物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的探索與研究

邵澤華

摘 要：通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分析和研究，指出了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的局限性，并以中國(guó)傳統(tǒng)文化為理論基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的客觀存在和物聯(lián)網(wǎng)信息世界的客觀規(guī)律，揭示了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)的世界觀和方法論，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)；世界觀；方法論；信息

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）11-00-08

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是由信息將物與物、物與人相聯(lián)，通過(guò)感知實(shí)行控制的信息萬(wàn)維網(wǎng)，是一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)世界，是客觀存在的自然現(xiàn)象，是人與自然的和諧統(tǒng)一，是道法自然的真實(shí)體現(xiàn)。

人類在不斷探索宇宙世界的過(guò)程中積累了大量的方法和技術(shù)，隨著科技的發(fā)展，人類開(kāi)發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用中觸碰了物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是由“物”和信息網(wǎng)組成的信息體系，信息網(wǎng)包括物理信息網(wǎng)、生物信息網(wǎng)、化學(xué)信息網(wǎng)等宇宙信息網(wǎng)，“物”加“互聯(lián)網(wǎng)”是物聯(lián)網(wǎng)的一種表現(xiàn)形式。

現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品都是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展與升級(jí)，它們都來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，是利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、信息安全管理、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)用以豐富互聯(lián)網(wǎng)功能，提高互聯(lián)網(wǎng)效率的產(chǎn)物。從應(yīng)用發(fā)展角度來(lái)看，在目前階段，普遍認(rèn)為M2M（Machine to Machine）是物聯(lián)網(wǎng)最主要的表現(xiàn)形式，M2M是一種以機(jī)器終端智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)，它與社會(huì)的發(fā)展和人們的生活、工作密切相關(guān)，目前，智能交通、智能家居、食品安全管理、環(huán)保監(jiān)測(cè)、人員出入管理、倉(cāng)儲(chǔ)與供應(yīng)鏈管理等應(yīng)用已在國(guó)內(nèi)外小范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。但本質(zhì)上M2M還是互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，是互聯(lián)網(wǎng)+智能交通、互聯(lián)網(wǎng)+食品安全管理、互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)保監(jiān)測(cè)等的應(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

目前普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的頂層全局性描述，它是各類具體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的抽象模型，是各行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性模型[1]。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系所涉及的感知設(shè)備、控制設(shè)備、通信設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和各類信息軟件的開(kāi)發(fā)具有方向性的指導(dǎo)作用。目前使用最多的結(jié)構(gòu)是如圖1所示的三層體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將物聯(lián)網(wǎng)分為感知控制層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用服務(wù)層三個(gè)層次。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)圖

歐盟第七框架計(jì)劃（Framework Program7，簡(jiǎn)稱FP7）專門(mén)設(shè)立了兩個(gè)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目，一個(gè)是SENSEI[2]，其目標(biāo)是通過(guò)Internet將分布在全球的傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)（WS&AN）連接起來(lái)，組成一個(gè)真正的世界互聯(lián)網(wǎng)，并定義開(kāi)放的服務(wù)訪問(wèn)接口與相應(yīng)的語(yǔ)義規(guī)范來(lái)提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)與信息管理服務(wù)，還能提供能量管理、安全、隱私保護(hù)、信任管理與記賬機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高能效、精準(zhǔn)、可靠的環(huán)境信息獲取以及與物理世界的交互；另一個(gè)是IoT-A[3]，其目標(biāo)是建立物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型和定義物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵組成模塊，并通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)范例，采用仿真與原型系統(tǒng)驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，探索不同體系結(jié)構(gòu)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的影響.此外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究人員也對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛深入的研究，提出了多種具有不同樣式的體系結(jié)構(gòu)。比如，由美國(guó)麻省理工學(xué)院和英國(guó)劍橋大學(xué)等7個(gè)高校組成的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室提出的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（Networked Au-ID）體系結(jié)構(gòu)[4]、由日本東京大學(xué)發(fā)起成立的uID中心提出的基于uID的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)（uIDIoT）[5]、由韓國(guó)電子與通信技術(shù)研究所（ETRI）提出的泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)（Ubiquitous Sensor Network，USN）體系結(jié)構(gòu)[6]、由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)提出的Physical-net[7]、由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）提出的M2M體系結(jié)構(gòu)[8]、由法國(guó)巴黎第六大學(xué)提出的自主體系結(jié)構(gòu)（Autonomic Oriented Architecture，AOA）[9]以及由北京航空航天大學(xué)和蘇州大學(xué)基于類人體神經(jīng)網(wǎng)（Manlike Neutral Network，MNN））和社會(huì)組織架構(gòu)（Social Organization Framework，SOF）提出的體系結(jié)構(gòu)（MNN&SOF）[10]。

M2M是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）制訂的一個(gè)關(guān)于機(jī)器與機(jī)器之間進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，尤其是非智能終端設(shè)備通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其他智能終端設(shè)備（Intelligence Terminal，IT）或系統(tǒng)進(jìn)行通信，包括服務(wù)需求、功能架構(gòu)和協(xié)議定義3個(gè)部分。M2M 的功能架構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)在具有存儲(chǔ)模塊的設(shè)備、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)域中部署M2M服務(wù)能力層（Service Capacity Layer，SCL）；設(shè)備和網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用程序通過(guò) dIa接口訪問(wèn)SCL ；網(wǎng)絡(luò)域中的應(yīng)用程序通過(guò)mIa接口訪問(wèn)SCL；設(shè)備或網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)域中的SCL交互由mId接口實(shí)現(xiàn)。

圖2 M2M的功能體系結(jié)構(gòu)

德國(guó)弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)（Fraunhofer-Gesellschaft）在其IoT—AD1.3中給出了如圖3所示的功能模型和域模型。

任何產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的研究所導(dǎo)致的結(jié)果都應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，接口簡(jiǎn)化，協(xié)議的邏輯關(guān)系清晰。

經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)這些參考架構(gòu)包含的體系結(jié)構(gòu)都是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，對(duì)功能進(jìn)行不同的分類就會(huì)有不同的結(jié)構(gòu)，而不同的國(guó)家、行業(yè)、組織都可能給出不同的結(jié)構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是物聯(lián)網(wǎng)信息的功能體現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，要發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)首先要有對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的基本認(rèn)識(shí)。

2 物聯(lián)網(wǎng)的世界觀和方法論

所謂世界觀，是指人們對(duì)整個(gè)世界以及人與世界關(guān)系的總的看法和根本觀點(diǎn)，具有實(shí)踐性，人的世界觀是不斷更新、不斷完善、不斷優(yōu)化的。物聯(lián)網(wǎng)的世界觀是對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)世界的總體看法和根本觀點(diǎn)， 建立在對(duì)自然界和人類社會(huì)方面科學(xué)的、系統(tǒng)的、豐富認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，是人類社會(huì)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，也會(huì)隨著社會(huì)實(shí)踐的發(fā)展不斷更新、不斷完善和不斷優(yōu)化。因此，物聯(lián)網(wǎng)世界觀的實(shí)質(zhì)就是從根本上去理解物聯(lián)網(wǎng)世界的本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)根源，解決的是物聯(lián)網(wǎng)世界是“什么”的問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)是由具有感知和控制能力的“物”和實(shí)現(xiàn)物物通信交流的“聯(lián)”而組成的信息網(wǎng)，是客觀存在的。其中“物”是物聯(lián)網(wǎng)的主體，物既可以是用戶，也可以是對(duì)象，能夠感知、控制、被感知或被控制；而“聯(lián)”則是物物通信與交流的聯(lián)系紐帶，使物與物之間以各種各樣的關(guān)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)可靠通信與交流。物聯(lián)網(wǎng)中“物”和“聯(lián)”不能孤立存在，它們是相互依存、相互促進(jìn)和發(fā)展、辯證統(tǒng)一的。

所謂方法論，是根據(jù)這種對(duì)世界的基本看法提出的改造世界的方法。世界觀是方法論的理論基礎(chǔ)，方法論是世界觀在實(shí)踐中的體現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)的方法論是在物聯(lián)網(wǎng)世界觀的指導(dǎo)下去實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能的系統(tǒng)方法，是如何去證明物聯(lián)網(wǎng)世界觀的學(xué)說(shuō)，解決的是“為什么”的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)世界觀是物聯(lián)網(wǎng)方法論的理論基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)方法論是其世界觀在實(shí)踐中的體現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是在實(shí)踐中通過(guò)不斷的探索和總結(jié)形成的，是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的總體看法和觀念，是物聯(lián)網(wǎng)世界的客觀規(guī)律，屬于世界觀的范疇。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)按物聯(lián)網(wǎng)信息存在的形式、表現(xiàn)的方式和運(yùn)行的規(guī)律分為物聯(lián)網(wǎng)概念模型、信息體系結(jié)構(gòu)、信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)三個(gè)部分。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)是以物聯(lián)網(wǎng)世界觀為理論基礎(chǔ)，將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品按功能進(jìn)行分層、分組件，并描述這些層及組件之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)，是物聯(lián)網(wǎng)世界觀在實(shí)踐中的體現(xiàn)，因此屬于方法論的范疇。

3 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)概念模型

物聯(lián)網(wǎng)是人與物共存、共融、共發(fā)展的世界，是萬(wàn)物互聯(lián)的萬(wàn)維網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的概念模型結(jié)構(gòu)就是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)維宇宙模型。中國(guó)傳統(tǒng)文化《周易》對(duì)宇宙模型有非常簡(jiǎn)明扼要的創(chuàng)造性描述，“太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦，八卦生萬(wàn)物”。太極在天地未分之前，元?dú)饣於鵀橐?；而兩儀是指太極中分化出的陰和陽(yáng)，也可指上與下，天與地；四象為天地之間四個(gè)方位，即，太陰、少陽(yáng)、少陰、太陽(yáng)，對(duì)應(yīng)金、木、水、火四種宇宙信息的存在形式，對(duì)應(yīng)東、西、南、北四個(gè)方位；兩儀四象對(duì)應(yīng)六合，形成六合宇宙概念模型，表達(dá)了各種宇宙信息渾然一體而又相生相克的基本邏輯關(guān)系。信息存在于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)世界，渾然一體；物聯(lián)網(wǎng)信息的始點(diǎn)與終點(diǎn)如兩儀中的天與地，用戶是天，對(duì)象是地；物聯(lián)網(wǎng)信息的感知、管理、服務(wù)、控制是物聯(lián)網(wǎng)世界信息存在的四種形式，感知與控制對(duì)應(yīng)了太陰、太陽(yáng)，管理與服務(wù)對(duì)應(yīng)少陰、少陽(yáng)；兩儀四象對(duì)應(yīng)六合，形成六合物聯(lián)網(wǎng)概念模型，表達(dá)了各種物聯(lián)網(wǎng)信息渾然一體而又相生相克的基本邏輯關(guān)系。

物聯(lián)網(wǎng)是萬(wàn)物互聯(lián)的通用型網(wǎng)絡(luò)，其中信息是物聯(lián)網(wǎng)連通以及發(fā)揮功能的主要載體，依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例中信息存在的形式不同，將物聯(lián)網(wǎng)概念模型劃分為如圖5所示由用戶合、對(duì)象合、感知合、服務(wù)合、管理合和控制合組成的六合模型。圖4中上下兩個(gè)合分別是用戶合和對(duì)象合，中間的四個(gè)合分別是：感知合、服務(wù)合、管理合和控制合。

用戶合可包括人、物、人和物，同樣對(duì)象合也可包括人、物、人和物，是人和物的和諧統(tǒng)一。感知合與控制合是物聯(lián)網(wǎng)世界信息存在的形式，感知與控制一陰一陽(yáng)，相生相克。通過(guò)管理合和服務(wù)合實(shí)現(xiàn)了感知與控制信息在用戶、對(duì)象間的轉(zhuǎn)化，形成了完整的體系。圖5所示的物聯(lián)網(wǎng)概念模型是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息及信息間關(guān)系在系統(tǒng)層面的高度抽象和模型化表現(xiàn)，它屏蔽了物聯(lián)網(wǎng)表象間的差異。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)概念模型

圖5 物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)圖

3.2 物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)

中國(guó)傳統(tǒng)文化中“八卦”為天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤，表明了各種宇宙信息存在的八種方式，對(duì)應(yīng)“乾、坤、震、巽、坎、離、艮、兌”或“西北、西南、東、東南、北、南、東北、西”八個(gè)方位，象征世界萬(wàn)物的變化與循環(huán)，是對(duì)宇宙六合概念模型延伸和擴(kuò)展而形成的宇宙體系模型。卦，本意為象征自然現(xiàn)象和人事變化的一套符號(hào)，在物聯(lián)網(wǎng)信息體系中為物聯(lián)網(wǎng)信息的存在方式。物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)與宇宙體系結(jié)構(gòu)具有一致性，物聯(lián)網(wǎng)信息存在的八種方式“用戶、對(duì)象、感知信息通信、感知信息管理、感知信息服務(wù)、控制信息服務(wù)、控制信息管理、控制信息通信”，對(duì)應(yīng)了用戶卦、對(duì)象卦、感知信息通信卦、感知信息管理卦、感知信息服務(wù)卦、控制信息服務(wù)卦、控制信息管理卦、控制信息通信卦”，形成八卦物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)，圖5所示是對(duì)六合物聯(lián)網(wǎng)概念模型的延伸與擴(kuò)展，表達(dá)了物聯(lián)網(wǎng)信息的不確定性及抽象的關(guān)系。

用戶卦是信息以為用戶服務(wù)的方式存在。對(duì)象卦是信息以為對(duì)象感知和控制的方式存在，對(duì)象卦是對(duì)對(duì)象進(jìn)行感知和控制的信息的集合。感知信息通信卦是信息以感知信息通信的方式存在。感知信息管理卦是信息以感知信息管理的方式存在，感知信息管理卦是對(duì)感知信息進(jìn)行管理功能的卦。感知信息服務(wù)卦是信息以感知信息服務(wù)的方式存在，感知信息服務(wù)卦面向用戶卦中的用戶，為用戶提供信息服務(wù)，供用戶使用與決策?？刂菩畔⒎?wù)卦是信息以控制信息服務(wù)的方式存在。控制信息管理卦是信息以控制信息管理的方式存在，控制信息管理卦是對(duì)控制信息進(jìn)行管理的區(qū)域?？刂菩畔⑼ㄐ咆允切畔⒁钥刂菩畔⑼ㄐ诺姆绞酱嬖?，對(duì)控制信息進(jìn)行通信的區(qū)域。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)

在物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行有著必然的邏輯關(guān)系及運(yùn)行方向的確定性，根據(jù)信息運(yùn)行的客觀規(guī)律和信息存在的表現(xiàn)方式，發(fā)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)，如圖6所示。圖6中的域分別為對(duì)象域、通信域、管理域、服務(wù)域、用戶域。對(duì)象域是對(duì)象信息存在的表現(xiàn)方式，通信域是感知信息通信、控制信息通信存在的表現(xiàn)方式，管理域是感知信息管理、控制信息管理存在的表現(xiàn)方式，服務(wù)域是感知信息服務(wù)、控制信息服務(wù)存在的表現(xiàn)方式，用戶域是用戶信息存在的表現(xiàn)方式。

圖6 信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)圖

信息通過(guò)三種運(yùn)行軌跡進(jìn)行流轉(zhuǎn)：

運(yùn)行軌跡一：對(duì)象→感知信息通信→感知信息管理→感知信息服務(wù)→用戶→控制信息服務(wù)→控制信息管理→控制信息通信→對(duì)象

對(duì)象域中的對(duì)象獲取的感知信息通過(guò)通信域進(jìn)行感知信息通信后進(jìn)入管理域中進(jìn)行感知信息管理，再進(jìn)入服務(wù)域中獲取感知信息服務(wù)后傳輸至用戶，用戶將感知信息進(jìn)行分析、處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，控制信息進(jìn)入服務(wù)域中獲取控制信息服務(wù)后傳輸至管理域進(jìn)行控制信息管理，再通過(guò)通信域進(jìn)行控制信息通信，將控制信息傳輸至對(duì)象。

運(yùn)行軌跡二：對(duì)象→感知信息通信→感知信息管理→感知信息服務(wù)→控制信息服務(wù)→控制信息管理→控制信息通信→對(duì)象

對(duì)象域中的對(duì)象獲取的感知信息通過(guò)通信域進(jìn)行感知信息通信后進(jìn)入管理域中進(jìn)行感知信息管理，再進(jìn)入服務(wù)域獲取感知信息服務(wù)后對(duì)感知信息進(jìn)行分析、處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，獲取控制信息服務(wù)后傳至管理域進(jìn)行控制信息管理，再通過(guò)通信域進(jìn)行控制信息通信，將控制信息傳輸至對(duì)象。

運(yùn)行軌跡三：對(duì)象→感知信息通信→感知信息管理→控制信息管理→控制信息通信→對(duì)象

對(duì)象域中的對(duì)象獲取的感知信息通過(guò)通信域進(jìn)行感知信息通信后進(jìn)入管理域中進(jìn)行感知信息管理，對(duì)感知信息進(jìn)行分析、處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，并進(jìn)行控制信息管理，再通過(guò)通信域進(jìn)行控制信息通信，將控制信息傳輸至對(duì)象。

4 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)世界中的萬(wàn)物通過(guò)各種有形的、無(wú)形的信息通道聯(lián)系在一起。物聯(lián)網(wǎng)的核心是“物”，“物”包括對(duì)象與用戶，重點(diǎn)是如何提升“用戶”感知與控制“對(duì)象”的能力，如何提升“對(duì)象”被管理的能力，如何提升“用戶”管理能力；物聯(lián)網(wǎng)的信息通道是“聯(lián)”，重點(diǎn)是如何將“物”聯(lián)系在一起，理清相互之間的網(wǎng)狀聯(lián)系。當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電子信息傳輸網(wǎng)，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品是物+互聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)的一種表現(xiàn)形式。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)概念模型、物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)研究出物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能體系結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)信息運(yùn)行方式和物理連接方式，物聯(lián)網(wǎng)可分為信息體系結(jié)構(gòu)和物理體系結(jié)構(gòu)。

4.1 信息體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)各信息系統(tǒng)所擁有的各種功能，在物聯(lián)網(wǎng)世界觀與方法論的指導(dǎo)下，構(gòu)建出物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品信息體系結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖8根據(jù)不同層次分別為：對(duì)象平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)、公共服務(wù)平臺(tái)、用戶平臺(tái)。各平臺(tái)間組合形成一個(gè)層狀信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖8 信息體系結(jié)構(gòu)圖

4.1.1 功能平臺(tái)

（1）對(duì)象平臺(tái)

對(duì)象平臺(tái)包括感知信息系統(tǒng)和控制信息系統(tǒng)。感知信息系統(tǒng)是獲取對(duì)象感知信息的系統(tǒng)，一般有壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器、磁性傳感器等傳感器系統(tǒng)，標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，位置信息系統(tǒng)，音視頻信息采集系統(tǒng)，智能設(shè)備接口系統(tǒng)等。控制信息系統(tǒng)是通過(guò)控制信息對(duì)對(duì)象實(shí)行控制的系統(tǒng)，一般有智能設(shè)備接口系統(tǒng)、控制信息處理系統(tǒng)、控制信息執(zhí)行系統(tǒng)等。對(duì)于具有智能功能的對(duì)象，感知信息系統(tǒng)與控制信息系統(tǒng)能進(jìn)行定向通信，即感知信息傳輸至控制信息系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)的智能設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)感知信息的處理和響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)部分功能信息的自我感知與控制。

（2）傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)

傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)是對(duì)感知信息和控制信息進(jìn)行通信的功能實(shí)體集合，包含感知信息通信系統(tǒng)、控制信息通信系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系的通信域。感知信息通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)感知信息系統(tǒng)與其它物聯(lián)網(wǎng)功能系統(tǒng)通信的功能實(shí)體?？刂菩畔⑼ㄐ畔到y(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制信息系統(tǒng)與其它物聯(lián)網(wǎng)功能系統(tǒng)通信的功能實(shí)體。

（3）運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)

運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)是對(duì)感知信息和控制信息實(shí)行管理的功能實(shí)體的集合，包含感知信息管理系統(tǒng)、控制信息管理系統(tǒng)、信息安全管理系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系的管理域。感知信息管理系統(tǒng)是對(duì)感知信息實(shí)行管理的系統(tǒng)，對(duì)感知信息進(jìn)行處理、共享、存儲(chǔ)、分類、標(biāo)識(shí)解析等管理，為服務(wù)系統(tǒng)提供支撐服務(wù)，包括感知信息接入系統(tǒng)、感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、感知信息處理系統(tǒng)、感知信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)。控制信息管理系統(tǒng)是對(duì)控制信息實(shí)行管理的系統(tǒng)，對(duì)控制信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、標(biāo)識(shí)解析等管理，為通信系統(tǒng)提供信息資源，包括控制信息接入系統(tǒng)、控制信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、控制信息處理系統(tǒng)、控制信息分發(fā)系統(tǒng)。

（4）公共服務(wù)平臺(tái)

公共服務(wù)平臺(tái)是向用戶提供感知信息和控制信息服務(wù)的功能實(shí)體的集合，包含感知信息服務(wù)系統(tǒng)、公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)、公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)、控制信息服務(wù)系統(tǒng)、信息安全管理系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系的服務(wù)域。感知信息服務(wù)系統(tǒng)是為用戶提供感知信息服務(wù)的功能實(shí)體，將感知信息管理系統(tǒng)的感知信息傳輸至公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)，再進(jìn)一步傳遞給用戶。感知信息服務(wù)系統(tǒng)包括感知信息服務(wù)融合系統(tǒng)和感知信息服務(wù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)包括信息資源交換系統(tǒng)，市場(chǎng)資源交換系統(tǒng)，法規(guī)監(jiān)管系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)，公共數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，公共數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，公共數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，公共數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)，標(biāo)識(shí)管理服務(wù)系統(tǒng)，地理信息服務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)管理系統(tǒng)，用戶服務(wù)管理系統(tǒng)；公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)包括公共控制信息服務(wù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和公共控制信息服務(wù)分發(fā)系統(tǒng)。公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)將公共服務(wù)信息傳遞給用戶，用戶的控制信息通過(guò)公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)傳輸至控制信息服務(wù)系統(tǒng)，再進(jìn)一步下傳至控制信息管理系統(tǒng)。公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)和公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)是提供公共信息服務(wù)的功能實(shí)體，感知信息服務(wù)系統(tǒng)傳輸給用戶的感知信息和用戶傳輸給控制信息服務(wù)系統(tǒng)的控制信息分別要經(jīng)過(guò)公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)和公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)，以保證信息傳遞的安全性。公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)中的控制信息公共服務(wù)信息來(lái)源有兩種：一種是來(lái)自用戶；一種來(lái)自公共服務(wù)平臺(tái)。

（5）用戶平臺(tái)

用戶平臺(tái)中包含一個(gè)用戶系統(tǒng)，用戶系統(tǒng)就是為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)，用戶系統(tǒng)包括公眾用戶系統(tǒng)、企業(yè)用戶系統(tǒng)、政府用戶系統(tǒng)等。

4.1.2 信息流程

從物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，物聯(lián)網(wǎng)信息感知與控制路徑包括以下五種：

信息流程一：感知信息系統(tǒng)→ 控制信息系統(tǒng)

該流程是針對(duì)具有智能功能的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備自我控制的智能功能。感知信息系統(tǒng)與控制信息系統(tǒng)進(jìn)行單向通信，將感知信息傳輸至控制信息系統(tǒng)，由智能設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)感知信息的處理和響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)部分功能信息自我感知與控制。

信息流程二：感知信息系統(tǒng)→感知信息通信系統(tǒng)→感知信息管理系統(tǒng)→控制信息管理系統(tǒng)→控制信息通信系統(tǒng)→控制信息系統(tǒng)

該流程不需要通過(guò)公共服務(wù)平臺(tái)，直接由運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)對(duì)感知信息和控制信息進(jìn)行處理。對(duì)象平臺(tái)的感知信息系統(tǒng)中的感知信息通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的感知信息通信系統(tǒng)傳輸至運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)中的感知信息管理系統(tǒng)，由運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)將感知信息進(jìn)行分析、處理，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的控制信息通信系統(tǒng)將控制信息傳輸至對(duì)象平臺(tái)中的控制信息系統(tǒng)。

信息流程三：感知信息系統(tǒng)→感知信息通信系統(tǒng)→感知信息管理系統(tǒng)→感知信息服務(wù)系統(tǒng)→公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)→用戶系統(tǒng)→公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息管理系統(tǒng)→控制信息通信系統(tǒng)→控制信息系統(tǒng)

對(duì)象平臺(tái)的感知信息系統(tǒng)中的感知信息通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的感知信息通信系統(tǒng)傳輸至運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)中的感知信息管理系統(tǒng)，再由運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)對(duì)感知信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，傳輸至公共服務(wù)平臺(tái)中的感知信息服務(wù)系統(tǒng)，然后通過(guò)公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)將感知信息傳輸至用戶系統(tǒng)。用戶系統(tǒng)對(duì)收到的感知信息進(jìn)行分析，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，通過(guò)公共服務(wù)平臺(tái)中的公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)傳輸給控制信息服務(wù)系統(tǒng)，控制信息服務(wù)系統(tǒng)再將控制信息傳輸給運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)中的控制信息管理系統(tǒng)，對(duì)控制信息進(jìn)行相應(yīng)處理后，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的控制信息通信系統(tǒng)將控制信息傳輸至對(duì)象平臺(tái)中的控制信息系統(tǒng)。

信息流程四：公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)→用戶系統(tǒng)→公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息管理系統(tǒng)→控制信息通信系統(tǒng)→控制信息系統(tǒng)

公共服務(wù)平臺(tái)中的公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)將公共感知信息傳輸給用戶系統(tǒng)。用戶系統(tǒng)對(duì)收到的公共感知信息進(jìn)行分析，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，通過(guò)公共服務(wù)平臺(tái)中的公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)將控制信息傳輸至控制信息服務(wù)系統(tǒng)，再進(jìn)一步傳輸至運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)中的控制信息管理系統(tǒng)，對(duì)控制信息進(jìn)行相應(yīng)處理后，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的控制信息通信系統(tǒng)將控制信息傳輸至對(duì)象平臺(tái)中的控制信息系統(tǒng)。

信息流程五：公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)→公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息服務(wù)系統(tǒng)→控制信息管理系統(tǒng)→控制信息通信系統(tǒng)→控制信息系統(tǒng)

公共服務(wù)平臺(tái)中的公共感知信息服務(wù)系統(tǒng)與公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行單向通信，將公共感知信息傳輸至公共控制信息服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)公共感知信息進(jìn)行分析，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信息，傳輸至控制信息服務(wù)系統(tǒng)，并進(jìn)一步將控制信息傳輸給運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)中的控制信息管理系統(tǒng)，對(duì)控制信息進(jìn)行相應(yīng)處理后，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)中的控制信息通信系統(tǒng)將控制信息傳輸至對(duì)象平臺(tái)中的控制信息系統(tǒng)。

4.2 物理體系結(jié)構(gòu)

實(shí)體包含5個(gè)部分：傳感器，傳感網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)備、公共服務(wù)設(shè)施、用戶端，其物理體系結(jié)構(gòu)如圖9所示。

4.2.1 傳感器

傳感器包括通信模塊和感知控制裝置。

（1）感知控制裝置是由控制芯片和傳感器單元組成的，控制芯片采集傳感單元獲知的外部信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；

（2）通信模塊是把電信號(hào)按照既有的數(shù)據(jù)協(xié)議格式調(diào)制到射頻頻段，通過(guò)射頻電路和天線發(fā)送出去，與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息交互或進(jìn)行反向的信號(hào)接收和解調(diào)功能。

圖9 物理體系結(jié)構(gòu)圖

4.2.2 傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)包括電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

（1）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)承接了傳感器的信息數(shù)據(jù)格式到電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。傳感器數(shù)據(jù)格式滿足專用傳感領(lǐng)域的協(xié)議要求，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)格式需要滿足當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)協(xié)議，譬如GPRS，WCDMA等傳輸協(xié)議。

（2）電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)僅作為信息交互的一個(gè)通道，通過(guò)無(wú)線方式和運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)備進(jìn)行信息交互。在該節(jié)點(diǎn)，信號(hào)數(shù)據(jù)協(xié)議不做改變，其僅僅是無(wú)線信號(hào)的一個(gè)中繼過(guò)程。其屬于公眾網(wǎng)絡(luò)范疇，本文不予重點(diǎn)討論。

4.2.3 運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施

運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施包括通信服務(wù)器、管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。

（1）通信服務(wù)器（CM）可實(shí)現(xiàn)和電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的接口，是對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，是傳感器感知信息的獲取和傳感器控制信息的上傳和下發(fā)，承接了專用傳感領(lǐng)域的協(xié)議和Internet IP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

（2）管理服務(wù)器（MG）主要是對(duì)感知信息進(jìn)行處理、共享、存儲(chǔ)、標(biāo)識(shí)解析等管理；

（3）應(yīng)用服務(wù)器（App）是對(duì)上下層信息的分類和篩選。

4.2.4 公共服務(wù)設(shè)施

公共服務(wù)設(shè)施包括數(shù)據(jù)服務(wù)器（DB）、管理服務(wù)器（MG）、公共服務(wù)器（CS）以及公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。

（1）數(shù)據(jù)服務(wù)器包括政府基礎(chǔ)資源庫(kù)和感知信息資源庫(kù)；

（2）管理服務(wù)器（MG）包括政府運(yùn)維管控和監(jiān)督系統(tǒng)系統(tǒng)以及運(yùn)營(yíng)商的管控系統(tǒng)；

（3）公共服務(wù)器（CS）包括公共服務(wù)平臺(tái)。在公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)內(nèi)部，數(shù)據(jù)服務(wù)器（DB）為管理服務(wù)器（MG）和公共服務(wù)器（CS）提供數(shù)據(jù)支撐和存儲(chǔ)服務(wù)。

（4）在公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)外部，通過(guò)用戶接口和用戶端實(shí)現(xiàn)雙向通信，為用戶提供感知信息服務(wù)和控制信息服務(wù)，通過(guò)管理接口和管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向通信，存儲(chǔ)、處理和下發(fā)用戶及本平臺(tái)的信息。

4.2.5 用戶端

用戶端包括移動(dòng)通信終端、專用終端、互聯(lián)網(wǎng)終端、無(wú)線局域網(wǎng)終端。

（1）移動(dòng)通信終端包括手機(jī)、PAD等設(shè)備；

（2）專用終端包括專用的手持設(shè)備；

（3）互聯(lián)網(wǎng)終端包括接入到Internet的PC設(shè)備；

（4）無(wú)線局域網(wǎng)終端是指連接在局域網(wǎng)的各終端設(shè)備能夠通過(guò)局域網(wǎng)出口到互聯(lián)網(wǎng)。

用戶端的接入方式多種多樣，可以通過(guò)App軟件作為接入口，也可以通過(guò)Internet網(wǎng)頁(yè)方式作為接入口，也可以多用戶通過(guò)局域網(wǎng)統(tǒng)一出口作為接入口。接入口直接接入公共網(wǎng)絡(luò)，可滿足公共網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議要求。

5 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方式

物聯(lián)網(wǎng)涉獵的領(lǐng)域很多，目前主要應(yīng)用的領(lǐng)域有六大類，包括智能電網(wǎng)、智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能安防。

智能家居是以家居電器及家電設(shè)備為主要控制對(duì)象，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、 安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將與家居生活有關(guān)的設(shè)施進(jìn)行高效集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的控制管理系統(tǒng)，提升家居的智能、安全、便利、舒適程度，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的綜合智能家居網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺(tái)。

為了進(jìn)一步探討物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方法，我們以智能家居為例進(jìn)行闡述。

智能家居的五個(gè)平臺(tái)為對(duì)象平臺(tái)、通信平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)、用戶平臺(tái)。各平臺(tái)的物理實(shí)體分別表現(xiàn)為傳感器、傳感網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施、公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、用戶端。智能家居的物理結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 智能家居的物理結(jié)構(gòu)圖

5.1 傳感器

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)對(duì)象域的實(shí)體。智能家居的傳感器實(shí)體包含了家庭中各種設(shè)備，比如窗簾控制器、照明開(kāi)關(guān)控制器、人體感應(yīng)器、空調(diào)控制器、門(mén)鎖檢測(cè)器、花草自動(dòng)澆灌控制、寵物照管終端、遠(yuǎn)程家庭成員護(hù)理、遠(yuǎn)程家庭醫(yī)療、天然氣表抄送、水表電表抄送等，這些傳感器都可以采用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器， 組成家庭物聯(lián)網(wǎng)傳感器。

傳感器承載了對(duì)智能家居各種信息的采集和控制。

5.2 通信網(wǎng)

通信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)通信域的實(shí)體。通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)把這些M2M的終端設(shè)備連接起來(lái)，即通過(guò)M2M的無(wú)線模塊接入到通信網(wǎng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)包括無(wú)線傳感網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)，無(wú)線傳感網(wǎng)采用的技術(shù)較多，包括射頻（RF）技術(shù)、IrDA紅外線技術(shù)、ZigBee 技術(shù)、Z-Wave 技術(shù)、Z-world 技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WiFi技術(shù)等把家庭各個(gè)傳感器采集的信息傳輸給移動(dòng)通信網(wǎng)。移動(dòng)通信網(wǎng)泛指既有的公眾移動(dòng)通信網(wǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)包括了GSM/GPRS，CDMA，WCDMA，LTE等演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，包括了移動(dòng)通信基站和核心網(wǎng)。移動(dòng)通信網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Internet的數(shù)據(jù)格式。

通信網(wǎng)把家居采集信息通過(guò)無(wú)線的形式上傳給運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施。

5.3 運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施

運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)施是物聯(lián)網(wǎng)管理域的實(shí)體。運(yùn)營(yíng)商管理設(shè)備是包含了各個(gè)具體應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)商，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商管理的三個(gè)服務(wù)器分別為通信服務(wù)器、管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器。

通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)和電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的接口，是對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，將采集到的智能家居信息上傳或者遠(yuǎn)程下發(fā)控制信息。通信服務(wù)器承接了專用傳感領(lǐng)域的協(xié)議和Internet IP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是對(duì)感知信息進(jìn)行處理、共享、存儲(chǔ)、標(biāo)識(shí)解析等管理。應(yīng)用服務(wù)器（CS）是上下層信息的分類和篩選。

5.4 公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施

公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)域的實(shí)體。包括三大平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器（DB）、管理服務(wù)器（MG）、應(yīng)用服務(wù)器（CS）。

在公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)內(nèi)部，數(shù)據(jù)服務(wù)器（DB）為管理服務(wù)器（MG）和應(yīng)用服務(wù)器（CS）提供數(shù)據(jù)支撐和存儲(chǔ)服務(wù)。

在公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)外部，通過(guò)用戶接口和用戶端實(shí)現(xiàn)雙向通信，為家庭用戶、運(yùn)營(yíng)用戶、政府管理用戶提供感知信息服務(wù)和控制信息服務(wù)，通過(guò)管理接口和管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向通信，存儲(chǔ)、處理和下發(fā)用戶及本平臺(tái)的信息。

5.5 用戶端

用戶端是物聯(lián)網(wǎng)用戶域的實(shí)體，用戶端包含移動(dòng)通信終端、專用終端、互聯(lián)網(wǎng)終端、無(wú)線局域網(wǎng)終端。個(gè)人用戶的接入是多樣的，可以通過(guò)App軟件作為接入口，也可以通過(guò)Internet網(wǎng)頁(yè)方式作為接入口。運(yùn)營(yíng)管理用戶的接入方式與個(gè)人用有所不同，應(yīng)采取通過(guò)局域網(wǎng)統(tǒng)一出口作為接入口。公共管理部門(mén)用戶端可以直接接入公共網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)接入，滿足公共網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議要求。

6 具體的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法

家庭智慧燃?xì)馐侵悄芗揖酉到y(tǒng)的重要子系統(tǒng)，家庭智慧燃?xì)獾奈锫?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)包括對(duì)象平臺(tái)（物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗恚?、物?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硗ㄐ牌脚_(tái)、燃?xì)夤竟芾砥脚_(tái)、公共服務(wù)平臺(tái)、用戶平臺(tái)五個(gè)功能實(shí)體，智能燃?xì)獗懋a(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)圖

6.1 對(duì)象平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗戆烁兄到y(tǒng)和控制系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)的核心。感知系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)計(jì)量感知、電池電量感知、磁環(huán)境感知、故障感知、流量感知、燃?xì)庑孤└兄毫Ω兄戎悄芨兄δ?，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能控制、智能管理以及安全切斷等控制管理功能。

6.2 物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砭W(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)

通信網(wǎng)絡(luò)包含感知信息通信系統(tǒng)和控制信息通信系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)共用同一個(gè)通信實(shí)載體，包括燃?xì)獗硗ㄐ艈卧⒓衅魍ㄐ艈卧?、移?dòng)通信單元、服務(wù)器通信單元四個(gè)部分。通信平臺(tái)組網(wǎng)如圖12所示。

6.3 燃?xì)夤竟芾砥脚_(tái)

管理平臺(tái)主要由燃?xì)夤救細(xì)饩C合管理系統(tǒng)軟件和硬件組成?？蓪?shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)、通信設(shè)備管理、遠(yuǎn)程抄表管理、遠(yuǎn)程閥控管理、階梯氣價(jià)管理、實(shí)時(shí)流量監(jiān)控、表端狀態(tài)監(jiān)控等管理。

6.4 公共服務(wù)平臺(tái)

服務(wù)平臺(tái)是向管理平臺(tái)和用戶提供物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砀兄畔⒎?wù)、控制信息服務(wù)和增值服務(wù)的公共平臺(tái)，包含感知信息服務(wù)系統(tǒng)、公共信息服務(wù)系統(tǒng)、控制信息服務(wù)系統(tǒng)。它可與政府公共服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)兼容，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等功能，為用戶服務(wù)提供支撐。

6.5 用戶平臺(tái)

用戶通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)查詢?nèi)細(xì)獗頎顟B(tài)包括燃?xì)庥脷庑畔?、累?jì)用氣信息、剩余用氣量等信息；支持24小時(shí)網(wǎng)絡(luò)支付，方便用戶隨時(shí)繳費(fèi)；支持在線業(yè)務(wù)申報(bào)，不需要到營(yíng)業(yè)廳辦理，方便用戶；支持網(wǎng)絡(luò)預(yù)警，燃?xì)夤就ㄟ^(guò)對(duì)燃?xì)馐褂玫膶?shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)用氣安全隱患可及時(shí)通知用戶，保證用氣安全。

圖12 通信平臺(tái)組網(wǎng)圖

7 結(jié) 語(yǔ)

為了揭示物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)， 通過(guò)不斷的探索和研究，結(jié)合中國(guó)傳統(tǒng)文化，建立了物聯(lián)網(wǎng)的世界觀，從概念模型、信息體系結(jié)構(gòu)和信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)三個(gè)層次描述了物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的總體看法和根本觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)概念模型、物聯(lián)網(wǎng)信息體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)信息運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)。

在物聯(lián)網(wǎng)世界觀的指導(dǎo)下，探索和研究出實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能的系統(tǒng)方法，構(gòu)造了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)體系，從信息體系結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的物理體系結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行了闡述。

以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)領(lǐng)域中智能家居為例，分類闡述了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方式，同時(shí)以智能家居的重要組成部分-物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)為例，從物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗?、物?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硗ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)、燃?xì)夤竟芾硐到y(tǒng)、公共服務(wù)平臺(tái)、用戶端等方面闡述了具體的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。

為了能更好地指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)，筆者建議在本文闡述的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的框架下制定物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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