曹宏

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物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)

曹宏

江蘇網(wǎng)域科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

電信運(yùn)營商面臨來自客戶和競爭對手的雙重挑戰(zhàn)以及被管道化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，通過開放平臺(tái)提供高附加值的通信能力，是運(yùn)營商積極應(yīng)對的方向與選擇。分析物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并對平臺(tái)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，嘗試為電信運(yùn)營商支撐物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供思路。

物聯(lián)網(wǎng)能力；開放平臺(tái)；研究與設(shè)計(jì)

1 發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)指通過部署具有一定感知、計(jì)算、執(zhí)行和通信等能力的設(shè)備，按約定協(xié)議將物與物、人與物、人與人連接起來，進(jìn)行信息交換、通信、協(xié)同和處理，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、管理和控制的網(wǎng)絡(luò)。與已有各類信息系統(tǒng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有以下3個(gè)特征：（1）泛在化感知與精確控制能力；（2）智能化分析和信息處理能力；（3）新一代網(wǎng)絡(luò)信息基礎(chǔ)設(shè)施。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與融合，物聯(lián)網(wǎng)已逐漸深入生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，如智能家居、智能交通、營區(qū)管理、環(huán)境監(jiān)測、物流快遞、食品溯源、工業(yè)監(jiān)測、酒店管理和健康護(hù)理等領(lǐng)域[1]。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括后端集中式和前端分布式兩種系統(tǒng)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)后端集中式系統(tǒng)架構(gòu)具體分為以下4層：（1）感知層：實(shí)現(xiàn)對物理世界的識(shí)別感知、信息采集和處理控制；（2）網(wǎng)絡(luò)層：通過控制網(wǎng)關(guān)將感知終端構(gòu)成的末梢網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)或下一代通信網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞、路由和控制；（3）服務(wù)層：主要由計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)備及其建立的各類服務(wù)組成，完成對采集數(shù)據(jù)的匯聚、轉(zhuǎn)換和分析，以及為應(yīng)用層呈現(xiàn)合理的適配和事件觸發(fā)等；（4）應(yīng)用層：基于物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)提供的各種信息支撐服務(wù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用的快速開發(fā)與部署。上述4層結(jié)構(gòu)中，服務(wù)層對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)能提供簡單的存取通道，支持多種協(xié)議的感知設(shè)備接入，并為上層應(yīng)用軟件屏蔽感知終端復(fù)雜的接入手段和數(shù)據(jù)格式，提供行業(yè)應(yīng)用訂制化開發(fā)服務(wù)，因此成為各行業(yè)研究熱點(diǎn)。許多主流軟件和通信服務(wù)廠商均推出了各自的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)產(chǎn)品。前段分布式系統(tǒng)架構(gòu)與行業(yè)應(yīng)用緊密耦合，其架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)際場景相關(guān)，要求數(shù)據(jù)處理和操作在感知終端間完成，但缺乏廣泛采納的架構(gòu)類型。

基于上述的功能需求和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，本文采用后端集中式系統(tǒng)架構(gòu)，描述了物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)功能和結(jié)構(gòu)，分析了智能終端適配、智能網(wǎng)關(guān)代理和智能平臺(tái)接入3種接入技術(shù)的特點(diǎn)及適用場景，并提出在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的現(xiàn)階段應(yīng)融合上述3種接入技術(shù)，從而有效推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對以上挑戰(zhàn)，筆者負(fù)責(zé)建設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)。平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想是基于GPRS企業(yè)接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元、接口信令數(shù)據(jù)以及BOSS中的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)開發(fā)行業(yè)客戶需要的服務(wù)組件，以開放、靈活的API接口方式向行業(yè)客戶提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)[2]。

2.1 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

（1）能力層：指平臺(tái)通過接入運(yùn)營商大網(wǎng)網(wǎng)元或采集OSS/BSS內(nèi)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成可輸出的最小粒度的功能邏輯。

（2）服務(wù)層：指在一個(gè)或多個(gè)能力基礎(chǔ)上封裝業(yè)務(wù)特性或流程事務(wù)，以服務(wù)框架的形式供上層應(yīng)用進(jìn)行調(diào)用的較大粒度的業(yè)務(wù)邏輯。

（3）OpenAPI：API是目前應(yīng)用開發(fā)者最常用的接口方式，應(yīng)用層通過API對服務(wù)層進(jìn)行調(diào)用。

（4）應(yīng)用層：指由運(yùn)營商或第三方應(yīng)用開發(fā)者根據(jù)客戶需求開發(fā)的Web、App等形式的應(yīng)用。

2.2 服務(wù)層核心組件OpenAPI的設(shè)計(jì)

2.2.1 OpenAPI的服務(wù)設(shè)計(jì)

OpenAPI對外開放的服務(wù)包括：（1）業(yè)務(wù)域服務(wù)：業(yè)務(wù)自助辦理、位置服務(wù)、短信服務(wù)等；（2）網(wǎng)絡(luò)域服務(wù)：故障診斷、撥測服務(wù)、告警服務(wù)等；（3）管理域服務(wù)：客戶信息、業(yè)務(wù)信息、SIM卡信息查詢等。

2.2.2 OpenAPI的輸出設(shè)計(jì)

（1）服務(wù)響應(yīng)的輸出：指服務(wù)層以對象結(jié)構(gòu)將服務(wù)請求的響應(yīng)結(jié)果返回給OpenAPI，OpenAPI再把對象結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為HTTP/XML、HTTP/JSON等形式輸出給應(yīng)用層。

（2）服務(wù)推送的輸出：指當(dāng)OpenAPI給應(yīng)用分配接入賬號(hào)時(shí)，就配置好推送URL，當(dāng)有服務(wù)需要推送輸出時(shí)，統(tǒng)一發(fā)給OpenAPI，再由OpenAPI推送給應(yīng)用層。

2.2.3 OpenAPI的安全設(shè)計(jì)

OpenAPI除自身端口安全控制的風(fēng)險(xiǎn)外，還可能存在服務(wù)認(rèn)證、超時(shí)控制等方面的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需對安全方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的考慮。

（1）安全控制：由于OpenAPI的服務(wù)端口是公開發(fā)布的，容易被惡意攻擊，故采用IP白名單的應(yīng)用鑒權(quán)方式確保客戶端安全接入。

（2）服務(wù)認(rèn)證：服務(wù)需要訂購才可以使用，以控制客戶端的權(quán)限。

（3）超時(shí)控制：支持設(shè)置每個(gè)會(huì)話的級別及會(huì)話的有效時(shí)間。

3 某電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)卡統(tǒng)一管理平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)案例

3.1 需求分析

某電網(wǎng)公司在電量集抄、配網(wǎng)自動(dòng)化等電網(wǎng)業(yè)務(wù)中大量使用了物聯(lián)網(wǎng)卡，僅廣東電網(wǎng)即使用了40余萬GPRS無線終端。未來隨著智能電網(wǎng)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)卡應(yīng)用規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。

電網(wǎng)公司對規(guī)模龐大的物聯(lián)網(wǎng)卡維護(hù)管理缺少有效的平臺(tái)支撐，存在以下問題。

（1）缺少通信監(jiān)控和故障定位手段，通信故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不能準(zhǔn)確定位故障位置，難以判斷電網(wǎng)裝置還是運(yùn)營商通故障，導(dǎo)致雙方職責(zé)不清，相互推諉，延緩故障處理，或者同時(shí)處理，頻繁去現(xiàn)場，效率低下[3]。

（2）向運(yùn)營商進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)卡申請、開通、故障申報(bào)等工作流程缺少信息化支撐，效率不高。

（3）缺少業(yè)務(wù)使用統(tǒng)計(jì)和服務(wù)報(bào)告，物聯(lián)網(wǎng)卡的套餐資費(fèi)選擇依據(jù)不足。

3.2 項(xiàng)目建設(shè)方案

3.2.1總體建設(shè)方案

針對上述問題，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)的三層（應(yīng)用層、服務(wù)層、能力層）架構(gòu)設(shè)計(jì)，研究開發(fā)電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)卡統(tǒng)一管理平臺(tái)（下簡稱“電網(wǎng)平臺(tái)”）。電網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用通過接入能力開放平臺(tái)的OpenAPI，實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能故障排查、流程電子化、自動(dòng)資費(fèi)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)報(bào)告生成等服務(wù)的調(diào)用。

3.2.2智能故障排

以下以電網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用對“智能故障排查”服務(wù)的調(diào)用流程為例，來闡述物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)對客戶需求的快速響應(yīng)和支撐[4]。

（1）當(dāng)電網(wǎng)終端掉線時(shí)，電網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用向OpenAPI發(fā)起“故障排查”請求，請求報(bào)文中附帶了應(yīng)用服務(wù)器的IP地址和掉線終端的物聯(lián)網(wǎng)卡號(hào)碼。

（2）OpenAPI根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的IP地址到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行接入鑒權(quán)。

（3）鑒權(quán)成功后，OpenAPI根據(jù)服務(wù)請求類型調(diào)用“故障排查”服務(wù)組件。

（4）“故障排查”服務(wù)組件按異步模式，調(diào)用以下8個(gè)基礎(chǔ)能力：APN撥測檢查、APN性能檢查、業(yè)務(wù)狀態(tài)檢查、HLR狀態(tài)檢查、附著激活狀態(tài)檢查、開關(guān)機(jī)狀態(tài)檢查、TCP建鏈檢查及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢查。

（5）以上8個(gè)基礎(chǔ)能力根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)卡的號(hào)碼，通過查詢本地?cái)?shù)據(jù)庫或網(wǎng)元實(shí)時(shí)接獲取各自的排查結(jié)果。

（6）排查結(jié)果通過報(bào)文形式逐層向上反饋給電網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用，異步地呈現(xiàn)在應(yīng)用的界面中。

3.2.3平臺(tái)部署方案

某電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)卡統(tǒng)一管理平臺(tái)部署在客戶機(jī)房，廣東移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)部署在移動(dòng)機(jī)房，兩個(gè)平臺(tái)通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)專線進(jìn)行對接。

4 結(jié)語

總之，物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)，基本滿足了行業(yè)客戶對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的整體通信服務(wù)需求，為運(yùn)營商通過網(wǎng)絡(luò)管理創(chuàng)新提升競爭力做出了有益探索。然而，平臺(tái)開放的服務(wù)和能力組件仍需根據(jù)客戶需求完善，后續(xù)將進(jìn)一步完善物聯(lián)網(wǎng)能力開放平臺(tái)研究，有計(jì)劃地面向企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)及推廣應(yīng)用。

[1]胡尼亞，張鵬，劉曉靖. 面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)能力開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜述[J]. 信息通信技術(shù)，2011（4）：23-31.

[2]鐘遠(yuǎn)暉，葉文超. 電信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放結(jié)構(gòu)研究[J]. 廣東通信技術(shù)，2010（11）：51-54.

[3]宋剛. 關(guān)于構(gòu)建多業(yè)務(wù)營運(yùn)的物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一開放支撐平臺(tái)的探討[J]. 通信管理與技術(shù)，2013（1）：25-27.

[4]孫宇，田立偉. 物聯(lián)網(wǎng)在通信行業(yè)中應(yīng)用研究[J]. 信息通信，2013（6）：260.

Research and Design of Open Platform of Internet of Things Capabilities

Cao Hong

Jiangsu Domain Technology Co., Ltd., Jiangsu Zhenjiang 212000

Telecom operators face double challenges from customers and competitors and the risk of being piped. Therefore, providing high value-added communication capabilities through open platforms is the direction and choice for operators to actively respond to. The paper analyzes the design of the open platform of the Internet of Things capability, and introduces the application of the platform, and tries to provide ideas for the telecom operators to support the Internet of Things business.

Internet of Things capabilities; open platform; research and design

TN929.5；TP391.4

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