物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)技術(shù)與建設(shè)探討

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司系統(tǒng)集成中心 翁 潔 韓 明

1 聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3個(gè)層面，而包括中國(guó)聯(lián)通在內(nèi)的三大電信運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)分為4個(gè)層面，在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間存在一個(gè)業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層提供物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的受理、開(kāi)通、管理、計(jì)費(fèi)等業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐所必需的基礎(chǔ)功能，同時(shí)也把物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)的通信能力進(jìn)行融合形成全業(yè)務(wù)的信息服務(wù)能力。

中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)處于業(yè)務(wù)層，南向與網(wǎng)絡(luò)層對(duì)接提供物聯(lián)接入，北向?yàn)閼?yīng)用層的提供應(yīng)用功能服務(wù)。物聯(lián)接入支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令兩種通道，數(shù)據(jù)通道支持寬帶互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，信令通道支持SMS（短消息業(yè)務(wù)）在SDCCH（獨(dú)立專(zhuān)用控制信道）、FACCH（快速隨路控制信道）、SACCH（慢速隨路控制信道）等信道中使用。中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的顯著特點(diǎn)之一就是海量終端在線(xiàn)，之二就是低ARPU（每用戶(hù)平均收入）的服務(wù)。通信運(yùn)營(yíng)商要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)模運(yùn)營(yíng)并盈利，就是必須依靠開(kāi)放能力服務(wù)體系，針對(duì)性地向物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供靈活多樣的計(jì)費(fèi)模式以及自服務(wù)管理手段，并支持發(fā)展虛擬運(yùn)營(yíng)。

基于以上認(rèn)知，中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)不僅是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的原型，必須和現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)營(yíng)平臺(tái)相適應(yīng)，同時(shí)也包括平臺(tái)業(yè)務(wù)的外部延伸，主要有：支持多個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的接入和運(yùn)行測(cè)試，營(yíng)業(yè)廳和呼叫中心的虛擬座席，外部能力系統(tǒng)提供的LBS和GIS功能測(cè)試和能力封裝。聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)在BIP（承載無(wú)關(guān)協(xié)議）空中開(kāi)卡、物聯(lián)網(wǎng)融合通信模組小型化集成化、管控平臺(tái)能力搭建、業(yè)務(wù)運(yùn)行管理等方面取得了一些突破，受到產(chǎn)業(yè)鏈等各方的關(guān)注。

2 空中開(kāi)卡讓用戶(hù)盡享便捷

在通信場(chǎng)景中，SIM（用戶(hù)識(shí)別模塊）卡相當(dāng)于用戶(hù)的“身份證”，在物聯(lián)網(wǎng)中，SIM不僅是“身份證”，同時(shí)還是業(yè)務(wù)承載體。但物聯(lián)網(wǎng)的工作場(chǎng)景要比傳統(tǒng)通信場(chǎng)景復(fù)雜很多，傳統(tǒng)的營(yíng)業(yè)廳SIM安裝工藝及開(kāi)卡流程難以滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的要求，比如汽車(chē)車(chē)載設(shè)備的SIM卡長(zhǎng)期處在震動(dòng)顛簸環(huán)境，一些監(jiān)控設(shè)備的傳感器常年在露天和多種惡劣環(huán)境下，時(shí)間一長(zhǎng)，SIM卡芯片表面會(huì)氧化、腐蝕和接觸不良，嚴(yán)重影響使用效果和壽命。因此，物聯(lián)網(wǎng)中的SIM卡通常采用內(nèi)嵌的方式加載在設(shè)備中。那么，如何滿(mǎn)足業(yè)務(wù)要求隨時(shí)隨地開(kāi)卡、讀卡就是隨之而來(lái)的問(wèn)題。比如：用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)了一批空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器，不能再像傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)一樣把SIM卡拔下來(lái)到運(yùn)營(yíng)商營(yíng)業(yè)廳讀寫(xiě)信息開(kāi)通業(yè)務(wù)，只能通過(guò)遠(yuǎn)程讀寫(xiě)信息完成業(yè)務(wù)開(kāi)通。很多情況下還得按照用戶(hù)需求自助開(kāi)通關(guān)閉業(yè)務(wù)。

目前，比較通用的開(kāi)卡技術(shù)是通過(guò)短信的方式遠(yuǎn)程對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的SIM卡進(jìn)行操作。但短信開(kāi)卡技術(shù)有著不少弊端，比如：占用語(yǔ)音通道，如果大規(guī)模同時(shí)啟用業(yè)務(wù)勢(shì)必對(duì)現(xiàn)有公眾語(yǔ)音通信產(chǎn)生影響；信息傳輸?shù)膯蜗蛐詻Q定了難以在用戶(hù)與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商間形成良好的互動(dòng)，難以滿(mǎn)足SIM卡的多業(yè)務(wù)承載和用戶(hù)自助開(kāi)/關(guān)業(yè)務(wù)的需求；網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到或者網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不好的地方數(shù)據(jù)容易丟失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，短信開(kāi)卡的成功率不超過(guò)80%。

中國(guó)聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)采用了新型的BIP空中開(kāi)卡技術(shù)，依托分組域的物理網(wǎng)絡(luò)，僅占用數(shù)字電路，采用全數(shù)據(jù)方式進(jìn)行傳輸，不會(huì)占用現(xiàn)有語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)資源，雙向傳輸互動(dòng)性強(qiáng)，帶通信協(xié)議的方式確保了數(shù)據(jù)包丟失率非常低，能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和用戶(hù)隨時(shí)隨地控制業(yè)務(wù)開(kāi)通、關(guān)閉和變更的多種業(yè)務(wù)需求。圖2為空中開(kāi)卡業(yè)務(wù)流程示意圖。

空中開(kāi)卡技術(shù)還可以延伸到傳統(tǒng)營(yíng)業(yè)廳使用，讓用戶(hù)自助開(kāi)通、關(guān)閉業(yè)務(wù)，能把更多的營(yíng)業(yè)廳人員解放出來(lái)充實(shí)到營(yíng)銷(xiāo)一線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)降本增效。由于有了遠(yuǎn)程向SIM卡大量讀寫(xiě)數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐，SIM卡還可以集成更多功能，比如與NFC（近場(chǎng)通信）集成實(shí)現(xiàn)支付應(yīng)用，與Zigbee技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)近距離傳感數(shù)據(jù)應(yīng)用等，從而實(shí)現(xiàn)一卡多用、一卡多能，真正將SIM卡從物聯(lián)網(wǎng)“身份證”變成多業(yè)務(wù)綜合承載體。

3 小個(gè)頭大用途的“百變金剛”

在物聯(lián)網(wǎng)世界中，接入層解決的是人類(lèi)世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取和向遠(yuǎn)程發(fā)送問(wèn)題，由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。該層被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵層，主要是完成物體標(biāo)志和信息的智能采集并轉(zhuǎn)換成能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸?shù)男螒B(tài)。它由各種基本的傳感組件，例如RFID（射頻識(shí)別）標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、各類(lèi)傳感器、攝像頭、GPS（全球定位系統(tǒng)）、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器等標(biāo)志和傳感器件組成的網(wǎng)絡(luò)（例如RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等）和通信模組兩大部分組成。傳感器相當(dāng)于“觸手”，而通信模塊相當(dāng)于“嘴巴”，把傳感器獲取的各種信息轉(zhuǎn)換成能夠遠(yuǎn)程通信的信息語(yǔ)言，在各種場(chǎng)景下向外界傳輸。目前，通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)普遍將除獨(dú)立傳感器以外部分和通信部分集成起來(lái)，俗稱(chēng)“通信模組”，以實(shí)現(xiàn)物體的“身份加信息”在有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、三網(wǎng)融合等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以及各種行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景下的通信能力。但是，在每個(gè)場(chǎng)景下都單獨(dú)打造一套通信模組，難以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本，不利于物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；l(fā)展。因此，必須打造標(biāo)準(zhǔn)化的通用模組以適用各種場(chǎng)景需求，同時(shí)模組應(yīng)該越小越好，以降低功耗、降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景。

中國(guó)聯(lián)通研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)融合通信模組，在一個(gè)只有兩三厘米的模組上預(yù)留了各種接口，譬如鍵盤(pán)、存儲(chǔ)器控制、語(yǔ)音通話(huà)、Zigbee、圖像存儲(chǔ)卡、音頻音響、高清電視等各種接口，并集成了USB（通用串行總線(xiàn)）、遙控器、以太網(wǎng)、藍(lán)牙、WiFi（無(wú)線(xiàn)保真）、圖像編解碼等功能，無(wú)論是有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，還是廣播高清電視環(huán)境下的上百種功能都能通過(guò)通信模組實(shí)現(xiàn)，這個(gè)融合通信模組基本能適用目前各種應(yīng)用場(chǎng)景，未來(lái)幾年90%以上的工作場(chǎng)景也能適應(yīng)。下一步，將與芯片廠(chǎng)商合作把通信模組制成集成電路，做到僅有指甲般大小，大大提升模組的可靠性，降低功耗。

比通信模組功能更需要完善的是各種物聯(lián)網(wǎng)終端管理。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要是指以物聯(lián)網(wǎng)終端為基礎(chǔ)，采用無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將終端采集到的各種數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）上報(bào)給業(yè)務(wù)平臺(tái)，由業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)完成應(yīng)用數(shù)據(jù)的處理，對(duì)用戶(hù)提供相應(yīng)的服務(wù)。同時(shí)該終端要和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)（MASP）連接，接受MASP的管理，并完成狀態(tài)信息上報(bào)、告警上報(bào)等一系列的工作（管理數(shù)據(jù)），確保應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)連接的正確性。根據(jù)業(yè)務(wù)的使用場(chǎng)景不同，終端和MASP以及應(yīng)用平臺(tái)之間的連接方式有兩種：管理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)合并，管理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分離。物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)接口和數(shù)據(jù)通道見(jiàn)圖3。

為了能更好地管控終端，聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)重點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)主流關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)上下功夫：在融合通信網(wǎng)關(guān)上，加載了BIP開(kāi)卡的支撐信令；在終端管理上，根據(jù)DM（設(shè)備管理）架構(gòu)的建議完成了UMMP（中國(guó)聯(lián)通機(jī)器管理協(xié)議）的實(shí)施；對(duì)終端能進(jìn)行遠(yuǎn)程故障和配置管理（包括業(yè)務(wù)處理和正在研發(fā)中的對(duì)傳感網(wǎng)的管理中間件），增強(qiáng)了通信模組對(duì)空中開(kāi)卡的支撐，大大有利于終端的產(chǎn)業(yè)化推廣。

4 孵化平臺(tái)奠定商用基礎(chǔ)

要滿(mǎn)足商用的需求，必須讓物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者能夠?qū)I(yè)務(wù)進(jìn)行可管可控，從業(yè)務(wù)申請(qǐng)到開(kāi)通、收費(fèi)，再到出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行服務(wù)，平臺(tái)都要能滿(mǎn)足進(jìn)行全面支撐的需求。目前，中國(guó)聯(lián)通的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)孵化平臺(tái)已經(jīng)通過(guò)試用驗(yàn)收，包括工單管理、業(yè)務(wù)支撐、合作伙伴管理、計(jì)費(fèi)賬務(wù)、門(mén)戶(hù)管理、終端管理、資源管理、物聯(lián)業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)共享、能力引擎、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、維護(hù)子系統(tǒng)等眾多功能的實(shí)現(xiàn)，就技術(shù)方面講完全可以滿(mǎn)足試商用需求。

物聯(lián)網(wǎng)孵化平臺(tái)的重點(diǎn)功能就是，通過(guò)引入了第三方能力平臺(tái)，提升了運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的共性技術(shù)支撐能力，讓物聯(lián)網(wǎng)虛擬運(yùn)營(yíng)商能夠方便快捷調(diào)用這些能力，讓業(yè)務(wù)快速落地。比如，在定位能力方面，不僅僅依基站進(jìn)行定位，而是融合了GPS、北斗衛(wèi)星定位雙模技術(shù)和多基站綜合能力定位。下一步，還將通過(guò)研發(fā)新型定位技術(shù)，以提升室內(nèi)精確定位能力。

在計(jì)費(fèi)方面，平臺(tái)有別于傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)的B2C（商家對(duì)消費(fèi)者）模式，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)是根植于互聯(lián)網(wǎng)的特征，借鑒快速普及、增長(zhǎng)的電子商務(wù)模式，做到能滿(mǎn)足B2B（企業(yè)對(duì)企業(yè)）、B2B2C（供應(yīng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售商對(duì)消費(fèi)者）等各種模式的代計(jì)費(fèi)，不久還將能滿(mǎn)足虛擬運(yùn)營(yíng)商的群組資源捆綁消費(fèi)以及將計(jì)費(fèi)能力作為一種業(yè)務(wù)銷(xiāo)售。

5 孵化平臺(tái)技術(shù)發(fā)展展望

當(dāng)今，智慧城市浪潮席卷全球，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)高速互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)層出不窮，物聯(lián)網(wǎng)作為智慧城市的末梢觸角，是智慧城市架構(gòu)中應(yīng)用最多，覆蓋最廣的元素之一。智慧城市建設(shè)以改善民生與服務(wù)作為導(dǎo)向，更加注重底層基礎(chǔ)設(shè)施的物聯(lián)感知、城市信息的共享協(xié)同、業(yè)務(wù)與科技的創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)建設(shè)參與者提出了“強(qiáng)政、興業(yè)、惠民”的最終目標(biāo)，對(duì)智慧城市的建設(shè)提出了高標(biāo)準(zhǔn)與嚴(yán)要求，業(yè)務(wù)要?jiǎng)?chuàng)新、技術(shù)要融合、信息要共享、支撐要完備。針對(duì)這一目標(biāo)，快速推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)孵化平臺(tái)能力，將超過(guò)1萬(wàn)個(gè)10646物聯(lián)網(wǎng)碼號(hào)納入管理，提供了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)研發(fā)的承載、匯聚、商務(wù)和支撐等能力，吸引物聯(lián)網(wǎng)虛擬運(yùn)營(yíng)商前來(lái)洽談合作。另外，在網(wǎng)絡(luò)核心層建立路由優(yōu)化策略，相當(dāng)于在公路上引入“交警”，指揮引導(dǎo)大碼流數(shù)據(jù)包按最高效路徑、最均衡負(fù)荷方式傳輸，讓現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸效率大幅提高。

物聯(lián)網(wǎng)概念自2009年至2013年已有四個(gè)多年頭了，經(jīng)過(guò)政府、科研、高校、企業(yè)等各個(gè)方面的不懈努力，已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，收獲頗豐，但要真正成為智慧城市的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)末梢，大規(guī)模為老百姓提供服務(wù)尚需時(shí)日，物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)尚待統(tǒng)一，需要政府一定的財(cái)力支持和幫助。 ◆