物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營和技術(shù)初探
陳馨 王一秋 2010/08/23
1.物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)典型體系架構(gòu)分為3層，自下而上分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)、最成熟的部分，關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進(jìn)行優(yōu)化改造，形成系統(tǒng)感知的網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層提供豐富的應(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化的應(yīng)用解決方案，關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開發(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)模式的開發(fā)。
（1）物聯(lián)網(wǎng)管理中心——提供業(yè)務(wù)運(yùn)營核心能力
物聯(lián)網(wǎng)管理中心的基本功能包括用戶管理、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(quán)、任務(wù)管理、應(yīng)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(shè)管理和終端登錄狀態(tài)維護(hù)。
（2）物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)——支持增強(qiáng)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(qiáng)型通道模式，實(shí)現(xiàn)可靠性維護(hù)；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)前后的協(xié)議轉(zhuǎn)換與適配；開放業(yè)務(wù)能力供調(diào)用或開發(fā)。
（3）電信級(jí)機(jī)器通信協(xié)議——推動(dòng)機(jī)器通信協(xié)議統(tǒng)一
提供端到端電信級(jí)機(jī)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，通過擴(kuò)展協(xié)議承載不同行業(yè)及客戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)。電信級(jí)機(jī)器通信協(xié)議應(yīng)與接入方式無關(guān)，具備多重安全機(jī)制。
（4）M2M通信模組——推動(dòng)終端標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的部分，通過標(biāo)準(zhǔn)化的M2M模組配以各類傳感器與外設(shè)，并輔以外圍電路即可迅速構(gòu)成適用于不同應(yīng)用的M2M終端。M2M通信模組應(yīng)能提供豐富且標(biāo)準(zhǔn)化的硬件接口，標(biāo)準(zhǔn)化的AT指令，支持二次開發(fā)。M2M通信模組通過提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件接口，大大降低開發(fā)和維護(hù)成本，同時(shí)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(jí)SIM卡——增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)能力
物聯(lián)網(wǎng)終端的工作環(huán)境較為復(fù)雜，溫度、濕度、粉塵、震動(dòng)等因素對(duì)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(biāo)分級(jí)，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(tǒng)通信功能。
（6）碼號(hào)標(biāo)識(shí)體系——為規(guī)模發(fā)展提供充足的碼號(hào)資源
物聯(lián)網(wǎng)對(duì)運(yùn)營商的核心價(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(hào)體系可劃分為三大部分：
- 用戶號(hào)碼，用于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)用戶的尋址和路由，是物聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)；
- 業(yè)務(wù)管理標(biāo)識(shí)，用于從應(yīng)用層管理物聯(lián)網(wǎng)用戶和設(shè)備；
- 其他碼號(hào)，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，用戶號(hào)碼為運(yùn)營商稀缺資源，面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的海量碼號(hào)需求，應(yīng)當(dāng)首先解決物聯(lián)網(wǎng)用戶號(hào)碼數(shù)量和規(guī)劃問題。
（7）核心網(wǎng)優(yōu)化——支撐物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的移動(dòng)性管理優(yōu)化
在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，機(jī)器終端的業(yè)務(wù)行為與人和人通信時(shí)的話務(wù)模式差別較大，具體表現(xiàn)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(shù)據(jù)傳輸量較小，機(jī)器終端可能并發(fā)通信。當(dāng)機(jī)器終端數(shù)量大規(guī)模增長時(shí)，有必要針對(duì)機(jī)器通信進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化，節(jié)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(xiàn)數(shù)據(jù)采集及向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。它擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、加密、傳輸?shù)榷喾N功能。物聯(lián)網(wǎng)各類終端設(shè)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(yīng)用/業(yè)務(wù)層。每一層都與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的控制設(shè)備有著對(duì)應(yīng)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了向用戶提供最佳的使用體驗(yàn)，終端應(yīng)當(dāng)具有感知場(chǎng)景變化的能力，并以此為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化判決，為用戶選擇最佳的服務(wù)通道。終端設(shè)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(jīng)過計(jì)算，決策需要采取的應(yīng)對(duì)措施。
移動(dòng)通信模塊的射頻前端、調(diào)制解調(diào)模塊及部分物理層算法模塊一起，共同構(gòu)成了終端設(shè)備的情景感知層。當(dāng)移動(dòng)終端設(shè)備在蜂窩網(wǎng)中移動(dòng)時(shí)，通過感知環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)情況，并將自身參數(shù)上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)跨小區(qū)的切換甚至是跨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換，同時(shí)保證業(yè)務(wù)的連續(xù)。
2.2 網(wǎng)絡(luò)接入層
終端的感知層接收的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)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提供服務(wù)。
在多模移動(dòng)終端中，軟件無線電和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)泛在網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)媒介的感知和垂直切換提供有效的技術(shù)手段。終端設(shè)備可以通過內(nèi)置多棧的變換來實(shí)現(xiàn)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(jù)接入通道上傳的業(yè)務(wù)要求，將終端內(nèi)相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝發(fā)送給下層，并通過物理層發(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(shù)據(jù)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(tái)的相關(guān)功能對(duì)應(yīng)。
2.4 應(yīng)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(gòu)的最底層，負(fù)責(zé)提取網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施中網(wǎng)絡(luò)和終端的能力，并抽象成為終端平臺(tái)相關(guān)的基本業(yè)務(wù)能力，再對(duì)這些基本業(yè)務(wù)能力進(jìn)行封裝，成為獨(dú)立的業(yè)務(wù)引擎，向上層提供標(biāo)準(zhǔn)且開放的接口，促進(jìn)二次開發(fā)和集成。典型的業(yè)務(wù)引擎包括電信域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力、基礎(chǔ)語音業(yè)務(wù)能力，IT域的地理信息系統(tǒng)、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(tái)可以根據(jù)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)提供平臺(tái)的選擇，用戶所處環(huán)境的狀況以及變化趨勢(shì)，用戶的個(gè)性化設(shè)置以及從用戶歷史記錄中獲取的用戶偏好信息，對(duì)業(yè)務(wù)的內(nèi)容、提供方式以及展現(xiàn)形式進(jìn)行智能的、前攝的、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的改變，以匹配用戶在特定時(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(xiàn)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(shù)據(jù)融合、上下文感知、服務(wù)質(zhì)量協(xié)商等。通過這些能力模塊，終端業(yè)務(wù)平臺(tái)可以對(duì)用戶的環(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(jù)這一系列機(jī)制，對(duì)業(yè)務(wù)引擎提供的基本業(yè)務(wù)能力進(jìn)行二次開發(fā)和集成，快速生成滿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(jī)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(dú)立的、完整的應(yīng)用提供給最終用戶。對(duì)于應(yīng)用開發(fā)者，組合業(yè)務(wù)可看作是更為復(fù)雜應(yīng)用的構(gòu)建模塊。
目前，物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)將終端功能與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合考慮，采用標(biāo)準(zhǔn)化的道路以獲得規(guī)模效應(yīng)，壓縮終端成本，降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的門檻。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推廣，物聯(lián)網(wǎng)終端的發(fā)展會(huì)越來越多樣化，處理能力、存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)定制化、差異化。
3.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及運(yùn)營前景
我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是以應(yīng)用為先導(dǎo)，市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)是從公共管理和服務(wù)市場(chǎng)，到企業(yè)、行業(yè)應(yīng)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(xì)分市場(chǎng)呈現(xiàn)遞進(jìn)式發(fā)展趨勢(shì)。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國已完成前期的概念導(dǎo)入，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成階段和應(yīng)用示范期。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用只是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，真正意義的物聯(lián)網(wǎng)還沒有形成。作為物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成，M2M應(yīng)用將會(huì)更豐富和多元化，企業(yè)聚集、市場(chǎng)應(yīng)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(yīng)用市場(chǎng)。待各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用逐漸成熟后，將帶動(dòng)各項(xiàng)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(yùn)營商基于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的分析，結(jié)合多年電信網(wǎng)的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，未來幾年我國物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營將是一個(gè)逐漸發(fā)展成熟的過程，將呈現(xiàn)“以點(diǎn)帶面，由面至體”的運(yùn)營體系，從單一M2M應(yīng)用成熟運(yùn)營提煉形成多個(gè)M2M跨平臺(tái)運(yùn)營能力，以跨平臺(tái)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)營的提升，逐步演進(jìn)形成物聯(lián)網(wǎng)體系的運(yùn)營。
現(xiàn)階段運(yùn)營商在產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮技術(shù)和資源優(yōu)勢(shì)，利用已有的電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)設(shè)置平臺(tái)和中間件，標(biāo)準(zhǔn)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)。通過平臺(tái)負(fù)責(zé)M2M通信的運(yùn)行、維護(hù)、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(yùn)營商通過標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，使得單個(gè)M2M應(yīng)用成本更低，將促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈健康、快速地成長。
針對(duì)規(guī)模較小、碎片化的行業(yè)市場(chǎng)，運(yùn)營商可以通過標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證和集成芯片，攤薄建設(shè)及運(yùn)維成本，提高邊際利潤。針對(duì)規(guī)模較大、集中度高的行業(yè)市場(chǎng)，運(yùn)營商可以ICT方式逐步標(biāo)準(zhǔn)化，并疊加現(xiàn)有通信業(yè)務(wù)，獲取長期收益。
未來3～5年，公共管理和服務(wù)市場(chǎng)應(yīng)用示范形成一定效應(yīng)之后，隨著下一代互聯(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(yīng)用、行業(yè)應(yīng)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(yīng)用以及跨平臺(tái)應(yīng)用逐漸穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn)初步形成。運(yùn)營商在主導(dǎo)運(yùn)營方面形成一定經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大對(duì)大型企業(yè)、多行業(yè)的整體高效服務(wù)，使M2M的運(yùn)營更趨規(guī)模和系統(tǒng)化。
未來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(yīng)用逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速成長期。基于面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的材料、元器件、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、應(yīng)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(rèn)同。運(yùn)營商提供的各類物聯(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(yùn)營商帶來更多的發(fā)展空間。
機(jī)器終端將成為移動(dòng)通信未來的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信結(jié)合將為機(jī)器插上移動(dòng)的“翅膀”。
電信技術(shù)
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