智慧廣播電視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探究

趙婷 張彥東 張磊 石少鵬

【摘要】智慧廣播電視物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)、智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用場景；基于云-管-端架構(gòu)，介紹了廣電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的總體技術(shù)架構(gòu)，并闡述相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，包括云平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)、物聯(lián)信息網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)運營支持平臺和安全策略等。智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)必將助力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

【關(guān)鍵字】廣播電視；物聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)架構(gòu)；云平臺

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.12.014

隨著通信和計算機技術(shù)的發(fā)展，通信方式從人與人互通向萬物互聯(lián)方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)成為計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成。我國在十四五規(guī)劃中明確將“物聯(lián)網(wǎng)”劃定為七大數(shù)字經(jīng)濟重點產(chǎn)業(yè)之一。智慧廣播電視物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)利用新一代信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在感知和互聯(lián)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)人、物、城市功能之間的無縫連接與協(xié)同聯(lián)動，對家庭生活、城市管理等多種需求作出智能優(yōu)化和實時響應(yīng)，為構(gòu)建高效、便捷、綠色的智慧城市作好基礎(chǔ)保障。物聯(lián)網(wǎng)不斷深入滲透廣播電視領(lǐng)域，智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)的潛力和價值不斷被挖掘出來，促進了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

1. 物聯(lián)網(wǎng)概念和相關(guān)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)概念由美國麻省理工學院的自動識別中心在1999年首次提出，定義物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的最新研究，將物聯(lián)網(wǎng)定義為信息社會全球基礎(chǔ)設(shè)施，通過物理和虛擬手段將基于現(xiàn)有和正在出現(xiàn)的、信息互操作和通信技術(shù)的物品相互連接，以提供先進的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)可以理解為將物理世界的物品通過物理和虛擬手段接入信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物體之間、物體和虛擬信息之間的互聯(lián)互通。

一個完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)包含五個層級，即信息感知層、物聯(lián)接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、智能處理層和應(yīng)用接口層。作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)將嵌入式和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)融合在一起進行綜合應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)見表1。

2. 智慧廣播電視物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景

智慧廣電是以有線、無線、衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等多種協(xié)同承載為依托，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及IPv6等綜合技術(shù)為支撐，以融合每日智能傳播為目標，以全面提升廣播電視管理、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)及服務(wù)能力為指標的廣播電視系統(tǒng)。智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用場景主要有智慧家庭生活、智慧城市管理和智慧行業(yè)。

智慧家庭生活。從用戶家庭角度，是各類市民數(shù)字生活服務(wù)全面進入家庭后的綜合實現(xiàn)和運用，包括社會生活信息化、社會服務(wù)信息化和社會管理信息化。智慧家庭業(yè)務(wù)以廣電網(wǎng)絡(luò)末梢設(shè)備為采集點，以家庭為單位，進行各類信號和行為的采集與處理并提供相關(guān)服務(wù)。還可以利用智能視頻監(jiān)控模式開展家居安防、居家養(yǎng)老或兒童看護業(yè)務(wù)，利用本地服務(wù)優(yōu)勢，與物業(yè)管理處、派出所、社康中心等聯(lián)網(wǎng)，采用自動和手動相結(jié)合的方式，讓家庭、老人和兒童得到及時服務(wù)。如圖1所示。

智慧城市管理。以物聯(lián)網(wǎng)、云計算為代表的新一代信息技術(shù)為支撐，利用城市管理者、市場和社會多方共同協(xié)作的方式，實現(xiàn)城市公共價值和獨特價值的塑造，實現(xiàn)城市管理從生產(chǎn)模式向服務(wù)模式轉(zhuǎn)變。借助智慧廣電的傳播力、影響力和內(nèi)容管控力，智慧城市管理的公共服務(wù)信息可以更加及時、權(quán)威地推送給城市居民，讓城市居民可以及時、準確、可靠地獲得城市管理信息。智慧城市管理業(yè)務(wù)包括智慧政府、智慧市政、智慧交通、智慧安全等。

智慧行業(yè)。智慧行業(yè)發(fā)展是推進智慧城市建設(shè)的有效手段。智慧廣電作為網(wǎng)絡(luò)與媒體的融合載體，可以為各個行業(yè)提供一體化全方位的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、媒體推廣服務(wù)、內(nèi)容管理服務(wù)等一系列數(shù)字化服務(wù)，實現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、媒體推廣等各個環(huán)節(jié)的融合。智慧行業(yè)主要業(yè)務(wù)有智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧醫(yī)療、智慧物流、智慧旅游等。

3. 智慧廣播電視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

3.1 總體技術(shù)架構(gòu)

根據(jù)各級基礎(chǔ)平臺和行業(yè)平臺之間的數(shù)據(jù)融通和業(yè)務(wù)的相互關(guān)聯(lián)邏輯，智慧廣電無線網(wǎng)總體技術(shù)架構(gòu)如圖2。

海量數(shù)據(jù)采集是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和安防視頻布控各類終端，將需要監(jiān)測的海量數(shù)據(jù)采集傳輸至智慧社區(qū)數(shù)據(jù)處理中心。安防視頻終端分為帶有智能識別應(yīng)用終端和無智能識別應(yīng)用終端，前者是將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理前置到終端，可以降低傳輸、存儲和后端數(shù)據(jù)處理的壓力。物聯(lián)網(wǎng)終端是各類物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測傳感器，如溫濕度傳感器、煙感報警器、燃氣表傳感器、消防栓傳感器、相電流傳感器等。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)，包括公共移動通信網(wǎng)、公共安全視頻專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣域功耗物聯(lián)專網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)等海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的全面匯聚、高效處理、廣泛共享和及時發(fā)布。將數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)能力、數(shù)據(jù)產(chǎn)品和數(shù)據(jù)服務(wù)，并將它們?nèi)嫒谌胄袠I(yè)的各類業(yè)務(wù)中，為行業(yè)加速和賦能。

數(shù)據(jù)處理中心，明確物聯(lián)感知終端、網(wǎng)關(guān)、平臺之間的數(shù)據(jù)格式及傳遞、交換、存儲等要求，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯，建立算法運算模型。

應(yīng)用平臺，以云計算、大數(shù)據(jù)、深度學習、模式識別、移動可視互聯(lián)、可視化智慧警務(wù)等新技術(shù)為基礎(chǔ)，打造可支撐多系統(tǒng)接入和應(yīng)用的智慧應(yīng)用云平臺，滿足全域系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、整合、共享、存儲、挖掘等信息結(jié)構(gòu)化處理應(yīng)用，達到數(shù)據(jù)的泛在接入和分析，形成智慧型信息數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)云平臺，服務(wù)于各行各業(yè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)應(yīng)用和解析分析應(yīng)用。

安全保護，在通用安全基礎(chǔ)上，建立面向應(yīng)用場景的分類分級的安全保障體系。以統(tǒng)籌公共安全、公共管理和公共服務(wù)等資源為總體目標，依托大數(shù)據(jù)和云計算為支撐，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器作為神經(jīng)末梢感知社區(qū)的每個角落，通過關(guān)聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)感知信息產(chǎn)生更有用的信息，有效提升安全防護能力。

3.2 云平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)

廣電云平臺的功能有：內(nèi)容聚合，即向上整合廣電行業(yè)各牌照方內(nèi)容、互聯(lián)網(wǎng)視頻網(wǎng)站內(nèi)容，為其提供豐富的內(nèi)容傳播渠道；渠道聚合，即向下整合廣電國網(wǎng)互聯(lián)的各廣電網(wǎng)運營商、其他寬帶運營商、互聯(lián)網(wǎng)電視終端平臺運營商等內(nèi)容傳播渠道，提供內(nèi)容聚合服務(wù)；能力聚合，基于開放服務(wù)平臺，對PaaS平臺的版權(quán)交易管理等進行有效管理，對外提供Open API，吸引大量合作伙伴開發(fā)豐富應(yīng)用；應(yīng)用聚合，即基于開放服務(wù)平臺實現(xiàn)媒體云，與其他云服務(wù)平臺進行互聯(lián)，提供廣播等服務(wù)?？紤]到以上業(yè)務(wù)實現(xiàn)以及未來發(fā)展趨勢，云平臺總體架構(gòu)如圖3。

LaaS層的基礎(chǔ)資源層包含IT基礎(chǔ)設(shè)施和物理基礎(chǔ)設(shè)施，有基礎(chǔ)資源系統(tǒng)和基礎(chǔ)能力系統(tǒng)?；A(chǔ)資源系統(tǒng)主要有服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)出口等，提供互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）基礎(chǔ)資源，為公司平臺日常運行提供高可用的基礎(chǔ)環(huán)境設(shè)施保障，為寬帶業(yè)務(wù)提供大流量的QoS保障和內(nèi)容的本地化管理。

PaaS層將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的各種能力通過服務(wù)交付平臺（SDP）進行集成，以SOA（面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）服務(wù)治理的方式，實現(xiàn)運用模塊化和組件化的方式搭建平臺，包括版權(quán)保護/交易平臺、互動服務(wù)能力系統(tǒng)、媒體服務(wù)能力系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析平等。根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展可以考慮將對外服務(wù)能力通過服務(wù)交付平臺以可管控、可計量的方式對外部開放，提供PaaS層公有云服務(wù)。

SaaS層主要負責應(yīng)用的展現(xiàn)及相應(yīng)的管理功能，如新媒體云應(yīng)用、通信業(yè)務(wù)、智慧城市云應(yīng)用等，并集成業(yè)務(wù)管理平臺，對支撐業(yè)務(wù)進行管理。云平臺的業(yè)務(wù)層設(shè)計，應(yīng)注意業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云化分析和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的云化部署。如對于新應(yīng)用系統(tǒng)，需要根據(jù)其特點分析是否可以虛擬化，如果不能進行虛擬化，則運行在物理機上；對現(xiàn)有系統(tǒng)的遷移首先要收集計算資源需求，然后進行分析看能否虛擬化，再次進行虛擬化資源折算，最后得到需要的物理機或虛擬機配置。

3.3 物聯(lián)信息網(wǎng)絡(luò)

廣電網(wǎng)絡(luò)企業(yè)在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)時應(yīng)做到“業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)相匹配”，以降低客戶成本提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。對于高速率業(yè)務(wù)，如無線視頻監(jiān)控，優(yōu)選廣電融合網(wǎng)中的700MHz頻段雙向網(wǎng)；對于中速率業(yè)務(wù)，如語音服務(wù)等，優(yōu)選700MHz頻段eMTC，可積極通過場測、試點及示范等推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展；對于低速率業(yè)務(wù)，優(yōu)選LoRa，可以考慮Sigfox，并建議加快提供700MHz頻段NB-loT產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展壯大。面向未來將要部署的NB-loT和eMTC，廣電網(wǎng)絡(luò)企業(yè)在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)時，可將分組核心網(wǎng)直接基于NFV進行云化，形成虛擬演進分組核心網(wǎng)，并部署在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心。這時eMTC核心網(wǎng)直接沿用虛擬演進分組核心網(wǎng)，NB-loT核心網(wǎng)則通過軟件編程方式將MME、SGW、PGW中物聯(lián)網(wǎng)所需功能獨立出來組合成一個新的虛擬物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

3.4 業(yè)務(wù)運營支持平臺

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)的核心功能有，提供跨運營商的網(wǎng)絡(luò)中立的統(tǒng)一接入連接管理能力；提供芯片及模組中立的設(shè)備接入能力；提高設(shè)備的邊緣計算與數(shù)據(jù)處理能力；提供API開放、認證、鑒權(quán)、管理為核心的統(tǒng)一能力開放平臺能力；提高數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)洞察等業(yè)務(wù)分析能力等。其技術(shù)架構(gòu)如圖4。

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)運營支持平臺時，引入云化和分布式核心技術(shù)，結(jié)合Storm（分布式流處理）、Redis（分布式緩存服務(wù)）、MySQL（分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）等開源軟件應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)的線性擴展和彈性調(diào)度，實現(xiàn)端到端應(yīng)用的服務(wù)化、負載均衡、異步處理解耦和高速緩存的使用，實現(xiàn)底層分布式數(shù)據(jù)存儲。

3.5 安全策略

智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要綜合利用各種成熟的信息安全技術(shù)與產(chǎn)品，實現(xiàn)不同層次的身份鑒別、訪問控制、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)保密性等安全功能，從物理、網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用、終端和數(shù)據(jù)幾個層面建立起強健的信息安全保障體系。在整體技術(shù)框架范圍內(nèi)，建立完整的發(fā)布、執(zhí)行、審核的信息安全工作體系。采用信息化和自動化方式在全平臺范圍內(nèi)制定、維護和檢查安全工作和安全管控措施的執(zhí)行情況，確保對基礎(chǔ)設(shè)施安全、網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全、內(nèi)容安全、應(yīng)用安全進行全面管理；充分利用圖像搜索、人臉聲紋識別、多媒體深度對比、主動探測、行為特征收集等技術(shù)，實現(xiàn)對媒體內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的安全管控。

4.結(jié)束語

智慧廣電物聯(lián)網(wǎng)具有集技術(shù)開放性、標準開放性、網(wǎng)絡(luò)開放性和應(yīng)用開放性等于一體的開放性，應(yīng)依托核心資源，加快構(gòu)建一云多屏的聚合、傳送信息服務(wù)平臺，開發(fā)新媒體業(yè)務(wù)，創(chuàng)新原有的業(yè)務(wù)流程，形成多層次聚合和分發(fā)，打造出智能化傳播服務(wù)體系。廣電借助自身優(yōu)勢率先占領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)市場，積極培育物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)驗，進一步開拓出物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新空間，共享萬物互聯(lián)的新時代。

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作者簡介：趙婷，陜西橫山，工程師，研究方向：無線廣播電視技術(shù).