1.4　物聯網服務平臺關鍵技術

參照1.3節的物聯網服務平臺架構，對物聯網服務平臺涉及的關鍵技術進行歸類和梳理，可以看出物聯網服務平臺的關鍵技術主要集中在設備管理、連接管理、數據管理、應用使能等方面。這些技術在不同的行業往往具有不同的應用需求和技術形態。

1.4.1　設備管理技術

隨著物聯網應用和設備的日益普及，越來越多的物聯網設備出現在人們的日常生產和生活中。這些海量設備的正確配置和管理是需要面對的嚴峻挑戰，特別是對于專業知識匱乏的普通用戶而言。因此，遠程配置和管理能力是物聯網設備的客觀需求，專業人員通過設備管理系統對設備實施遠程的配置和管理，以期以即插即用的方式為終端用戶提供便利。此外，物聯網設備基于部署場景和應用成本等方面的考慮，一般體積小、價格低且無固定電源供電，因此其存儲、計算、網絡及電源能力十分有限，導致應用于傳統互聯網的設備管理協議和方法對于這些物聯網設備來說負荷過重，從性能到能耗等多方面的要求都難以滿足且無法有效使用。這就需要針對能力受限的物聯網設備開發更高效的管理協議及方法。

設備管理技術的相關研究已經吸引了學術界越來越多的關注和努力。國際和國內的多個相關標準組織也已經開始了對物聯網設備管理標準的討論與制定，IETF、OMA、IPSO、ESTI、CCSA等組織都起草或者發布了相關標準。

1.4.2　連接管理技術

物聯網設備的特點是連接數量大、尺寸小，電池供電，而且經常被放在地下室等網絡覆蓋不好或者無信號的地方。有些應用并不是速率越高越好，有時超低速率就能解決問題。這就得出物聯網對蜂窩移動通信網的需求不同于傳統的人用網絡，需要在充分利用現有資源的情況下對蜂窩移動通信網進行改造。改造的方向為：單小區海量的連接、覆蓋度深、覆蓋面廣、功耗量小，同時兼顧速率高與速率低、成本低。

基于這些物聯網特有的特點，在過去幾年里，3GPP對LTE（Long Term Evolution，長期演進）技術增加了幾個增強型標準，其中一些是被簡化的，另一些是全新的，用來實現物聯網設備連接。這些新標準能夠滿足以下4個條件（簡稱為“兩高兩低”）。

（1）高連接數量：單個小區能夠同時連接的數量大幅度增加，依據傳輸字節數量的多少，連接數量應該是原來小區最大連接數量的100～1000倍。

（2）高覆蓋深度：覆蓋能力、覆蓋深度顯著加強，區域覆蓋能力水平提升近百倍，既適用于廣覆蓋需求突出的農村環境，也適用于對覆蓋深度有要求的應用場景，如地下車庫、井蓋等。

（3）低功耗：物聯網自身的特性決定了低功耗是其關鍵指標之一，特別是對于那些位于高山荒野、人跡罕至地區的難以經常更換電池的各種類型傳感和監測設備。此外，對于地下井蓋的感知設備、智能停車感知器等，長達幾年的電池使用壽命是最基本的需求之一。

（4）低成本預算：無須重新建網，網絡、射頻和天線可以復用。低速率、低功耗、低帶寬同樣給模塊帶來低成本優勢。模塊預期價格不要超過5美元。

與手機不同，應用在物聯網上的終端是碎片化的，物聯網終端將是各種傳感器、采集器與芯片的組合，形成豐富多彩的終端類型，在各行各業得到應用。所謂的連接是指這些碎片化的終端與高度集約的網絡的連接，將所需的信息傳送到物聯網平臺，產生各行業的應用。

1.4.3　數據管理技術

對于物聯網設備來說，最基本、最重要的任務是獲取其周圍物質世界中的相關數據。因此，該數據具有實時性、海量性、多源異構性、時空相關性等顯著特點。

首先，在物聯網中，數據源來自種類繁多的傳感器，如溫度、濕度和聲音傳感器等，因為傳感器的類別和性能各不相同，所以數據的格式和內容也多種多樣。例如，在應用RFID的系統中，不同廠家和不同系列的標簽、閱讀器類型各異。物聯網中的數據種類繁多、格式多樣且來源復雜，包括文本、圖片、音/視頻等。物聯網各子系統體系架構的異構特性導致了其數據的多態和異構，更為嚴峻的是，隨著物聯網技術的快速發展和廣泛應用，架構各異的聯網設備會迅速倍增，物聯網數據的多源異構性問題將越發突出。

其次，在物聯網環境中，大量的“物”一般通過無線連接的方式來構成網絡系統，為適應類型各異的應用需求需要適配類型各異的數據采集設備來獲取數據，并且需要根據應用的具體需求對數據進行某種形式的重新組織，但又不能破壞數據的完整性。一般情況下，物聯網設備將周期性地產生感知數據，進而積累為海量的物聯網數據，數據管理需要保證高效、快速地從海量數據獲取所需信息，并且提供易用性保障措施，使物聯網數據的訪問和維護能滿足數據規模迅速增加的需求。

再次，物聯網數據一般具有時空屬性，即傳感器節點數據與其所處的地理位置相關，釆樣數據與其采樣時間相關。并且，某些感知設備的地理位置可能具有動態特性，隨著時間的變化而發生改變，如GPS信息或RFID標簽信息等，因此，物聯網數據管理過程中時空屬性的智能分析及管理至關重要。考慮到數據的這種時空相關屬性，具體應用對相同數據的查詢可能基于完全不同的復雜邏輯約束的組合，如獲取指定地理范圍之內的、特定時間區間的、特定類型的傳感器所采集的特定數據，進而對其統計與分析。

最后，物聯網設備周期性地采集感知數據，不斷地產生新數據，從而感知“物”的狀態變化。這說明物聯網數據具有顯著的實時性需求，對這些數據的及時響應及處理在很大程度上決定了系統的可靠性和可用性。

當前，對物聯網數據管理所面臨的嚴峻挑戰還沒有出現行之有效的通用解決方案，但云計算等新興技術的興起為其帶來了新的機遇。云存儲衍生于云計算技術，是云計算的擴展和延伸，它顛覆了傳統存儲技術的理念和方式，對整個存儲行業產生了極大影響。通過連接類型各異的存儲器并進行統一管理，能夠為海量數據提供統一的存儲視圖，同時利用所提供的應用接口屏蔽底層存儲細節，使所有存儲器協同工作達到性能最優，并能夠為需求各異的最終用戶提供其所需的特定應用服務。此外，針對物聯網中的海量異構數據信息和數據的實時性需求，可利用云計算作為其基礎技術支撐平臺，運用其強大的信息分析、存儲和處理能力來實現上層物聯網數據管理服務的長期可用性及穩定性。

1.4.4　應用使能技術

目前，業界對物聯網應用使能技術尚沒有統一的定義，一般認為應用使能技術是面向物聯網的PaaS技術，其目標是降低物聯網軟硬件開發門檻，通過開放API和開發工具包，提供在線開發、測試環境，以簡少開發環節、縮短開發周期。此外，通過開發工具包所提供的通用開發模板、通用組件等相關資源支撐創新業務的快速開發。物聯網應用使能技術是整個物聯網價值鏈中數據、能力和資源聚合的基礎，包含物聯網終端接入和管理、物聯網數據處理，以及物聯網能力開放和應用輔助開發等各項功能。

物聯網應用使能技術的目標是完成對物聯網不同應用場景的技術支撐，滿足跨行業的類型各異的終端接入需求，并且通過規模化擴展使相關行業及物聯網應用開發者以更低的成本和更高的效率實現物聯網場景。

可見，物聯網應用使能技術是控制物聯網生態系統話語權的關鍵，特別是對于物聯網運營商而言，可以通過物聯網應用使能平臺將業務范圍從單純的垂直應用提供擴展到全物聯網平臺服務和應用運營，實現物聯網業務運營的利益最大化。

1.4.5　服務安全技術

隨著物聯網應用場景的快速擴展及設備性能和智能化程度的快速提高，數以億計的設備接入了物聯網，然而物聯網安全事件也隨之呈現出了迅猛增長的趨勢，因此物聯網自身的安全已經成為限制其發展的關鍵問題。特別是，在物聯網環境中允許人類用戶和活動數字產品（機器用戶）與真實物理環境進行交互。人類用戶是系統的一部分，如果暴露私人信息或出現執行器行為故障，則會對人類自身造成潛在的傷害，這一事實激發了物聯網參考模型和體系結構的安全和隱私需求。服務安全功能包含保證物聯網系統安全和隱私的所有必要功能，具體包含以下功能。

· 管理物聯網系統中涉及的服務或用戶的不同身份，通過使用多個假名實現匿名，并維護身份的層次結構（身份池）和組身份。

· 認證、驗證用戶的身份，并在驗證成功后創建斷言，以及驗證給定斷言的有效性。

· 授權管理并執行訪問控制策略，提供管理策略的服務，就受限資源的訪問權限作出決策并強制執行這些決策。

· 密鑰交換與管理用于在物聯網系統中兩個通信實體之間設置必要的安全密鑰，以及通信實體之間的安全密鑰分發。

· 管理物聯網系統中不同交互實體的信譽評分，并計算服務信任級別。