基于物聯(lián)網關鍵技術的智慧城市研究

引 言

隨著新一輪信息技術的發(fā)展，信息社會發(fā)展的目標已經從任何時間、任何地點連接任何人，發(fā)展到連接任何物體的階段，人與物、物與物之間的連接就形成了物聯(lián)網。物聯(lián)網是新一代信息技術的綜合，它連接的東西比互聯(lián)網更多，具有更全面的感知、更深入的智能化、更廣泛的信息共享和互聯(lián)互通， 也正在成為信息技術開發(fā)應用的制高點。物聯(lián)網廣泛的應用加快了城市信息化發(fā)展的進程和速度，城市信息化發(fā)展的高級階段就是“智慧城市”，所以智慧城市也是物聯(lián)網等新一代信息技術發(fā)展下的重要產物。

智慧城市是在城市數字化、網絡化基礎上，采用物聯(lián)網、云計算及大數據等技術，通過各種感知設備，以信息化、物聯(lián)化、互聯(lián)化、智慧化、智能化方式，集成整個城市所涉及的社會綜合管理與社會公共服務資源，將城市建設中的信息有機整合和充分利用，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通和共享交換，感知信息網絡的互聯(lián)和融合，讓城市各項功能協(xié)調運作，以便更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深入的智能，從而實現(xiàn)智慧城市的各種應用。實施智慧城市建設是一項系統(tǒng)工程，涉及到很多理論和實踐方面的前沿方法和技術，因此，物聯(lián)網的理論原理、物聯(lián)網關鍵技術和物聯(lián)網基礎設施在智慧城市建設中必然有著舉足輕重的地位和作用，而智慧城市也是物聯(lián)網發(fā)展的重要切入點和“靶心”。

1 基于物聯(lián)網參考模型的智慧城市體系架構和平臺架構

以智慧城市建設與發(fā)展為目標，以智慧城市理論體系為依據，以物聯(lián)網關鍵技術為技術基礎，以智慧城市應用方案為核心，從智慧城市整體需求出發(fā)，對智慧城市功能全面定位， 以感（全面感知）、傳（可靠傳輸）、智（智能處理）、用（平臺服務）為關鍵環(huán)節(jié)進行整體體系架構。

1.1 物聯(lián)網參考模型

物聯(lián)網參考模型是物聯(lián)網體系結構參考模型中的重要組成部分，它提供了描述物聯(lián)網技術領域的一個高層次的抽象， 其中包括對于物聯(lián)網組成、數據處理流程、內部組成部件以及與外部環(huán)境之間交互的抽象 [1]，物聯(lián)網參考模型對物聯(lián)網用到的技術進行了高度概括和梳理。

物聯(lián)網參考模型宏觀上主要分為 4 個層次 ：設備層、網絡層、業(yè)務與應用支撐層、應用層。設備層邏輯上包括三種能力：終端（能直接與信息通信網絡通信的實體）能力、網關能力、端節(jié)點（需要通過網關才能與信息通信網絡通信的實體）能力。網絡層有兩種能力：聯(lián)網能力和傳輸能力，聯(lián)網能力提供與網絡連接相關的控制功能，傳輸能力是為物聯(lián)網業(yè)務與應用提供連接以及為數據傳輸提供控制和管理信息。業(yè)務與應用支撐層包含兩種能力：通用支撐能力（公網支撐能力）、專用支撐能力（行業(yè)專網支撐能力）。應用層是最終用戶各種物聯(lián)網應用。物聯(lián)網參考模型還包括跨層的管理能力和安全能力[2]。如圖 1 所示。

1.2 智慧城市整體體系架構

根據物聯(lián)網參考模型，按照 4 個層次劃分了智慧城市整體系統(tǒng)結構，架構圖如圖 2所示，分別是感知層、網絡層、平臺層、應用層 [3]。感知層就如同五官，通過智能終端、采集終端、電腦等進行數據采集和感知，隨時隨地采集物體的動態(tài)信息， 同時對獲取的數據進行協(xié)同處理，完成本地信息匯聚，傳輸至網絡層接入設備。網絡層如同神經系統(tǒng)，通過物聯(lián)網、互聯(lián)網、通信網和其他專網將感知到的各種信息進行可靠、安全的實時傳送。平臺層包括IT 能力、CT 能力、城市數據中心等， 用于支撐跨行業(yè)、跨系統(tǒng)、跨應用之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，它們支撐應用服務層。應用層如同社會分工，包括智慧城市中各領域各行業(yè)具體應用，包括智慧政務、智慧民生、智慧產業(yè)和城市定制應用等。跨層的管理能力包括配置管理、故障管理、網絡管理、服務質量（QoS）管理等。安全能力包括保證各層的通信安全、操作系統(tǒng)安全、應用軟件安全、用戶數據安全等。

1.3 智慧城市平臺架構

在智慧城市體系架構平臺層，需要構建一個統(tǒng)一的智慧城市支撐平臺，建設城市級信息互聯(lián)互通“一級平臺”，城市級數據共享“數據資源中心”，通過分層建設，達到平臺能力及應用可成長、可擴充，提供綜合的應用支撐和管理能力。智慧城市平臺應具備快速的應用提供能力，應用系統(tǒng)集成能力，數據統(tǒng)一分析能力，系統(tǒng)資源共享能力，統(tǒng)一硬件平臺、存儲備份、網絡安全方案，系統(tǒng)平滑演進能力等，從而實現(xiàn)硬件可擴展，能力可擴展，應用可擴展。智慧城市平臺包含云計算子平臺、信息開放子平臺、服務支撐子平臺、應用集成子平臺、大數據集成子平臺、空間信息支撐子平臺、安全支撐子平臺、金融支付子平臺、城市一卡通等。智慧城市平臺架構圖如圖 3 所示。

2 基于物聯(lián)網關鍵技術的智慧城市應用

物聯(lián)網具有整合感知識別、信息傳輸互聯(lián)和超級智能處理等功能，它是集數字化、網絡化、智能化為一體的高級新一代網絡體系。將物聯(lián)網關鍵技術廣泛應用在智慧城市建設中，可以使得各領域和行業(yè)的信息真正從數字化、網絡化階段邁入智能化階段，使垂直式、孤島式的應用模式轉變?yōu)榻y(tǒng)一布局、統(tǒng)籌規(guī)劃的戰(zhàn)略管理模式[4]。物聯(lián)網關鍵技術在智慧城市應用中的核心價值在于它無所不在的感知、泛在信息匯聚和智能化處理功能，而智慧城市的突出特點是可以通過各種感知設備對城市的事件進行動態(tài)監(jiān)控和有效管理，智慧城市各領域各行業(yè)的應用都離不開物聯(lián)網關鍵技術的支撐。

2.1 智慧城市的物聯(lián)網關鍵技術體系

智慧城市技術核心內容包括智慧城市的物聯(lián)網基礎設施、智慧城市的物聯(lián)網技術體系和智慧城市的網絡基礎設施。智慧城市的物聯(lián)網關鍵技術主要有信息標識與智能感知控制技術、信息交換傳輸技術、信息處理技術等，這些關鍵技術構成了一個以分布式閉環(huán)自動控制系統(tǒng)為核心的泛在技術體系。

在智慧城市整體系統(tǒng)結構的感知層、網絡層、平臺層、應用層 4 個不同層次，應用不同的物聯(lián)網技術。感知層包括信息識別、數據采集、傳感器網絡組網和協(xié)同信息處理，主要技術有 RFID 技術、傳感器技術、條碼技術、二維碼技術、多媒體信息技術、傳感網技術、協(xié)同信息處理技術等。網絡層包括互聯(lián)網技術、移動通信技術、專用網絡技術、網絡融合技術等。平臺層包括云計算技術、智能信息處理技術、數據挖掘技術等。應用層主要包括軟件技術和應用服務技術等。在智慧城市整體系統(tǒng)結構中的跨層技術主要包括安全技術、服務質量（QoS）管理、網絡管理等。

2.2 智慧城市應用體系

物聯(lián)網關鍵技術將智慧城市從“P2P 的無限溝通”帶入了“M2M 物聯(lián)網”時代，以豐富的智能應用服務于城市。智慧城市可分為三大部分，城市綜合管理和服務的智慧政務，社會管 理和民生服務的智慧民生，提升經濟和企業(yè)支撐的智慧產業(yè)， 形成智慧城市的“1+3+N”模式。如圖 4 所示。

2.3 智慧城市功能體系

根據智慧城市功能定位，需要建設一個政府信息化、管理信息化、民生信息化、經濟信息化為一體的智慧城市體系。因此，智慧城市功能應具有電子政務服務功能、智慧城市綜合管理功能、社會管理與民生服務功能和經濟與企業(yè)支撐功能等。如圖 5 所示。

結 語

隨著物聯(lián)網等技術的快速發(fā)展，建設以物聯(lián)網關鍵技術為核心的智慧城市，實現(xiàn)新一代信息技術在城市經濟社會發(fā)展各領域的充分運用，使各行各業(yè)的建設和應用更加自動化、智能化、智慧化，為促進智慧城市邁入高級階段打下堅實基礎。