物聯網的應用前景和解決方案

摘要：文章認為要實現物聯網規模化發展，產業鏈的橫向整合、行業應用的縱向深入是關鍵。電信運營商作為物聯網的重要推動者，在橫向整合方面，應以建設社會公共物聯網基礎架構為目標，并通過物聯網智能管道能力開放提供附加增值服務；在縱向深入方面，應以新技術變革、政府示范項目、商業模式創新為契機，以個人/家庭業務為發展重點，同時致力于打造物聯網開放生態環境，實現行業應用的長尾聚合。基于上述思路，文章提出了服務運營商的端到端物聯網解決方案。

關鍵詞：物聯網；物聯網支撐平臺；智能管道；開放生態環境；智能家居；健康保健

Abstract:To scale the development of the Internet of things (IoT), converging the industrial chain is necessary. Operators need to construct public IoT infrastructure and provide value-added services by opening IoT smart pipes. To open up the IoT environment and long-tail industrial applications, chances have to be taken with new technology, government projects, and business models. The focus should also be on individual and family services. We propose IoT E2E solutions for operators.

Key words:IoT; IoT support platform; smart pipe; opening environment; intelligence home; health care

物聯網的發展潮流代表了社會信息化的發展方向，存在著客觀的發展需求。長期以來，通信產業的發展目標一直是實現人與人之間無縫的聯系和溝通。這一目標已經較好實現，但未來發展空間有限。2009年以來，以“物聯網”、“智慧地球”為代表的信息化發展理念在全球范圍內出現，標志著社會信息化逐步從人與人向人與物、物與物方向發展，為通信產業未來的發展指明了方向[1]。

在全球范圍內，運營商成為物聯網發展的重要推動者。人們期望其在物聯網的發展中獲得巨大利益的同時帶領整個通信產業邁向更加廣闊的空間。這一方面是由于傳統通信業務的飽和，運營商迫切需要尋找新的“藍海”；另一方面也期望通過物聯網業務進一步拓展粘滯度高的行業用戶，獲得持續穩定收入來源。在物聯網發展的過程中，運營商除了為物聯網提供基礎承載網絡之外，還希望借助物聯網，深入到各行各業的應用中，提供物聯網專業服務，擴大自身生存空間。

1 物理層實現規模化發展

面臨的挑戰及應對策略

物聯網的發展將經歷應用示范期、規模成長期、全面發展期3個階段。經過多年的努力和嘗試，全球物聯網當前正處在規模發展的前夜。物聯網突破“瓶頸”實現規模化發展，面臨三大挑戰[2]：

(1)橫向欠缺整合。面對復雜的物聯網產業鏈，缺乏社會公共的物聯網基礎架構整合。眾多廠家形成的物聯網產業聯盟聯系松散，缺乏有效的價值鏈分工。這一現狀導致單一廠商被迫考慮物聯網應用方案端到端的各個環節，資源投入大、見效慢，提高了整個社會的物聯網建設成本。同時導致廠商自身資源投入分散，難以聚焦資源實現應用深化，導致物聯網應用膚淺，無法滿足最終客戶復雜的實際需求。

(2)縱向亟待深入。首先，物聯網面對的行業眾多且分散，部署環境、應用場景本身存在巨大差異；其次，部分行業控制力較強，工業級環境要求嚴格，客觀或人為存在著行業壁壘；此外，行業難以規模化，一些行業物聯網應用改造成本高企，而新的商業模式匱乏。這些均阻礙著物聯網行業應用的深化，以及跨行業主導廠商的培育和發展。

(3)基礎網絡需要優化。伴隨物聯網進一步的發展和規模化，其對通信網絡產生巨大壓力，并且產生地址、安全、服務質量(QoS)等一系列的新問題，需要對整個基礎網絡進行針對性優化。其中，既需要通盤考慮規劃通信網絡的長期演進，并進行相應的標準化工作，也需要從現實的網絡升級需求出發，逐步探索物聯網基礎網絡優化的途徑。

下面分別就應對這些挑戰的方向和思路進行分析和探討：

1.1 橫向整合

物聯網橫向整合的目標是建立社會公共物聯網基礎架構，從感知層、網絡層到應用層，形成相應的價值鏈分工，降低整個社會的物聯網建設和投入成本，其中運營商將發揮關鍵作用。社會公共物聯網基礎架構如圖1所示。

這一物聯網基礎架構存在兩個關鍵的核心節點：一個是感知層和網絡層之間標準化、規范化的物聯網嵌入通信模塊和網關產品，將不同類型的感知終端以規范的方式接入通信網絡，從而使得通信網絡能夠對物聯網感知終端進行識別，進而保證其在網絡層數據傳輸的QoS和安全性；另一個是網絡層和應用層之間的物聯網業務支撐平臺，其通過標準化的通信協議與物聯網通信模塊和網關進行通信，從感知終端獲取原始感知數據，并通過標準應用編程接口(API)將感知數據提供給應用層，從而對應用層屏蔽了感知終端/網絡的差異性。通過上述兩個核心節點，整個物聯網才能夠真正形成感知層、網絡層、應用層的價值鏈分工，并形成基于價值鏈分工的產業聯盟。社會公共物聯網基礎架構的建設，關鍵是上述兩個核心節點的建設和推廣應用，而運營商成為建設的積極倡導者和推進者。

在這一過程中，標準化工作非常重要。從國際范圍來看，整個標準化組織的物聯網標準制訂都處于相對滯后的狀態，這使得領先的運營商紛紛制定自身的企業規范。物聯網規范的制訂以物聯網業務支撐平臺為核心，重點在平臺與終端接口、平臺與應用接口的標準化。

上述架構成功的關鍵，在于充分發揮這一架構與松耦合的物聯網架構之間的差異化競爭優勢，從而吸引各廠商將其產品和應用遷移到這一架構中。運營商物聯網智能管道能力的開放成為重要的競爭優勢，通過開放運營商在網絡層擁有的網絡感知控制能力、終端感知控制能力、基礎業務能力、運營支撐能力，能夠有效提升物聯網應用的安全性和可靠性。特別是對于關鍵的物聯網應用，具有更加重要的意義。

1.2 縱向深入

推進物聯網行業應用的縱向深入，應抓住新技術變革、政府示范項目、商業模式創新的變革契機，推動物聯網在各個行業的深化。

(1)新技術帶來的變革契機

物聯網新技術通過對傳統產業的技術變革，在某種程度上顛覆了傳統行業產業鏈條，從而為運營商和設備制造商進入行業市場提供了良好的契機。當前，尤其應重視網絡視頻監控和RFID技術在各個行業的運用。例如中興通訊承擔的中國重慶電子車牌項目就是一個利用新技術所帶來的機遇，突破重點行業的范例。該項目借助RFID新技術變革引入，較短時間內就實現了電子車牌在整個重慶市范圍的規模化應用，并推向全國。

(2)政府示范項目的機會

伴隨物聯網熱潮的興起，各國政府紛紛推出各行業的物聯網應用示范項目。在示范項目建設中，政府關注重點在于整個物聯網產業鏈的發展，以及社會公共資源在物聯網領域最優化的投入，從而為運營商主導的社會公共物聯網基礎架構深入行業提供了機會。電信運營商和設備制造商可以通過在政府示范項目充分的合作，形成合力，實現重點行業的突破。例如中興通訊和上海電信合作，在上海提供了車輛監控系統服務世博會，取得了良好的社會效應。此項目于2010年10月獲得了CDG組織頒發的業務創新大獎。

(3)商業模式創新帶來的機會

物聯網的建設，除了少量能夠投入巨資的重點行業之外，大量行業呈現碎片化的應用場景，這使得采用傳統的建設方式無法贏利并進入良性循環。因此，必須借鑒互聯網創新經驗，在物聯網應用經營模式和商業模式方面進行創新。其中重要的發展思路，是運營商自主運營的個人/家庭業務，采用互聯網基地模式開展運作；而對于大量的碎片化行業應用，應致力于打造物聯網開放生態環境，實現行業應用的長尾聚合。

1.3 基礎網絡優化

隨著物聯網的規模化發展，物聯網終端數量日益龐大，物聯網通信數據量在整個通信網絡中所占的比例將持續增加。現有的基礎通信網絡必然要針對物聯網的業務模型和流量模型進行適當的優化。尤其在如下3個方面，矛盾更加突出，將推動通信技術的長期發展：

·為了滿足龐大的“物”數量而對標識、地址體制的優化(IPv6、標識網等)。

·為滿足“物”的低功耗、低移動性特性而對無線網絡資源管理進行優化。

·為滿足“物”的安全性而對基礎通信網絡的安全體制進行優化。

在實際物聯網的建設過程中，由政府主導啟動了一些城市的物聯網專網建設，為從新的網絡建設中摸索物聯網優化途徑提供了機會。同時，在運營商網絡已經存在幾百萬甚至上千萬物聯網終端在線的情況下，出現了一些現實的建設需求，如加強網絡終端感知能力的需求，為了規避數據安全風險而進行數據分流的需求等。這些需求正在不斷地得到細化，其中部分已經轉化為物聯網智能管道的建設需求。其應對需要運營商和設備制造商共同探索，形成相應的解決方案。

從長期來看，物聯網必須在橫向整合、縱向深入以及基礎網絡優化3個重要問題上取得突破，才能取得規模化的發展。

2 中興通訊物聯網解決方案

經過前期與運營商的合作，中興通訊在物聯網領域逐漸形成了金字塔形的產品層次結構：處在金字塔頂端的是物聯網業務支撐平臺產品；處在第二層的是標準化、規范化的物聯網通信模塊和網關產品，其與平臺一起共同打造運營商推動的社會公共物聯網基礎架構；第三層是關鍵行業應用方案，重點聚焦運營商針對個人/家庭的自營應用；第四層是物聯網的基礎網絡優化相關產品和服務，服務于運營商物聯網基礎網絡發展。這個金字塔形的結構形成了中興通訊服務運營商的物聯網端到端解決方案。中興通訊物聯網產品層次結構如圖2所示。

2.1 物聯網業務支撐平臺

作為社會公共物聯網基礎架構核心，中興通訊與運營商長期合作，在中國最早發布了成熟的物聯網平臺產品。該平臺可以提供完整的終端統一接入和管理、業務統一管理、第三方系統接入、提供業務快速定制的能力、客戶與合作伙伴運營管理等功能。根據市場需求，近期重點強化了針對長尾應用開發者的業務開發環境和業務執行環境，幫助運營商打造物聯網應用生態圈。同時，完善了能力開放組件的功能，重點實現智能管道能力的開放，幫助運營商提供智能管道的附加服務，同時提升了平臺的差異化優勢。

2.2 物聯網通信模塊及網關產品

在系列化、標準化的物聯網模塊方面，中興通訊目前提供全球范圍內最完整的物聯網模塊產品系列，支持包括TDS-CDMA、WCDMA以及CDMA三大標準，并根據不同的應用場景形成Mini PCI-E卡、LGA/BGA封裝的模塊、B2B/SMT模塊等多種產品形態。在物聯網模塊領域，中興通訊已經在一些行業已經占據了突出的市場地位，比如在中國的電力行業就具有很大的市場份額。中興通訊在物聯網模塊領域積極和國際的一些運營商，包括國家政府展開合作。例如中興通訊和俄羅斯SISTEMA集團合作研究車載通信終端模塊，該模塊可以支持Glonass、北斗、GPS、伽利略等多種定位技術，在上海世博會進行了成功的展示。同時，中興通訊依托原有的家庭網關、無線終端產品，逐步形成了多種物聯網網關產品形態，并配合運營商進行了試驗和試點。

2.3 關鍵行業應用方案

中興通訊緊密結合網絡視頻監控和射頻標識(RFID)兩大感知元素，在RFID、視頻監控、動環監控、家庭網關等產品基礎上已經發展了超過10個大的行業應用解決方案，并且仍在不斷完善延伸。在運營商市場，重點聚焦針對個人/家庭的自營應用方案，包括：針對個人的移動支付和一卡通方案，以2.4G RF-SIM技術為核心，同時融合近距離無線傳輸(NFC)，提供從芯片、POS機、支付平臺到支付手機產品在內的全系列產品；智能家居宜居通方案，在現有無線座機的基礎上，集成物聯網模塊，實現家庭安防、智能家電控制、無線上網等多種功能的物聯網方案，面向最終客戶包括家庭和小商鋪、小公司、庫房；家庭健康保健解決方案，與IPTV緊密結合提供多種健康監控設備接入，將測量到的健康數據匯總到網絡數據庫中，形成個人電子病歷，并在用戶及其親人、健康顧問間進行共享。

2.4 基礎網絡優化解決方案

中興通訊密切參與3GPP SA1/SA2、ETSI MTC等組織物聯網基礎網絡優化的相關工作，同時參與了GSMA、CDG組織在M2M產業化方面的合作。針對IP網絡的地址、標識等方面不足，在推進IPv6商用的基礎上，形成了標識網的創新思路。針對近期運營商的實際需求，形成終端狀態感知、物聯網數據分流、智能管道能力開放等系列方案，配合運營商開展現網的物聯網升級改造和新建試驗網的工作。

3 結束語

展望未來，全球物聯網在突破規模化“瓶頸”后，將迎來全面發展的階段。其標志特征在于運營商推動的社會公共物聯網基礎架構的建立，以及完善深化的物聯網應用率先在一些行業規模應用并進入投資的良性循環[3-4]。中興通訊物聯網解決方案仍在不斷發展過程中，將繼續緊密結合運營商發展物聯網的關鍵問題，不斷調整和完善相應的產品和服務。

同時在物聯網發展過程中，中興通訊將不斷的加強和產業鏈的合作，包括高校、研究設計等單位，共同推進物聯網產業的發展和繁榮。

4 參考文獻

[1] 王志良. 物聯網現在與未來 [M]. 北京:機械工業出版社, 2010.

[2] 葉云. 物聯網應用前景和發展展望 [J]. 中興通訊技術(簡訊), 2010(11): 7-9.

[3] 柴蓉, 冉麗麗, 陳前斌. 物聯網移動性管理關鍵技術 [J]. 重慶郵電大學學報(自然科學版), 2011,23(6):647-653.

[4] 張炎, 夏駱輝. 物聯網標準化及測試規范發展分析 [J]. 數字通信, 2011,(6):16-20.

收稿日期：2011-12-07

作者簡介

葉云，中興通訊股份有限公司業務產品線規劃總工、高級工程師；長期從事業務軟件產品的技術預研、產品方案規劃及標準化工作；先后主持和參加中興通訊IMS、云計算、物聯網、智能管道等多個重點綜合方案；已發表學術論文40余篇。