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我國物聯(lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施和綜合服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成與建設(shè)論文
物聯(lián)網(wǎng)是“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界與信息社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)。它實(shí)現(xiàn)了任何時(shí)間、任何地點(diǎn)及任何物體的連結(jié),進(jìn)行信息交換和通信;實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理,達(dá)到人類社會(huì)與物理世界的有機(jī)結(jié)合,使人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,從而提高整個(gè)社會(huì)的信息化水平。從現(xiàn)代信息技術(shù)角度看,信息獲取、信息傳輸、信息處理是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三個(gè)主要環(huán)節(jié)。相應(yīng)地,物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成。
國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)(以下簡稱基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái))是面向全國范圍、支持物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)的信息基礎(chǔ)設(shè)施和綜合服務(wù)系統(tǒng)。它利用新的定位技術(shù)和終端技術(shù),對目標(biāo)體進(jìn)行位置和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)感知,利用現(xiàn)有通信手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理,將數(shù)據(jù)處理結(jié)果開放給各種業(yè)務(wù)系統(tǒng),從而完成目標(biāo)體特征數(shù)據(jù)收集、傳輸、處理、服務(wù)等一系列過程。
1、基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵
物聯(lián)網(wǎng)屬于知識(shí)技術(shù)密集、物質(zhì)資源消耗少、成長潛力大、綜合效益好的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),對經(jīng)濟(jì)社會(huì)全局和長遠(yuǎn)發(fā)展具有重大引領(lǐng)帶動(dòng)作用,受到各級政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的重視并得到快速發(fā)展。近年來,我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用拓展等方面均取得了一定進(jìn)展。在標(biāo)準(zhǔn)方面,我國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系已形成初步框架,并且是國際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化四大主導(dǎo)國之一,在制定國際標(biāo)準(zhǔn)中享有重要話語權(quán),向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提交的多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提案已被采納。我國提交的“物聯(lián)網(wǎng)概述”標(biāo)準(zhǔn)草案,于2012年3月30日經(jīng)國際電信聯(lián)盟審議通過,成為了全球第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)總體性標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)領(lǐng)域,物聯(lián)網(wǎng)芯片、無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器終端機(jī)、微型傳感器、基于移動(dòng)通信基站的室內(nèi)外精確定位等方面均取得重大突破。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面,我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已初步形成環(huán)渤海、長三角、珠三角,以及中西部地區(qū)四大區(qū)域集聚發(fā)展的總體產(chǎn)業(yè)空間格局。在應(yīng)用拓展方面,我國物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹悄芄I(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、智慧城市、智慧景區(qū)和智能環(huán)保等,其中,智能工業(yè)占比達(dá)到20%.基礎(chǔ)電信運(yùn)營商也已將物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提升到戰(zhàn)略層面:中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)基地自建成以來,累計(jì)投資已達(dá)10億元,中國聯(lián)通和中國電信都已申請了物聯(lián)網(wǎng)專用號(hào)段。
盡管我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展取得了一定成績,但仍存在著一些問題與制約因素影響著其進(jìn)一步發(fā)展。例如,產(chǎn)業(yè)發(fā)展以政府驅(qū)動(dòng)為主,缺乏市場動(dòng)力;頂層設(shè)計(jì)亟待加強(qiáng),缺乏統(tǒng)一開放的國家級服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái);物聯(lián)網(wǎng)芯片等關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控能力亟待進(jìn)一步提升;產(chǎn)業(yè)集中度低,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,低水平、重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重;位置信息不健全,缺乏廣域室內(nèi)精確位置信息,等等。
從推動(dòng)我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展、促進(jìn)信息消費(fèi)、開創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用出發(fā),當(dāng)前加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),加速統(tǒng)一的國家級服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和廣域室內(nèi)精確定位基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè),開發(fā)室內(nèi)地理信息系統(tǒng),整合物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源,構(gòu)建具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、天地一體、技術(shù)先進(jìn)、跨行業(yè)、跨區(qū)域、全國性運(yùn)營的國家級物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)具有特別重要意義。通過基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家級物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)與服務(wù),可以形成北斗差異化競爭優(yōu)勢,促進(jìn)北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化、規(guī);瘧(yīng)用,推動(dòng)信息消費(fèi);推動(dòng)高精度位置服務(wù)創(chuàng)新,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合與應(yīng)用拓展,加速物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市及相關(guān)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)廣度與深度發(fā)展;滿足商場室內(nèi)導(dǎo)航、民生關(guān)愛、旅游出行等大眾服務(wù)應(yīng)用的迫切需要;提升消防救援、刑偵治安、危險(xiǎn)品管理等公益性服務(wù)水平,等等。
2、物聯(lián)網(wǎng)不同層次需求與基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)的服務(wù)模式
政府、企業(yè)、個(gè)人(后二者可統(tǒng)稱為大眾用戶)等不同類型用戶對物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)的需求可以分為三大類:對位置信息、溫濕度等物聯(lián)網(wǎng)感知信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)需求;對用戶管理、接口管理、流量控制、計(jì)費(fèi)收費(fèi)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)服務(wù)需求;以及對消防救援、民生關(guān)愛等各領(lǐng)域具體物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的服務(wù)需求(見圖1)。
圖1
2.1 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)需求及模式
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)需求主要來自于應(yīng)用相對單一、變動(dòng)不大、比較穩(wěn)定、只需要某一方面數(shù)據(jù)即可滿足需要的領(lǐng)域,比如國土測量、城市規(guī)劃、航道測量等領(lǐng)域?qū)Ω呔任恢眯畔⒌男枨螅蛞苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對基礎(chǔ)位置數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)的需求。其服務(wù)模式如圖2所示。
圖2
2.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)需求及模式
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)需求主要來自于業(yè)務(wù)功能相對復(fù)雜、具有共性業(yè)務(wù)功能需求、適合于直接運(yùn)營或在二次開發(fā)基礎(chǔ)上獨(dú)立運(yùn)營的行業(yè)和大眾領(lǐng)域。例如,包括交通領(lǐng)域?qū)︼w機(jī)、火車、汽車、船舶等運(yùn)輸和交通工具的監(jiān)控調(diào)度管理及信息服務(wù);物流領(lǐng)域?qū)}儲(chǔ)貨物定位引導(dǎo)、貨物的遠(yuǎn)程跟蹤、運(yùn)輸過程中貨物流動(dòng)、溫濕度及安全性等狀態(tài)的監(jiān)控;旅游服務(wù)領(lǐng)域的景區(qū)管理和自助導(dǎo)游;大眾領(lǐng)域的室內(nèi)外無縫導(dǎo)航等。其服務(wù)模式如圖3所示。
圖3
2.3 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需求及模式
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)將選擇具有重要社會(huì)意義和良好經(jīng)濟(jì)效益的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域,開發(fā)具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng),面向最終用戶提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù),比如消防救援服務(wù)、老年人與兒童關(guān)愛、監(jiān)獄及服刑人員管理等。其服務(wù)模式如圖4所示。
圖4
3、基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)的構(gòu)成及核心
3.1 基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)總體框架
如前所述,國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)是利用新的定位技術(shù)和終端技術(shù),對目標(biāo)體進(jìn)行位置和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)感知,通過現(xiàn)有通信手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理,將數(shù)據(jù)處理結(jié)果開放提供給各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用,從而完成目標(biāo)體特征數(shù)據(jù)收集、傳輸、處理、提供服務(wù)等一系列過程。國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)框架如圖5所示。
圖5
數(shù)據(jù)收集包括室內(nèi)外精確位置信息、各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),以及各種專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)收集。室內(nèi)外位置信息的獲取,利用已有的GPS、北斗等系統(tǒng)獲得室外位置信息,開發(fā)建設(shè)室內(nèi)定位技術(shù)和覆蓋網(wǎng)絡(luò),以獲得室內(nèi)位置信息;對目標(biāo)體部署應(yīng)用傳感器和應(yīng)用終端,以獲得各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù);各種專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù),可以接入專業(yè)系統(tǒng)已有數(shù)據(jù),例如空間遙感技術(shù)數(shù)據(jù)、CORS站數(shù)據(jù)等。
數(shù)據(jù)傳輸利用已有通信手段,針對不同數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)使用合理的傳輸方式,將終端和業(yè)務(wù)傳感器得到的數(shù)據(jù)匯集到物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營服務(wù)中心。
數(shù)據(jù)處理是用創(chuàng)新分析激活數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分組、組織、鑒別、計(jì)算、存儲(chǔ)、檢索和排序等綜合處理,從而導(dǎo)出有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)信息。
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營服務(wù)中心建有服務(wù)平臺(tái),進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、處理,管理自建業(yè)務(wù)系統(tǒng)和外接業(yè)務(wù)系統(tǒng),通過門戶向最終用戶提供服務(wù)。
3.2 基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)總體技術(shù)框架
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)由六個(gè)技術(shù)層而構(gòu)成,分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、傳輸層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用層和用戶層。具體如圖6所示。
圖6
基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括平臺(tái)自建的廣域室內(nèi)定位廣播基站和室內(nèi)增補(bǔ)系統(tǒng)、局域室內(nèi)定位節(jié)點(diǎn),以及北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、大繪衛(wèi)星遙感系統(tǒng)、區(qū)域/行業(yè)CORS站系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)、應(yīng)用傳感器等外部數(shù)據(jù)資源。
傳輸層主要是各類通信手段,包括地而光纖、地而移動(dòng)通信、衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動(dòng)廣播、地而移動(dòng)廣播、北斗短報(bào)文通信、通信專網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等。
基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)總體框架圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理和存儲(chǔ),并向業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、終端及傳感器基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、室內(nèi)外高精度位置數(shù)據(jù)、室內(nèi)地理信息數(shù)據(jù)、空間遙感數(shù)據(jù)、廣域/城域?qū)崟r(shí)交通信息數(shù)據(jù)等。
業(yè)務(wù)邏輯層控制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問接口,對業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行接入管理;實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)共性基礎(chǔ)功能;管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和流量占用。比如,對不同用戶可訪問的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量的控制、對各用戶訪問權(quán)限的管理和流量帶寬的控制、可使用的通信方式的管理、可調(diào)用的業(yè)務(wù)功能的管理,等等。
應(yīng)用層是指具體的應(yīng)用系統(tǒng),包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)兩部分。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對外接物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)以及自建物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)運(yùn)營的支撐,主要功能包括綜合營業(yè)、綜合計(jì)費(fèi)賬務(wù)、營銷資源管理、數(shù)據(jù)采集應(yīng)用等運(yùn)營支撐子系統(tǒng);運(yùn)營維護(hù)、服務(wù)保障、分析優(yōu)化、系統(tǒng)管理、資源管理等綜合網(wǎng)管子系統(tǒng);以及外部門戶和內(nèi)部門戶等門戶子系統(tǒng)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)有兩大類,一是平臺(tái)自建的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng);二是外部合作伙伴以本平臺(tái)提供的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)支撐能力為基礎(chǔ)構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營系統(tǒng)。這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)權(quán)限和合作模式的不同,調(diào)用平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、通信能力、業(yè)務(wù)功能/邏輯模塊和業(yè)務(wù)支撐能力。
用戶主要分為政府用戶、行業(yè)用戶和大眾用戶,這些用戶可以是平臺(tái)的直接用戶,也可能是平臺(tái)外接物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)的用戶。
4、基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)及運(yùn)營設(shè)想
國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)和運(yùn)營中要注意遵循以下原則:
(1)政府引導(dǎo),市場運(yùn)營。物聯(lián)網(wǎng)是國家重要的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè),深層次的綜合應(yīng)用具有跨區(qū)域、跨部門、跨所有制等特點(diǎn),因此,在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的現(xiàn)階段,為了引導(dǎo)我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,需要政府高瞻遠(yuǎn)矚,前瞻性地統(tǒng)籌規(guī)劃,制定物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),推進(jìn)各地區(qū)、各部門物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)方面的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性,以便于互聯(lián)互通達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。同時(shí),在應(yīng)用與運(yùn)營層面上要以市場需求為導(dǎo)向,采取市場化運(yùn)作方式,形成國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)與運(yùn)營的良性發(fā)展機(jī)制。
。2)依托北斗系統(tǒng),統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)要依托我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來建設(shè),在國家戰(zhàn)略安全上具有重大意義。同時(shí),為了充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)無時(shí)無刻、無處不在的相互聯(lián)通,需要通過國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)對位置信息的采集、處理、服務(wù)等制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
。3)資源整合,共建共享。本著共建共享原則,通過建設(shè)國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)打破各自為政、相互封鎖的陋習(xí),把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一些共性信息資源整合到同一個(gè)平臺(tái)上來,并采取市場化方式向各物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)提供開放性服務(wù),以求達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,為全國各地區(qū)、各領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的均衡發(fā)展創(chuàng)造有利條件。
。4)統(tǒng)籌規(guī)劃,分步建設(shè)。國家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)要考慮到物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,統(tǒng)一布署。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營平臺(tái)建設(shè)大致可以分為兩個(gè)階段。第一階段建設(shè)主要以政府資金為主,快速形成基本服務(wù)能力,滿足行政管理和公益性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求,提升行政服務(wù)和公益服務(wù)效率。第二階段引入社會(huì)資金,進(jìn)一步完善平臺(tái)功能并提升性能,建成全國性運(yùn)營服務(wù)網(wǎng)絡(luò),與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智慧城市等相結(jié)合,在全國范圍內(nèi)面向不同類型用戶提供物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用基礎(chǔ)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等不同層次的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)營服務(wù)。(圖標(biāo)略)
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