物联网管理平台

邵泽华，梁永增

（成都秦川物联网科技股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引 言

物联网（Internet of Things, IoT）即物物相连的网络。从英文名来看，物联网和互联网关系密切，物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络[1]，目的是实现物（或人）与物（或人）之间的信息交换，实现对物（或人）的有效管理。“物联网”在国家标准中的定义为：通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并作出反应的智能服务系统[2]。而实际上，物联网是组成世界的基本单元，其运行是世界实体关系的本质体现[3-4]，因此将物联网看作互联网的延伸和扩展是对物联网的一种狭义认知，无法完全诠释物联网对社会发展的重大意义。

物联网的“物”是指物理实体，“联”是指与物理实体间的信息传输，“网”是建立网络后所表现出来的外在功能表现。世界的本质是物联网的总和，世界上的各种现象是相应信息在物理实体上运行的结果[5]。物联网信息通过在物理实体上运行，实现用户与对象（物与物、物与人、人与人）的交互，满足物联网用户主导性需求的同时，也满足其他物联网参与者的参与性需求。

1 物联网运行体系结构

物联网运行体系结构由三个体系构成，分别为信息体系结构、物理体系结构和功能体系结构[6-7]。物联网运行体系结构如图1所示。

功能体系结构是以物理实体为支撑，信息在物理实体上运行所表现出来的外在功能表现，由用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台和对象平台组成。功能体系结构的五大功能平台分别对应信息体系结构五域和物理体系结构五层：信息域的五域分别为用户域、服务域、管理域、传感网络域、对象域；物理层的五层分别为用户层、服务层、管理层、传感网络层、对象层。

图1 物联网运行体系结构

2 物联网管理平台的职能

管理平台是实现统筹物联网内信息运行、实现用户需求的必需环节，根据用户制定的规则，在物联网内开展管理工作，将物联网中信息的运行标准化、规则化、秩序化，协调和管理物联网内部各平台之间的关系，为用户、服务、传感和对象之间的信息交互行为提供管理服务。管理平台的主要职能包括：参与物联网、用户需求分析、统筹、组织安排、指导管控、落实。

（1）参与物联网。管理平台在参与物联网组网时，需要物联网中的用户提供能满足管理平台需求的资源，并在此基础上发挥自身管理功能，为用户提供服务。

（2）用户需求分析。管理平台为用户提供管理服务的前提，即分析和掌握用户需求，用户的主导性需求是物联网产生和组网的根源，也是物联网内各平台服务的目标。

（3）统筹。管理平台在物联网中处于中心位置，拥有物联网中所有信息的管理权，可在整体上统筹规划和协调服务平台、传感网络平台和对象平台的具体工作，实现用户需求。

（4）组织安排。通过有意识地协调平台间的相互关系，合理安排各平台的具体任务，使各平台在统一的组织安排下开展工作，保持物联网内良好的信息运行环境，有效地完成用户指令，实现用户需求。

（5）指导管控。管理平台在用户授权下，管理、控制和监督各平台功能的发挥，纠正各平台与用户需求实现相背离的行为，当服务平台、传感网络平台和对象平台在工作中遇到障碍时，可实行指导功能，保证物联网内信息的合理有效运行。

（6）落实。落实功能是所有管理功能的最终体现，督促和管理其他平台落实用户指令，使用户制定的计划、措施、政策等得以实现，满足用户需求。

3 物联网管理平台的功能结构

物联网中，管理平台在用户和对象的交互过程中起着统筹管理作用，其功能好坏决定着物联网的运行效果，在物联网的运行中发挥至关重要的作用。管理平台连接着物联网的传感网络平台和服务平台，是对感知信息和控制信息进行综合管理的平台，主要表现出感知管理功能和控制管理功能。物联网管理平台的功能结构如图2所示。

图2 物联网管理平台的功能结构

管理平台的功能结构主要由综合管理分平台、用户管理分平台、服务管理分平台、传感网络管理分平台、对象管理分平台组成。

用户管理分平台对物联网用户进行管理，用户下发的控制信息是否合法，是否允许下发至对象执行，都由用户管理分平台来判定。同时，物联网用户享受物联网服务过程中所产生的用户信息包含众多隐私信息，这些信息不宜被直接公开，须由用户管理分平台将隐私信息脱敏处理，保证物联网用户信息在物联网运行中的安全。同时，用户管理分平台协助物联网服务平台对接入的用户的合法性进行识别，防止用户的非授权接入，保证整个物联网的信息安全。

服务管理分平台通过对汇集来的对象感知信息和物联网用户控制信息进行管理运算，对物联网的服务平台进行管理，根据物联网用户的具体需求决定为物联网用户、政府信息服务平台以及社会运营商服务平台提供何种服务和数据，保证隐私数据不在物联网服务平台直接公开的同时为物联网用户提供属于用户自身的服务和信息。

传感网络管理分平台对传感网络平台的各个传感节点进行统一管理，主要为通信管理。传感网络管理分平台可对物联网的通信方式、通信信道、频宽以及通信频率等内容进行整体安排，决定对象能够接收哪些控制命令，防止非法网络设备接入，以及非法未授权的控制信息传输到对象，给物联网用户造成危害，保证感知传感信息和控制传感信息的安全性和真实性。

对象管理分平台面向对象进行管理。在物联网中，对象既可以是人，也可以是物。对象作为物联网服务的提供者以及物联网管理平台的被管理者，起着感知信息生成和控制信息执行的重要作用。对象生成的感知信息是物联网有效运行的基础，部分信息在生成后可能包含着一些用户或对象的隐私信息，这些信息在上传至物联网管理平台后，由对象管理分平台进行统一处理，对于需要传输给社会运营商的信息进行脱敏、变形，防止信息泄露。对象管理分平台通过对对象属性、特征等的识别和鉴权，协助传感网络平台内部的网管系统对对象接入的合法性进行判断。

综合管理平台综合统筹、协调各平台之间的联系、合作、资源共享、信息安全管理等，对物联网运行过程中的动态和静态的数据进行统一管理，统一接入各管理分平台的管理信息，并实现对象平台信息和用户平台信息的有效安全隔离，使得非法用户对网络的攻击不可能到达对象，同时防止非法对象以伪节点方式入侵网络，给用户平台造成信息安全风险。

4 物联网管理平台的功能实现

物联网管理平台体现出来的功能是物联网用户需求实现的体现。物联网管理平台作为行使物联网运行统筹管理的功能平台，所表现出的功能是信息在物理实体上运行所体现出的效果，其功能的实现离不开信息和物理实体。

4.1 物联网管理层的物理体系结构

物联网管理平台所体现出的功能是信息在管理平台物理实体上运行所表现出的状态，物联网管理平台物理实体是物联网信息计算、加工、存储、传输的载体，是信息实现功能表达的物理依赖。物联网管理层的物理体系结构如图3所示。

图3 物联网管理层的物理结构

物联网管理层的物理实体包括用户管理服务器、服务管理服务器、传感网络管理服务器、对象管理服务器以及综合管理服务器，分别对应着物联网管理平台的用户管理分平台、服务管理分平台、传感网络管理分平台、对象管理分平台以及综合管理分平台，为管理平台功能的实现提供物理支撑。用户管理服务器、服务管理服务器、传感网络管理服务器以及对象管理服务器均分别与综合管理服务器建立双向通信连接。物联网管理层的五个管理服务器可以属于同一个物理实体，也可以属于多个不同物理实体。当五个管理服务器属于同一个物理实体时，以虚拟化技术等将其进行功能隔离，分别实现用户平台、服务平台、传感网络平台以及对象平台的管理。

4.2 物联网管理域的信息体系结构

管理域是物联网管理信息的集合，包括感知管理信息和控制管理信息。物联网管理域的信息需要以管理层物理实体为支撑才可有效运行，因此物联网管理域存在与管理层物理实体相对应的五大信息系统，分别为综合管理系统、用户管理系统、服务管理系统、传感网络管理系统以及对象管理系统。综合管理系统由感知信息管理系统和控制信息管理系统组成。物联网管理域的信息结构如图4所示。

图4 物联网管理域的信息结构

物联网管理域的信息运行主要是在管理平台综合管理系统的综合管理下进行的。物联网传感域传输来的感知传感信息到达管理域后，由管理域综合管理系统的感知信息管理系统进行接收、识别、解析等处理，转化为感知管理信息。感知管理信息具有两种信息运行方式：

（1）信息运行方式一：感知传感信息转化为感知管理信息后，感知管理信息继续向服务域上传，由服务域或用户域将感知信息转化为控制信息，以控制服务信息的形式传输给管理域综合管理系统的控制信息管理系统，在识别、解析后转化为控制管理信息传输给传感域，完成感知信息和控制信息在管理域的运行。

（2）信息运行方式二：感知传感信息转化为感知管理信息后，感知管理信息直接转发至控制信息管理系统，并进行相应的识别、解析、转化等处理后，以控制管理信息的形式下发至传感域，从而完成感知信息和控制信息在管理域中的运行。

到达物联网管理域的信息最终将以感知管理信息和控制管理信息的形式在管理域中运行和存储。为了实现物联网信息的更优质更专业的处理，以及在授权范围内实现对物联网运行的有效控制和管理，综合管理系统会依据物联网信息的属性、特征以及含义等将其发送给用户管理系统、服务管理系统、传感网络管理系统以及对象管理系统中的一个或多个，最终实现物联网运行管理的科学性、有效性。

5 结 语

在信息技术的发展逐渐从互联网、移动互联网延伸至物联网的大背景下，物联网引领了社会发展的新方向，是组成智慧城市的基本单元[8]。无论是国家还是企业，都对物联网充满了期待，我国在物联网理论研究、标准研究以及产业化方面均走到了世界前列[9-10]。

对物联网本质的正确认识是研究和用好物联网的前提。本文通过对物联网体系结构的描述，阐述了物联网的本质特征和含义；通过对其核心功能平台—管理平台的职能、功能体系结构以及功能实现的清晰描述，展示了管理平台中物理、信息以及功能之间的关系—信息在物理实体上的运行表现。

管理平台作为物联网的管理核心，拥有物联网中所有信息的管理权，在明确定位用户需求的基础上，发挥管理平台的统筹功能，协调各平台资源配置，统筹规划和协调服务平台、传感网络平台和对象平台的具体工作，将物联网内部各个平台要素联结成有机的整体，使各平台功能得到合理的使用，有效地实现用户既定的管理目标和任务，促进用户需求的达成。