陳健，周維，劉昭

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 移動物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

移動物聯(lián)網(wǎng)通過裝置在各類物體上的SIM卡、傳感器、二維碼等，經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，給物體賦予智能，可實現(xiàn)人與物體間和物體與物體間的溝通和對話。從體系架構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，如圖1所示。

感知層負責(zé)感知識別物體和采集捕獲信息，相當于物理接觸層，包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、手持終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等。

網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)信息的傳遞與處理，包括各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)組成的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)控制與傳送網(wǎng)絡(luò)，還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、專家系統(tǒng)等對海量信息進行智能處理的部分。

應(yīng)用層負責(zé)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，提供智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用，目前主要提供的業(yè)務(wù)包括監(jiān)控服務(wù)、智能電網(wǎng)、工業(yè)監(jiān)控、綠色農(nóng)業(yè)、智能家居、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的三層參考體系架構(gòu)圖

2 運營商提供物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的模式

電信運營商在移動物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，主要提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，即利用已建的通信網(wǎng)絡(luò)承載物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

（1）純通道模式：面向系統(tǒng)集成商，為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供數(shù)據(jù)通道和基礎(chǔ)通信服務(wù)如短信，對終端及應(yīng)用不具備管理職能，該模式實現(xiàn)較簡單，但運營商對業(yè)務(wù)控制能力很弱，在出現(xiàn)故障時無法區(qū)分是網(wǎng)絡(luò)還是終端的問題，影響用戶體驗，并帶來服務(wù)成本的大幅提升，且客戶粘性低。當前國內(nèi)運營商主要采用純通道模式；

（2）智能通道模式：網(wǎng)絡(luò)除了提供基本通信能力之外，還提供終端通信狀態(tài)管理和終端管理等職能，運營商可為用戶提供差異化服務(wù)，提升客戶滿意度，客戶粘性較高，有利于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)?；l(fā)展；

（3）集成應(yīng)用模式：面向最終客戶提供集成業(yè)務(wù)應(yīng)用，疊加在智能通道模式之上，滿足用戶各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。

3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層現(xiàn)狀

目前移動運營商均利用已有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)終端與手機終端使用相同的MSISDN和IMSI，其簽約信息與手機用戶混存在現(xiàn)網(wǎng)HLR中。物聯(lián)網(wǎng)終端通過2G/3G無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、短消息中心、行業(yè)網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺互通，使用業(yè)務(wù)。如圖2所示。一些運營商為提高物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)質(zhì)量、解決純通道模式面臨的部分問題，在網(wǎng)中部署了M2M平臺，該平臺處于GGSN、行業(yè)網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺之間，通過該平臺實現(xiàn)對終端的管理等職能。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層現(xiàn)狀

4 網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)方案研究

物聯(lián)網(wǎng)對于電信運營商的戰(zhàn)略發(fā)展有著重要意義，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不僅有利于運營商快速推出物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、擴大市場規(guī)模，也有利于其形成在物聯(lián)網(wǎng)市場上掌握話語權(quán)、占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，運營商不僅需要為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供純通道服務(wù)，更應(yīng)積極向智能通道模式、集成應(yīng)用服務(wù)模式邁進，也就是說，網(wǎng)絡(luò)層不僅是提供通信的管道，而且要向智能管道演進。

以下方案分析僅針對移動運營商將要開展的智能通道業(yè)務(wù)和集成應(yīng)用業(yè)務(wù)，對于現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建議繼續(xù)保持現(xiàn)有業(yè)務(wù)疏通方式。

4.1 網(wǎng)絡(luò)層組成

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是指各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡(luò)，當前主要是以移動通信網(wǎng)絡(luò)和有線接入的通信網(wǎng)絡(luò)為主。網(wǎng)絡(luò)層分為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和支撐平臺，其中基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)包括接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)；支撐平臺包括運營支撐平臺和業(yè)務(wù)支撐平臺。

4.2 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分析

4.2.1 無線接入網(wǎng)

考慮到無線側(cè)目前不能區(qū)分出接入的終端是人還是機器終端，無線接入網(wǎng)將由現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備兼做，不新建專用物聯(lián)網(wǎng)無線接入設(shè)備。

4.2.2 核心網(wǎng)

對于MSC Server和SGSN來說，在共用無線網(wǎng)的情況下，無線網(wǎng)目前無法區(qū)分用戶類型，將物聯(lián)網(wǎng)用戶接入到專屬MSC Server和SGSN，因此，MSC Server和SGSN須利用現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元。HLR、GGSN和SMSC既可新建，也可利用現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元，但利用現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元時，由于智能通道的需求，HLR、GGSN和SMSC均需進行升級改造以滿足物聯(lián)網(wǎng)的需要。

對于HLR、GGSN和SMSC是否新建專屬網(wǎng)元，可以從以下幾方面考慮：

（1）碼號管理：為確保物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展豐富的碼號資源，物聯(lián)網(wǎng)將采用專屬的碼號資源。單獨建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專屬HLR可便于對專屬碼號的支持及碼號的統(tǒng)一管理、規(guī)劃；

（2） 業(yè)務(wù)發(fā)展：物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)目前在移動性和實時在線上與現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)不同，對網(wǎng)絡(luò)也提出了新要求，未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)還將對網(wǎng)絡(luò)提出新的擴展需求，為保證物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展，單獨建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)元可便于新功能的擴展和快速提供；

（3） 規(guī)劃建設(shè)：物聯(lián)網(wǎng)未來將發(fā)展大量的終端，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)模型與現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)差別較大，單獨建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)元可便于容量的規(guī)劃和建設(shè)；

（4） 運維管理：專屬網(wǎng)元有利于集中運維、集中管理?，F(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)獨立運行，不相互影響，有利于保證物聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量、暢通和效率；

（5） 對現(xiàn)網(wǎng)影響：建設(shè)專屬網(wǎng)元可以最大程度上避免對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響。為了支持物聯(lián)網(wǎng)的通信管理和通信鑒權(quán)等功能，HLR、GGSN和SMSC均需進行相應(yīng)的改造，屆時可能對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響；

（6） 業(yè)務(wù)質(zhì)量：獨立建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專屬網(wǎng)元，可保證物聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量、暢通、效率、時延等。

因此，考慮到物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型與現(xiàn)網(wǎng)的差異，為了便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)、便于物聯(lián)網(wǎng)新功能的快速部署及現(xiàn)網(wǎng)穩(wěn)定、便于物聯(lián)網(wǎng)碼號的擴展、便于物聯(lián)網(wǎng)的運維管理降低投資成本，核心網(wǎng)除MSC和SGSN利用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備外，建議單獨建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專屬網(wǎng)元：M-HLR、M-GGSN、M-SMSC。

4.3 運營支撐平臺設(shè)置方式建議

運營支撐平臺應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供終端管理、通信管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)鑒權(quán)等能力。即運營支撐平臺具有物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信疏導(dǎo)功能和服務(wù)管理兩部分功能，也就是說運營支撐平臺可以分為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)和運營管理平臺兩部分。

通過建設(shè)運營管理平臺提供物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)管理功能，增強物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)管理能力，為用戶提供終端卡狀態(tài)查詢及終端管理等增值服務(wù)能力；支撐終端廠家通過該平臺提供終端維護、升級等管理服務(wù)；支撐應(yīng)用廠家通過該平臺提供的在線狀態(tài)查詢等能力提供更靈活的應(yīng)用服務(wù)。

通過物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)提供統(tǒng)一接入，增強通信能力，為應(yīng)用提供統(tǒng)一的系統(tǒng)接入能力，應(yīng)用平臺只需接入網(wǎng)關(guān)即可實現(xiàn)短信、GPRS等通信能力調(diào)用，如可實現(xiàn)運營管理平臺、位置平臺等應(yīng)用能力調(diào)用，無需系統(tǒng)一一對接；便于提供業(yè)務(wù)鑒權(quán)、通信代理等增值服務(wù)，便于全面掌握物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量，提供更好的通信保障。

4.3.1 運營支撐平臺的設(shè)置方式

運營支撐平臺的兩部分功能既可以采用綜合設(shè)置在同一物理實體中的方式，也可以采用獨立設(shè)置的方式，即建設(shè)獨立的物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)。表1為兩種設(shè)置方式的方案比較。

表1 兩種設(shè)置方式的方案比較

從長遠發(fā)展看，建議在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)中分別設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，如圖3所示。

4.3.2 物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺設(shè)置方式

目前，物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺的功能需求以完成終端通信狀態(tài)管理和終端管理為主。物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺設(shè)置方式分為：方案1，集中建設(shè)全網(wǎng)運營管理平臺。方案2，分省建設(shè)運營管理平臺。

圖3 設(shè)置方式

從實現(xiàn)“終端通信狀態(tài)管理”的角度分析，以“終端通信狀態(tài)管理”為主的“智能通道”業(yè)務(wù)是近期物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的重點，且“終端通信狀態(tài)管理”沒有行業(yè)個性化需求，因此，“終端通信狀態(tài)管理”的實現(xiàn)適于集中建設(shè)；集中建設(shè)便于業(yè)務(wù)標準化、便于業(yè)務(wù)統(tǒng)一運營管理。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的ARPU值較低，集中建設(shè)可以降低成本。

從實現(xiàn)“終端管理”的角度分析，“終端管理”與應(yīng)用相關(guān)，而大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都將分布在各省分別建設(shè)，因此分省建設(shè)實現(xiàn)“終端管理”更加靈活方便,對于響應(yīng)市場需求會更快，有利于滿足各省個性化管理需求，也便于各省開展各自的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

為此，物聯(lián)網(wǎng)運營管理平臺的建設(shè)模式建議采用全國和省兩級架構(gòu)，即全網(wǎng)運營管理平臺和省運營管理平臺，全網(wǎng)運營管理平臺集中建設(shè)，省運營管理平臺在各省建設(shè)。

4.3.3 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置方式

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)需連接基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元、運營管理平臺、應(yīng)用平臺以完成終端接入、應(yīng)用接入、智能路由、業(yè)務(wù)鑒權(quán)、能力調(diào)用、通信代理等，實現(xiàn)智能通道業(yè)務(wù)功能統(tǒng)一封裝和能力開放。

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)為一個新系統(tǒng)，需要相關(guān)設(shè)備廠家根據(jù)相關(guān)的規(guī)范進行研發(fā)。網(wǎng)關(guān)既可以新建，也可以采用改造現(xiàn)網(wǎng)適宜的設(shè)備的方式。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能差異，以及新建物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)獨立運行、互不影響，有利于物聯(lián)網(wǎng)新功能的快速提供及演進，有利于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)容量規(guī)劃和建設(shè)，有利于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的運維管理，建議新建物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)。

4.4 業(yè)務(wù)支撐平臺的建設(shè)原則建議

業(yè)務(wù)支撐平臺包括計費系統(tǒng)和網(wǎng)管系統(tǒng)。計費系統(tǒng)應(yīng)做好為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供計費、分賬、統(tǒng)計等工作。網(wǎng)管系統(tǒng)需實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)元的管理，并逐步將網(wǎng)管能力封裝后向物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺開放，根據(jù)網(wǎng)管提供的信息豐富增值服務(wù)內(nèi)容。

4.5 網(wǎng)絡(luò)層架構(gòu)

總結(jié)以上的網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)方案分析，機器通信和人的通信將共用接入網(wǎng)；核心網(wǎng)應(yīng)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專屬HLR、GGSN和SMSC；業(yè)務(wù)網(wǎng)應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)獨立的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和運營管理平臺；業(yè)務(wù)支撐平臺需要建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層架構(gòu)如圖4所示。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層架構(gòu)

5 小結(jié)

運營商在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)上要做好從提供純管道到提供智能通道的轉(zhuǎn)變，首先要集中建設(shè)一批物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺，確保物聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量、暢通、效率和時延，其次，搭建和完善可管可控的運營支撐平臺，形成并增強智能通道和集成應(yīng)用運營能力，第三，要建設(shè)好業(yè)務(wù)支撐平臺，做好物聯(lián)網(wǎng)的計費、分賬、統(tǒng)計和管理工作。