物联网业务运营支撑平台的方案研究

信息通信技术52物联网业务运营支撑平台的方案研究胡昌玮周光涛唐雄燕中国联通集团国家工程实验室北京100032摘要本文首先从物联网的发展阶段分析出发，总结电信运营企业在物联网业务发展过程中所将面临的挑战，强调电信运营商开展建设物联网业务运营支撑平台的必要性，然后分别从传感网络、运营平台以及对接系统等几个方面讨论物联网业务运营的需求，从而有针对性地提出物联网业务运营支撑平台的解决方案，给出了部分关键功能模块的定义，最后对平台的部署实施方案提出一些建议。关键词物联网；运营支撑平台；终端管理；业务管理引言物联网日益成为备受全球社会各界共同关注的热点和焦点，其对于世界经济、政治、文化、军事等各个方面，都将会产生无比巨大的影响。所谓“物联网”(InternetofThings)，指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络[1]。从国际上看，欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作，并且已作了大量研究开发和应用工作。近期，通过我国政府高层一系列的重要讲话、研讨、报告和相关政策措施表明，大力发展物联网产业同样成为中国今后一项具有国家战略意义的重要决策。目前，物联网仍处于发展的初级阶段，主要围绕M2M的业务应用展开，各业务应用和管理平台仍处于孤立和垂直的状态，相对比较零散。在物联网发展的过渡阶段，网络规模不断扩大，标准化的程度进一步加深，不同行业平台之间实现互联互通，从而对规模覆盖的网络的依赖程度加深。在物联网发展的成熟阶段，不同应用平台利用无所不达的网络资源进行协同处理，平台之间的整合力度和水平化程度加强，从而使得运营商充分发挥主导作用，实现物联网业务的规模化运营。从目前来看，物联网正处于过渡阶段的前期，运营企业将应对来自不同行业的竞争、标准的制定以及商业模式的探索等几方面的挑战。首先，运营商缺少整合运营的支撑平台，行业用户只购买SIM卡，运营商仅提供通道，造成运营商在市场中与竞争对手同质化竞争，与行业厂家竞争，缺乏优势，收益较低。其次，行业用户需要提供整体解决方案，但运营商目前还无法整合并主导价值链，很难全面满足用户的需求。最后，运营商缺少整合运营的支撑平台，无法对种类繁多的行业终端、个人终端提出统一规范的接入管理规范，同时难以提供端到端的管理和服务支撑，无法实现规模化发展。因此，为避免业务平台的重复建设以及加速行业信息的整合利用，业界普遍认为建设统一的物联网业务运营支撑平台成为迫切需求。国内外知名的运营企业纷纷开始尝试建设统一的物联网业务运营支撑平台，包括国外Orange、Vodafone、Telenor、AT&T以及国内中国移动[2]、中国电信等[1]。随着物联网相关技术和业务的快速发展，前期提出的一些建设思路均在不同方面体现出局限性，无法全面满足物联网的发展需求。例如，法国Orange的M2M平台目前没有实现端到端的安全保障，没有与BSS/OSS进行对接。Telonor针对每个物联网业务仍采用独立的网络平台和业务平台，还无法实现统一管理和运营，同时缺乏对云计算能力的考虑。Vodafone通过MVNE（MobileVirtualNetworkEnabler)封业务与运营20100253装自身能力，通过MVNO(MobileVirtualNetworkOperator)使得合作伙伴可以集中于业务的研发，但这种业务模式并不是很适合国内现状。AT&T正准备与JasperWireless共同建立M2M商用平台，在实现终端厂商和运营商有机结合的同时，电信运营商的产业核心地位将被减弱。在国内，中国移动和中国电信的平台目前仅用于满足有限的M2M业务支撑需求，虽然考虑逐步满足物联网的应用的接入，但规划中仍缺少对海量计算和海量存储的支持。本文将充分借鉴现有的实施部署方案，在尽量满足平台运营各种需求的前提下，提出统一的物联网业务运营支撑平台的解决方案。1物联网业务运营的需求物联网业务发展过程中，根据不同的应用场景、不同的操作对象、不同的应用方式对网络能力的需求也不尽相同，从而对运营商网络的影响也不尽相同，但是不同之中存在的共性，是建设物联网业务运营支撑平台的基本前提，主要可以分三个层面来描述现有物联网对运营支撑平台的要求，如图1所示。1.1传感网接入的需求传感网络接入平台的需求主要集中在安全接入以及标准化接入两个主要方面。在安全接入方面，由于传感器大部分都是无人值守并且长期持续工作，所以运营支撑平台必须充分考虑对传感器的安全性进行即时监测。首先，在保证传感器自身遵循安全的设计前提下，平台必须对传感器自身的健康程度进检测并及时告警。其次，传感器持续或者间歇地回传大量的数据信息，平台必须保证传感器与业务系统之间的信息交互的安全性。在标准化接入方面，由于目前缺少统一的通信协议，造成的多个行业和多个厂家的传感器终端无法统一接入运营商的网络以及业务平台，无法实现传感终端的统一认证和管理。目前，中国移动推出了WMMP协议，中国电信相应推出了MDMP协议，分别用于规范在各自平台上接入的终端设备。1.2平台运营的自身需求物联网业务应用作为信息产业新的经济增长点，核心的运营支撑平台必须服务于产业链上的各参与方，包括物联网运营商、业务提供商以及用户等，通过运营支撑平台的推广与合作，广泛发展物联网业务，推动物联网市场快速增长，从而形成共赢的良性产业生态环境。从物联网运营的角度，首先，物联网业务运营支撑平台能够对原有语音、彩信、短信等电信业务能力进行封装，提供开放接口，从而降低业务创新的难度。其次.平台需要具备透明的认证鉴权、接入计费、网管、业务支撑等功能，同时为所有的物联网业务者提供统一的运营维护、管理界面。再次.平台必须提供不同行业应用系统、社会公共服务系统(120、110和119等)的接入，实现行业信息的整合，提供大量数据的存储、分析和挖掘，具有云计算的能力。还有，该平台需要具有开放、灵活、异构的架构，不但能够与传感器网络、移动接入、以及宽带接入网络等无缝集成，而且能够与现有的运营商已有的承载网和业务网无缝集成，平台具备可扩展性、易融合性等。此外，平台必须具备完善的管理能力，实现统一的合作伙伴(sp)的管理、统一的用户管理、统一的业务产品管理、统一的订购管理、统一的认证授权管理等。从业务提供者的角度，希望专注于业务应用的开发，关注业务数据和业务流程的处理，期望简单、快速的业务开发环境，不希望分散精力处理不同的传感器、不同的电信能力以及不同的门户系统，如图2所示。首先，平台需要对提交的物联网业务开发需求，自动匹配适合的传感器资源，并对经传感器与业务平台进行对应登记注册。其次，提供标准的开发接口，开发传感器与平台的交互界面，编写详细的数据上传、下载、存储以及其他等业务交互流程，并根据需要，激活比如语音、视频、短信、计费、网管、故障、告警等其他的工作流。此外，平台需要为每个业务应用提供用户统计、业图1物联网业务运营支撑平台的关联图Business&Operation信息通信技术54务统计、计费统计等功能，提供符合自身业务需要的门户。从物联网业务的使用者角度，由于物联网本身具有的复杂性、普遍性，因此每个用户可能有多个物联网应用，有多种方式接入，客户希望可以像使用水和电一样方便的接入使用物联网业务，有自己的业务申请注册管理界面、有自己的费用结算、充值划账界面，有自己的鉴权管理，委托管理，查询统计、多种提醒等功能。1.3业务系统对接的需求平台需要具备与现有的运营系统实现对接，包括计费系统，网管系统、行业专家系统以及公众服系统等。实现对运营商业务能力的封装，系统支撑能力对接，行业系统、公众系统的对接，业务系统对接等。系统对接采用的协议尽量采用目前运营系统的通用协议，而没有必要使用制定新的协议规范。1.4运营商面临的挑战运营商目前的网络主要针对人与人之间的通信模式进行设计、优化，没有考虑网络在物联网阶段会遇到传感器并发连接多，但连接数据传输量少，传感器数量级增长等机器与机器之间通信的业务需求。物联网终端通信的业务模式，还具有频繁状态切换、频繁位置更新（移动传感器）、在某一个特定的时间集中聚集到同一个基站等特征，这对网络的信令处理和优化机制要求更高，也对网络带宽和带宽优化有更高的要求。随着物联网的引入和发展，目前的核心网也面临着大量的终端同时激活和发起业务所带来的冲击。当用户面或信令面资源占用过度，出现拥塞的时候，目前的处理机制仍不健全，无法很好的支撑物联网业务应用。如果物联网发展迅速，而运营商网络还是演进到位，并且没有有效隔离提供物联网服务的网络和提供人与人通信的网络，则物联网业务会冲击现有人与人通信的行业应用和个人应用，造成业务中断，引起投诉。除此之外，现有网络发展到物联网阶段，在安全方面、计费方面、地址符标志以及IP地址管理等方面均存在新的挑战[1]。2物联网业务运营支撑平台方案2.1平台框架通过对物联网业务运营支撑平台建设的需求分析的基础上，结合传统电信运营企业的面临的挑战，本文充分借鉴国内外在物联网初级阶段开展M2M平台建设的情况，提出物联网业务运营支撑平台的架构如图3所示。整个系统采用开放分层结构来实现，自下而上包括感知层、承载层、运营支撑和统一开放接口层以及应用层等，其中，无线传感网、RFID读写器、M2M终端设备，构成物联网的感知层；运营商提供的网络资源，包括GSM、WCDMA以及3G网络和有线网络，构成网络传输层，实现感知层信息的上传以及应用层信息的下达；结合运营商的业务运营支撑环境，构成物联网的运营支撑层。平台通过标准化协议引入物联网终端和应用，并提供鉴权、计费、业务管理、业务受理等功能；各种行业应用构成物联网的应用层，它们通过开放接口调用各种能力，满足业务需求。考虑物联网的应用的数据存储，数据运算都比目前的互联网高几个数量级，因此设计该平台需要考虑在传统的IT系统的基础之上，融合进云计算的方案，以增强平台的计算能力、扩展能力。利用云计算解决了利用运营商大量闲置的计算和存储能力的问题，为适应业务量的弹性增长、降低应用部署成本提供了重要的技术手段。图2业务提供者的需求模块业务与运营20100255物联网的应用会用到大量的电信能力，比如短信、彩信、定位、呼叫中心等，也可能用到第三方的服务和资源。通过该平台，实现业务能力的汇聚和开放，大大降低开发难度，为物联网的飞速发展奠定基础，是物联网未来实现信息智能化处理的普遍架构形式[3]。在此基础上，实现机器到机器、机器到人、人到机器的互动与协作，实现物联网应用的融合。综上所述，该平台架构充分体现独立关注、松散耦合、逻辑复用以及标准定义等特点，各层之间通过松散耦合实现逻辑复用，通过组件方式实现同层之间模块的松耦合，使得系统具备良好的扩展能力。2.2对外接口设计如图4所示，本系统总共包括6大接口。其中，与终端设备的接口主要完成对物联网终端的接入；应用系统接口主要为上层应用系统提供标准接口，为各行业应用系统提供基于面向服务的功能调用；管理接口主要提供客户签约信息，其中包括客户信息、所开通移动M2M的SIM卡信息；用户业务信息；用户帐户信息等等；计费接口主要记录物联网感知终端接入平台的各种计费数据，并与计费系统的互通；网管接口主要提供与管理分析平台系统的接口，实现与告警、监控、性能分析等功能系统的接口；业务能力接口主要提供与短信中心、彩信中心的接口，通过此接口终端就可以通过短信与终端接入平台进行短信互通。2.3关键模块根据物联网业务运营的特点，物联网业务运营支撑平台需要包括4个核心模块以及4个边缘模块等关键组件，如图5所示。四个核心模块分别为安全访问控制模块、终端管理模块、业务管理模块以及业务定制模块。其中安全访问控制模块主要是针对码号资源管理，SIM个人化、密钥管理和鉴权访问控制；终端管理模块主要是对物联网终端的注册、状态和监控管理；业务管理模块主要是针对业务集成和全网应用以及各级应用管理；业务定制模块图5关键模块分布图图3物联网业务运营支撑平台的架构图图4物联网业务运营支撑平台接口Business&Operation信息通信技