物联网物理空间与信息空间融合的业务信息特征分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 物联网物理空间与信息空间融合的 业务信息特征分析 【摘要】文章分析了以 M2M 为 基础的物联网分层架构模型及信息特征， 在此基础上提出物联网物理空间与信息 空间融合的三维模型，并分析了物理空 间与信息空间融合的信息特征，以及信 息结构、传递路径和作用机理。 中国论文网 /8/view-12854918.htm 【关键词】M2M 物联网三维模 型 物理空间 信息空间 信息特征 1 引言 当前，以 M2M 业务（机器对机 器通信或者人对机器通信）为代表的物 联网应用高速成长，以 M2M 为基础的 物联网分层架构模型（包括感知层、传 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 输层和应用层）被广泛认知。但是，物 联网所涉及的物理空间和信息空间的耦 合关联在上述分层模型中未得到充分呈 现，从而影响了物联网中业务信息特征 的表述。 本文将分析当前 M2M 分层架构 模型及业务信息特征的不足，在依托信 息空间和物理空间融合关联的物联网模 型的基础上，探讨其业务信息表征的特 点及与 M2M 业务信息的差别，以利于 深化对物联网的认知。 2 M2M 的物联网分层模型及业务 信息特征 描述 当前，以 M2M 业务为代表的物 联网分层模型，如图 1 所示。在此模型 中，包括了感知层、网络层和应用层。 而在电信运营领域，又将网络层作为实 现 M2M 业务能力的关键。该模型的网 络层分为业务网、核心网和接入网，其 中业务网被视为实现物联网业务能力和 运营支撑能力的核心组成部分，包括了 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 通信业务能力层、物联网业务能力层、 物联网业务接入层和物联网业务管理域， 提供通信业务能力和物联网业务能力， 并进行业务能力统一封装、业务路由分 发、应用接入管理、业务鉴权和业务运 营管理等。其中，通信业务能力层提供 通信业务能力的调用；物联网业务能力 层提供物联网业务能力的调用，以及终 端管理、感知层管理、信息汇聚及应用 开发；物联网业务接入层将通信业务能 力和物联网业务能力进行封装，供统一 接入和调用，并实现协议解析、适配、 转发及鉴权；物联网业务管理域的功能， 包括业务、接入、用户、鉴权、QoS 及 故障管理3。 在以 M2M 业务为代表的物联网 分层模型基础上，ETSI 和 3GPP 都制定 了 M2M 的业务需求，包括提供可以承 诺服务质量的通信保障、提供端到端的 业务安全、可以寻址到各种 M2M 终端 设备、支持群组管理、终端设备远程管 理、支持不同流量的数据传输、支持多 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 种接入方式、支持终端设备数量的扩展、 支持多种信息传递方式、支持具有不同 移动性的终端设备以及支持终端设备的 休眠模式等 11 种业务需求。而 3GPP 早在 2005 年 9 月就开展了移动通信系 统支持物联网应用的可行性研究，并针 对物联网业务 MTC（机器对机器）的 特性总结了 16 类网络需求4。 要使信息空间的网络能对物理空 间的业务特征进行控制，一是网络要知 悉物理空间的终端所需的业务特性，二 是网络对物理空间终端所需的业务具有 不同特性的控制能力。但是，表 1 并没 有描述业务实现过程中信息的生成、传 播路径以及信息的特征。另外，由于缺 乏对物理空间和信息空间耦合关联问题 的深入研究，现有的信息感知和决策方 法等通常面向单一的应用场景和应用目 标，与物联网跨行业、规模化的应用需 求形成明显落差。 综上，可将 M2M 业务需求所反 映的信息特点归纳为：（1）明确了实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 现 M2M 业务的信息类型和作用；（2） 从信息承载网的角度阐述了 M2M 业务 需求所产生的信息形态；（3）未明确 M2M 业务需求中信息的传递路径； （4）缺少物理空间和信息空间的信息 耦合与转换特征的挖掘。 3 物理空间与信息空间融合的物 联网模型 从上可见，以 M2M 业务为代表 的物联网分层模型虽然明确了物联网业 务实现的流程和各层的功能分工，但并 未解析物联网所涉及的物理空间和信息 空间耦合关联的复杂关系。首先，连续 的具有时空属性的物理空间与离散的无 时空维度的信息空间具有极大的差异性， 信息空间和物理空间属性耦合关联的分 析与描述极为困难。物联网要实现物理 空间和信息空间的感知互动，涉及环境、 感知、网络、处理、服务等各个环节和 作用域的协同处理与反馈，而其内在耦 合关联信息的表征是上述协作机制的基 础。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 物联网客体之间的交互要比互联 网复杂得多，比如，智能手机的人机交 互过程通常是不被监控的，而汽车驾驶 员观察仪表和显示屏、接受导航信息并 操作汽车的过程则被看成是汽车驾驶和 操作行为，必须被纳入闭环的控制过程 中，因而物联网所连接的客体中的操作 系统需要具备全新的特征。由此，需要 建立物联网信息空间和物理空间的关联 模型，并体现物联网的特殊性。物联网 与互联网存在显著差异，其一是物联网 需要直接连接和感知物品，其二是物联 网需要处理物品相关数据。构建独立于 任何具体应用领域的抽象物联网参考模 型，可以形成在不同应用领域之上的统 一的物联网概念模型。 物联网的概念模型是网络世界与 物理世界融合的模型，可从信息物品、 自主网络、智能应用三个维度反映物联 网的体系结构，较为完整地探讨物联网 的本质特征，见图 2。 物联网首先需要包括物品的功能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 维度，这是传统网络不具备的维度。连 接到物联网的物品可以称为信息物品， 这些物品具备的基本功能包括：具有电 子标识、可以传递信息；构成物联网的 网络需要连接多种物品，这类网络至少 具有自配置和自保护的功能，属于自主 网络； 物联网的应用都是与物品相关 的应用，这些应用至少能自动采集、传 递和处理数据，自动进行例行的控制， 属于智能应用。在图 2 中，信息物品、 自主网络与智能应用三个功能部件的重 叠部分就是具有全部物联网特征的物联 网系统，可以称为物联网基础设施，提 供包括不同应用领域的物品标识、物品 空间位置识别、物品数据特征验证和隐 私保护等服务，这个部分组成了公共物 联网的核心2。 物联网基础设施类技术包括： （1）物品的统一标识和标准网 络接入技术，即全球统一的、面向各个 应用领域的物品统一标识技术以及标准 的网络接入技术，信息物品是这类技术 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 的主要载体，标准的网络接入技术需要 依赖于自主网络。 （2）物理化网络系统技术， 包 括支持现实世界空间坐标系的网络接入 和网络互连技术，支持现实世界统一时 间体系的网络操作技术等，自主网络是 这类技术的主要载体。 （3）自 主网络技术，包括网络系统的自配置、 自愈合、自优化和自保护的技术，自主 网络是这类技术的主要载体。 （4）网络化物理系统技术，包 括联网嵌入式软件的实时处理技术、可 靠处理技术，这类技术的载体是智能应 用，属于智能应用的物理装置端技术。 （5）网络数据融合和决策技术， 包括网络环境下多种数据的融合、多类 数据的实时挖掘和实时决策技术，这类 技术的载体是智能应用，属于智能应用 的网络侧技术2。 因此，在物理空间与信息空间融 合的物联网中，其信息必然不同于分层 结构的通信网络，在信息类型与形式、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 信息采集与传递、信息控制与应用、信 息存储与处理等方面具有明显的特征。 4 物理空间与信息空间融合信息 的特征 从物理空间与信息空间融合的角 度看，物联网信息可以分为物品信息、 物品传感信息和物品行为控制信息。 在物理空间与信息空间之间存在 双向的信息流动，既有从物理空间中获 取信息形成信息空间的组成过程，即物 理空间信息空间；也有从信息空间向 物理空间提供信息的反馈过程，即信息 空间物理空间。这样信息流动不但是 双向的，而且二者之间存在对偶关系。 这种对偶关系包括两个方面，即从物理 空间到信息空间的关系是通过传感器从 物理空间获得原始数据，并经过处理和 分析产生与物理空间在各个层次上的对 应关系；从信息空间到物理空间的关系 是通过建立不同层次的对应关系，把信 息空间中的相关数据和信息按照需求发 送与映射到物理空间的物体上1。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 在物理空间与信息空间的对偶及 融合中，两个流向的信息的特征是不同 的，见图 3。从物理空间到信息空间的 信息流，是通过传感器获取的物理空间 的原始数据；而从信息空间到物理空间 的信息流，是在信息空间形成的不同层 次的数据，如特征、表面、物体（包括 物体之间的关系） 、事件、场景以及语 义描述和上下文等层次的数据流。因此， 信息空间的信息是有组织和实现了结构 化的。信息空间应在理解用户的命令、 意图和用户的所处环境的基础上，按用 户要求对信息进行重新组织，并以合适 的方式返回到物理空间。 也可从物联网三个维度的概念模 型（信息物品、自主网络、智能应用三 维模型）分析物联网的信息特征。物联 网体系结构中三类功能部件之间的相互 关系，不同于传统网络分层体系结构定 义的功能部件之间的相互关系，即三类 功能部件之间不再是分层的服务调用和 服务提供的关系2-5。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 信息物品需要依赖自主网络提供 的接入网络服务，使其成为物联网系统 可以识别和访问的物品；智能应用需要 依赖于自主网络提供的数据传递、远地 服务访问功能，实现网络环境下的数据 传递和服务调用；自主网络需要依赖信 息物品的标识，自动选择相关的网络接 入协议和配置协议，提供接入信息物品 的服务；自主网络需要依赖智能应用的 需求，确定相应的服务质量以及可能的 定制服务；智能应用需要依赖于信息物 品的数据语义，进行相关的处理和决策， 确定对于信息物品的操作；信息物品依 赖于智能应用的需求，确定提供信息的 类型以及可以执行的相关操作2。 从上述分析可见，物联网的三维 体系结构中，其信息结构、传递路径和 信息作用机制都体现了物理空间与信息 空间的融合及相互转换，与当前以 M2M 业务为代表的物联网分层模型所 表述的信息特征存在很大差