姚黎強
上海信產(chǎn)管理咨詢有限公司 上海 200083
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)已滲透到各行各業(yè),它被認(rèn)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(shù)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(dá)國家和地區(qū)紛紛出臺物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,進(jìn)行相關(guān)技術(shù)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(guān)注和推進(jìn),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(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和在重點領(lǐng)域的應(yīng)用示范”。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)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(wù)轉(zhuǎn)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(luò)支撐,而運營商作為移動寬帶網(wǎng)絡(luò)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]。總體而言,目前無論國內(nèi)還是國外,物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用還處于起步階段,各國主要圍繞獨立的M2M業(yè)務(wù)開展,業(yè)務(wù)應(yīng)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(gòu)、網(wǎng)絡(luò)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。
物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的網(wǎng)絡(luò),是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù),構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的網(wǎng)絡(luò)[2]。在這個網(wǎng)絡(luò)中,物品與物品之間能夠彼此進(jìn)行“交流”,而無需人的干預(yù),它是新一代信息技術(shù)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(yīng)地,物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)也包含感知層、傳輸層和應(yīng)用層3個基本層次:第一是傳感系統(tǒng),即通過各種技術(shù)手段來實現(xiàn)和物相關(guān)的信息采集與標(biāo)識;第二是通信網(wǎng)絡(luò),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(jìn)行傳輸和處理;第三是應(yīng)用和業(yè)務(wù),即在對所感知的信息進(jìn)行智能處理后,通過手機、PC或各類專用終端設(shè)備實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)[3]。
電信運營商除了能夠提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù),還可以提供應(yīng)用集成服務(wù)、IT設(shè)施服務(wù)、運營支撐服務(wù),并利用其完善的服務(wù)手段、技術(shù)手段、公信力和客戶群在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中扮演關(guān)鍵角色。
1)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù):安全可靠的接入與承載網(wǎng)絡(luò)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(luò)覆蓋和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合,構(gòu)建異構(gòu)的泛在網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)用,所有的感知設(shè)備應(yīng)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(yán)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(yīng)用領(lǐng)域,與下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展相輔相成。
2)應(yīng)用集成服務(wù):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(guān),以移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的聚合服務(wù)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(shù)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(yīng)用,將已有的諸多基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)能力(如短信能力、WAP/Web網(wǎng)關(guān)能力、定位能力等)[5]開放出來與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相結(jié)合,通過應(yīng)用集成促進(jìn)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新,從信息流的傳輸者演變?yōu)閼?yīng)用服務(wù)的聚合者。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(wù)應(yīng)用暢通的通道,構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。
3)運營支撐服務(wù):運營商的一大核心優(yōu)勢是其業(yè)務(wù)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(luò)管理和業(yè)務(wù)管理等。而物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中在傳輸層和應(yīng)用層之間還應(yīng)增加一個運營管理層,提供計費網(wǎng)關(guān)、認(rèn)證網(wǎng)關(guān)、信息處理和API接口等基本運營服務(wù)。運營商建設(shè)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(nèi)部支撐能力、關(guān)鍵資源管理能力及專網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一封裝,從而降低學(xué)習(xí)成本,還可以提高網(wǎng)絡(luò)安全性,提升產(chǎn)品質(zhì)量和管理效率,降低管理成本;傳感設(shè)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(wù)平臺和行業(yè)應(yīng)用平臺溝通,為應(yīng)用集成提供更便捷的手段??傊?,物聯(lián)網(wǎng)運營支撐平臺應(yīng)用模式的確定將極大地推動和促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展,并且為各行各業(yè)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)資源互聯(lián)互通奠定基礎(chǔ)[6]。
4)IT設(shè)施服務(wù):電信運營商因其能夠提供有質(zhì)量保障的計算和超強的存儲能力服務(wù),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(yīng)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(luò)以及計算與存儲能力的需求量將進(jìn)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(jìn)一步發(fā)展成為智能平臺的建設(shè)者以及云計算服務(wù)的提供者[7]。
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(chǔ)設(shè)備向軟件平臺和垂直行業(yè)應(yīng)用升級。預(yù)計2020年全球?qū)⒂?00億連接,是當(dāng)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(qū)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(jié)合、5G和NB-IoT等技術(shù)推進(jìn)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(wù)運營、品牌號召力等方面。國內(nèi)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(jìn)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(shè)備可以輕松安全地與云應(yīng)用程序及其他設(shè)備交互,可支持?jǐn)?shù)十億臺設(shè)備和數(shù)萬億條消息,并且可以對這些消息進(jìn)行處理并將其安全可靠地路由至AWS終端節(jié)點和其他設(shè)備。應(yīng)用程序可以隨時跟蹤所有設(shè)備并與其通信,即使這些設(shè)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(nèi)置Kibana集成的Amazon Elasticsearch Service等AWS服務(wù)來構(gòu)建IoT應(yīng)用程序,以便收集、處理和分析互連設(shè)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(chǔ)設(shè)施。AWS IoT設(shè)備SDK使用MQTT、HTTP或WebSockets協(xié)議將硬件設(shè)備連接到AWS IoT。設(shè)備SDK支持C、JavaScript、Arduino、Java和Python。2)微軟Azure IoT用于連接設(shè)備、其它M2M資產(chǎn)和人員,以便在業(yè)務(wù)和操作中更好地利用數(shù)據(jù),包含連接IoT設(shè)備、實時監(jiān)控兩大部分。Azure IoT中心是一項完全托管的服務(wù),可在數(shù)百萬個IoT設(shè)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(shè)備到云和云到設(shè)備的大規(guī)模消息傳送;使用每個設(shè)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(shè)備連接性和設(shè)備標(biāo)識管理事件;包含最流行語言和平臺的設(shè)備庫。Azure IoT中心擁有設(shè)備級別的身份驗證、設(shè)備連接操作監(jiān)控、豐富的設(shè)備庫、可擴(kuò)展的IoT協(xié)議。支持可擴(kuò)展高并發(fā)的事件處理、基于事件的設(shè)備數(shù)據(jù)處理、可靠的云到設(shè)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(wù),旨在簡化并從IoT設(shè)備中獲得價值。平臺提供對IoT設(shè)備和數(shù)據(jù)的強大應(yīng)用程序訪問,可快速編寫分析應(yīng)用程序、可視化儀表板和移動IoT應(yīng)用程序。以執(zhí)行強大的設(shè)備管理操作,并存儲和訪問設(shè)備數(shù)據(jù),連接各種設(shè)備和網(wǎng)關(guān)。平臺通過使用MQTT和TLS,提供與設(shè)備之間的安全通信。Watson IoT平臺使應(yīng)用程序與已連接的設(shè)備、傳感器和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信并使用由它們收集的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序可以使用實時API和REST API來與設(shè)備進(jìn)行通信。
連接管理服務(wù)是指運營商整合自身的通信網(wǎng)絡(luò)能力與IT運營能力,通過專業(yè)團(tuán)隊專業(yè)運營,面向大客戶、服務(wù)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(wù)。如圖1所示,連接管理平臺是連接管理服務(wù)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(wù)的必備要素,是集約運營質(zhì)量管控的主要工具,也是客戶直接可感知的關(guān)鍵服務(wù)界面[12]。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺定位圖
運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺總體架構(gòu)如圖2所示。
物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺的邏輯結(jié)構(gòu)包括服務(wù)層、管理層、系統(tǒng)層。
服務(wù)層包括客戶自服務(wù)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(quán)限的角色對平臺進(jìn)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(quán)分域管理??蛻糇苑?wù)門戶支撐企業(yè)客戶具有不同權(quán)限的角色對本企業(yè)的SIM卡進(jìn)行管理,包括SIM信息/SIM卡關(guān)聯(lián)關(guān)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(rèn)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(quán)限管理、日志管理、安全管理、統(tǒng)計分析等。
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(zhì)量保障分析系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)IT、集團(tuán)網(wǎng)管平臺以及能力平臺接口[13]。
1)與端到端質(zhì)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(zhì)量保障系統(tǒng)接口獲取和終端SIM相關(guān)的信令信息,支持SIM卡網(wǎng)絡(luò)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(luò)狀態(tài);增量同步接口可增量同步時間顆粒度內(nèi)所有SIM卡信令信息相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)變化時間,增量時間顆粒度可設(shè),默認(rèn)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(guān)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(wù)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(fù)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(tuán)業(yè)務(wù)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(tuán)綜合網(wǎng)管系統(tǒng)管理,通過與集團(tuán)綜合網(wǎng)管系統(tǒng)接口,按照集團(tuán)綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的監(jiān)控要求,上報相關(guān)平臺信息。接口遵循集團(tuán)業(yè)務(wù)平臺綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的相關(guān)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(gòu)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(tuán)充值平臺接口,支持向企業(yè)賬號及SIM卡號進(jìn)行充值。
6)短信平臺接口:物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺調(diào)用集中建設(shè)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(wù)領(lǐng)航平臺的匯聚網(wǎng)關(guān)位接口調(diào)用粗定位能力提供位置服務(wù)。
8)與實名制云服務(wù)平臺接口:物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺調(diào)用實名制云服務(wù)平臺接口,做實名制信息請求及響應(yīng)。
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(wù)器部署于DMZ區(qū),其余服務(wù)器(數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、業(yè)務(wù)處理服務(wù)器、接口服務(wù)器、統(tǒng)計分析服務(wù)器)部署于生產(chǎn)區(qū)域1,新增設(shè)備及組網(wǎng)方案如圖4所示。
圖4 某運營商物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺方案拓?fù)鋱D
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(nèi)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(shè)備管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等基礎(chǔ)問題;完成了業(yè)務(wù)能力標(biāo)準(zhǔn)化,適配主流的運營商、模組、設(shè)備、協(xié)議等;具備將業(yè)務(wù)服務(wù)云服務(wù)化,通過SaaS的手段,解決服務(wù)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(shè)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(yīng)用過程。數(shù)據(jù)所有權(quán)和安全性問題仍是國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)平臺未來推廣應(yīng)用急需解決的問題。
當(dāng)前全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(nèi)外各家運營商均在各自進(jìn)行不同程度的探索,但是在整個平臺的需求、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及關(guān)鍵技術(shù)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(chǔ)信息服務(wù)的基礎(chǔ)上,在積累了豐富的運營傳統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)經(jīng)驗的條件下,無疑可以充當(dāng)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(wù)的系統(tǒng)載體,首先是客戶直接可感知的關(guān)鍵服務(wù)界面,是運營商集約運營質(zhì)量管控的主要工具,是打造物聯(lián)網(wǎng)差異化通道服務(wù)的必備要素,是未來數(shù)據(jù)運營的基礎(chǔ)平臺。本平臺的建設(shè)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(wù)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(gòu)建掌握了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的主動權(quán),為推動我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)[14]。