CN104640237B - 一种物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网系统，包括：感知层、网络层、应用层和物联网通用架构平台层，物联网通用架构平台层包括：物体描述模型与描述语言单元、物体统一标识与解析平台、物体接入与管理平台、物体服务平台和物体交互平台。本发明针对物联网架构平台，开展物联网通用架构的顶层设计，故能从顶层统揽物联网技术发展，引领标准体系建立，推进物联网应用系统建设；可以为物联网的发展建立统一的指导，避免重复建设，降低建设成本，加快部署速度。

Description

一种物联网系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种物联网系统。

背景技术

物联网通用体系架构是系统高层结构共性的抽象，是对构成系统的元素、各元素之间的交互关系、它们的构成模式以及这些模式之间限制的描述。通用体系架构从顶层设计角度解决系统互操作问题，着重讨论系统的总体框架和共性支撑技术，屏蔽了系统设计和实现时的功能细节，对实际系统的构造起着指导性的作用。因此，通用体系架构是实现系统互操作和设计、实现、演化的基础。随着各类系统规模不断扩大、复杂程度日益提高，通用体系架构的重要性越来越显著。

目前，国外科研机构在物联网领域开展了大量研究工作，工作重心由早期的行业物联网应用逐渐向物联网通用平台技术转移。围绕通用平台的建设，欧盟、美国、日本和韩国在体系架构、接入网关、物体命名解析、感知技术等方面进行了研究，提出了物联网体系结构参考模型、M2M（Machine-to-Machine，机对机）网关、物体编码方法、传感器网络的感知方法等技术方案。

我国的高校科研院所和企业在10年前就对物联网相关技术展开了研究，在芯片、传输协议、网络管理、协同处理、智能计算等领域进行了科研和产业化攻关，在传感器、通信、网络等方面突破了一批关键技术，取得了一定成果。此外，国内在973科技计划中也部署了相关基础理论研究。但总体看来，目前国内并没有自主可控的物联网通用架构平台实现方案，在物联网标识等关键技术方面也面临发达国家强有力的挑战。

综上，当前产业界和学术界对物联网领域的研究依旧偏重应用，而忽视共性支撑技术，从而导致应用系统重复建设、行业“烟囱”林立，难以体现物联网的互联互通互操作的优势。为了最大限度满足各种不同应用系统和分布式资源之间的互操作和信息交换需求，建立适应各种类型的物理网络、各种物联网应用系统业务特性的软硬件运行支撑环境，需要从顶层设计、共性支撑的角度出发，展开通用体系架构的研究，即明确定义物联网的核心构成元素、各元素之间的交互关系、它们的构成模式以及这些模式之间限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种物联网系统，用以向不同的物联网应用提供统一的共性技术支撑，从而解决现有技术系统重复建设的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种物联网系统，包括：感知层、网络层和应用层，其特征在于，所述物联网系统还包括物联网通用架构平台层。所述物联网通用架构平台层包括：

物体描述模型与描述语言单元，该工具服务下述四个平台，用于描述物体和虚拟实体VE的相关信息；

物体统一标识与解析平台，用于实现物体的统一标识和寻址，对联网物体的信息进行识别、寻址以及查询；

物体接入与管理平台，用于物联网环境下物体接入物联网；

物体服务平台，用于VE的创建、发布和管理；以及用于服务的生成、发布和管理；

物体交互平台，用于通过物体标识ID、关键字、地理位置信息发现物体并获取物体VE，以可视化界面展现给用户，供用户浏览物体信息，操控物体。

进一步，物体描述模型与描述语言单元包括：

领域模型组件，用于描述物联网中的概念以及概念之间的关系；

物体模型组件，是用于描述物体的属性、功能以及状态信息的元数据框架；

虚拟实体模型组件，是用于描述虚拟实体的属性、功能以及状态信息的元数据框架；

物体自描述语言组件，通过XML Schema描述物体模型组件和虚拟实体模型组件的相关信息的语言。

进一步，物体统一标识与解析平台包括：

解析转发模块，用于接收外部用户的解析请求，识别用户的解析类型并转发至对应的解析系统进行解析；

虚拟物体解析模块，负责将虚拟物体的ID信息解析为虚拟物体所在物联港地址；

地理位置搜索模块，用于根据用户输入的地理位置信息，检索数据库中存储的虚拟物体地理位置信息，找出设定地理位置范围内的虚拟物体，并反馈给用户；

关键字搜索模块，根据用户输入的关键字信息，找出含有相关信息的虚拟物体地址并返回给用户；

基于ID搜索模块，根据用户输入的物体ID，找到物体对应的虚拟物体地址并返回给用户；

系统管理模块，用于提供对系统的管理接口。

进一步，物体接入与管理平台包括：

注册信息生成模块，用于根据物体注册的录入信息，生成注册信息；

注册信息处理模块：用于进行注册信息的处理，实现动态地接受物体的注册和去注册；

安全控制模块：用于物体和网络之间双向鉴权认证、报文加密和解密；

通信链路建立模块：用于为物体和后台服务器之间建立双向通信连接；

QoS调度模块，用于进行业务调度；

路由和寻址模块，用于在网络层进行路由学习、路由存储、报文转发和寻址；

异构协议适配模块，用于为异构物体接入物联网建立协议适配与转发的通道，对各个异构网协议的数据包进行IP封装和M2M协议适配，从而使得物体所在的异构网络透明；

物体管理模块，用于对物体进行故障管理、配置管理、物体状态或连接管理，支持包括统计物体在线时长或流量在内的性能管理；

物体库、设备库管理模块，用于进行数据库维护、数据库访问权限控制和物体信息查询；

移动管理模块，用于对移动的物体实现移动管理。

进一步，物体服务平台包括：

VE服务使能模块，用于处理各种服务接口消息，根据设备VE信息进行服务VE代码生成，并发起物体设备的调用为VE管理和服务管理提供信息；

VE服务总线模块，用于处理用户应用发来的请求，将请求路由到相应的执行引擎；同时，该组件与VE库和服务库连接，提供对VE库和服务库的数据对象访问服务；

VE入网受理创建模块，用于对入网物体进行VE的注册ID、VE信息审核、VE信息评估、VE使用授权以及创建VE模型VE的定义；

VE管理模块，用来对注册物体的VE进行策略管理和分类管理，并实时进行VE状态信息监控；

配置管理模块，用于对物体服务平台进行配置；

安全隐私管理模块，用于提供安全防护机制和策略的配置，以及对系统信息隐私级别进行设置。

进一步，物体交互平台包括：

物体发现模块；用于用户通过标识符、关键字和地理位置信息查找VE；

VE可视化模块；用于读取VE，解析VE，同时以可视化的方式展现给用户，使用户浏览、操控VE；

应用中心模块；用于提供应用的开发、下载接口。

本发明有益效果如下：

本发明针对物联网架构平台，开展物联网通用架构的顶层设计，故能从顶层统揽物联网技术发展，引领标准体系建立，推进物联网应用系统建设。可以为物联网的发展建立统一的指导，避免重复建设，降低建设成本，快部署速度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种物联网系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种物联网系统，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明实施例借鉴互联网发展的成功经验，建立普适的物联网顶层架构，即物联网通用架构平台，能从顶层统揽物联网技术发展，引领标准体系建立，推进物联网应用系统建设。

通过物联网通用架构平台的研究，可以建立物联网的参考模型、统一物联网概念模型和使用模式，可以为物联网的发展建立统一的指导。其次，可以推进物联网应用的拓展，物联网可以迅速容易地部署在现在没有使用物联网的行业。第三，物联网通用架构平台将构建一系列物联网基础设施，各个行业应用可以使用物联网基础设施实现应用功能，避免重复建设，降低建设成本并加快部署速度。第四，物联网通用架构平台将着力解决物体间互操作性问题，为行业应用间的互操作提供有效的途径，这将不仅拓展了现有行业应用的功能，还将衍生出大量的新的跨行业跨领域的新的应用，推进物联网的进一步发展。

此外，通过物联网顶层架构的研究，还能将物联网产业链中上游、中游和下游中的相关企业凝聚在一起，形成以物联网运营商为基础、物联网信息服务商为核心、物联网终端供应商为发动机、物联网终端用户为驱动、电信运营商为依托的和谐产业生态环境，促进我国物联网产业持续发展。

如图1所示，本发明实施例涉及一种物联网系统，包括：感知层、网络层、应用层和物联网通用平台层；感知层、网络层和应用层属于传统物联网的基本架构，本实施例不再详细描述。本实施例的物联网通用体系架构相比传统物联网的三层基本架构，增加了物联网通用架构平台层。物联网通用架构平台是物联网通用体系架构的核心组成。为了避免在传统物联网架构中，物联网建设的“碎片化”、“个性化”，物联网通用平台层将为各行业应用提供一个构建物联网应用的通用平台，包括：物体描述模型与描述语言单元，物体统一标识与解析平台、物体接入与管理平台、物体服务平台和物体交互平台。

物体描述模型与描述语言单元，该工具服务下述四个平台，用于描述物体和虚拟实体的相关信息；

物体统一标识与解析平台，主要用于实现物体的统一的标识和寻址，以确保联网物体的相关信息能被高效、准确和安全的识别、寻址以及查询；

物体接入与管理平台，主要用于物联网环境下物体接入物联网；

物体服务平台，主要用于提供适合物联网环境下物体的服务的开发、管理和运行；

物体交互平台，用于发现物体，以可视化的界面展现物体和操控物体。

各行业应用开发者可以根据物联网通用平台提供的各种能力，构建物联网应用组件，例如物联网数据融合、过滤等，可以方便快捷的构建各自的物联网应用，例如智能家居、智能交通等。

下面，针对物体描述模型与描述语言单元、物体统一标识与解析平台、物体接入与管理平台、物体服务平台和物体交互平台分别进行详细描述。

1）、物体描述模型与描述语言单元：

物体描述模型与描述语言单元通过PSDL（Physical Self-DescriptionLanguage，物体自描述语言）提供了一组通用的标准化词汇来描述物体和虚拟实体。物体的PSDL文件描述了物体的属性、状态及其携带的资源；虚拟实体的PSDL文件描述了虚拟实体的基本信息、服务、以及虚拟实体的服务与物体的状态之间的关联。

PSDL在设计时遵循以下原则：

（a）使用现有的标准

使用现有的技术标准来规范语法和数据传输，这样能够加快开发速度，最大程度的实现与现有平台的互操作，并且有利于信息的长期维护。

（b）人工可读性

人工可读性是指物体细描述语言的各个域使用人类可以读懂的词语来表示。这样做可以加快开发人员学习的速度并且降低调试的难度。

（c）可扩展性

可扩展性是指该语言允许其他组织或者团体对其进行扩充，增加自定义的词汇来描述他们感兴趣的内容。

（d）平台无关性

平台无关性是指物体自描述语言应独立于运行平台，在不同的平台上通用。

（e）协议无关性

协议无关性是指物体自描述语言不规定底层用何种协议进行传输，在不同的情况下，编程人员可以根据需要选择适当的协议传输它。

（f）80/20原则

80/20原则是指PSDL提供20%（少量）的核心词汇来满足80%（大部分）的描述需求。

根据以上需求，物体描述模型部分包含如下内容：

1、领域模型组件：

领域模型组件定义了物联网中的关键概念以及这些概念之间的关系。物理实体是现实世界中的事物，它们在互联网中呈现为与之相对应的虚拟实体。虚拟实体包含服务，这些服务可以获取/修改物理实体的属性、状态，或者调用物体实体上的资源来完成一定的功能。用户通过调用虚拟实体的服务与虚拟实体进行交互，从而间接地与物理实体进行交互，实现对物理实体的远程感知和控制。下面具体说明各个概念的含义。

物理实体：物理实体可以是现实世界中存在的任何事物。它可以是可操控的设备，例如摄像头、冰箱等等，也可以是不可操控的事物，例如一张桌子、某个地区的环境等等。只要使用者需要对某个事物进行远程观测或者控制，就可以用物理实体模型对其建模，将其接入物联网。物理实体简称物体。

属性：物体的属性用来描述物体基本不变的特征，例如物体标识、名称、生产者、所有者，以及与领域相关的特征等等。

状态：物体的状态用来描述物体在使用过程中经常发生改变的特征，例如一个摄像头的角度、一个房间的温度等等。

资源：资源主要是指带有操控功能的物体（这类物体通常称为设备，例如打印机、冰箱、摄像头等）上的软件模块，这些软件模块可以完成一定的功能，

并且对外提供API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）。

虚拟实体：虚拟实体与物理实体相对应。一个物理实体可以对应一个或者多个虚拟实体。虚拟实体提供的服务可以展示物理实体的功能，也可以获取或者修改物理实体的属性和状态，此外，在虚拟实体中还可以建立多个物体之间的关联。

服务：虚拟实体提供的服务可以调用物理实体上的资源来实现一定的功能，也可以获取或者修改物理实体的属性和状态。

用户：用户是指注册、使用物体或者虚拟实体的人。用户通过调用虚拟实体的服务与虚拟实体进行交互，从而间接地与物理实体进行交互。

2、物体模型组件：

物体模型组件是描述物体的属性、功能以及状态等信息的元数据框架。

属性部分包含物体的两类特征，一种是与物体所属领域无关的特征，它们是物体名称、类型、型号、原始标识、注册时间、移动性、所有者、生产者、访问权限、地理位置，以及物体描述，这些特征项对所有接入物联网的物体通用；另一种是与物体所属领域相关的特征，这类特征项对于不同类别的物体通常是不一样的，由领域属性元素来描述，由物体生产者或者用户来填写，举例来说，对于食品，它可以有保质期等领域属性，对于设备，可以有精度等领域属性。

功能部分描述了网关与物体的通信接口以及将物体的功能进行封装后以函数形式对外暴露的接口。

状态部分描述了物体在使用过程中可变的属性。

3、虚拟实体模型组件：

虚拟实体模型组件是描述虚拟实体的属性、功能以及状态等信息的元数据框架。

虚拟实体模型组件由虚拟实体标识、名称、密钥、状态、权限、注册时间、创建者、对应的物理实体、服务、关联关系、包含的其他虚拟实体以及补充说明等部分组成。其中，服务描述了虚拟实体对外暴露的功能，关联关系描述了物体的状态与虚拟实体的服务之间的关系。这里的“物体”可以是该虚拟实体对应的物体，也可以是其他物体；“虚拟实体”可以是其自身，也可以是其他虚拟实体。通常情况下，服务的执行会获取或者改变物体的状态。

4、物体自描述语言组件：

物体自描述语言以XML Schema（eXtensive Markup Language Schema，可扩展标示语言模式）作为其语法规范，基于物体模型和虚拟实体模型来描述物体和虚拟实体的相关信息。物体的PSDL文件描述了物体的属性、状态及其携带的资源；虚拟实体的PSDL文件描述了虚拟实体的基本信息、服务、以及虚拟实体的服务与物体的状态之间的关联。PSDL文件可以用于提供物体/虚拟实体的注册信息，也可以在物体/虚拟实体的使用过程中在各个平台之间传递物体/虚拟实体的相关信息。

PSDL是存在于数据传输过程中的一种物体/虚拟实体信息描述格式，目的是让各个平台能够对物体/虚拟实体的信息实现一致的理解。在存储时，应用程序不必以PSDL的格式来存储描述内容，而是可以以任意格式将描述内容存放在数据库中（例如SQL数据库、数据表、或者文件等）。此外，尽管我们经常会说PSDL“文件”，但是它不必是一个文件，而可以是来自不同位置的多个PSDL片段的组合。这样可以满足物理环境和具体应用的分布式的特点。

2）、物体统一标识与解析平台：

物体统一标识与解析平台的主要功能包括：1、为外部用户提供解析服务，将物体/虚拟物体的ID解析为其所在物联港地址；2、为外部用户提供基于地理位置的物体发现服务；3、提供注册接口，接收外部用户的注册请求，建立解析条目；4、管理解析系统；5、生成虚拟物体标识；6、分配物联港ID；7、分配物体标准标识；8、转发DNS（Domain Name Service，域名服务）/ONS（Object Name Service，物体名称服务）等解析请求。

物联港运营商在搭建物联港时需要向标识管理组织申请物联港标识。物体所有者将委托开发者（虚拟物体创建者）开发虚拟物体，在部署虚拟物体到物联港的过程中，虚拟物体需要由物联港分配虚拟物体编码（VE-ID）。标识管理组织通过物体统一标识与解析平台进行编码分配和编码系统的管理。应用/服务/最终用户在有物体标识符或者VE-ID的基础上，可以向物体统一标识与解析平台发起标识解析请求，获得物体对应VE的相关信息（物联港地址）。用户还可通过输入地理位置从解析系统获得一定地理范围内虚拟物体信息，获得VE后可对其进行操作。解析系统运营组织可以使用物体统一标识与解析平台对解析系统进行配置与管理。

物体统一标识与解析平台的使用大致可以分成两类，一类是标识类，一类是解析类。

标识类使用主要涉及到物联港的建立过程。物联港运营商在搭建物联港时首先需要申请物联港标识。开发者在创建开发虚拟物体时，最后要将虚拟物体部署到物联港中，虚拟物体需要由物联港分配虚拟物体编码，此过程更加自动化，一般由物联港设置规则后，在满足一定安全性前提下进行自动分配/生成。

解析类使用，包括搜索功能，主要是物体使用者，如应用、服务、最终用户等，在持有物体ID或虚拟物体ID，或知道物体的地理位置或关键字的条件下，需要获得物体的可访问地址，则可以向物体统一标识与解析平台发起解析请求，系统会返回对应虚拟物体所在物联港地址。

物体统一标识与解析平台的软件部分由标识管理、解析、搜索三个部分构成。标识管理部分包含物联港标识管理与分配、虚拟物体标识管理和标准标识管理三个子系统；解析部分包含统一解析和虚拟物体解析两个子系统。搜索部分包含基于地理位置搜索、基于关键字搜索和基于物体标识搜索三个子系统。其中：

物联港标识管理与分配子系统负责接收用户的物联港标识申请与物体标识申请，接收标识管理组织的审核，最后将此标识返回用户。

标准标识管理子系统对标准标识进行分配和管理，其它类型的标识将对应于一个标准标识，单位或组织也可申请标准标识。

统一解析子系统的功能是接收外界各种解析请求，分析解析请求的类型并根据解析请求的类型进行转发。

物体统一标识与解析平台包括：

解析转发模块，用于接收外部用户的解析请求，识别用户的解析类型并转发至对应的解析系统进行解析；

虚拟物体解析模块，负责将虚拟物体的ID（IDentity，身份标识号码）信息解析为虚拟物体所在物联港地址；

地理位置搜索模块，用于根据用户输入的地理位置信息，检索数据库中存储的虚拟物体地理位置信息，找出设定地理位置范围内的虚拟物体，并反馈给用户；

关键字搜索模块，根据用户输入的关键字信息，找出含有相关信息的虚拟物体地址并返回给用户；

基于ID搜索模块，根据用户输入的物体ID，找到物体对应的虚拟物体地址并返回给用户；

系统管理模块，用于为系统管理组织提供对系统的管理接口.

3）、物体接入与管理平台：

物体接入与管理平台通过不同的接入与传输方式将物体接入物联网通用架构中，之后按照高层应用的要求，将感知网络中的传感器数据信息或其他采集信息数据，通过寻址、交换和路由等功能将传输到物联网通用架构中，从而实现数据的传输、。通信手段有互联网（Internet）、3GPP移动通信网(2G/3G/4G/5G)、有线宽带（xDSL/PON）、无线局域网（WLAN）等通信技术，因此支持泛在互连的功能。

物体接入与管理平台要具有足够通用性、灵活性、扩展性，要能够支持过去、现在和适应未来的众多异构网络和广泛物体接入到物联网中，要提供普适、安全、高效接入和物体实时、智能、在线管理，因此接入与管理平台的主要功能如下：

1、物体注册：

1)智能物体直接注册：这类智能物体，通常是带用户界面、且具有强大的中央处理能力、具有较强的能源存储能力、具有xDSL或3GPP通信接入功能的物体，通过宽带桥接到注册与接入服务器和VE开发环境完成接入。

2)物体通过网关注册：处理能力、能量存储能力、通信功能受限的物体（如ZigBee、Bluetooth、WiFi、RFID）需要通过网关进行协议适配，最终接入到注册与接入服务器和VE开发环境。

2、数据传输：当物体注册、服务发布、订阅后，当有事件触发后进行统一数据传输。

首先为物体接入和后台服务器群建立TCP/IP通信链路。

当有异构网络和受限物体，需要非IP传输协议适配和M2M高层应用协议转换。其中非IP传输接入协议（比如：ZigBee、蓝牙）到IP协议适配功能，为物体和物联网提供IP通道透传功能；另外M2M高层应用协议转换：由于受限物体因计算处理能力有限、存储能力有限、能量有限，相对于HTTP，CoAP无论在消息头消息长度都做了精简，从面向连接的TCP改成UDP，显然在以HTTP为Web传输协议网络中，需要协议转换。

通信的过程中需要进行报文的加密和解密。

3、安全控制

为了防止非授权用户的访问，避免非法攻击，物体接入与管理平台应当具有物体的身份验证管理和整个通信过程的安全性保护功能，这包括物联网统一接入认证协议和自适应安全接入技术，通过白名单或黑名单机制实现对物体的准入控制，同时和认证与鉴权中心联合支持物体和网络之间进行双向鉴权认证，以及数据的完整性和一致性保护的功能。

4、物体管理

由于物联网内存在海量数据和海量物体，该平台需要实现对接入到物联网的物体进行有效、实时、智能管理。主要包括连接和状态管理、性能统计，支持集中式和分布式相结合的管理模式：即集中控制下的分级、分布式管理。

物体管理是当物体注册成功后，为了确保物体连接物联网的状态和统计在线的时长和流量，需要对物体的状态、流量进行监管。物体状态分为：物体在线服务态、物体在线休眠（后续）态、空闲态。

此外还涉及到物体库的管理：包括数据库管理、数据库访问权限管理等功能。通过数据库的接口提供查询功能：在线状态、在线时长和流量统计等信息查询能力。

物体接入与管理平台基于上述功能，包括：

1、物体接入组件，物体接入组件又包括：

注册信息生成模块：由于物体只有一些简单的自然属性，当接入到物联网中，其属性须根据业务需要进行适当扩展，同时借助于生成工具，将物体注册需要的信息录入，从而生成注册信息，由关联的设备代表物体发起注册等。

注册信息处理模块：在物体与接入管理平台建立通信链路后与安全协议配合，实现物联网通用体系架构对物体的准入机制，进行注册信息的处理，实现动态地接受物体的注册和去注册。

安全控制模块：通过身份管理完成安全接入，同时支持物体和网络之间双向鉴权认证、报文加密解密的功能。

2、传输组件，传输组件又包括：

通信链路建立模块：通过socket端口为物体（或含接入网关）和后台注册接入服务器之间建立可靠的双向TCP或UDP/IP连接。

QoS调度模块：由于海量物体的差异性、物联网业务种类的广泛性，流量特征差异化是物联网的典型特点。支持实时性VBR、UBR、CBR等不同的业务类型，提供基于优先级和Round Robin两种调度手段，最终实现与物体环境和状态相互适应的个性化、智能化服务。

路由和寻址模块：在网络层提供路由学习、路由存储、报文转发、寻址等功能。

异构协议适配模块：对物联网占主导地位的TCP/IP网络而言，感知网络往往是异构的，因此需要进行协议转换，为异构物体接入物联网建立协议适配与转发的通道，从而对物联网屏蔽感知网络的差异性，对各个异构网协议的数据包进行IP封装和M2M协议适配（比如CoAP与HTTP的转换），从而使得物联网通用体系架构物体所在的异构网络透明。

3、管理组件，管理组件包括：

物体管理模块：具体包括故障管理（故障上报、远程复位）、配置管理，支持心跳机制实现物体状态或连接管理，支持包括统计物体在线时长或流量在内的性能管理。对于异构传感网络管理、连接管理、移动管理通常是在网关中实行的。由网关实现分布式前台管理，对于由海量物体和各种异构网络构成的庞大规模的物联网来说，这种现场管理对后台的网络管理中心的压力相对较小，尤其是在传输速率有限的情况显得更为明显。

物体库、设备库管理模块：数据库维护的功能，包括增加、删除、修改，数据库访问权限控制等，此外还具有物体信息的查询功能。

4、其他组件，包括：

移动管理模块：考虑到大量的传感器和机器设备具有移动性（比如车辆），因此针对移动的物体要实现移动管理，具有“动中通”的能力。

物体接入与管理平台支持智能物体直接注册和通过网关注册两种方式，部署在以下实体中：网关、注册与接入服务器、物体库和设备库。对外和VE开发环境、认证与鉴权中心、物体应用服务器有消息交互。如果物体是IP接入，则直接建立TCP/IP连接；如果是非IP接入协议，则首先需要建立IP层以下的Tunnel通道，再发起TCP/IP连接。

因为功能受限物体因能量限制并不总是在线，当有需要调用该物体的服务（比如Get），先通过路由和寻址模块找到之前注册所登记的网关，由网关上的物体管理触发后续的一系列消息交互。过程中包括查询物体的状态，如果物体睡眠的话要唤醒物体，期间对物体的流量进行统计和更新数据库的信息。

智能物体在物理接入的基础上，周期性的广播发送注册申请，接入管理平台收到此广播报文后，分配给智能物体IP，然后再发起TCP/IP连接建立，建立后的过程同前相同。

物体有三种状态，分别是空闲态、物体在线服务态、物体在线休眠态。当物体从空闲态注册成功后，物体就迁移到物体在线状态。然后接入管理平台中的设备管理模块启动物体在线状态管理的任务。具体如下：周期性向物体发送iTTP心跳报文，发送成功后同时启动T心跳响应（1秒），如果1秒收到心跳响应报文，则维持原状态不变；如果没收到心跳响应报文达三次则迁移到空闲态。如果心跳信号丢失，则通过远程复位、掉电、人工干预等方式进行故障排除，排除成功后再通过心跳机制迁移到物体在线状态，

物体接入与管理平台的使用者有物体开发人员、物体拥有者、物体和物联港管理员。当物体没有物体元数据，物体开发人员需要使用平台对外提供的接口开发相关的物体元数据，生成物体描述文件。物体所有者将物体描述文件录入，并通过注册接入到物联网中。为了使类型广泛的物体均能接入到物联网，物体接入与管理平台提供给物体建立通信链路、异构协议适配和报文加/解密的功能。物联港管理员通过配置接入网络的功能进行搭建物联港，物联港搭建成功后运营时，物联港管理员会对港内物体进行统一的管理，此时会运用到物体接入与管理平台的管理物体状态和统一物体流量的功能。

4）、物体服务平台：

物体服务平台关注应用层问题，其服务对象主要包括用户应用、物体以及WEB服务。WEB服务的使用模式与传统WEB的使用模式类似，用户通过应用向物体服务平台发送业务请求，物体服务平台将业务请求转达给相应的服务提供者，并将最终结果返回给用户应用；物体服务的使用模式有所不同，即业务请求需要转达给提供功能的VE，并调用物体功能，由物体返回执行结果。由于物体本身存在移动性、多样性、复杂性等特征，因此需要进行入网申请，以便系统即时掌握物体信息，并动态地进行物体模型的创建、发布及管理。

物体服务平台以VE为核心，通过VE模型信息将用户的请求转交给实际物体，再将物体的应答返回给用户，因此，物体服务平台支持对于VE的创建、发布和管理；同样，对于服务也需要生成、发布和管理。上述行为需要VE库和服务库作为管理的支持，并且配以相应的管理功能和工具。因此，物体服务平台不仅为物体应用开发者提供执行与测试环境，便于对软件进行开发、测试，还提供生成VE和服务的工具和平台基础设施。此外，为系统管理员提供配置与管理环境，使管理员可以方便地配置系统参数，部署和管理系统中的物体和服务，同时也提供发布、管理VE和服务的工具及平台基础设施。

物体服务平台基于超文本、超控制、超感知和超知识，借助物联网的相关标准和规范，以面向物体的设计方式为主导，定义和实现了相关的运行时设施（包括软件和硬件设施），以便物联网中的物体和服务能够以一致的、与下层技术无关的方式进行业务交互和互操作。

物体服务平台是所有的物联网服务使用者和物联网服务提供者共同依赖的软件基础，因此，任何用户、物体或服务都能够以标准的方式找到并使用其他物体及服务。物联网服务提供者按照标准的接口契约实现软件模块，物联网服务使用者则调用提供者所实现的服务，运行某个任务的软件模块。同时，物联网服务提供者可以同时也是使用者。与SOA的WEB服务平台不同，物体服务平台通过VE描述模型来实现物理实体与信息化服务的分离，并且分离得更加明确、完整，使得厂商和开发者以面向物体的设计方式进行开发和部署。

物体服务平台关注于物体和服务管理以及VE层、服务层的抽象。该平台可以令功能软件与业务需求相互配合，包括协调各领域之间的软件开发、软件获取及软件重用，以取得最大程度而的机动性和规模经济性与范围经济性。

物体服务平台设计困难的主要特征为用户请求的多样性与物体设备的多样性。对于这样的系统，该架构采用VEVE服务总线来连接上层的业务流程需要与位于下层的物体服务和物体数据。

基于上述描述，物体服务平台的功能如下：

请求消息的接收与转发；

访问和VE实体库和服务库，提供VE化的数据对象接口；

VE组合与编排；

提供物体服务使能组件用于处理物体服务接口；

VE的注册、生成以及管理；

配置管理；

安全隐私管理。

为实现上述功能，物体服务平台包括：

VE服务使能模块，用于处理各种服务接口消息，根据设备VE信息进行服务VE代码生成，并发起物体设备的调用为VE管理和服务管理提供信息；

VE服务总线模块，用于处理用户应用发来的请求，将请求路由到相应的执行引擎；同时，该组件与VE库和服务库连接，提供对VE库和服务库的数据对象访问服务；

VE入网受理创建模块，用于对入网物体进行VE的注册ID、VE信息审核、VE信息评估、VE使用授权以及创建VE模型VE的定义；

VE管理模块，用来对注册物体的VE进行策略管理和分类管理，并实时进行VE状态信息监控；

配置管理组件，用于对物体服务平台进行配置；

安全隐私管理模块，用于提供安全防护机制和策略的配置，以及对系统信息隐私级别进行设置。

物体服务平台可以部署在以下几部分，即物体服务应用服务器和VE开发环境。

物体服务应用服务器属于物体服务平台的中枢，用于处理物体服务的注册、审核、发布、路由及访问等。VE服务总线技术提供了一种通过VE获取物体信息并对物体服务进行统一访问的系统规范，其中VE-DAO技术提供了一种面向物体的数据访问模型，使应用可以对VE信息进行统一访问，以配合VE服务总线提供的对物体服务的统一访问。

当服务请求到达物体服务应用服务器后，首先进入VE服务总线，VE服务总线负责接收请求消息，并将请求消息路由到相应的执行引擎；如果是物联网服务请求，执行引擎会将请求转至VE服务使能组件，如果是传统服务请求，则转至传统的应用容器；由于物体服务的执行主体在物体/网关上，而物体/网关具有复杂多样的特性，因此需要由服务代码生成器将物体功能封装成标准形式的服务接口，以便服务执行引擎调用。封装的服务接口可以部署在服务器端，也可以部署在网关或智能物体端。另外，在VE服务总线中包括VE组合引擎，用于对原子化的VE进行组合，形成新的组合VE。VE开发部署管理组件用于支持VE的开发以及提供与VE库交互的数据访问对象。

VE开发环境主要用于VE和应用的创建和管理。当开发人员开发针对物联网的应用程序时，可以通过VE开发环境查询和获取VE信息，以面向物体的设计思想构建新的VE以及物联网应用。另外，针对VE库的VE分类管理、VE策略管理以及VE监控，VE开发环境在高效访问VE库的同时，保证开发人员获取VE信息与真实物体设备的信息保持同步。

物体/网关中同样可以部署物体服务平台的功能组件。与服务器不同，物体/网关由于受处理能力不足的限制，只能部署物联网轻量级的VE引擎和订阅发布引擎。此类组件在保证物端服务支撑的前提下，兼顾到低功耗、高实时性、可裁剪等特性，便于在物体/网关上进行广泛部署。

依据物体服务平台的使用模式，对物联网业务流程进行分类，得到以下的平台使用流程。

1、物体服务环境下访问物体；

用户请求需要访问VE，该请求以WEB Service消息报文发给物体服务平台，物体服务平台执行相应的服务程序，并调用接入平台的功能接口，完成对物体设备的执行，并返回执行结果；VE获取服务结果，返回给用户。

2、入网申请受理；

用户需要通过业务接入系统进行物体的入网申请，该请求发给物体服务平台，物体服务平台根据申请信息进行审核、评估、授权以及VE的定义，将搜索信息发给Search平台，完成对VE的入网申请。物体服务平台最终将应答返回给用户。

3、物体服务环境下的事件处理；

类似RFID Reader这样的读取设备会不定期的产生上报事件，接入平台对该事件进行转换处理后转交给物体服务平台进行处理，物体服务平台处理后根据订阅情况，触发业务应用系统进行相应的响应。

5）、物体交互平台：

物体交互平台应该具有物体发现模块、应用中心模块、VE可视化模块以及安全控制模块。

物体发现模块；用于用户通过标识符，关键字，地理位置信息查找自己所需要的VE。发现物体的途径主要有三种，分别通过具体标识符、关键字和位置地理信息，三种方式最终以VE可视化的形式进行呈现，用户可以通过VE可视化进行对物体浏览和操作。

应用中心模块；开发者可以利用平台提供的接口，开发用户所需要的应用，然后提交，经过平台审核之后可以发布，用户可以自行下载。平台的主要应用是对特定的场景进行实时监控和虚拟三维漫游，其中用户可以在虚拟漫游的同时进行和真实的物体进行交互，例如点击三维漫游中的台灯可以控制现实物体台灯的开和关。

VE可视化模块，主要是读取VE模型，解析VE，同时以可视化的方式展现给用户，用户可以浏览VE，操控VE。通过读取模型中的数据给用户展现一个可视化的操作界面。

由于物体交互平台可运行在PC机或者智能终端上。考虑到智能终端CPU和内存等资源有限，并且所需支持的应用特性不必像PC版本那么丰富。因此，智能终端设备上的物体交互平台一般支持最基本的监视和控制物体的功能方可。物体交互平台的体系架构设计将考虑架构的跨平台可伸缩性和组成模块的可裁剪性，使其能够支持多种平台。

根据物体交互平台的总体体系结构，物体交互平台安全组件要实现物联网终端通信安全和身份认证功能。

物体交互平台安全组件数据传输加/解密模块、数据存储加、解密模块、密钥协商模块、数字签名/验证模块、证书及密钥管理模块、访问控制模块和密码算法模块等组成。

数据传输加/解密模块实现应用层数据发送时的分段、压缩、认证码的产生、调用密码算法加密数据等功能，数据传输解密模块的实现为数据传输加密模块的逆过程。

数据存储加/解密模块实现本地敏感数据的存储保护。

密钥协商模块实现应用层数据加密发送时的密钥协商，通过密钥协商获得加密数据所需的所有密钥。

数字签名/验证模块实现身份认证功能。

证书及密钥管理模块实现终端证书、终端签名用私钥等密钥的管理功能。

访问控制模块实现终端用户启动时的访问控制与物体服务平台进行数据通信时的身份认证，通过数字证书实现物体交互平台和物体服务平台之间的身份认证。

密码算法模块实现终端所需的所有密码算法，供其它功能模块调用。

Claims (6)

1.一种物联网系统，包括：感知层、网络层和应用层，其特征在于，所述物联网系统还包括物联网通用架构平台层，所述物联网通用架构平台层包括：

物体描述模型与描述语言单元，服务下述四个平台，用于通过物体自描述语言PSDL提供了一组通用的标准化词汇来描述物体和虚拟实体VE；物体的PSDL文件描述了物体的属性、状态及其携带的资源；虚拟实体的PSDL文件描述了虚拟实体的基本信息、服务、以及虚拟实体的服务与物体的状态之间的关联；

物体统一标识与解析平台，用于实现物体的统一标识和寻址，对联网物体的信息进行识别、寻址以及查询；

其中，所述实现物体的统一标识和寻址，对联网物体的信息进行识别、寻址以及查询，具体包括：在创建开发虚拟实体时，虚拟实体由物联港分配虚拟实体编码；在持有物体ID或虚拟实体ID，或知道物体的地理位置或关键字的条件下，需要获得物体的可访问地址，根据接收到的解析请求，返回对应虚拟实体所在物联港地址；

物体接入与管理平台，用于物联网环境下物体接入物联网；

物体服务平台，用于VE的创建、发布和管理；以及用于服务的生成、发布和管理；

物体交互平台，用于通过物体标识、关键字和地理位置信息发现物体并获取VE，以可视化界面展现给用户，供用户浏览物体信息，操控物体。

2.如权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，物体描述模型与描述语言单元包括：

领域模型组件，用于描述物联网中的概念以及概念之间的关系；

物体模型组件，是用于描述物体的属性、功能以及状态信息的元数据框架；

虚拟实体模型组件，是用于描述虚拟实体的属性、功能以及状态信息的元数据框架；

物体自描述语言组件，用于以可扩展标示语言模式XML Schema作为物体自描述语言语法规范，基于物体模型和虚拟实体模型来描述物体和虚拟实体的相关信息。

3.如权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，物体统一标识与解析平台包括：

解析转发模块，用于接收外部用户的解析请求，识别用户的解析类型并转发至对应的虚拟实体解析模块进行解析；

虚拟实体解析模块，负责将虚拟实体的ID信息解析为虚拟实体所在物联港地址；

地理位置搜索模块，用于根据用户输入的地理位置信息，检索数据库中存储的虚拟实体地理位置信息，找出设定地理位置范围内的虚拟实体，并反馈给用户；

关键字搜索模块，根据用户输入的关键字信息，找出含有相关信息的虚拟实体地址并返回给用户；

基于ID搜索模块，根据用户输入的物体ID，找到物体对应的虚拟实体地址并返回给用户；

系统管理模块，用于提供对系统的管理接口。

4.如权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，物体接入与管理平台包括：

注册信息生成模块，用于根据物体注册的录入信息，生成注册信息；

注册信息处理模块：用于进行注册信息的处理，实现动态地接受物体的注册和去注册；

安全控制模块：用于物体和网络之间双向鉴权认证、报文加密和解密；

通信链路建立模块：用于为物体和后台服务器之间建立双向通信连接；

QoS调度模块，用于进行业务调度；

路由和寻址模块，用于在网络层进行路由学习、路由存储、报文转发和寻址；

异构协议适配模块，用于为异构物体接入物联网建立协议适配与转发的通道，对各个异构网协议的数据包进行IP封装和M2M协议适配，从而使得物体所在的异构网络透明；

物体管理模块，用于对物体进行故障管理、配置管理、物体状态或连接管理，支持包括统计物体在线时长或流量在内的性能管理；

物体库和设备库管理模块，用于进行数据库维护、数据库访问权限控制和物体信息查询；

移动管理模块，用于对移动的物体实现移动管理。

5.如权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，物体服务平台包括：

VE服务使能组件，用于处理各种服务接口消息，根据设备VE信息进行服务VE代码生成，并发起物体设备的调用为VE管理和服务管理提供信息；

VE服务总线组件，用于处理用户应用发来的请求，将请求路由到相应的执行引擎；同时，该组件与VE库和服务库连接，提供对VE库和服务库的数据对象访问服务；

VE入网受理创建组件，用于对入网物体进行VE的注册ID、VE信息审核、VE信息评估、VE使用授权以及创建VE模型VE的定义；

VE管理组件，用来对注册物体的VE进行策略管理和分类管理，并实时进行VE状态信息监控；

配置管理组件，用于对物体服务平台进行配置；

安全隐私管理组件，用于提供安全防护机制和策略的配置，以及对系统信息隐私级别进行设置。

6.如权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，物体交互平台包括：

物体发现模块，用于用户通过标识符、关键字和地理位置信息查找VE；

VE可视化模块，用于读取VE，解析VE，同时以可视化的方式展现给用户，使用户浏览VE和操控VE；

应用中心模块，用于提供应用的开发接口和下载接口。