姚黎強

上海信產(chǎn)管理咨詢有限公司 上海 200083

引言

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)已滲透到各行各業(yè)，它被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)之后的第三次信息技術革命，成為信息產(chǎn)業(yè)新一輪增長的有效推動力。近年來，美國、歐盟、日本等發(fā)達國家和地區(qū)紛紛出臺物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，進行相關技術和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局，我國也將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)予以重點關注和推進，并在國家十二五規(guī)劃綱要中明確提出：“推動物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術研發(fā)和在重點領域的應用示范”。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務不僅是我國信息化和工業(yè)化融合的切入點，也是我國電信運營商信息服務轉型的方向之一。在物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈中，電信運營商扮演著不可或缺的角色。物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)物與物、物與人互聯(lián)，必須借助移動寬帶網(wǎng)絡支撐，而運營商作為移動寬帶網(wǎng)絡的運營者，就成為了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)[1]?？傮w而言，目前無論國內還是國外，物聯(lián)網(wǎng)的研究和應用還處于起步階段，各國主要圍繞獨立的M2M業(yè)務開展，業(yè)務應用和物聯(lián)網(wǎng)平臺仍處于孤立和垂直的狀態(tài)，本文針對運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺的概念、定位、體系架構、網(wǎng)絡方案等的研究，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的搭建起到拋磚引玉的作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的網(wǎng)絡，是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網(wǎng)絡[2]。在這個網(wǎng)絡中，物品與物品之間能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預，它是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)有3個基本要素，即信息感知、信息傳遞和信息處理。相應地，物聯(lián)網(wǎng)的基礎架構也包含感知層、傳輸層和應用層3個基本層次：第一是傳感系統(tǒng)，即通過各種技術手段來實現(xiàn)和物相關的信息采集與標識；第二是通信網(wǎng)絡，包括現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及各種接入網(wǎng)和專用網(wǎng)，目的是對采集來的信息進行傳輸和處理；第三是應用和業(yè)務，即在對所感知的信息進行智能處理后，通過手機、PC或各類專用終端設備實現(xiàn)應用服務[3]。

2 運營商在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的價值

電信運營商除了能夠提供基礎網(wǎng)絡服務，還可以提供應用集成服務、IT設施服務、運營支撐服務，并利用其完善的服務手段、技術手段、公信力和客戶群在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中扮演關鍵角色。

1)基礎網(wǎng)絡服務：安全可靠的接入與承載網(wǎng)絡是運營商的核心價值所在[4]。物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞需要依賴移動網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)，需要實現(xiàn)無縫網(wǎng)絡覆蓋和異構網(wǎng)絡融合，構建異構的泛在網(wǎng)絡為運營商提供了新的發(fā)展機會。目前，很多所謂的物聯(lián)網(wǎng)應用還是孤立的系統(tǒng)，并未實現(xiàn)規(guī)模聯(lián)網(wǎng)，要真正實現(xiàn)大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應用，所有的感知設備應該接入互聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)。大量的感知終端或機器接入移動網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)，必將引發(fā)對IP地址的巨大需求，而IPv6是解決地址問題的根本途徑，同時物聯(lián)網(wǎng)對安全和QoS等的要求比人人通信要嚴格得多，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展呼喚下一代互聯(lián)網(wǎng)，也將是下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要應用領域，與下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展相輔相成。

2)應用集成服務：移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展緊密相關，以移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎的聚合服務市場將是物聯(lián)網(wǎng)的重要發(fā)展空間。為此，運營商可基于4G技術優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，發(fā)揮用戶規(guī)模和移動終端的優(yōu)勢，打造基于移動互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用，將已有的諸多基礎電信業(yè)務能力(如短信能力、WAP/Web網(wǎng)關能力、定位能力等)[5]開放出來與物聯(lián)網(wǎng)應用相結合，通過應用集成促進業(yè)務的創(chuàng)新，從信息流的傳輸者演變?yōu)閼梅盏木酆险?。同時，運營商可以引入和協(xié)同物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈各方，形成整個業(yè)務應用暢通的通道，構建完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。

3)運營支撐服務：運營商的一大核心優(yōu)勢是其業(yè)務管理和運營支撐能力，包括終端接入管理、信息安全管理、網(wǎng)絡管理和業(yè)務管理等。而物聯(lián)網(wǎng)架構中在傳輸層和應用層之間還應增加一個運營管理層，提供計費網(wǎng)關、認證網(wǎng)關、信息處理和API接口等基本運營服務。運營商建設和管理物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺具有先天優(yōu)勢，利用物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺可以將內部支撐能力、關鍵資源管理能力及專網(wǎng)進行統(tǒng)一封裝，從而降低學習成本，還可以提高網(wǎng)絡安全性，提升產(chǎn)品質量和管理效率，降低管理成本；傳感設備與終端還可以通過物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺與運營商業(yè)務平臺和行業(yè)應用平臺溝通，為應用集成提供更便捷的手段?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺應用模式的確定將極大地推動和促進物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展，并且為各行各業(yè)的網(wǎng)絡和業(yè)務資源互聯(lián)互通奠定基礎[6]。

4)IT設施服務：電信運營商因其能夠提供有質量保障的計算和超強的存儲能力服務，將在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中扮演非常重要的角色。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用中大量物體的接入，需要捕捉、收集和分析處理的數(shù)據(jù)量越來越大，因此對信息通信網(wǎng)絡以及計算與存儲能力的需求量將進一步呈爆炸式增長。云計算模式是海量智能信息處理的重要手段，電信運營商能夠基于現(xiàn)有的強大的計算和存儲能力，進一步發(fā)展成為智能平臺的建設者以及云計算服務的提供者[7]。

3 物聯(lián)網(wǎng)連接平臺現(xiàn)狀及定位

3.1 物聯(lián)網(wǎng)連接平臺現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)市場的蓬勃發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)平臺的重要性地位越來越受到重視，近幾年，各大廠商都在加大物聯(lián)網(wǎng)平臺的投入，物聯(lián)網(wǎng)正經(jīng)歷從硬件、傳感等基礎設備向軟件平臺和垂直行業(yè)應用升級。預計2020年全球將有500億連接，是當前連接數(shù)的6～7倍，我國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將超過2萬億元[8]。驅動物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)發(fā)展的因素逐漸成熟，如硬件成本下降、云計算大數(shù)據(jù)與行業(yè)結合、5G和NB-IoT等技術推進等。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈所處的階段正值爆發(fā)前夜，平臺將是產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心[9]。

物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺主要針對終端(SIM卡)的通訊通道提供連接性管理、診斷以及終端管理方面的功能，目前比較典型的連接管理平臺有思科的Jasper平臺、愛立信的DCP、Telit的M2M平臺等。電信運營商在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中具備一些天生優(yōu)勢，如：通信管道、計費支付、業(yè)務運營、品牌號召力等方面。國內其他運營商也在加快物聯(lián)網(wǎng)平臺布局，著力點在連接管理平臺[10-11]。

目前國外在業(yè)界比較先進的物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺包括亞馬遜AWS IoT、微軟Azure IoT、IBM Watson IoT等。1)AWS IoT是一款托管的云平臺，使互聯(lián)設備可以輕松安全地與云應用程序及其他設備交互，可支持數(shù)十億臺設備和數(shù)萬億條消息，并且可以對這些消息進行處理并將其安全可靠地路由至AWS終端節(jié)點和其他設備。應用程序可以隨時跟蹤所有設備并與其通信，即使這些設備未處于連接狀態(tài)?？梢允褂肁WS Lambda、 Amazon Kinesis、Amazon S3、Amazon Machine Learning、AmazonDynamoDB、Amazon CloudWatch、AWS CloudTrail和內置Kibana集成的Amazon Elasticsearch Service等AWS服務來構建IoT應用程序，以便收集、處理和分析互連設備生成的數(shù)據(jù)并對其執(zhí)行操作，且無需管理任何基礎設施。AWS IoT設備SDK使用MQTT、HTTP或WebSockets協(xié)議將硬件設備連接到AWS IoT。設備SDK支持C、JavaScript、Arduino、Java和Python。2)微軟Azure IoT用于連接設備、其它M2M資產(chǎn)和人員，以便在業(yè)務和操作中更好地利用數(shù)據(jù)，包含連接IoT設備、實時監(jiān)控兩大部分。Azure IoT中心是一項完全托管的服務，可在數(shù)百萬個IoT設備和一個解決方案后端之間實現(xiàn)安全可靠的雙向通信。提供可靠的設備到云和云到設備的大規(guī)模消息傳送；使用每個設備的安全憑據(jù)和訪問控制來實現(xiàn)安全通信；可廣泛監(jiān)視設備連接性和設備標識管理事件；包含最流行語言和平臺的設備庫。Azure IoT中心擁有設備級別的身份驗證、設備連接操作監(jiān)控、豐富的設備庫、可擴展的IoT協(xié)議。支持可擴展高并發(fā)的事件處理、基于事件的設備數(shù)據(jù)處理、可靠的云到設備消息傳送、存儲/分析文件和緩存的傳感器數(shù)據(jù)。3)IBM Watson IoT提供全面管理的云托管服務，旨在簡化并從IoT設備中獲得價值。平臺提供對IoT設備和數(shù)據(jù)的強大應用程序訪問，可快速編寫分析應用程序、可視化儀表板和移動IoT應用程序。以執(zhí)行強大的設備管理操作，并存儲和訪問設備數(shù)據(jù)，連接各種設備和網(wǎng)關。平臺通過使用MQTT和TLS，提供與設備之間的安全通信。Watson IoT平臺使應用程序與已連接的設備、傳感器和網(wǎng)關進行通信并使用由它們收集的數(shù)據(jù)。應用程序可以使用實時API和REST API來與設備進行通信。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)連接平臺定位

連接管理服務是指運營商整合自身的通信網(wǎng)絡能力與IT運營能力，通過專業(yè)團隊專業(yè)運營，面向大客戶、服務商、集成商，提供以通信連接管理為核心的一站式專業(yè)服務。如圖1所示，連接管理平臺是連接管理服務的物理載體，是電信運營商打造物聯(lián)網(wǎng)差異化通道服務的必備要素，是集約運營質量管控的主要工具，也是客戶直接可感知的關鍵服務界面[12]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺定位圖

4 物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺建設方案

4.1 物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺總體架構

運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺總體架構如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺的邏輯結構包括服務層、管理層、系統(tǒng)層。

服務層包括客戶自服務門戶、運營商門戶管理及API開放。其中運營商門戶支撐運營商具有不同權限的角色對平臺進行管理，包括企業(yè)信息查詢、賬單信息查詢、故障診斷、統(tǒng)計分析等，支持以客戶渠道為對象的分權分域管理?？蛻糇苑臻T戶支撐企業(yè)客戶具有不同權限的角色對本企業(yè)的SIM卡進行管理，包括SIM信息/SIM卡關聯(lián)關系管理、自助開通、賬單查詢、統(tǒng)計分析等，支持一級企業(yè)客戶對二級企業(yè)客戶的管理。

管理層包括自助開通、SIM卡管理、資料管理、故障診斷、事件處理、賬單管理、實名認證、位置跟蹤和管控等。

系統(tǒng)層包括系統(tǒng)管理、用戶管理、權限管理、日志管理、安全管理、統(tǒng)計分析等。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺與周邊系統(tǒng)接口

運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺系統(tǒng)對外的接口如圖3所示。

物聯(lián)網(wǎng)連接性管理平臺與周邊網(wǎng)元的接口主要包括與端到端質量保障分析系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)IT、集團網(wǎng)管平臺以及能力平臺接口[13]。

1)與端到端質量保障分析系統(tǒng)接口；物聯(lián)網(wǎng)連接性管理平臺通過與端到端質量保障系統(tǒng)接口獲取和終端SIM相關的信令信息，支持SIM卡網(wǎng)絡狀態(tài)查詢以及診斷，包括以下3種接口。

查詢接口可實時查詢用戶SIM卡網(wǎng)絡狀態(tài)；增量同步接口可增量同步時間顆粒度內所有SIM卡信令信息相關的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)變化時間，增量時間顆粒度可設，默認為15分鐘；訂閱事件上報接口可上報訂閱事件。

2)與物聯(lián)網(wǎng)IT接口：物聯(lián)網(wǎng)連接性管理平臺通過與物聯(lián)網(wǎng)IT接口獲取和終端SIM相關的卡訂單、卡狀態(tài)、用戶賬單/詳單、套餐信息、用量及自動化規(guī)則觸發(fā)等信息，支持SIM卡賬務信息查詢、用量查詢、自動化規(guī)則事件、新開卡、卡狀態(tài)變更、資費變更、客戶資料/套餐信息同步等功能，包括以下4種接口。

查詢接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺通過查詢接口，向IT平臺查詢客戶資料、SIM信息、用戶套餐信息等。

同步接口：同步客戶資料、SIM卡信息、物聯(lián)網(wǎng)套餐信息，自動化規(guī)則模板信息。

訂單接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺通過訂單接口向IT平臺發(fā)起卡訂單管理操作請求，包括新開卡、停復機、套餐變更等。

自動化事件接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺通過自動化事件接口同步自動化事件實例、IT平臺捕捉自動化實例觸發(fā)事件并通過自動化事件接口上報物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺。

3)與集團業(yè)務平臺綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺納入集團綜合網(wǎng)管系統(tǒng)管理，通過與集團綜合網(wǎng)管系統(tǒng)接口，按照集團綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的監(jiān)控要求，上報相關平臺信息。接口遵循集團業(yè)務平臺綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的相關接口要求。

圖2 某運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺總體架構圖

圖3 某運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺對外接口圖

4)與終端自注冊平臺接口：通過終端自注冊平臺與物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺接口，上報終端模組與SIM卡綁定等信息至物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺。平臺對接時，全量同步終端模組與SIM卡綁定等信息，之后實時上報終端模組與SIM卡綁定等信息。

5)與充值平臺接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺通過集團充值平臺接口，支持向企業(yè)賬號及SIM卡號進行充值。

6)短信平臺接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺調用集中建設的短信平臺接口(SMPP)向客戶或用戶終端發(fā)送短信通知。

7)與定位平臺接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺通過商務領航平臺的匯聚網(wǎng)關位接口調用粗定位能力提供位置服務。

8)與實名制云服務平臺接口：物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺調用實名制云服務平臺接口，做實名制信息請求及響應。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)連接平臺建設方案

本期工程全部硬件和第三方軟件均由云資源池提供，系統(tǒng)硬件需求匯總見表1。

表1 某運營商連接管理平臺硬件需求配置表

本期系統(tǒng)硬件需求由云資源池統(tǒng)一提供，新增Web服務器部署于DMZ區(qū)，其余服務器(數(shù)據(jù)庫服務器、業(yè)務處理服務器、接口服務器、統(tǒng)計分析服務器)部署于生產(chǎn)區(qū)域1，新增設備及組網(wǎng)方案如圖4所示。

5 總結

圖4 某運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺方案拓撲圖

目前全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺有50%左右由美國企業(yè)提供，我國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺剛剛起步。我國企業(yè)在2015年之后積極開展布局，目前國內的物聯(lián)網(wǎng)平臺與國外物聯(lián)網(wǎng)平臺亞馬遜AWS IoT、微軟Azure IoT、IBM Watson IoT等相比已經(jīng)搭建了連接管理平臺，解決通信連接、設備管理、數(shù)據(jù)服務等基礎問題；完成了業(yè)務能力標準化，適配主流的運營商、模組、設備、協(xié)議等；具備將業(yè)務服務云服務化，通過SaaS的手段，解決服務的快速提供；可提供自定義的數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)、運營支持系統(tǒng)。但是數(shù)以億計的設備將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，與此同時，數(shù)據(jù)暴露的可能性也將持續(xù)增大，將威脅工業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)和應用過程。數(shù)據(jù)所有權和安全性問題仍是國內物聯(lián)網(wǎng)平臺未來推廣應用急需解決的問題。

當前全球物聯(lián)網(wǎng)技術體系、商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍在不斷演變和探索中，針對物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺的研究仍然處于起步階段，雖然國內外各家運營商均在各自進行不同程度的探索，但是在整個平臺的需求、規(guī)范、標準以及關鍵技術等方面仍有很多問題亟待產(chǎn)業(yè)鏈各方合作共同解決。在這樣的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，擁有豐富資源的電信運營商，在提供物聯(lián)網(wǎng)基礎信息服務的基礎上，在積累了豐富的運營傳統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務經(jīng)驗的條件下，無疑可以充當物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的核心環(huán)節(jié)。運營商連接管理平臺是連接管理服務的系統(tǒng)載體，首先是客戶直接可感知的關鍵服務界面，是運營商集約運營質量管控的主要工具，是打造物聯(lián)網(wǎng)差異化通道服務的必備要素，是未來數(shù)據(jù)運營的基礎平臺。本平臺的建設將提升運營商的綜合競爭力，其建成后在為運營商帶來更多業(yè)務收入和顯著增強綜合競爭力的同時，也為產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建掌握了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的主動權，為推動我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出更大的貢獻[14]。