物聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)和技術(shù)初探
陳馨 王一秋 2010/08/23
1.物聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)
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(luò )層和應用層。感知層實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)、標準化、產(chǎn)業(yè)化方面亟需突破的部分，關(guān)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(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )層主要以廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )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(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應用特征進(jìn)行優(yōu)化改造，形成系統感知的網(wǎng)絡(luò )。應用層提供豐富的應用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結合，實(shí)現廣泛智能化的應用解決方案，關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開(kāi)發(fā)利用、低成本高質(zhì)量的解決方案、信息安全的保障及有效商業(yè)模式的開(kāi)發(fā)。
（1）物聯(lián)網(wǎng)管理中心——提供業(yè)務(wù)運營(yíng)核心能力
物聯(lián)網(wǎng)管理中心的基本功能包括用戶(hù)管理、業(yè)務(wù)管理及訂購關(guān)系管理，核心功能包括感知層管理、業(yè)務(wù)鑒權、任務(wù)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(wù)網(wǎng)關(guān)——支持增強型通道
物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)核心功能包括：支持增強型通道模式，實(shí)現可靠性維護；實(shí)現網(wǎng)關(guān)前后的協(xié)議轉換與適配；開(kāi)放業(yè)務(wù)能力供調用或開(kāi)發(fā)。
（3）電信級機器通信協(xié)議——推動(dòng)機器通信協(xié)議統一
提供端到端電信級機器通信、終端管理、業(yè)務(wù)安全等基本功能。屏蔽不同行業(yè)之間的差異，通過(guò)擴展協(xié)議承載不同行業(yè)及客戶(hù)的應用數據。電信級機器通信協(xié)議應與接入方式無(wú)關(guān)，具備多重安全機制。
（4）M2M通信模組——推動(dòng)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(guò)標準化的M2M模組配以各類(lèi)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(kāi)發(fā)。M2M通信模組通過(guò)提供標準化的軟硬件接口，大大降低開(kāi)發(fā)和維護成本，同時(shí)提供并支持二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，節約硬件成本。
（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(dòng)等因素對M2M卡技術(shù)提出更高的要求。需要按物理特性進(jìn)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，還要兼容傳統通信功能。
（6）碼號標識體系——為規模發(fā)展提供充足的碼號資源
物聯(lián)網(wǎng)對運營(yíng)商的核心價(jià)值是利用網(wǎng)絡(luò )的控制力提供有價(jià)值的服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)碼號體系可劃分為三大部分：
- 用戶(hù)號碼，用于對物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的尋址和路由，是物聯(lián)網(wǎng)通信的基礎；
- 業(yè)務(wù)管理標識，用于從應用層管理物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)和設備；
- 其他碼號，用于網(wǎng)絡(luò )管理和業(yè)務(wù)支撐，與物聯(lián)網(wǎng)核心價(jià)值關(guān)聯(lián)度小。
目前，用戶(hù)號碼為運營(yíng)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(hù)號碼數量和規劃問(wèn)題。
（7）核心網(wǎng)優(yōu)化——支撐物聯(lián)網(wǎng)應用的移動(dòng)性管理優(yōu)化
在物聯(lián)網(wǎng)應用中，機器終端的業(yè)務(wù)行為與人和人通信時(shí)的話(huà)務(wù)模式差別較大，具體表現在：終端不移動(dòng)或較少移動(dòng)，業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性不高，數據傳輸量較小，機器終端可能并發(fā)通信。當機器終端數量大規模增長(cháng)時(shí)，有必要針對機器通信進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )性能優(yōu)化，節省網(wǎng)絡(luò )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(luò )層，實(shí)現數據采集及向網(wǎng)絡(luò )層發(fā)送數據的設備。它擔負著(zhù)數據采集、預處理、加密、傳輸等多種功能。物聯(lián)網(wǎng)各類(lèi)終端設備總體上可以分為情景感知層、網(wǎng)絡(luò )接入層、網(wǎng)絡(luò )控制層以及應用/業(yè)務(wù)層。每一層都與網(wǎng)絡(luò )側的控制設備有著(zhù)對應關(guān)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(luò )環(huán)境中，為了向用戶(hù)提供最佳的使用體驗，終端應當具有感知場(chǎng)景變化的能力，并以此為基礎，通過(guò)優(yōu)化判決，為用戶(hù)選擇最佳的服務(wù)通道。終端設備通過(guò)前端的RF模塊或傳感器模塊等感知環(huán)境的變化，經(jīng)過(guò)計算，決策需要采取的應對措施。
移動(dòng)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(dòng)終端設備在蜂窩網(wǎng)中移動(dòng)時(shí)，通過(guò)感知環(huán)境及網(wǎng)絡(luò )情況，并將自身參數上報給網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現跨小區的切換甚至是跨異構網(wǎng)絡(luò )的切換，同時(shí)保證業(yè)務(wù)的連續。
2.2 網(wǎng)絡(luò )接入層
終端的感知層接收的信息經(jīng)過(guò)數據分析以及與網(wǎng)絡(luò )的協(xié)商，由終端或者網(wǎng)絡(luò )發(fā)起，選擇適配最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò )，并選擇最佳路由以便為用戶(hù)提供服務(wù)。
在多模移動(dòng)終端中，軟件無(wú)線(xiàn)電和超大規模集成電路的發(fā)展為實(shí)現泛在網(wǎng)絡(luò )的異構媒介的感知和垂直切換提供有效的技術(shù)手段。終端設備可以通過(guò)內置多棧的變換來(lái)實(shí)現變模，以便適配、接入不同的網(wǎng)絡(luò )。
2.3 網(wǎng)絡(luò )控制層
終端的網(wǎng)絡(luò )控制層根據接入通道上傳的業(yè)務(wù)要求，將終端內相應的業(yè)務(wù)數據封裝發(fā)送給下層，并通過(guò)物理層發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)把下層接收的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)數據按照不同的業(yè)務(wù)傳遞到終端的業(yè)務(wù)層進(jìn)行處理。終端的網(wǎng)絡(luò )控制層與網(wǎng)絡(luò )控制平臺的相關(guān)功能對應。
2.4 應用/業(yè)務(wù)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(wù)的能力。
（1）業(yè)務(wù)引擎
業(yè)務(wù)引擎層位于終端業(yè)務(wù)模型層次架構的最底層，負責提取網(wǎng)絡(luò )通信基礎設施中網(wǎng)絡(luò )和終端的能力，并抽象成為終端平臺相關(guān)的基本業(yè)務(wù)能力，再對這些基本業(yè)務(wù)能力進(jìn)行封裝，成為獨立的業(yè)務(wù)引擎，向上層提供標準且開(kāi)放的接口，促進(jìn)二次開(kāi)發(fā)和集成。典型的業(yè)務(wù)引擎包括電信域的基礎數據業(yè)務(wù)能力、基礎語(yǔ)音業(yè)務(wù)能力，IT域的地理信息系統、支付網(wǎng)關(guān)等提供的業(yè)務(wù)功能。
（2）業(yè)務(wù)適配
業(yè)務(wù)適配是指終端平臺可以根據用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )、業(yè)務(wù)提供平臺的選擇，用戶(hù)所處環(huán)境的狀況以及變化趨勢，用戶(hù)的個(gè)性化設置以及從用戶(hù)歷史記錄中獲取的用戶(hù)偏好信息，對業(yè)務(wù)的內容、提供方式以及展現形式進(jìn)行智能的、前攝的、動(dòng)態(tài)自適應的改變，以匹配用戶(hù)在特定時(shí)間、特定地點(diǎn)、特定場(chǎng)合、特定身份下的個(gè)性化需求。為了實(shí)現業(yè)務(wù)適配，本層提供了多種智能的控制和決策能力模塊，如數據融合、上下文感知、服務(wù)質(zhì)量協(xié)商等。通過(guò)這些能力模塊，終端業(yè)務(wù)平臺可以對用戶(hù)的環(huán)境信息進(jìn)行動(dòng)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(shí)時(shí)的反饋。根據這一系列機制，對業(yè)務(wù)引擎提供的基本業(yè)務(wù)能力進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和集成，快速生成滿(mǎn)足特定需求的組合服務(wù)。
（3）業(yè)務(wù)組合
組合業(yè)務(wù)是終端業(yè)務(wù)引擎封裝的基本業(yè)務(wù)能力在業(yè)務(wù)適配機制下進(jìn)行集成的產(chǎn)出。與基本業(yè)務(wù)能力不同，組合業(yè)務(wù)已經(jīng)具備自身完備的業(yè)務(wù)邏輯，可以作為一個(gè)獨立的、完整的應用提供給最終用戶(hù)。對于應用開(kāi)發(fā)者，組合業(yè)務(wù)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模效應，壓縮終端成本，降低物聯(lián)網(wǎng)應用的門(mén)檻。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的推廣，物聯(lián)網(wǎng)終端的發(fā)展會(huì )越來(lái)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(lái)越大，需求的規模將極大提高，有必要實(shí)現定制化、差異化。
3.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及運營(yíng)前景
我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是以應用為先導，市場(chǎng)發(fā)展趨勢是從公共管理和服務(wù)市場(chǎng)，到企業(yè)、行業(yè)應用市場(chǎng)，再到個(gè)人家庭市場(chǎng)逐步發(fā)展、壯大、成熟，三大細分市場(chǎng)呈現遞進(jìn)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(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成階段和應用示范期。技術(shù)標準和技術(shù)體系有待進(jìn)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(méi)有形成。作為物聯(lián)網(wǎng)的基本構成，M2M應用將會(huì )更豐富和多元化，企業(yè)聚集、市場(chǎng)應用解決方案的不斷整合和提升，進(jìn)而帶動(dòng)各行業(yè)、大型企業(yè)的應用市場(chǎng)。待各個(gè)行業(yè)的應用逐漸成熟后，將帶動(dòng)各項服務(wù)的完善和流程的改進(jìn)，逐步形成比較完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。
運營(yíng)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(yíng)經(jīng)驗，未來(lái)幾年我國物聯(lián)網(wǎng)的運營(yíng)將是一個(gè)逐漸發(fā)展成熟的過(guò)程，將呈現“以點(diǎn)帶面，由面至體”的運營(yíng)體系，從單一M2M應用成熟運營(yíng)提煉形成多個(gè)M2M跨平臺運營(yíng)能力，以跨平臺運營(yíng)經(jīng)驗帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和運營(yíng)的提升，逐步演進(jìn)形成物聯(lián)網(wǎng)體系的運營(yíng)。
現階段運營(yíng)商在產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮技術(shù)和資源優(yōu)勢，利用已有的電信網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)設置平臺和中間件，標準化M2M網(wǎng)關(guān)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(diǎn)和制高點(diǎn)。通過(guò)平臺負責M2M通信的運行、維護、業(yè)務(wù)觸發(fā)、管理，可以更好地保證M2M的QoS，可以使M2M網(wǎng)絡(luò )可管可控。運營(yíng)商通過(guò)標準化、規范化，使得單個(gè)M2M應用成本更低，將促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈健康、快速地成長(cháng)。
針對規模較小、碎片化的行業(yè)市場(chǎng)，運營(yíng)商可以通過(guò)標準認證和集成芯片，攤薄建設及運維成本，提高邊際利潤。針對規模較大、集中度高的行業(yè)市場(chǎng)，運營(yíng)商可以ICT方式逐步標準化，并疊加現有通信業(yè)務(wù)，獲取長(cháng)期收益。
未來(lái)3～5年，公共管理和服務(wù)市場(chǎng)應用示范形成一定效應之后，隨著(zhù)下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及移動(dòng)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(diǎn)。多個(gè)M2M應用以及跨平臺應用逐漸穩定成熟，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(yíng)商在主導運營(yíng)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(wù)，使M2M的運營(yíng)更趨規模和系統化。
未來(lái)5～10年，面向服務(wù)的商業(yè)模式創(chuàng )新活躍，個(gè)人和家庭市場(chǎng)應用逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長(cháng)期。基于面向物聯(lián)網(wǎng)應用的材料、元器件、軟件系統、應用平臺、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)、應用服務(wù)等各方面創(chuàng )新活躍，產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟。行業(yè)服務(wù)迅速推廣并獲得廣泛認同。運營(yíng)商提供的各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)，新型的商業(yè)模式將在此期間形成并為運營(yíng)商帶來(lái)更多的發(fā)展空間。
機器終端將成為移動(dòng)通信未來(lái)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信結合將為機器插上移動(dòng)的“翅膀”。
電信技術(shù)
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