摘要：现如今，物联网作为信息化系统的基础平台，被应用到了各行各业的信息化建设中，并起到至关重要的作用。物联网感知终端面临感知层终端类型多样化、接口标准不统一、通信协议复杂多样、数据跨专业协同共享存在壁垒等多方面的问题。为支持多样化感知层设备的灵活接入，有必要建设统一的智慧物联网平台，为信息化系统提供数据支撑。文章提出了智慧物联网平台的设计方案，包括平台的总体设计、功能设计，以及关键技术的研究。智慧物联网平台实现了设备的“一站式、全托管”，为智能设备的数据采集、传输、计算、存储、展现到分析，提供全面的基础产品和服务。
关键词：智慧物联网;平台;设计;研究
引言
随着各行各业信息化建设的持续进行，面对繁杂的物联设备可控、可管、智能、互联等需求，通过智慧物联网平台作为设备、信息、数据交互和处理的核心节点是物联网发展的趋势。物联网平台向下接入分散的物联感知设备，向上面的物联网一能用提供支撑的基础平台，是一项崭新的业务形式，它横跨硬件、软件和服务，将硬件、软件和服务结合起来，并以软件的形式向用户提供服务[1]。
1概述
为了满足多种整体信息化平台的建设需求，也为日后的系统扩展和集成创造一个可持续利用的IT架构，根据目前业界先进的、成熟的系统架构设计理论、规范和标准，开展智慧物联网平台关键技术研究，打造适应物联网信息化发展的智慧物联网平台。智慧物联网平台将从三个方面进行研究，首先是设备接入，物联网平台需要适配多种底层协议、多种通信协议的数据接入，满足所有复杂物联感知设备的接入；其次，物联网平台应该具有后台管理功能，后台管理需要对数据进行可视化监控、对设备进行管理、对数据进行管理、设备预警功能等多种功能；最后，物联网平台需要具有数据分享能力，可通过多种方式对外提供服务，以实现数据共享的功能。
2智慧物联网平台设计方案
2.1总体设计
智慧物联网平台由感知层，接入服务层以及智慧物联网平台三部分组成。物联感知层设备通过无线或者有线方式接入后端接入服务层，对于无网络接口以及需要进行前端计算的设备通过串口、蓝牙及其他短距离通信方式接入边缘计算网关，再由网关统一接入接入服务层；接入服务层将底层数据按照对应的标准协议进行解析，并将数据进行结构化和非结构化存储；智慧物联网平台层提供对物联网平台以及物联感知设备的管理，并对外提供服务。这样构成一个全数字化、网络化、智能化的智慧物联网平台。智慧物联网平台应包括设备管理、设备可视化监控、设备数据管理、统计分析、业务系统管理功能。
2.2设备管理
设备管理主要实现对信息系统下需要接入的物联感知设备进行统一管理，主要包括设备新增、设备修改、设备删除以及设备接入管理等功能。
2.3设备可视化监控
智慧物联网平台作为物联感知设备的统一接入入口，同时需要对设备数据进行实时以及历史数据展示。包括视频展示、图表展示、状态展示，设备异常告警展示、数据异常告警展示、视频图像质量分析展示、视频图像内容分析展示等。
2.4 设备数据管理
设备数据管理管理模块应包括设备历史数据的增删改查；对设备数据的使用配置，比如数据推送的配置和管理；对设备的告警规则进行设备，对采集数据的告警阈值范围进行配置，打开或者关闭设备告警设备；配置设备数据的备份策略和存储策略；查看智慧物联网平台网关的通讯日志等。
2.5 统计分析
实现对物联感知采集数据的统计分析，包括视频质量分析；监控视频的入侵分析、人数统计、人脸抓拍等；基于人员定位系统的人员行为分析；设备设施的运行数据分析、智能化诊断设施故障、检修周期预测；基于能源类的用能分析、节能分析；设备的运行状态分析及告警分析等。
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2.6 业务系统管理
智慧物联网平台采集的数据，最终还是要应用到信息系统中，因为需要对业务系统进行管理，从而实现数据共享的权限控制。业务系统管理实现对外部系统的数据权限配置。
3智慧物联网平台关键技术研究
3.1网关的高并发低延迟
智慧物联网平台网关作为物联感知设备与信息系统上下行消息的通道，必然面临物联设备的大规模、高并发接入，有些应用场景可能会达到十万级，因此网关会面临吞吐量和执行效率的瓶颈问题。针对这个问题，提出相应的解决方案。①通过部署动态负载均衡（F5、Ngix等）解决设备高并发接入造成的网络阻塞，提高服务器的吞吐量、稳定性和资源利用率。②然后，网关服务搭采用Netty框架，实现大量设备高并发接入的实时处理，提升服务器的处理能力。③通过Kafka消息组件实现消息的高速缓存，从而达到快速消峰的目的；④通过Hash算法的高速缓存技术来实现感知设备在线状态的实时管理[2]。
3.2网关的多协议适配
智慧物联网平台作为信息系统通用的基础平台，需要接入能源、建筑、生态、医疗等不同行业的设备。智慧物联网平台面临的是不同行业、多种多样的物联感知终端设备，而不同行业的设备运行环境、通信协议（如MQQT、HTTP、Modbus、ZigBee、3GPP等）、网络协议（TCP、UDP、WLAN、NB-IoT)差异较大，同时还包括一些非标准的技术标准。因此，网关需要适配各种异构环境、通信协议和网络协议，具备协议转换能力。将下层的标准或非标准格式的数据进行统一封装，使不同感知网络的协议转换为统一的数据格式；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信号可控制指令，从而实现网关的多协议适配。网关的多协议适配能力，是物联网网关必须要解决的问题，是智慧物联网平台的关键技术。
3.3海量数据存储
智慧物联网平台作为信息化系统下所有底层物联感知设备的数据统一入口，随着系统的推进，伴随着各种物联感知设备的使用，物联网所处理和存储的数据将会是海量的。我们需要对这些来自不同终端、不同网络、不同子系统的海量异构数据进行统一的处理和存储。①海量存储查询技术。物联数据存储于大量网络节点上，可以设计在磁盘容量耗尽时的数据回收机制，给数据设置生存周期，不同数据生存周期的设置可以根据统计结果以及存储容量等多种因素选择。采用B-Tree、Bitmap、R-Tree等索引技术，在有限的空间里，尽量建立最优的索引，提高数据的查询效率。②海量数据挖掘技术。利用大数据平台的MapReduce架构，在Hadoop分布式平台上，实现数据的分类、聚类以及挖掘等算法，从而获得设备从购买设备到运行、维护、维修、报废一系列环节的数据，挖掘有价值的信息。③多源融合技术。物联网接入了多种类型、多种性质的数据，数据的存储方式、数据的组织结构以及数据的时效性均不同，呈现出多样性。这就要求解决从异构、跨域、海量的数据中挖掘出需要的数据的问题。解决这个问题，我们可以将多源异构的数据聚合在一起，并提供统一的数据操作方法。
3.4 内外部服务能力开放
智慧物联网平台作为基础平台，最重要的作用还是数据的分享服务能力。智慧物联网平台将提供统一的开放接口, 为多种行业的行业物联网应用系统提供数据支撑和共性服务，实现能力的对内、对外开放服务，增强智慧物联网平台的服务能力。提供服务的方式包括应用程序接口、面向对象的SDK接口、微服务接口(restful)等。
结语
本文在传统物联网体系的基础上，阐述了建立智慧物联网平台的必要性和重要性。以数据信息一次录入，数据成果统一管理，专业数据充分共享为目的，阐述了建立智慧物联网平台的关键技术，并设计了智慧物联网平台的解决方案。在任何信息化系统中，智慧物联网平台都是非常重要的。智慧物联网平台的建立，将极大的提高信息化系统整体的服务能力，服务效率，从而更好的为社会服务。
参考文献:
[1]罗松.物联网市场格局及发展趋势[J].金融电子化，2019，（06）：31-33.
[2]杨杉，叶海纳，程新洲，王题.面向智慧城市的城市级物联网平台的建设探讨[J].邮电设计技术，2019，（09）：10-14.
[3]郭文静，刘迪，丁学英.面向电力行业的物联网平台设计及应用[J].供用电，2019，36（06）：46-54.
论文作者:张震
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6