关于物联网大型公共服务平台的研究

王 虎，熊梓策，王榆伟，李晓辉，朱德成

（1.中国电子科技集团公司电子信息创新研究院，北京 100015；2.中国电子科技集团公司第15研究所，北京 100083）

“新一代信息技术应用研究”专题

关于物联网大型公共服务平台的研究

王 虎1，2，熊梓策1，2，王榆伟1，2，李晓辉1，2，朱德成1

（1.中国电子科技集团公司电子信息创新研究院，北京 100015；2.中国电子科技集团公司第15研究所，北京 100083）

站在产业的角度来看，尽管目前物联网市场很大，但由于市场碎片化和商业模式不明确，缺乏对各行业各地域物联网需求公共部分的分析、抽象和建设，以致面向中小企业提供的公共服务严重不足，从而难以整合物联网生态产业链的上下游资源。根据信息通信技术的发展趋势和移动互联网的演进方向，从产业推广和平台运营的角度，丰富和完善物联网大型公共服务平台这一关键基础平台的概念、功能和框架，必将促进物联网建设进入集中化、标准化、共享化、服务化的新阶段。

物联网；大型公共服务平台；共性技术平台；资源平台；服务平台

0 引 言

作为未来信息化社会基础的物联网被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后世界信息产业的第三次浪潮。和移动互联网络只接入PC、智能终端相比，物联网要接入的物体更广泛、更有普适性，通过各种传感器、控制器（如马达）、标签设备（如RFID）物联网可以接入和控制任何物体，如PC、手机、汽车、家电等。正因为接入的物体种类多、范围广，通过对接入的物体进行控制和联动，物联网能提供内容更丰富、形式更多彩、用户体验更“以人为本”的服务，因此无论从维度还是深度来说，物联网的市场空间都很大，行业公认物联网是下一个万亿市场。

1 物联网发展的现状

目前物联网建设是个碎片化的大市场，其市场特征和过去信息化应用的情况不太一样，每个客户的需求都很少，没有一个很大的项目在物联网市场得到示范应用［1］。之所以出现这种状态，除了物联网自身的特点之外，从外部环境上讲有很多原因。

（1）目前的物联网系统技术标准不统一、接口众多不一致，封闭不开放，这大大限制了各种系统间的互联互通互操作，难以发挥出规模效应。

（2）不同行业、不同地域的需求特性差异大，所以要想复制到其他行业中成功的应用存在着一定的难度。

（3）目前产业链上的大部分物联网企业规模较小，普遍面临着许多自身难以克服的共性问题：技术和管理基础薄弱，缺乏必要的技术、产品和抗风险能力。面向公众尤其是面向中小企业的公共服务不足，以致开发门槛和代价太高从而延迟推出杀手级应用。可持续发展的商业模式的缺位，也是物联网没有大规模商用的主要原因之一。

针对上述问题，从面向中小企业需要的公共服务着手，对其需求进行分析和分解，对共性需求部分进行抽象、封装和统一。这些共性需求经过提炼后具有普适性可作为公共服务对外进行推广，大型公共服务平台就是依托各类共性技术平台、资源平台和服务平台，为物联网产业链上的中小企业提供共性技术、知识产权、人才培训等公共服务，从而大大缩短企业创新周期，降低研发成本，帮助中小企业尽快推出具有竞争力的物联网应用（APP）。

2 大型公共服务平台的功能及优势

目前物联网的众多解决方案自顶向下可分为应用层、平台服务层、基础设施网络层，如图1所示；主要以基础设施网络层和平台服务层为主，同时支持应用层的众多接口，把面向应用开发的自由和能力开放出去，有利于开放物联网产业链的建设。基础设施网络层以分布式网络进行广域云覆盖，每个分布式物联网络对接入的物体实现广域覆盖，这类似于移动通信网络中的基站，物体附着在这些“云”中。从业务层面上，基础设施网络对物体提供接入和封装服务，对上层APP呈现出统一的接口；从管理层面上，可对接入的物体进行配置、管理、监控，因此它是集中化管理模式和提供开放式服务的统一结合体。

图1 众多物联网解决方案的三层结构

大型公共服务平台处于平台服务层，对外表现为网站或顶级管理系统外加后台的一系列服务器，它位于基础设施网络层之上应用层之下，对下提供基础设施网络建设、接入、注销等全生命周期管理能力，对上提供基于众多基础设施网络的服务组合管理能力，用于支撑物联网应用功能。

2.1 大型公共服务平台功能

大型公共服务平台的内部构成和对外接口关系，如图2所示。

图2 大型公共服务平台的内部构成和对外接口的关系

大型公共服务平台的功能包括：基础设施网络的全生命周期管理、基于众多基础设施网络的服务组合管理，以及基础设施网络间交互的安全保护机制。由图2可知，可将第三方已有的基础设施网络1接入到大型公共服务平台上，根据需要对外提供租赁服务；同样对中小企业来说，可直接在大型公共服务平台上申请网络资源，快速建立自己的基础设施网络2。

2.1.1 基础设施网络全生命周期管理

大型公共服务平台针对中小企业用户、个人用户快速建网的需求，利用网络虚拟化技术，可将分布式的网络资源（如Web服务器、数据库服务器等）抽象成公共的网络资源池，为各个基础设施网络所共享和共用，即提供基础设施网络资源分配、快速搭建、部署、运行、资源回收等全生命周期管理功能。

基础设施网络用户快速建设过程是指向大型公共服务平台申请承建，平台根据申请分配、部署承建所需资源，这样可为客户按需提供动态、可伸缩的基础设施网络资源。基础设施网络的注销是指由用户提出基础设施网络注销申请，大型公共服务平台停止该网络运行，回收该网络所占用的各种资源，并从平台中清除该网络的相关信息，包括该网络涉及的相关物体类别、服务等信息。

大型公共服务平台的架构对外开放，针对已经存在的第三方基础设施网络，平台提供系统对接的接口、对接的流程和规范，对接成功后大型公共服务平台将对外发布该基础设施网络的相关信息，包括物体信息、物体资源服务信息等，从而网络提供的服务在大型公共服务平台上可被搜索和使用，同时也为上层APP用户提供更加丰富的服务选择。

大型公共服务平台提供基础设施网络日常运维管理，包括基础设施网络的配置、统计和监控管理等，例如资源配置，活跃度统计、物体资源服务统计，以及启动、停止、运行状况监控等。

2.1.2 基础设施网络间交互的安全保护机制

互联网存在不安全、脆弱的天生基因，经常存在用户信息泄密和网站被攻击等问题，因此互联网上的许多弯路都需要借鉴，物联网作为互联网的增强，应是高度可靠安全的网络。物联网有个显著特点就是用户参与度高，物联网用户对所拥有的物体具有开放和控制自由，物体是否开放很多时候涉及个人隐私和开放意愿，可以说物联网是带物体（设备）的社交网络。由于物体所有者对不同的用户开放物体不同的权限和时限，所以大型公共服务平台应有一套端到端的完整、严密、实时保护的用户、角色、权限系统，比如：电信级4A管理平台（Authentication、Authorization、Accounting、Audit）。

2.1.3 基于众多基础设施网络的组合服务管理

大型公共服务平台和基础设施网络都是基于SOA（Service Oriented Architecture）架构，SOA架构主要由三个角色组成：服务提供者、服务请求者（或调用者）和服务总线［2］，Web Service是SOA架构中服务的主要形式，服务总线是服务提供者和服务请求者间的中间介质，它支持一系列定义良好的协议，相当于功能强大的适配器，适配各类异构的服务请求。服务提供者以Web Service形式实现并封装业务功能，并注册到服务总线上。服务请求者和服务提供者之间相互隔离，服务总线将服务请求者的服务访问请求自动路由到相应的服务提供者。通常服务提供者以Web Service、JMS（Java Message Server）、File服务、Database服务的形式接入服务总线，服务请求者通过 HTTP、JMS、FTP等协议访问总线［3］。不同级别节点分别维护本节点的服务总线，各级总线间形成级联关系，各级服务总线维护自己的服务库，能访问本节点下的所有服务。

整个SOA架构自下而上分为三层：基础设施层、平台服务层和应用层。基础设施层又分为：基础环境层、基础服务层和服务总线（服务集成）层。

· 基础环境层：基础设施网络运行的基础环境（软硬件资源）包括操作系统、数据库、网络设备和物体。

· 基础服务层：封装并实现了基础设施网络的某些单一业务逻辑，具体包括：基础应用服务、通信服务和数据服务；其所构成基础设施网络的服务库，可在一定程度上支撑系高层应用。

· 服务集成层：就是指基础设施网络内服务总线，该层集成基础服务，并利用服务总线的消息路由、协议转换和服务编排功能对基础服务进行加工和组合，构建出新的服务，实现一定的业务功能。

对平台服务层来说，由于大型公共服务平台对接了很多行业和区域的基础设施网络，和单一基础设施网络相比，其管理的物体种类和物体数量都相当丰富。对下面挂接的基础设施网络来说，大型公服平台是上级节点，在全系统范围内建立全网服务库，维护全系统各级节点的所有服务。除了拥有自己的服务总线外，本层还包括服务监控管理和服务目录管理，主要保证系统SOA的正常稳定运行。服务监控管理则监视和控制总线上所有服务的部署状况和运行状况，服务目录则提供服务注册和服务发布功能，使得应用层通过服务目录查询服务访问地址，进而访问服务。

对应用层来说，通过访问系统服务库中的服务，实现业务功能，保证了数据一致性［4］，便于维护和扩展。

由此可见，针对物联网应用系统开发者，大型公共服务平台提供基于多基础设施网络的组合服务管理能力，即基于多基础设施网络的服务组合管理、基于多基础设施网络服务目录管理和基础设施网络间异构数据处理等功能。

（1）基于众多基础设施网络的服务组合

物体组合服务开发者利用大型公共服务平台提供的各个基础设施网络内物体资源服务，进行服务组合，生成具有通用特点或者具有行业特色的复杂服务，从而为物联网应用系统的开发提供更加丰富的服务选择，同时也使得物联网应用系统能够被方便快速的构建。除此之外，还提供物体组合服务的部署、发布、运行、管理等能力。服务开发者，通过大型公共服务平台提供的服务总线环境，可以部署开发优质的组合服务以及发布服务。大型公共服务平台提供对发布运行的服务的管理，包括服务的启动、停止、统计等功能。

（2）基于多基础设施网络的服务目录管理

在互联网服务领域，Web服务是以WSDL（Web Services Description Language）来描述，以UDDI（Universal Description Discovery Integration）实行技术管理。服务描述、发现和集成技术的核心组件是服务注册，服务注册所提供的信息包含三个部分：物体地址，所属基础设施网络信息，物体描述。所有基础设施网络的服务描述信息都以目录的方式存储在大型公共服务平台上。

（3）基础设施网络间异构数据融合和处理

基础设施网络中的物体（比如传感器）即使是同一种类型，也面临因厂家和型号的不同，造成物体调用的接口和数据存在异构不一致的情况。但对于高层App调用来说，调用的接口和数据处理越简单越好，因此需要对基础设施网络间异构数据和接口统一进行封装处理。

2.2 大型公共服务平台的优势

2.2.1 架构开放简单灵活从而易于推广

大型公共服务平台的架构对外开放，规模可以根据客户需要通过基础设施网络的级联任意扩展；同时接口开放，针对已经存在的第三方基础设施网络，平台提供系统对接的接口、对接的流程和规范，便于第三方接入已建的基础设施网络，保护了已有投资和用户使用习惯。更重要的是通过云服务、云管理的模式，基础设施网络的全生命周期管理使得中小企业能够在不关心服务器实现细节和网络运维的情况下，通过租用大型公共服务平台的虚拟网络资源来快速构建基础设施网络，达到了快速集成、快速部署、快速交付、易于使用的效果，拥有交付物联网化的电子产品的能力，从而把主要精力放在面向终端付费用户的物体接入和物联网应用拓展方面。

2.2.2 基础设施网络间的组合服务有利于产业链上下游资源的整合

大型公共服务平台对各个基础设施网络内的物体可达、可控、可管，同时具有强大的服务整合和封装能力，随着物联网生长式的发展，越来越多的基础设施网络接入到大型公共服务平台上。伴随着大型公共服务平台提供的公共服务越来越多，成本自然下降，功能越来越强大，这样借助于其横向资源整合能力，自然打破了目前物联网建设中烟囱、碎片化的难题，很好解决了互联互通互操作的问题。大型公共服务平台服务的重点并不在于直接的经济效益，而更着重于构建和形成紧密的产业生态，通过这个横向和纵向整合完备、可持续发展的生态产业链。

2.2.3 支持物联网的不同角色用户有利于一体化运营

物联网产业既具有海量信息的处理、管理和获取的需求，又具有个性化的数据分析、获取需求，这大大催生了物联网运营产业的发展。随着物联网快速生长式的发展和在不同行业、地域的深度和广度应用，会产生越来越多的诸如智能家居、智慧农业、智慧交通、智慧医疗等行业或区域物联网络。任何物联网络中的物体所采集的信息，都能以服务的方式开放给其他的行业或者大众使用，这时物联网逐渐从私用演变成公用，从局部所有拓展到全局拥有。由于互联互通的需要，产生了许多基本、共性的运营管理问题，比如基础设施网络管理、设备管理、计费管理及用户管理等。在这个基础运营平台上集成了从物体生产者到物联网运营商多个角色，物联网上层应用可以快速添加，同时这些应用也能像业务一样可用、可管、可控。这个平台就类似于电信运营商的OSS（Operation Support System）和BSS（Business Support System）平台，借助于这个平台，基础设施网络之间信息和数据就能相互共享和结算。

3 结 语

大型公共服务平台的服务运营作为新兴领域，物联网运营商的潜在收入最大，收益期最长，面对潜在的巨大市场需求，应将服务运营产业作为发展重点，研究物联网运营的模式，探索与构建运营平台，切入商业运营的商机，提供商业服务的咨询、培训支撑与运营，推动各地域各行业的物联网建设进入集中化、标准化、共享化、服务化的新阶段。

［1］靳东滨，物联网公共服务平台的研究与实践［Z］.

［2］申德荣，于戈.应用于Web服务合成的一种有效的Web服务发展策略［J］.小型微型计算机系统，2005，26（10）：1803-1806.

［3］房鼎益，安娜，魏东，等.一个基于大型分布式计算机辅助教学系统［J］.计算机应用与软件，2005，22（10）：130-135.

［4］麻志毅，陈汉婕.一种面向服务的体系架构参考模型［J］.计算机学报，2006，29（7）：1011-1018.

王 虎（1974—），山东人，高级工程师，主要研究方向为移动互联、通信与网络、物联网、大系统集成和运营；

E-mail：bj-hrsd@163.com

熊梓策（1990—），湖南人，助理工程师，主要研究方向为移动互联、通信与网络、物联网、大系统集成和运营；

王榆伟（1990—），山西人，助理工程师，主要研究方向为移动互联、通信与网络、物联网、大系统集成和运营；

李晓辉（1980—），湖南人，高级工程师，主要研究方向为移动互联、通信与网络、物联网、大系统集成和运营；

朱德成（1962—），河北人，副院长，高级工程师，主要研究方向为物联网、信息系统等。

Study on Large Scale Public Services Platform for IOT

WANG Hu1，2，XIONG Zi-ce1，2，WANG Yu-wei1，2，LIXiao-hui1，2，ZHU De-cheng1
（1.Electronic Information Innovation Institute of CETC，Beijing 100015，China；2.No.15 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Beijing 100083，China）

Though themarket of IOT（Internet of Thing）industry is huge，the fragmentization ofmarket and the lacking of analysis，abstract and construction of the sharing part of IOT cross industries and domains lead the insufficiency of public services for small and middle scale enterprises.According to the trend of information communication technologies development and themobile internet evolution，optimization of the concept，function and architecture of large scale public services platform of IOT from the perspective of industry popularization and platform operation will promote IOT to reach a new levelwhich is more centralized，standardized，and will be able to provide better sharing services.

IOT；large scale public services platform；generic technology platform；resource platform；service platform

TP393

A

1673-5692（2014）03-221-05

10.3969/j.issn.1673-5692.2014.03.001

2014-06-01

2014-06-18

中国电子科技集团公司创新基金资助