第9章物联网应用接口技术76

物联网导论薛燕红编著[e-mail]21世纪高等学校规划教材机械工业出版社目录全球定位与地理信息系统物联网导论共十一章第6章第8章第9章第11章第10章第1章第2章第3章第4章第5章物联网概述射频识别与产品电子编码无线传感网络传感器与微机电系统信息自动识别技术目录物联网应用案例物联网导论共十一章第8章第9章第11章第10章第7章第8章第9章第10章第11章互联网与移动互联网物联网应用接口技术物联网安全物联网支撑技术9.1行业运营平台9.1.1现有业务体系面临的问题目前，物联网正处于过渡阶段的前期，各种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。比如，一个物流应用业务就必须部署一个从无线射频标签接入到物流信息应用系统的多层架构物联网。而城市交通控制应用也要部署从车辆数据采集接入到交通调度应用系统这样一套完整的业务体系。这样的垂直业务体系虽然在安全和隐私性等方面有显著优势，但是各个单独的业务之间缺乏交互，每个业务都需要重新部署与运营支撑系统的接口设备，既不利于融合业务的开发，也导致了整体资源的浪费。而且，对于单个业务而言，由于独立的业务体系无法便捷获取其它相关业务和环境的资源，单个业务的能力和用户体验都无法实现更大的提升。9.1行业运营平台在物联网过渡阶段的前期，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。在物联网发展过程中，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。9.1行业运营平台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、中国电信等。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。可见，传统的垂直架构业务体系无法实现对各个异构接入网的基本能力调用，缺乏一个丰富的业务开发和部署环境，与运营支撑系统之间的接口设备存在重复建设的弊端，也阻碍了物联网对人们“智能”服务的业务需求。9.1行业运营平台9.1.2业务平台的需求分析为了解决现有物联网体系在单个业务的交互性及设备资源重复投资的问题，需要一种新的网络体系架构。由于未来通信网络演进的方向将极大地影响物联网业务体系的发展，而下一代网络正朝着一个扁平的综合网络体系演进，因此，物联网也将适应这一发展方向。为了充分发挥物联网的整体潜能，实现多异构基础网络能力的融合，提升网络的智能服务能力，物联网必须有一个统一的行业运营平台，由该平台向上层的所有应用提供服务，以便单个业务能方便调用物联接入层各种异构网络数据的基础能力。1.物联网的特征（1）网络基础环境异构由于物联接入层的网络是由各种功能不同的节点组成，因此，每个接入网络内部的结构和网络能力都不尽相同。整个物联网可看成是一个能够提供丰富的基础能力的异构网络。对于用户来说，可能会频繁地在不同的接入网络中迁移，同时被若干个不同接入网络同时覆盖。这就要求物联网需要屏蔽各种接入网络底层的细节，为用户自始至终提供无缝的、一致的服务，从而做到依据环境的变化情况，为用户提供最佳的业务体验。可见，不同接入网络的异构性，在物联网整体架构中将趋于统一化。9.1行业运营平台（2）接入网自组织由于底层接入网络具有自组织的特性，物联网无需像传统网络一样拥有一个全局的通信基础设施来完成网络控制功能。与此相对应，物联网的业务也呈现自组织的特征，服务与提供这些服务的设备是分布式地嵌入在用户周边，此周边环境支持本地用户和业务的交互，并不存在任何中心控制基础设施。随着接入网络数量的增多和规模的增大，融合的物联网系统中，对各接入网络节点的管理、控制、恢复、优化将不可能再以集中式处理，为了实现系统健壮性和扩展性等方面的目标，自治的接入网络管理方法是必须的。进而，业务对接入网络中能力的统一资源配置与重配置等处理过程也将被赋予自组织的特征。（3）产业链环节多元化基于物联网的巨大潜力，用户的需求也将日益丰富。如果单靠运营商开发业务，前景将非常有限。为了吸引和满足更多的业务需求，运营商、设备制造商、服务/内容提供商等相关企业必须打造新型的产业链。为此，需要一种开放的物联网体系结构。在这种开放的体系结构下，运营商可以将自己不具备的或较弱的业务功能外包出去，把大量的功能化业务交付给更加专业的服务/内容提供商实现。通过与服务/内容提供商联盟，运营商不但能弥补自身资源的不足，同时还能降低业务实现的成本，方便功能化业务的集成，促使产业链上新环节的涌现，盘活现有的产业价值链，使多方互利共赢。9.1行业运营平台（4）安全隐私物联网中多种异构接入网的融合将出现复杂的商业关系及频繁的接入过程，物联网业务主要处理的是与用户有关的数据，对个人数据信息隐私安全的保护和管理将决定用户对物联网业务的接受度。因此，值得信赖的身份管理以及鉴权授权非常有必要，安全、隐私、信任的重要性不言自明。2.业务平台的特征需求物联网应用通常需要使用到多个异构接入网络的基本功能，为此，物联网的业务平台特征需求可以归纳如下：（1）自主自治由于物联网由数量庞大的异构接入网络组成，任何运营商都不能够事无巨细地管理和控制如此大量的设备。所以，物联网的业务平台应当具有更多的自主性，能够最大程度地自管理、自配置、自修复，并根据环境变化自发调整自己的行为。这种自主并不意味着让网络完全独立于人的干预而运行，而是指网络能够按照人的利益和偏好去完成自发的控制过程，从而最终实现业务的开发、部署和实施。9.1行业运营平台（2）自适应作为一个通用的业务平台，物联网业务平台将面临更多的变化。这种变化既包括下层基础网络能力的变化，又包括上层应用开发需求的变化。业务平台需要应对产业链的多个环节。为了延长整个业务平台的生命周期，业务平台内部结构需要有相应的适应环境变化的能力。（3）智能感知为了具备足够的智能，平台需要具有足够感知的能力，必须能够感知用户的状态和周围的环境，从而根据这些信息调整对业务逻辑判断、业务调用等行为。用户的相关信息是非常丰富的，包括物理位置、生理状况、心理状态、个人历史信息、日常行为习惯等。如何获取需要的信息是智能感知计算实现时的关键技术点。不同的内容来自于各种分布式的数据源，因此业务平台需要对这些信息进行收集管理，并运用一些相关的推理决策机制对这些原始数据进行评估和分析。（4）安全可信业务平台所处的网络是以多种无线网接入互联网实现的异构集成网络。开放的无线网络使得恶意攻击者能够随时随地以任意方式对网络发起攻击。此外，这种以用户需求为中心主动向用户提供服务的方式，决定了平台中必定存储着大量的个人隐私以及保密性很强的一些信息，这样的一些信息一旦被人恶意地加以利用或是散布都将给国家的安全和社会的稳定带来强烈的冲击和影响。因而，要求业务平台提供基于认证和信任的安全机制、个人隐私的保护机制等安全可信保证。9.1行业运营平台9.1.3业务平台体系结构为了满足物联网特征的需求，物联网业务平台必须能提取并抽象下层网络的能力。将相关的信息封装成标准的业务引擎，向上层应用提供商提供便利的业务开发环境，简化业务的开发难度，缩短业务的开发周期，降低业务的开发风险，而对最终用户进行统一的用户管理和鉴权计费，以增强各种智能化应用的用户体验，同时向平台运营人员提供对用户和业务的统一管理，方便其进行安全维护。基于以上分析，可以得到新的物联网行业运营平台体系架构，见图9.1所示。该平台包括三大部分：业务接入和部署提供、业务管理支撑、业务平台门户。其中，业务接入和部署提供部分包括三个功能层：业务引擎层、业务适配层、业务部署层；业务管理支撑部分包括五个功能模块：鉴权计费、用户管理、SP/CP（服务提供商、内容提供商）管理、运营统计、网管维护；业务平台门户为维护人员和业务提供商提供标准的平台接口和操作界面。1.业务接入和部署提供该部分功能自底而上设置了业务引擎层、业务适配层、业务部署层共三个功能层。9.1行业运营平台9.1行业运营平台（1）业务部署层业务引擎层负责提取物联网中接入网络和终端的能力，并抽象成为网络和平台相关的基本业务能力，再将这些基本业务能力封装成为独立的业务引擎向上层提供标准的接口，以便进二次开发和集成。物联网中典型的业务引擎既包括传统电信网络中的基础数据业务和语音业务，又包括无线传感网络提供的数据采集和位置服务等新型业务。（2）业务适配层业务适配层根据用户的特征（包括所处环境的状况以及变化趋势、用户的个性化设置以及用户偏好信息）对业务的内容、提供方式以及展现形式进行智能和动态自适应的改变，以匹配用户在特定时间、特定地点、特定场合、特定身份下的个性化需求。为此，本层由多种智能的控制和决策的能力模块组成，如数据融合、上下文感知、服务质量（QoS）管理等。通过这些能力模块，业务平台可以对用户的环境信息进行动态的收集、有选择的提炼、智能的分析和实时的反馈，提升单个业务的用户体验。（3）业务部署层业务部署层基于部署工具和部署机制，负责建立业务原型、部署业务。为应用提供商的业务软件或业务逻辑分配基础能力引擎资源，确保用户能够最大限度的享受具体业务提供的服务，同时提供资源管理来帮助运营商管理分布式网络上已部署的各种业务。9.1行业运营平台2.业务管理支撑业务管理支撑部分为整个业务平台的正常运转提供管理和运行维护能力。向最终用户提供业务运营和认证计费管理；向应用提供商提供业务统计管理；向第三方运营支持系统/商业支持系统（OSS/BSS）提供开放接口和功能划分，以实现不同系统的整合，避免了重复建设。3.业务平台门户业务平台门户是整个平台面向应用层和物联网运营商的唯一界面。为应用提供商提供业务信息查看和部署操作界面，为平台维护人员提供操作维护界面。物联网业务平台有效的改变了传统网络垂直架构模式，使得应用层可以便捷的调用各种异构网络的业务能力，使得业务提供方式更加智能，业务生成方式更加多样，业务对底层网络变化更加自适应。同时，便于应用提供商基于异构网络提供的基本业务能力来完成各项业务的运行、维护以及管理。业务平台应该能向应用提供商提供标准业务引擎和统一的业务开发部署环境，并能与传统的物联网体系有机融合，为各种智能化业务的开发提供基本功能支持，同时向物联网运营