我国物联网信息基础设施和综合服务系统构成与建设

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  物联网是“万物沟通”的、具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界与信息社会的网络。它实现了任何时间、任何地点及任何物体的连结,进行信息交换和通信;实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,达到人类社会与物理世界的有机结合,使人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,从而提高整个社会的信息化水平。从现代信息技术角度看,信息获取、信息传输、信息处理是物联网应用的三个主要环节。相应地,物联网体系架构主要由感知层、网络层和应用层构成。

  国家物联网基础运营平台(以下简称基础运营平台)是面向全国范围、支持物联网公共服务的信息基础设施和综合服务系统。它利用新的定位技术和终端技术,对目标体进行位置和业务数据感知,利用现有通信手段对数据进行汇总,利用数据融合技术、数据挖掘技术、大数据处理技术等对数据进行综合处理,将数据处理结果开放给各种业务系统,从而完成目标体特征数据收集、传输、处理、服务等一系列过程。

  1、基础运营平台是物联网应用的关键

  物联网属于知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的战略性新兴产业,对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用,受到各级政府、企业和研究机构的重视并得到快速发展。近年来,我国物联网产业在标准制定、技术研发、产业发展和应用拓展等方面均取得了一定进展。在标准方面,我国物联网标准体系已形成初步框架,并且是国际传感网标准化四大主导国之一,在制定国际标准中享有重要话语权,向国际标准化组织提交的多项标准提案已被采纳。我国提交的“物联网概述”标准草案,于2012年3月30日经国际电信联盟审议通过,成为了全球第一个物联网总体性标准。在技术领域,物联网芯片、无线智能传感器网络通信、传感器终端机、微型传感器、基于移动通信基站的室内外精确定位等方面均取得重大突破。在产业发展方面,我国物联网产业已初步形成环渤海、长三角、珠三角,以及中西部地区四大区域集聚发展的总体产业空间格局。在应用拓展方面,我国物联网主要应用领域为智能工业、智能物流、智能交通、智能电网、智能医疗、智慧城市、智慧景区和智能环保等,其中,智能工业占比达到20%.基础电信运营商也已将物联网业务提升到战略层面:中国移动物联网基地自建成以来,累计投资已达10亿元,中国联通和中国电信都已申请了物联网专用号段。

  尽管我国物联网发展取得了一定成绩,但仍存在着一些问题与制约因素影响着其进一步发展。例如,产业发展以政府驱动为主,缺乏市场动力;顶层设计亟待加强,缺乏统一开放的国家级服务标准、基础设施和基础运营平台;物联网芯片等关键核心技术的自主可控能力亟待进一步提升;产业集中度低,产业结构不合理,低水平、重复建设严重;位置信息不健全,缺乏广域室内精确位置信息,等等。

  从推动我国物联网产业的快速健康发展、促进信息消费、开创物联网技术的广泛应用出发,当前加强顶层设计,加速统一的国家级服务标准建设和广域室内精确定位基础网络建设,开发室内地理信息系统,整合物联网基础数据资源,构建具有自主知识产权、天地一体、技术先进、跨行业、跨区域、全国性运营的国家级物联网基础运营平台具有特别重要意义。通过基于北斗卫星导航系统的国家级物联网基础运营平台建设与服务,可以形成北斗差异化竞争优势,促进北斗系统产业化、规模化应用,推动信息消费;推动高精度位置服务创新,促进产业融合与应用拓展,加速物联网、智慧城市及相关战略性新兴产业广度与深度发展;满足商场室内导航、民生关爱、旅游出行等大众服务应用的迫切需要;提升消防救援、刑侦治安、危险品管理等公益性服务水平,等等。

  2、物联网不同层次需求与基础运营平台的服务模式

  政府、企业、个人(后二者可统称为大众用户)等不同类型用户对物联网基础运营平台的需求可以分为三大类:对位置信息、温湿度等物联网感知信息的基础数据服务需求;对用户管理、接口管理、流量控制、计费收费等物联网应用的基础服务需求;以及对消防救援、民生关爱等各领域具体物联网应用的服务需求(见图1)。

  图1

  2.1 物联网基础数据服务需求及模式

  物联网基础数据服务需求主要来自于应用相对单一、变动不大、比较稳定、只需要某一方面数据即可满足需要的领域,比如国土测量、城市规划、航道测量等领域对高精度位置信息的需求,或移动互联网应用对基础位置数据、地理信息数据的需求。其服务模式如图2所示。

  图2

  2.2 物联网应用基础服务需求及模式

  物联网应用基础服务需求主要来自于业务功能相对复杂、具有共性业务功能需求、适合于直接运营或在二次开发基础上独立运营的行业和大众领域。例如,包括交通领域对飞机、火车、汽车、船舶等运输和交通工具的监控调度管理及信息服务;物流领域对仓储货物定位引导、货物的远程跟踪、运输过程中货物流动、温湿度及安全性等状态的监控;旅游服务领域的景区管理和自助导游;大众领域的室内外无缝导航等。其服务模式如图3所示。

  图3

  2.3 物联网服务需求及模式

  物联网基础运营平台将选择具有重要社会意义和良好经济效益的物联网服务领域,开发具体的物联网应用服务系统,面向最终用户提供物联网服务,比如消防救援服务、老年人与儿童关爱、监狱及服刑人员管理等。其服务模式如图4所示。

  图4

  3、基础运营平台的构成及核心

  3.1 基础运营平台总体框架

  如前所述,国家物联网基础运营平台是利用新的定位技术和终端技术,对目标体进行位置和业务数据感知,通过现有通信手段对数据进行汇总,利用数据融合技术、数据挖掘技术、大数据处理技术等对数据进行综合处理,将数据处理结果开放提供给各种业务系统使用,从而完成目标体特征数据收集、传输、处理、提供服务等一系列过程。国家物联网基础运营平台总体结构框架如图5所示。

  图5

  数据收集包括室内外精确位置信息、各种业务数据,以及各种专业领域的数据收集。室内外位置信息的获取,利用已有的GPS、北斗等系统获得室外位置信息,开发建设室内定位技术和覆盖网络,以获得室内位置信息;对目标体部署应用传感器和应用终端,以获得各类业务数据;各种专业领域的数据,可以接入专业系统已有数据,例如空间遥感技术数据、CORS站数据等。

  数据传输利用已有通信手段,针对不同数据设计使用合理的传输方式,将终端和业务传感器得到的数据汇集到物联网基础运营服务中心。

  数据处理是用创新分析激活数据,利用数据融合技术、数据挖掘技术、大数据处理技术等对采集来的数据进行转换、分组、组织、鉴别、计算、存储、检索和排序等综合处理,从而导出有价值、有意义的数据信息。

  物联网基础运营服务中心建有服务平台,进行数据接收、存储、处理,管理自建业务系统和外接业务系统,通过门户向最终用户提供服务。

  3.2 基础运营平台总体技术框架

  物联网基础运营平台由六个技术层而构成,分别是基础设施层、传输层、基础数据层、业务逻辑层、应用层和用户层。具体如图6所示。

  图6

  基础设施层主要包括平台自建的广域室内定位广播基站和室内增补系统、局域室内定位节点,以及北斗卫星定位系统、GPS卫星定位系统、大绘卫星遥感系统、区域/行业CORS站系统、交通信息采集系统、应用传感器等外部数据资源。

  传输层主要是各类通信手段,包括地而光纤、地而移动通信、卫星固定通信、卫星移动广播、地而移动广播、北斗短报文通信、通信专网以及互联网等。

  基础运营平台总体框架图基础数据层对收集到的数据进行整合处理和存储,并向业务系统提供数据访问服务。数据内容包括平台基础数据、终端及传感器基础数据、用户数据、业务应用数据、资源数据、室内外高精度位置数据、室内地理信息数据、空间遥感数据、广域/城域实时交通信息数据等。

  业务逻辑层控制基础数据访问接口,对业务系统进行接入管理;实现业务系统共性基础功能;管理业务系统的数据访问权限和流量占用。比如,对不同用户可访问的基础数据的种类和数量的控制、对各用户访问权限的管理和流量带宽的控制、可使用的通信方式的管理、可调用的业务功能的管理,等等。

  应用层是指具体的应用系统,包括业务系统和业务支撑系统两部分。业务支撑系统主要实现对外接物联网运营系统以及自建物联网运营业务系统的服务运营的支撑,主要功能包括综合营业、综合计费账务、营销资源管理、数据采集应用等运营支撑子系统;运营维护、服务保障、分析优化、系统管理、资源管理等综合网管子系统;以及外部门户和内部门户等门户子系统。业务系统有两大类,一是平台自建的物联网应用服务系统;二是外部合作伙伴以本平台提供的业务和业务支撑能力为基础构建的物联网服务运营系统。这些业务系统可以根据权限和合作模式的不同,调用平台的物联网基础数据、通信能力、业务功能/逻辑模块和业务支撑能力。

  用户主要分为政府用户、行业用户和大众用户,这些用户可以是平台的直接用户,也可能是平台外接物联网服务运营平台的用户。

  4、基础运营平台建设及运营设想

  国家物联网基础运营平台建设和运营中要注意遵循以下原则:

  (1)政府引导,市场运营。物联网是国家重要的新兴战略产业,深层次的综合应用具有跨区域、跨部门、跨所有制等特点,因此,在物联网迅速发展的现阶段,为了引导我国物联网产业的健康发展,需要政府高瞻远瞩,前瞻性地统筹规划,制定物联网基础标准,推进各地区、各部门物联网建设中基础设施建设与标准方面的统一协调性,以便于互联互通达到更好的经济社会效益。同时,在应用与运营层面上要以市场需求为导向,采取市场化运作方式,形成国家物联网基础运营平台建设与运营的良性发展机制。

  (2)依托北斗系统,统一标准。国家物联网基础运营平台要依托我国自主研发的北斗卫星导航系统来建设,在国家战略安全上具有重大意义。同时,为了充分发挥物联网无时无刻、无处不在的相互联通,需要通过国家物联网基础运营平台建设对位置信息的采集、处理、服务等制订统一标准。

  (3)资源整合,共建共享。本着共建共享原则,通过建设国家物联网基础运营平台打破各自为政、相互封锁的陋习,把物联网应用中的一些共性信息资源整合到同一个平台上来,并采取市场化方式向各物联网应用平台提供开放性服务,以求达到规模经济效益,为全国各地区、各领域物联网的均衡发展创造有利条件。

  (4)统筹规划,分步建设。国家物联网基础运营平台的整体设计要考虑到物联网的发展趋势进行统筹规划,统一布署。物联网基础运营平台建设大致可以分为两个阶段。第一阶段建设主要以政府资金为主,快速形成基本服务能力,满足行政管理和公益性物联网应用需求,提升行政服务和公益服务效率。第二阶段引入社会资金,进一步完善平台功能并提升性能,建成全国性运营服务网络,与互联网、物联网、云计算、智慧城市等相结合,在全国范围内面向不同类型用户提供物联网基础数据、应用基础及物联网应用等不同层次的物联网基础运营服务。(图标略)

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