和安全性完美结合。

该服务将由分布在欧盟国家内数个安全的数据中心托管，不仅确保高度适应性，同时保障所有客户数据皆存储在欧盟国家内部。这些服务将通过BT的计算机管理系统（CMS）整合与管理。该系统是一个整体的联合性入口，可从全世界任何地点为客户顺畅地提供他们所需的IT服务。分析人士将其描述为BT的“秘密武器”，它显示了BT如何在实践操作中应用去年发布的云中云版本。

An IoT1Architecture Towards Tracking Targeted Individuals

Zhou Qianli
(Beijing Public Security Bureau, Beijing, 100740)

The public security has been essential for people lives, especially under the circumstance of increasing terrorist attacks worldwide. Police and other involved government agencies try to find more efficient and effective ways to tackle the challenges and threats by using advance technology. The advent of Internet of Things (IoT) has provided the possibility of detecting, monitoring, tracking and predicting the potential suspects who could do harm to the innocent people. One of the major challenges in the realization of this kind of IoT applications is how to integrate all the involved IoT entities we can reach and make full use of them. Thus, the need for a new architecture has been identified through the analysis and research by this article. We propose a distributed, interoperable architecture for IoT to achieve what we want, which will overcome most of the obstacles in the process of large scale expansion of IoT. It specifically addresses heterogeneity of IoT devices, and enables seamless addition of new devices across applications. We propose a layered architecture that provides various levels of abstraction to tackle the issues such as, scalability, heterogeneity and interoperability. Using a study of a possible use case comprising elements from multiple-application domains, we illustrate the usability of the proposed architecture.

Police IoT; Tracking Targeted; Architecture

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.01.001

TN923，TN91

A

1672-7274（2016）01-0001-07

1 IoT是指the Internet of Things（物联网）