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物聯(lián)網(wǎng)運營和技術初探

陳馨王一秋 2010/08/23

1.物聯(lián)網(wǎng)運營關鍵技術

　　物聯(lián)網(wǎng)典型體系架構分為3層，自下而上分別是感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關鍵技術、標準化、產(chǎn)業(yè)化方面亟需突破的部分，關鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本問題。網(wǎng)絡層主要以廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡作為基礎設施，是物聯(lián)網(wǎng)中標準化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強、最成熟的部分，關鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應用特征進行優(yōu)化改造，形成系統(tǒng)感知的網(wǎng)絡。應用層提供豐富的應用，將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)信息化需求相結合，實現(xiàn)廣泛智能化的應用解決方案，關鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開發(fā)利用、低成本高質量的解決方案、信息安全的保障及有效商業(yè)模式的開發(fā)。

　　（1）物聯(lián)網(wǎng)管理中心——提供業(yè)務運營核心能力

　　物聯(lián)網(wǎng)管理中心的基本功能包括用戶管理、業(yè)務管理及訂購關系管理，核心功能包括感知層管理、業(yè)務鑒權、任務管理、應用層QoS策略和安全策略管理，其中感知層管理又具體分為終端管理、感知子網(wǎng)管理、外設管理和終端登錄狀態(tài)維護。

　　（2）物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務網(wǎng)關——支持增強型通道

　　物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務網(wǎng)關核心功能包括：支持增強型通道模式，實現(xiàn)可靠性維護；實現(xiàn)網(wǎng)關前后的協(xié)議轉換與適配；開放業(yè)務能力供調用或開發(fā)。

　　（3）電信級機器通信協(xié)議——推動機器通信協(xié)議統(tǒng)一

　　提供端到端電信級機器通信、終端管理、業(yè)務安全等基本功能。屏蔽不同行業(yè)之間的差異，通過擴展協(xié)議承載不同行業(yè)及客戶的應用數(shù)據(jù)。電信級機器通信協(xié)議應與接入方式無關，具備多重安全機制。

　　（4）M2M通信模組——推動終端標準化

　　M2M通信模組是終端通信能力的載體，是所有終端不可或缺且易標準化的部分，通過標準化的M2M模組配以各類傳感器與外設，并輔以外圍電路即可迅速構成適用于不同應用的M2M終端。M2M通信模組應能提供豐富且標準化的硬件接口，標準化的AT指令，支持二次開發(fā)。M2M通信模組通過提供標準化的軟硬件接口，大大降低開發(fā)和維護成本，同時提供并支持二次開發(fā)環(huán)境，節(jié)約硬件成本。

　　（5）工業(yè)級SIM卡——增強物聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境適應能力

　　物聯(lián)網(wǎng)終端的工作環(huán)境較為復雜，溫度、濕度、粉塵、震動等因素對M2M卡技術提出更高的要求。需要按物理特性進行卡指標分級，采用小型化封裝工藝，確保電氣性能接口協(xié)議一致，還要兼容傳統(tǒng)通信功能。
　　（6）碼號標識體系——為規(guī)模發(fā)展提供充足的碼號資源

　　物聯(lián)網(wǎng)對運營商的核心價值是利用網(wǎng)絡的控制力提供有價值的服務，物聯(lián)網(wǎng)碼號體系可劃分為三大部分：

用戶號碼，用于對物聯(lián)網(wǎng)用戶的尋址和路由，是物聯(lián)網(wǎng)通信的基礎；

業(yè)務管理標識，用于從應用層管理物聯(lián)網(wǎng)用戶和設備；

其他碼號，用于網(wǎng)絡管理和業(yè)務支撐，與物聯(lián)網(wǎng)核心價值關聯(lián)度小。

　　目前，用戶號碼為運營商稀缺資源，面對物聯(lián)網(wǎng)的海量碼號需求，應當首先解決物聯(lián)網(wǎng)用戶號碼數(shù)量和規(guī)劃問題。

　　（7）核心網(wǎng)優(yōu)化——支撐物聯(lián)網(wǎng)應用的移動性管理優(yōu)化

　　在物聯(lián)網(wǎng)應用中，機器終端的業(yè)務行為與人和人通信時的話務模式差別較大，具體表現(xiàn)在：終端不移動或較少移動，業(yè)務實時性不高，數(shù)據(jù)傳輸量較小，機器終端可能并發(fā)通信。當機器終端數(shù)量大規(guī)模增長時，有必要針對機器通信進行網(wǎng)絡性能優(yōu)化，節(jié)省網(wǎng)絡投資。

2.物聯(lián)網(wǎng)終端

　　物聯(lián)網(wǎng)終端是連接感知層與網(wǎng)絡層，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及向網(wǎng)絡層發(fā)送數(shù)據(jù)的設備。它擔負著數(shù)據(jù)采集、預處理、加密、傳輸?shù)榷喾N功能。物聯(lián)網(wǎng)各類終端設備總體上可以分為情景感知層、網(wǎng)絡接入層、網(wǎng)絡控制層以及應用/業(yè)務層。每一層都與網(wǎng)絡側的控制設備有著對應關系。

　　2.1 情景感知層

　　物聯(lián)網(wǎng)終端常常處于各種異構網(wǎng)絡環(huán)境中，為了向用戶提供最佳的使用體驗，終端應當具有感知場景變化的能力，并以此為基礎，通過優(yōu)化判決，為用戶選擇最佳的服務通道。終端設備通過前端的RF模塊或傳感器模塊等感知環(huán)境的變化，經(jīng)過計算，決策需要采取的應對措施。

　　移動通信模塊的射頻前端、調制解調模塊及部分物理層算法模塊一起，共同構成了終端設備的情景感知層。當移動終端設備在蜂窩網(wǎng)中移動時，通過感知環(huán)境及網(wǎng)絡情況，并將自身參數(shù)上報給網(wǎng)絡，實現(xiàn)跨小區(qū)的切換甚至是跨異構網(wǎng)絡的切換，同時保證業(yè)務的連續(xù)。

　　2.2 網(wǎng)絡接入層

　　終端的感知層接收的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)分析以及與網(wǎng)絡的協(xié)商，由終端或者網(wǎng)絡發(fā)起，選擇適配最優(yōu)的網(wǎng)絡，并選擇最佳路由以便為用戶提供服務。

　　在多模移動終端中，軟件無線電和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展為實現(xiàn)泛在網(wǎng)絡的異構媒介的感知和垂直切換提供有效的技術手段。終端設備可以通過內(nèi)置多棧的變換來實現(xiàn)變模，以便適配、接入不同的網(wǎng)絡。

　　2.3 網(wǎng)絡控制層

　　終端的網(wǎng)絡控制層根據(jù)接入通道上傳的業(yè)務要求，將終端內(nèi)相應的業(yè)務數(shù)據(jù)封裝發(fā)送給下層，并通過物理層發(fā)送給網(wǎng)絡。同時把下層接收的網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)按照不同的業(yè)務傳遞到終端的業(yè)務層進行處理。終端的網(wǎng)絡控制層與網(wǎng)絡控制平臺的相關功能對應。
　　2.4 應用/業(yè)務層

　　終端具有向物聯(lián)網(wǎng)或者物聯(lián)網(wǎng)下的其他終端提供業(yè)務的能力。

　�。�1）業(yè)務引擎

　　業(yè)務引擎層位于終端業(yè)務模型層次架構的最底層，負責提取網(wǎng)絡通信基礎設施中網(wǎng)絡和終端的能力，并抽象成為終端平臺相關的基本業(yè)務能力，再對這些基本業(yè)務能力進行封裝，成為獨立的業(yè)務引擎，向上層提供標準且開放的接口，促進二次開發(fā)和集成。典型的業(yè)務引擎包括電信域的基礎數(shù)據(jù)業(yè)務能力、基礎語音業(yè)務能力，IT域的地理信息系統(tǒng)、支付網(wǎng)關等提供的業(yè)務功能。

　　（2）業(yè)務適配

　　業(yè)務適配是指終端平臺可以根據(jù)用戶對網(wǎng)絡、業(yè)務提供平臺的選擇，用戶所處環(huán)境的狀況以及變化趨勢，用戶的個性化設置以及從用戶歷史記錄中獲取的用戶偏好信息，對業(yè)務的內(nèi)容、提供方式以及展現(xiàn)形式進行智能的、前攝的、動態(tài)自適應的改變，以匹配用戶在特定時間、特定地點、特定場合、特定身份下的個性化需求。為了實現(xiàn)業(yè)務適配，本層提供了多種智能的控制和決策能力模塊，如數(shù)據(jù)融合、上下文感知、服務質量協(xié)商等。通過這些能力模塊，終端業(yè)務平臺可以對用戶的環(huán)境信息進行動態(tài)的收集、有選擇的提煉、智能的分析、前攝的判斷決策和實時的反饋。根據(jù)這一系列機制，對業(yè)務引擎提供的基本業(yè)務能力進行二次開發(fā)和集成，快速生成滿足特定需求的組合服務。

　�。�3）業(yè)務組合

　　組合業(yè)務是終端業(yè)務引擎封裝的基本業(yè)務能力在業(yè)務適配機制下進行集成的產(chǎn)出。與基本業(yè)務能力不同，組合業(yè)務已經(jīng)具備自身完備的業(yè)務邏輯，可以作為一個獨立的、完整的應用提供給最終用戶。對于應用開發(fā)者，組合業(yè)務可看作是更為復雜應用的構建模塊。

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)終端應將終端功能與行業(yè)應用結合考慮，采用標準化的道路以獲得規(guī)模效應，壓縮終端成本，降低物聯(lián)網(wǎng)應用的門檻。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的推廣，物聯(lián)網(wǎng)終端的發(fā)展會越來越多樣化，處理能力、存儲能力、通信能力及供電能力的差異將越來越大，需求的規(guī)模將極大提高，有必要實現(xiàn)定制化、差異化。

3.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及運營前景

　　我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是以應用為先導，市場發(fā)展趨勢是從公共管理和服務市場，到企業(yè)、行業(yè)應用市場，再到個人家庭市場逐步發(fā)展、壯大、成熟，三大細分市場呈現(xiàn)遞進式發(fā)展趨勢。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國已完成前期的概念導入，進入產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成階段和應用示范期。技術標準和技術體系有待進一步完善，整體產(chǎn)業(yè)處于零散發(fā)展階段。

　　基于M2M的應用只是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，真正意義的物聯(lián)網(wǎng)還沒有形成。作為物聯(lián)網(wǎng)的基本構成，M2M應用將會更豐富和多元化，企業(yè)聚集、市場應用解決方案的不斷整合和提升，進而帶動各行業(yè)、大型企業(yè)的應用市場。待各個行業(yè)的應用逐漸成熟后，將帶動各項服務的完善和流程的改進，逐步形成比較完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。

　　運營商基于對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的分析，結合多年電信網(wǎng)的運營經(jīng)驗，未來幾年我國物聯(lián)網(wǎng)的運營將是一個逐漸發(fā)展成熟的過程，將呈現(xiàn)“以點帶面，由面至體”的運營體系，從單一M2M應用成熟運營提煉形成多個M2M跨平臺運營能力，以跨平臺運營經(jīng)驗帶動關鍵技術和運營的提升，逐步演進形成物聯(lián)網(wǎng)體系的運營。
　　現(xiàn)階段運營商在產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮技術和資源優(yōu)勢，利用已有的電信網(wǎng)絡運營經(jīng)驗，開發(fā)設置平臺和中間件，標準化M2M網(wǎng)關和終端，逐步加大涉足產(chǎn)業(yè)鏈的深度，逐漸將通道提升為智能通道，從而掌握物聯(lián)網(wǎng)的核心點和制高點。通過平臺負責M2M通信的運行、維護、業(yè)務觸發(fā)、管理，可以更好地保證M2M的QoS，可以使M2M網(wǎng)絡可管可控。運營商通過標準化、規(guī)范化，使得單個M2M應用成本更低，將促進整個產(chǎn)業(yè)鏈健康、快速地成長。

　　針對規(guī)模較小、碎片化的行業(yè)市場，運營商可以通過標準認證和集成芯片，攤薄建設及運維成本，提高邊際利潤。針對規(guī)模較大、集中度高的行業(yè)市場，運營商可以ICT方式逐步標準化，并疊加現(xiàn)有通信業(yè)務，獲取長期收益。

　　未來3～5年，公共管理和服務市場應用示范形成一定效應之后，隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及移動互聯(lián)網(wǎng)的初步成熟，企業(yè)應用、行業(yè)應用將成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。多個M2M應用以及跨平臺應用逐漸穩(wěn)定成熟，產(chǎn)業(yè)鏈分工協(xié)作更明確，產(chǎn)業(yè)聚集、行業(yè)標準初步形成。運營商在主導運營方面形成一定經(jīng)驗，擴大對大型企業(yè)、多行業(yè)的整體高效服務，使M2M的運營更趨規(guī)模和系統(tǒng)化。

　　未來5～10年，面向服務的商業(yè)模式創(chuàng)新活躍，個人和家庭市場應用逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進入高速成長期�；诿嫦蛭锫�(lián)網(wǎng)應用的材料、元器件、軟件系統(tǒng)、應用平臺、網(wǎng)絡運營、應用服務等各方面創(chuàng)新活躍，產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟。行業(yè)服務迅速推廣并獲得廣泛認同。運營商提供的各類物聯(lián)網(wǎng)服務將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亮點，新型的商業(yè)模式將在此期間形成并為運營商帶來更多的發(fā)展空間。

　　機器終端將成為移動通信未來的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)與移動通信結合將為機器插上移動的“翅膀”。

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電信技術