王振杰，王強(qiáng)民，楊小玲

(1.上海出版?zhèn)髅窖芯吭海虾?200093；2.上海交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，上海 200240；3.上海數(shù)字智能化系統(tǒng)工程有限公司 智能化部，上海 200070)

1 概 述

互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全球性的巨大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系，連接著數(shù)億臺的計(jì)算機(jī)主機(jī)和千萬個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，為基于信息的活動提供了一個(gè)全球化的信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺[1]?；谒⒌腤eb服務(wù)器，具有強(qiáng)大的信息鏈接功能，采用超文本和超媒體的信息組織方式[2]，為用戶提供了一種友好信息應(yīng)用環(huán)境或信息查詢接口，實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理等諸多應(yīng)用[3]。Internet的目標(biāo)是提供具有平臺開放、資源共享、用戶協(xié)作等特點(diǎn)的應(yīng)用服務(wù)。伴隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，特別是移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)由早期ARPA專網(wǎng)時(shí)代，經(jīng)歷PC時(shí)代，步入了移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代[4-5]。

移動互聯(lián)網(wǎng)是移動通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，繼承了移動通信網(wǎng)隨時(shí)、隨地、隨身通信的便捷性和互聯(lián)網(wǎng)分享、開放、協(xié)作的優(yōu)勢，是互聯(lián)網(wǎng)的平臺、商業(yè)模式、應(yīng)用與移動通信技術(shù)結(jié)合并實(shí)踐的活動的總稱。技術(shù)上，運(yùn)營商提供局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的信息傳輸通道和用戶端的無線網(wǎng)絡(luò)接入；業(yè)務(wù)上，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供各種上層的業(yè)務(wù)和應(yīng)用模式?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)通過云服務(wù)器，提供各種上層的商業(yè)和應(yīng)用模式，包括：

基本服務(wù)：搜索引擎、電子郵箱、論壇門戶以及云端服務(wù)；

商務(wù)應(yīng)用：企業(yè)信息、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)教育以及小貸金融；

社交娛樂：即時(shí)通信、社區(qū)互動、影視音樂以及網(wǎng)絡(luò)游戲；

媒體廣告：社交傳媒、網(wǎng)絡(luò)媒體、網(wǎng)絡(luò)營銷以及精準(zhǔn)廣告。

隨著移動通信、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、無線傳感技術(shù)等的快速進(jìn)步，移動互聯(lián)網(wǎng)正在向未來的物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)，目的是通過提供社交化、企業(yè)化、融合化、智能化的綜合業(yè)務(wù)，來達(dá)到人和萬物相連[6-7]。融合了通信技術(shù)、傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)等的物聯(lián)網(wǎng)，將推動“互聯(lián)網(wǎng)+”、網(wǎng)絡(luò)傳媒、智慧城市[8]等新興行業(yè)的進(jìn)步。

移動智能終端是可在移動通信環(huán)境中使用的終端設(shè)備，安裝了開放的、可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，具備強(qiáng)大的信息處理能力，智能的人機(jī)交互方式，便捷的用戶定制功能，高速的互聯(lián)網(wǎng)接入速度等[9]。常見的智能終端包括智能手機(jī)、筆記本、PAD智能終端、平板電腦、車載智能終端、可穿戴設(shè)備等[10]。作為標(biāo)準(zhǔn)的移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，這些終端在物聯(lián)網(wǎng)下可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。但對于物聯(lián)網(wǎng)，最大的問題是如何重用傳統(tǒng)行業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備并實(shí)現(xiàn)其本身之間以及和移動智能終端間的互聯(lián)互通。隨著智能物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，這種重用性在酒店餐飲、醫(yī)療養(yǎng)老、旅游娛樂、會場安保、智能制造、野外作業(yè)等行業(yè)中的需求變得非常迫切[11-13]。

基于這個(gè)目的，文中提出了一種基于移動云交換的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，由IoT終端接入、網(wǎng)絡(luò)通訊交換、移動云交換服務(wù)平臺、中央監(jiān)控尋呼四部分組成，如圖1所示。

圖1 智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

●IoT終端接入：通過移動智能基站，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)范圍內(nèi)的Wi-Fi、射頻RF、Bluetooth的無線覆蓋，統(tǒng)一傳統(tǒng)終端和移動智能終端的IoT系統(tǒng)接入。

●網(wǎng)絡(luò)通訊交換：通過交換路由通訊網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)3G/4G，分別連接移動智能基站、移動云交換服務(wù)平臺、中央監(jiān)控尋呼到Internet，實(shí)現(xiàn)各種終端在廣域網(wǎng)范圍的互聯(lián)互通。

●移動云交換服務(wù)平臺：除了通過云存儲記錄和保存服務(wù)過程中，各種終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、服務(wù)過程數(shù)據(jù)外，還可通過云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置管理、定位、多媒體數(shù)據(jù)交換等功能。

●中央監(jiān)控尋呼：系統(tǒng)操作維護(hù)O&M用戶接口，提供PC上和智能終端App人機(jī)交互接口。PC端O&M，實(shí)現(xiàn)可視化大屏幕監(jiān)控，完成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、遠(yuǎn)程升級、運(yùn)程尋呼等普通O&M功能；智能終端O&M，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一對一、一對多的對講，以及前端服務(wù)過程的質(zhì)量和工作效率數(shù)據(jù)報(bào)告的處理、查詢等高級O&M功能。

2 移動智能基站

IoT系統(tǒng)接入接口，包含前端的IoT終端接入和后端的中央監(jiān)控尋呼接入兩部分。IoT終端接入部分通過移動智能基站，解決了局域網(wǎng)范圍內(nèi)的無線覆蓋，統(tǒng)一了傳統(tǒng)通信設(shè)備(對講機(jī)、壁掛對講、呼叫器、定時(shí)器等)和移動智能終端(智能手機(jī)、PAD、RFID標(biāo)簽、智能攝像頭)的系統(tǒng)接入，是用戶完成對講、呼叫、計(jì)時(shí)、定位、多媒體業(yè)務(wù)的接入核心部件。移動智能基站的工作原理如圖2所示。

圖2 移動智能基站工作原理

2.1 無線覆蓋

移動智能基站提供了Wi-Fi、RF、藍(lán)牙等無線接入，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)范圍內(nèi)的各種傳統(tǒng)終端設(shè)備和移動智能終端的無線覆蓋。

傳統(tǒng)終端接入：

●定位跟蹤器：通過藍(lán)牙4.0無線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通訊，定時(shí)向基站發(fā)出位置更新信息用于定位。

●呼叫/計(jì)時(shí)器：通過433/315 Hz超外差射頻信道連接基站發(fā)出，可在呼叫按鈕上增加計(jì)時(shí)功能，并可根據(jù)實(shí)際需要對按鈕定義不同功能，比如投訴、緊急呼叫、服務(wù)完成等。

●對講機(jī)：通過配置的對講機(jī)射頻頻道，連接基站進(jìn)行對講信號的收發(fā)。

●壁掛對講：通過有線接口或者無線對講射頻信道，連接基站進(jìn)行對講信號的收發(fā)。

智能終端接入：

●RFID標(biāo)簽：智能手機(jī)連接RFID讀卡器，讀取其標(biāo)簽信息，并通過Wi-Fi向基站發(fā)送信息。

●軟對講：智能手機(jī)和PAD等智能終端，通過移動云對講App，設(shè)置連接基站的Wi-Fi熱點(diǎn)，收發(fā)對講信號，實(shí)現(xiàn)語音通信，并可在App間進(jìn)行多媒體信息即時(shí)通訊。

●智能攝像頭：通過連接基站的Wi-Fi熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視頻及控制信息的傳輸。

2.2 基本控制單元

基本控制單元是整個(gè)移動智能基站的硬件系統(tǒng)，它是終端接入通訊鏈路的核心組件，集成了Wi-Fi、藍(lán)牙、調(diào)頻、超外差、Internet等無線通訊接口。基本控制單元主要包含：基于ARM Mali400mp2 GPU架構(gòu)的ARM Cortex-A7 Dual-Core雙核移動應(yīng)用處理器；支持2160P視頻解碼，H.264 HP 1080P@30fps視頻編碼；集成LVDS/RGB LCD,HDMI with HDCP support,4-CH CVBS OUT,4-CH CVBS IN,GMAC等。

其外部主要接口有USB、Wi-Fi、LAN、HDMI、RGB等。通過局域網(wǎng)有線LAN接口或Wi-Fi連接交換路由網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)和其他基站覆蓋的局域網(wǎng)內(nèi)的對講機(jī)、智能手機(jī)、緊急呼叫器等，以及云交換服務(wù)平臺、中央監(jiān)控后臺的互聯(lián)互通。

2.3 基站軟件系統(tǒng)

移動智能基站本身就是一臺智能終端，除了接口硬件的設(shè)備驅(qū)動外，基于Android 4.2以上版本的移動操作系統(tǒng)，其應(yīng)用軟件App實(shí)現(xiàn)了：

●配置管理：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的配置、記錄、上報(bào)、版本控制等。

●流程算法庫：根據(jù)不同行業(yè)的服務(wù)流程開發(fā)的算法庫，根據(jù)參數(shù)配置選擇自動調(diào)用不同算法，處理不同的業(yè)務(wù)流。

●數(shù)據(jù)處理：處理各種接入終端以及LAN口的數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)發(fā)、暫存等功能。

3 移動云對講App

在智能手機(jī)或PAD等智能終端上獨(dú)立開發(fā)的用戶App，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)通訊和O&M兩大功能的接口統(tǒng)一。特別地，通過移動云交換服務(wù)平臺，把僅限于局域網(wǎng)內(nèi)的傳統(tǒng)對講，提升到廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的云對講，所以把此用戶App稱為移動云對講App，圖3是其軟件架構(gòu)。

智能手機(jī)或PAD有三種通過移動云對講App接入互聯(lián)網(wǎng)的方式：第一種是連接移動智能基站的Wi-Fi熱點(diǎn)；第二種是連接交換路由的Wi-Fi；第三種是連接移動網(wǎng)絡(luò)的3G/4G基站。

圖3 移動云對講App架構(gòu)

3.1 即時(shí)通訊

即時(shí)通訊的功能主要包括云對講、組群、通訊錄。

(1)智能終端間以及和傳統(tǒng)對講間的一對一、一對多的語音云對講；

(2)智能終端上的文本信息到傳統(tǒng)對講的語音信息的智能轉(zhuǎn)換；

(3)通訊錄，保存即時(shí)通訊的好友列表，包含用戶昵稱、備注、手機(jī)等個(gè)人信息；

(4)組群管理，包括創(chuàng)建群組、加入群組；添加群成員、退出群，以及修改群名稱等。

3.2 操作維護(hù)O&M

操作維護(hù)O&M的功能包含配置管理和服務(wù)管理，其主要功能如下：

(1)移動智能基站的設(shè)備管理，完成呼叫器注冊、基站系統(tǒng)服務(wù)參數(shù)設(shè)置、智能呼叫器設(shè)置、云對講信道設(shè)置、計(jì)時(shí)功能設(shè)置、自動廣播報(bào)告設(shè)置、呼叫器類型及分組設(shè)置、授權(quán)評價(jià)設(shè)置；

(2)賬號管理，完成管理員賬號授權(quán)、服務(wù)賬號設(shè)置，例如極速廚品、廚品跟蹤服務(wù)；

(3)付費(fèi)服務(wù)中心，完成付費(fèi)服務(wù)的管理，例如微笑服務(wù)；

(4)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，自動連接默認(rèn)Wi-Fi失敗時(shí)，進(jìn)行手動設(shè)置；

(5)快速配置，完成服務(wù)基本參數(shù)的快速引導(dǎo)配置；

(6)消息通知，設(shè)備和服務(wù)相關(guān)信息的通知消息；

(7)服務(wù)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)菜單，列出App自動發(fā)現(xiàn)的服務(wù)；

(8)服務(wù)管理，獲取服務(wù)過程的效率和質(zhì)量的報(bào)告等。

4 移動云交換服務(wù)平臺

利用阿里云服務(wù)器，在Linux操作系統(tǒng)上，基于PHP Web軟件開發(fā)框架Laravel，數(shù)據(jù)庫使用Mysql，建立了Web云服務(wù)器平臺www.inter-talk.com-移動云交換服務(wù)平臺。之所以叫云交換，是為了突出語音、文本信息等多媒體信息的軟交換功能。平臺提供不同終端設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、交換、處理、配置管理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等后臺功能，其基本功能和擴(kuò)展功能見圖4。

圖4 移動云服務(wù)交換平臺

根據(jù)實(shí)際需求，基本功能是指用戶開通服務(wù)平臺賬戶時(shí)，就可以使用的基礎(chǔ)功能。而擴(kuò)展功能，是指用戶在基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)上，需要再次申請開通的特定專業(yè)功能。

4.1 軟件平臺基本功能

●定位：通過移動智能基站，定時(shí)上報(bào)并存儲其相對基站的位置信息到云服務(wù)器，為后續(xù)人員尋呼、越區(qū)警告、人數(shù)統(tǒng)計(jì)等提供策略處理數(shù)據(jù)。

●云對講交換：通過云對講交換，根據(jù)配置的對講策略，分區(qū)或者分權(quán)限組群進(jìn)行對講、通知等。實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)對講在移動智能基站間的一對多語音信息交換，實(shí)現(xiàn)智能移動基站和后臺監(jiān)控室的對講信息交換，實(shí)現(xiàn)后臺PC麥克的語音或PC上的文字轉(zhuǎn)換為語音廣播到所有移動智能基站。

●尋呼：在后臺監(jiān)控室，對某移動智能基站所在工作區(qū)域，通過語音廣播或?qū)χv功能，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的工作人員進(jìn)行尋呼。

●呼叫：任何時(shí)候有緊急呼叫按鍵觸發(fā)時(shí)，中央控制室自動接通附近的語音廣播，自動播放預(yù)設(shè)聲音或者直接語音對講。

●運(yùn)行狀態(tài)：PC端O&M通過移動云服務(wù)平臺，獲取整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控信息，并通過可視化大屏幕顯示。

●配置管理：通過移動云服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級和后臺配置信息的遠(yuǎn)程發(fā)送。

4.2 軟件平臺擴(kuò)展功能

●軟對講：指智能手機(jī)或PAD上的即時(shí)語音對講。根據(jù)對講策略配置，實(shí)現(xiàn)智能終端軟對講間，以及軟對講和傳統(tǒng)對講之間的一對一、一對多語音信息的交換。

●語音文字存儲：云服務(wù)平臺保存對講系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)的語音和文字的歷史記錄，便于歷史信息查詢。

●統(tǒng)計(jì)報(bào)告：跟蹤統(tǒng)計(jì)，查詢工作人員定位歷史記錄的位置統(tǒng)計(jì)報(bào)告；人流統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵出入口任意時(shí)段的人流情況；考勤統(tǒng)計(jì)，自動統(tǒng)計(jì)任意時(shí)段工作人員是否簽到及離開崗位的情況；服務(wù)質(zhì)量報(bào)告，前端服務(wù)過程的質(zhì)量和工作效率統(tǒng)計(jì)報(bào)告的處理、查詢等高級O&M功能。

5 應(yīng)用案例

基于移動云交換的智能IoT系統(tǒng)已經(jīng)在酒店餐飲、醫(yī)療養(yǎng)老、旅游娛樂、會場安保、智能制造、野外作業(yè)等領(lǐng)域開始應(yīng)用。如下給出兩個(gè)不同場景的典型應(yīng)用案例，即互說寶智能服務(wù)系統(tǒng)、智能定位和對講系統(tǒng)。

5.1 互說寶智能服務(wù)系統(tǒng)

互說寶智能服務(wù)系統(tǒng)是應(yīng)用于傳統(tǒng)服務(wù)行業(yè)，如餐飲、娛樂、養(yǎng)老、醫(yī)療、看護(hù)等行業(yè)的新一代智能呼叫對講系統(tǒng)。圖5是互說寶智能服務(wù)系統(tǒng)在多個(gè)連鎖餐飲酒店的應(yīng)用示意圖。整體方案應(yīng)用了基于移動云交換的智能IoT系統(tǒng)架構(gòu)，包含前端分店硬件設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)、云交換服務(wù)中心、遠(yuǎn)程服務(wù)質(zhì)量跟蹤四部分。主要解決酒店餐飲服務(wù)行業(yè)內(nèi)，分店內(nèi)部的呼叫對講，以及后臺對各分店的遠(yuǎn)程服務(wù)質(zhì)量跟蹤。

每個(gè)分店配備一個(gè)移動智能基站，可接入智能呼叫/計(jì)時(shí)器、傳統(tǒng)對講機(jī)(含壁式吧臺對講)、智能手機(jī)軟對講和微笑服務(wù)卡、移動智能基站、智能電視。其服務(wù)過程數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)連接云交換服務(wù)中心完成記錄和存儲。后臺的服務(wù)質(zhì)量跟蹤，可以監(jiān)控服務(wù)過程，匯總各種服務(wù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，提升了各店的服務(wù)質(zhì)量和工作效率，節(jié)省人力并簡化了團(tuán)隊(duì)管理。

圖5 互說寶智能服務(wù)系統(tǒng)

5.2 智能定位和對講系統(tǒng)

圖6是一種高度屏蔽環(huán)境下的智能定位和云對講一體化集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決的問題是：工作區(qū)域分N層，每層約500個(gè)工作區(qū)，不同層之間以及每層的各工作區(qū)之間相互無線電屏蔽。在高度屏蔽的環(huán)境下，沒有衛(wèi)星定位信號，需要解決安保部門在監(jiān)控中心，監(jiān)控工作區(qū)域的工作人員數(shù)量，對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行跟蹤定位、尋呼對講，以及對越區(qū)的作業(yè)人員進(jìn)行告警，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工與管理人員間的信息互通，并保存通話記錄，以實(shí)現(xiàn)工作過程中的過程監(jiān)控及責(zé)任追蹤。

圖6 智能定位和對講系統(tǒng)

整體方案應(yīng)用了基于移動云交換的智能IoT系統(tǒng)架構(gòu)，包含前端硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊交換、中央可視化監(jiān)控、基礎(chǔ)軟件平臺四部分。無線覆蓋部分，每個(gè)工作區(qū)配備一個(gè)移動智能基站，可接入屏蔽工作區(qū)內(nèi)的定位器、呼叫器、傳統(tǒng)對講機(jī)、壁掛式對講、智能手機(jī)軟對講等終端設(shè)備到后端的服務(wù)器，提供定位、軟交換、配置管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)告等功能。

6 結(jié)束語

提出了一種基于移動云交換的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，由IoT終端接入、網(wǎng)絡(luò)通訊交換、移動云交換服務(wù)平臺、中央監(jiān)控尋呼四部分組成。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)的傳統(tǒng)終端和智能終端的互聯(lián)互通，重用了傳統(tǒng)行業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備，在廣域網(wǎng)的范圍內(nèi)，既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)終端本身之間的互聯(lián)互通，又能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)終端和移動智能終端間的互聯(lián)互通。兩個(gè)成功案例是應(yīng)用在酒店餐飲、智能制造行業(yè)，可以向醫(yī)療養(yǎng)老、旅游娛樂、會場安保、野外作業(yè)等行業(yè)推廣。

該系統(tǒng)解決的三個(gè)關(guān)鍵問題是：解決傳統(tǒng)終端和智能終端統(tǒng)一無線覆蓋的移動智能基站；提供即時(shí)通訊和操作維護(hù)O&M人機(jī)交互接口的移動云對講App；實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、交換、管理的移動云交換服務(wù)平臺。