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物聯網運營和技術初探

陳馨王一秋 2010/08/23

1.物聯網運營關鍵技術

　　物聯網典型體系架構分為3層，自下而上分別是感知層、網絡層和應用層。感知層實現物聯網全面感知的核心能力，是物聯網中關鍵技術、標準化、產業(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。網絡層主要以廣泛覆蓋的移動通信網絡作為基礎設施，是物聯網中標準化程度最高、產業(yè)化能力最強、最成熟的部分，關鍵在于為物聯網應用特征進行優(yōu)化改造，形成系統感知的網絡。應用層提供豐富的應用，將物聯網技術與行業(yè)信息化需求相結合，實現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）物聯網管理中心——提供業(yè)務運營核心能力

　　物聯網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、感知子網管理、外設管理和終端登錄狀態(tài)維護。

　　（2）物聯網業(yè)務網關——支持增強型通道

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

　　（3）電信級機器通信協議——推動機器通信協議統一

　　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，通過擴展協議承載不同行業(yè)及客戶的應用數據。電信級機器通信協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——增強物聯網應用環(huán)境適應能力

　　物聯網終端的工作環(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議一致，還要兼容傳統通信功能。
　　（6）碼號標識體系——為規(guī)模發(fā)展提供充足的碼號資源

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

用戶號碼，用于對物聯網用戶的尋址和路由，是物聯網通信的基礎；

業(yè)務管理標識，用于從應用層管理物聯網用戶和設備；

其他碼號，用于網絡管理和業(yè)務支撐，與物聯網核心價值關聯度小。

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

　　（7）核心網優(yōu)化——支撐物聯網應用的移動性管理優(yōu)化

　　在物聯網應用中，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，具體表現在：終端不移動或較少移動，業(yè)務實時性不高，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(guī)模增長時，有必要針對機器通信進行網絡性能優(yōu)化，節(jié)省網絡投資。

2.物聯網終端

　　物聯網終端是連接感知層與網絡層，實現數據采集及向網絡層發(fā)送數據的設備。它擔負著數據采集、預處理、加密、傳輸等多種功能。物聯網各類終端設備總體上可以分為情景感知層、網絡接入層、網絡控制層以及應用/業(yè)務層。每一層都與網絡側的控制設備有著對應關系。

　　2.1 情景感知層

　　物聯網終端常常處于各種異構網絡環(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中移動時，通過感知環(huán)境及網絡情況，并將自身參數上報給網絡，實現跨小區(qū)的切換甚至是跨異構網絡的切換，同時保證業(yè)務的連續(xù)。

　　2.2 網絡接入層

　　終端的感知層接收的信息經過數據分析以及與網絡的協商，由終端或者網絡發(fā)起，選擇適配最優(yōu)的網絡，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)展為實現泛在網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置多棧的變換來實現變模，以便適配、接入不同的網絡。

　　2.3 網絡控制層

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

　　終端具有向物聯網或者物聯網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，負責提取網絡通信基礎設施中網絡和終端的能力，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據業(yè)務能力、基礎語音業(yè)務能力，IT域的地理信息系統、支付網關等提供的業(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用戶對網絡、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)務的內容、提供方式以及展現形式進行智能的、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，如數據融合、上下文感知、服務質量協商等。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出。與基本業(yè)務能力不同，組合業(yè)務已經具備自身完備的業(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，物聯網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，降低物聯網應用的門檻。隨著物聯網應用的推廣，物聯網終端的發(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，有必要實現定制化、差異化。

3.物聯網發(fā)展及運營前景

　　我國物聯網的發(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，三大細分市場呈現遞進式發(fā)展趨勢。目前，物聯網產業(yè)在我國已完成前期的概念導入，進入產業(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，整體產業(yè)處于零散發(fā)展階段。

　　基于M2M的應用只是物聯網的雛形，真正意義的物聯網還沒有形成。作為物聯網的基本構成，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網產業(yè)鏈。

　　運營商基于對物聯網產業(yè)鏈發(fā)展的分析，結合多年電信網的運營經驗，未來幾年我國物聯網的運營將是一個逐漸發(fā)展成熟的過程，將呈現“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，以跨平臺運營經驗帶動關鍵技術和運營的提升，逐步演進形成物聯網體系的運營。
　　現階段運營商在產業(yè)鏈中發(fā)揮技術和資源優(yōu)勢，利用已有的電信網絡運營經驗，開發(fā)設置平臺和中間件，標準化M2M網關和終端，逐步加大涉足產業(yè)鏈的深度，逐漸將通道提升為智能通道，從而掌握物聯網的核心點和制高點。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，隨著下一代互聯網的發(fā)展以及移動互聯網的初步成熟，企業(yè)應用、行業(yè)應用將成為物聯網產業(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，產業(yè)鏈分工協作更明確，產業(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，物聯網產業(yè)進入高速成長期�；诿嫦蛭锫摼W應用的材料、元器件、軟件系統、應用平臺、網絡運營、應用服務等各方面創(chuàng)新活躍，產業(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網服務將成為產業(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，物聯網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