信息化發(fā)展中新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的革新

韋常宇

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣西 南寧 530022）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是一種軟硬件綜合系統(tǒng)。信息化發(fā)展過程中，它需要不斷擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深度和廣度。傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更加注重遠(yuǎn)程傳輸和傳感控制連接等內(nèi)容。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，需要保障數(shù)據(jù)安全性和環(huán)境適應(yīng)性。針對(duì)多樣化的應(yīng)用需求，需要加大力度發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)一步完善新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化和數(shù)據(jù)安全防護(hù)等，為構(gòu)建新一代信息化系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息化技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要是通過終端硬件設(shè)備采集物聯(lián)網(wǎng)需要的數(shù)據(jù)，通過提高數(shù)據(jù)收集的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)性，有利于在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中準(zhǔn)確輸入數(shù)據(jù)，保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要清理錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，正確輸入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集技術(shù)類型較多，如利用二維碼技術(shù)標(biāo)示物品、利用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)監(jiān)控車輛位置、利用視頻采集技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控道路車輛。利用智能終端收集和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析[1]。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)揮著重要作用。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中輸入采集的數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算和處理數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)向智能終端返回輸出的數(shù)據(jù)，便于制定相應(yīng)的方案。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)

利用數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)分析和計(jì)算輸入的數(shù)據(jù)，最終向智能終端返回分析結(jié)果。數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)一方面對(duì)于計(jì)算性能提出較高的要求，需要智能終端完成數(shù)據(jù)輸入后及時(shí)返回結(jié)果；另一方面對(duì)于存儲(chǔ)性能提出更高的要求，需要智能終端在數(shù)據(jù)檢索過程中利用數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)檢索數(shù)據(jù)庫，過濾數(shù)據(jù)庫中的無效數(shù)據(jù)。未來發(fā)展過程中，可以結(jié)合人工智能技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等，提高數(shù)據(jù)分析和處理水平[2]。

2 信息化發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)革新存在的挑戰(zhàn)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，人們更加關(guān)注信息系統(tǒng)的智能化、便捷化等。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是信息化系統(tǒng)重要的一部分，在實(shí)際發(fā)展過程中面臨著較多挑戰(zhàn)。

2.1 CROSS 挑戰(zhàn)

2.1.1 聯(lián)接（Connection）

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中存在著海量聯(lián)接，系統(tǒng)中涉及不同的數(shù)據(jù)類型和協(xié)議類型等，設(shè)備聯(lián)接和驅(qū)動(dòng)、協(xié)調(diào)管理等工作面臨著較多挑戰(zhàn)[3]。

2.1.2 實(shí)時(shí)（Real-time）

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸以及邏輯運(yùn)算等提出實(shí)時(shí)性要求，在實(shí)際發(fā)展過程中需要致力于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)連接和業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)開展。

2.1.3 優(yōu)化（Optimization）

網(wǎng)絡(luò)邊緣終端和設(shè)備的輸入輸出具有差異性特征，因此需要統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的語義和描述。應(yīng)用中心信息平臺(tái)的過程中，需要進(jìn)一步優(yōu)化處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)施統(tǒng)一開放[4]。

2.1.4 智能（Smart）

新型信息化系統(tǒng)具有智能化優(yōu)勢(shì)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提出邊緣智能需求，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)新工作業(yè)務(wù)，進(jìn)一步優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)整體行業(yè)賦能，最終降低整體的工作成本。

2.1.5 安全（Security）

在實(shí)際應(yīng)用過程中，新型信息化系統(tǒng)的使用范圍和業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)展，需要保證物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)的安全性，切實(shí)保護(hù)用戶的隱私，避免其受到安全威脅[5]。

2.2 碎片化行業(yè)需求

工業(yè)制造、電力以及水利等行業(yè)中廣泛利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得應(yīng)用行業(yè)呈現(xiàn)出碎片化特征，因此需要不斷完善物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需要針對(duì)行業(yè)需求提出針對(duì)性解決方案，滿足市場(chǎng)的差異化需求。

2.3 垂直化解決方案

通過詳細(xì)劃分現(xiàn)有的技術(shù)和垂直市場(chǎng)，豐富物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的類型，其中包括集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu)等。在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將會(huì)呈現(xiàn)垂直化特征，存在多架構(gòu)并行的問題，需要針對(duì)不同行業(yè)制定垂直解決方案[6]。

2.4 多元化版圖

目前，各行各業(yè)不斷普及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并且逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)容量，為相關(guān)參與行業(yè)和企業(yè)帶來便利。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出多元化版圖，有利于帶動(dòng)發(fā)展相關(guān)行業(yè)和企業(yè)的發(fā)展，但是也因此增加了系統(tǒng)通用操作的復(fù)雜性。

3 新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的革新

3.1 邊緣計(jì)算

經(jīng)過不同的發(fā)展階段，邊緣計(jì)算通過融合分布式開放平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化發(fā)展過程中靈活連接和安全保護(hù)等需求。通過利用邊緣計(jì)算，向網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)服務(wù)層并行延伸感知層。分布式架構(gòu)有利于提高感知系統(tǒng)的任務(wù)適應(yīng)能力，從而滿足各種業(yè)務(wù)需求。

3.2 通用化和標(biāo)準(zhǔn)化

邊緣化的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)如圖1 所示。借助網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和存儲(chǔ)的邊緣化，可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)終端功能，通過協(xié)調(diào)運(yùn)作邊緣化物聯(lián)網(wǎng)終端的操作系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)管理，同時(shí)可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。在邊緣化物聯(lián)網(wǎng)終端利用接口融合、數(shù)據(jù)融合以及協(xié)議融合等，可以滿足不同行業(yè)的工作需求，提高系統(tǒng)的通用性[7,8]。

圖1 邊緣化的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

3.3 高效的部署和運(yùn)維

利用邊云協(xié)同方式，直接向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸計(jì)算數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)邊緣管理機(jī)制的平臺(tái)化和服務(wù)化，提高系統(tǒng)的部署能力和運(yùn)維能力等。

3.4 人工智能

當(dāng)前業(yè)界大量關(guān)注深度學(xué)習(xí)（Deep Learning，DL），融合DL 和邊緣計(jì)算有利于提高智能系統(tǒng)的靈活性。在邊緣計(jì)算框架中植入DL，有利于高效落實(shí)網(wǎng)絡(luò)邊緣自適應(yīng)管理工作。此外，云端可以向邊緣處推送大量智能模型，推動(dòng)智能業(yè)務(wù)不斷發(fā)展[9]。在計(jì)算機(jī)視覺和自然語言處理領(lǐng)域利用DL，可以發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)，通過提供智能服務(wù)提高人們的生活質(zhì)量。通過不斷增強(qiáng)邊緣算力并革新計(jì)算方式，有利于創(chuàng)新拓展云端的智能算法，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)邊緣智能化執(zhí)行工作任務(wù)，方便云端的升級(jí)和網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)施的更新。

4 信息化發(fā)展中革新物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景

對(duì)比傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，降低了整體成本，可以在智慧電網(wǎng)、智慧生態(tài)、智能制造以及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

4.1 智慧電網(wǎng)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)主要包括配電自動(dòng)化主站、低壓變壓器以及低壓饋線網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)國家電網(wǎng)中，低壓配電網(wǎng)的數(shù)量較多，連接著海量終端，增加了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性，影響供電質(zhì)量。此外，傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化和智能化水平有待提高，不利于滿足分布式光伏和新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展需求。

新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)合了新型方案架構(gòu)和傳統(tǒng)配電網(wǎng)，在“云”層利用物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)，并且利用微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)解耦。在“管”層利用上下行通信方式，利用物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議相互聯(lián)通設(shè)備。在“邊”層利用邊緣計(jì)算方式，進(jìn)一步完善終端硬件平臺(tái)，提高業(yè)務(wù)處理效率和軟件的可定義性。在“端”層利用物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，進(jìn)一步提升終端智能化水平[10]。

4.2 智能生態(tài)

智能生態(tài)主要包括水利、林業(yè)以及農(nóng)業(yè)等方面。當(dāng)前信息化水平有待提高，感知網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和系統(tǒng)存活率較低，存在嚴(yán)重的信息孤島問題。此外，缺乏積極研究智能分析和模型化，不利于開展生態(tài)監(jiān)控和治理等工作。在新型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中可以綜合利用感知融合和數(shù)據(jù)融合等，統(tǒng)一建設(shè)和接入各個(gè)領(lǐng)域的感知網(wǎng)絡(luò)。利用智能運(yùn)算能力，可以向控制現(xiàn)場(chǎng)推送云端訓(xùn)練模型，有利于智能化精準(zhǔn)管控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水利生產(chǎn)，還可以科學(xué)預(yù)測(cè)自然災(zāi)害，使生態(tài)信息系統(tǒng)的智能化管理水平不斷提升。

4.3 智能制造

在工業(yè)環(huán)境中開展邊緣計(jì)算工作，需要利用精確的設(shè)備數(shù)據(jù)提高工作決策的科學(xué)性，同時(shí)高效落實(shí)工業(yè)過程控制工作。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要完善基礎(chǔ)架構(gòu)，其中包含邊緣設(shè)備、嵌入式軟件以及邊緣服務(wù)器等，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性運(yùn)行。近年來，我國工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化水平不斷提高，需要集中落實(shí)分析、決策以及控制等功能，同時(shí)不斷提升自動(dòng)化資產(chǎn)設(shè)備的邊緣計(jì)算能力。

4.4 自動(dòng)駕駛

在自動(dòng)駕駛行業(yè)，人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)向控制中心輸入車輛信息，通過實(shí)時(shí)分析有效處理車輛和車輛、車輛和環(huán)境之間的數(shù)據(jù)，提高自動(dòng)化駕駛水平。

5 結(jié) 論

我國信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，為人們的生產(chǎn)、生活帶來了極大的便利。人工智能技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)等帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的革新發(fā)展，通過在各個(gè)行業(yè)中推廣利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以大幅提高社會(huì)生產(chǎn)力。通過分析信息化發(fā)展中革新物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，有利于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展。