物聯網能力開放體系研究

摘要：文章認為由于細分市場所導致的物聯網應用規模受限和成本增加，已成為現階段物聯網應用發展的制約因素。為此需要針對用戶的共性需求，聚集產業鏈各方資源，以規?；战档蛻貌渴鸪杀荆@也是物聯網能力開放的出發點。文章對用戶在不同層面的共性需求進行了分析，基于此，提出由終端服務能力、網絡服務能力、支撐服務能力、應用及內容服務能力構成的物聯網能力開放體系，并分析了實現物聯網能力有序、安全開放所需考慮的若干關鍵問題。

關鍵詞：物聯網；能力開放；智能管道

Abstract:The limited application and high cost of the Internet of things (IoT) is caused by market segmentation and is constraining IoT development. To reduce deployment costs, it is necessary to collate resources across all the industrial chain in order to satisfy the common needs of users. The open enabler system of IoT comprises four kinds of enabler based on the common needs of different layers: terminal services, network and service, support and service, and applications and content services. We analyze key points in implementing a managed and controllable enabler for IoT.

Key words:Internet of things; open enabler; smart pipe

1 物聯網應用現狀

物聯網作為繼互聯網之后全球信息產業的又一次科技與經濟浪潮[1-2]，對于加速整個社會信息化發展的進程，促進形成新的經濟增長點具有重要的作用。隨著中國將物聯網作為戰略性新興產業的重要組成部分[3]，圍繞物聯網相關的技術研究、產品研發和應用推廣等均呈現出迅猛發展的勢頭。

從物聯網的具體應用來看，無論是以簡單的機器類數據交互為特征的機器類通信(M2M)應用，還是基于傳感網與通信網相結合的泛在應用，在種類和用戶數量方面都在加速增長[4]。

目前，物聯網技術已經在電力、交通、物流、農業、工業生產等領域得到廣泛的應用，并在環保、醫療、城市管理、安防等行業進行了以應用示范為主的嘗試[5-7]，正處于從產業啟動期到大規模產業化推廣過渡的重要階段。物聯網作為一個綜合的信息技術領域，也將為產業鏈各方拓展廣闊的市場空間。

對于物聯網這樣一個規模龐大的市場，其健康發展需要包括設備制造商、系統集成商、運營商在內的產業鏈的各環節之間的協同配合，并將是一個循序漸進的過程。

物聯網應用的發展現狀具有以下特點：

·應用的種類和用戶數量初具規模，但與預期的市場規模相比，仍處于起步階段。

·應用多集中在行業信息化領域，在個人和家庭領域內的應用相對偏少。

·所處的行業相對集中，同時，受限于行業信息化的發展現狀，跨行業融合型的物聯網應用尚未形成。

·由于未形成規模發展和普遍應用，市場利潤空間多集中在元器件制造、系統集成等環節，運營商以提供純通信服務為主。絕大多數情況下業務管理和運營由用戶自己完成，使用成本較高。

·細分市場需求龐雜，但集成商和運營商受限于成本壓力，均無法提供滿足客戶需求的服務。

物聯網應用現狀所體現出的上述特點也符合信息化發展的規律。物聯網作為一種信息化手段，同其他的信息技術相比，其與用戶的日常生產、工作和生活過程更加深度耦合，需面對用戶更加細分的需求，從而導致單個應用的規模受限，并進一步影響到應用推廣和普及的成本。在目前的發展階段，為了更有效地促進物聯網應用的規模普及，需要盡可能地提煉出共性需求，并以專業化的服務滿足這些共性需求，降低應用開發、部署和維護成本，拓展更大的市場空間。這也是本文提出物聯網能力開放的基本出發點和目標所在。

2 物聯網服務需求分析

2.1 用戶需求分類

從信息化角度分析，用戶對于物聯網服務的共性需求可分為4個層次，如圖1所示。

(1)基礎通信需求

基礎通信需求是物聯網應用中的最基本需求。用戶需要各種近距離或遠距離的通信手段，通過短信、數據或語音等方式實現物聯網終端與應用系統之間的信息交互。例如，在工業生產監控中，將遠程設備監測到的生產數據封裝在短信或數據包中，通過移動通信網發送到后臺的控制系統。

基礎通信需求對應物聯網的基礎通信服務，可通過運營商的網絡提供，此外，對于有特殊需求的行業，也可通過行業專用網絡實現。

(2)通信管理需求

通信管理需求的含義包括兩方面，一是在物聯網與生產和控制緊密結合的情況下，用戶需要比基礎通信服務更可靠的通信能力，以實現更可靠穩定的數據交互；二是對于大規模部署的應用，用戶可使用高效的管理手段，判斷通信過程和終端的狀態是否正常，對終端的軟硬件進行批量升級，當發生異常時，能快速定位發生故障的環節并進行診斷恢復。通過物聯網智能通道服務滿足通信管理需求，其核心是先于用戶發現問題、解決問題，從而降低用戶的使用和管理成本。

(3)應用需求

應用需求包括信息采集、傳輸、控制和處理，以及用戶特定的業務邏輯在內的信息化應用系統的實現、部署和維護。應用需求可涵蓋基礎通信需求和通信管理需求，還包括生產和管理等業務邏輯的實現和集成。從技術角度分析，物聯網僅提供了信息交互和處理的手段，要構成一個完整的信息化應用系統，還需要與用戶的核心業務有機結合。應用需求通過應用集成服務實現，目前大多數的示范類物聯網應用項目均包含本類需求。

(4)信息聚合需求

信息聚合需求是指對于不同系統中的信息，按照用戶的特定需求和業務邏輯進行篩選、分析、挖掘和組織，形成新的應用。

信息聚合的前提是跨系統的信息共享。由于信息化系統的歸屬主體不同，技術實現方式不同，且缺乏信息共享和交互標準，目前信息聚合類的物聯網應用較少。但隨著以無線城市為代表的各種跨行業應用的逐漸啟動，信息聚合服務需求將日趨增加。

2.2 需求及服務現狀分析

以上對物聯網應用中所涉及的公共需求和對應的服務進行了歸納。從現階段物聯網應用部署的實際情況看，主要以基礎通信服務為主，但已體現出向智能通道服務、應用集成服務甚至聚合服務轉型的發展趨勢。

目前以智能電網、智能環境等為代表的眾多有較強行業主體特征的示范項目，就是為未來相關行業物聯網解決方案的規模推廣而進行的先期試點。例如，在電力行業，要求對遠程智能電表的工作狀態進行有效管理；在安防領域，要求為客戶提供一體化的安防解決方案；在環保領域，需要基于各類環境指標、人口數據、氣象數據和工業生產信息進行前瞻性的分析，等等。

隨著用戶需求從基礎通信到信息聚合的復雜度的提升，所對應的服務的附加價值也隨之增加，這對于產業鏈各方既是機遇，也是挑戰。為此，無論是器件制造商、設備制造商、系統集成商和運營商，都在試圖拓展自己的服務領域，形成更大的市場優勢。對于通信運營商，需要在提供基礎通信服務的基礎上，向提供智能通道服務、應用集成服務和聚合服務的方向轉變，而這個轉變的前提就是能力開放體系的建設，通過能力開放體系更靈活地滿足客戶在不同層面的需求。

目前，國際和國內運營商均將能力開放[8-12]和智能通道服務作為物聯網應用服務的發展重點，并在此基礎上探索如何高效、低成本地提供應用集成服務和聚合服務。

3 物聯網能力開放體系

設計及實現

3.1 能力開放的目標

運營商通過將與物聯網相關的各類服務能力開放給合作伙伴和用戶，逐步建立起可快速滿足用戶多樣化需求的、統一的、可持續發展的服務體系，并基于此形成可規模銷售和管理的業務產品。具體而言，能力開放的目的包括以下幾方面：

(1)提供更有效、更豐富的服務，拓展價值空間，這是能力開放最直接的目的。

在以往只提供純通道服務的基礎上，將更多的服務以“能力”這種統一的形式提供出來，滿足用戶的通信管理需求、應用需求和信息聚合需求，從而提升在用戶物聯網信息化應用中的服務比重。

(2)以專業化服務的方式滿足多用戶的共性需求，降低服務的提供和使用成本。

基于運營商已經建設成熟的基礎網絡、業務環境和運營體系，可為用戶提供廣域范圍內的物聯網應用，有效拓展物聯網應用的種類和業務空間。此外，通過與云計算等技術有機結合，利用公共的軟、硬件設施和運營服務，可有效降低在系統研發、部署和運維過程中的成本，并提高服務質量，從而為用戶特別是沒有IT服務能力的用戶降低總體成本。

(3)使應用開發更加敏捷有效，迅速滿足客戶個性化需求。

針對物聯網應用“碎片化大市場”的情況，將應用開發分為能力素材建設和業務邏輯開發兩個相對獨立的部分。運營商及合作伙伴聚焦能力素材建設，用戶及應用開發合作伙伴(包括大量的獨立開發者)則負責將用戶需求轉化為具體的業務流程，并利用底層所開放出的服務能力實現業務系統。這種方式可以有效解決物聯網應用開發周期長、開發成本高的問題，并有利于分散型應用在能力層面的統一。

3.2 物聯網能力體系設計

與物聯網體系架構對應，物聯網可供開放的能力包括以下4類：終端服務能力、網絡服務能力、支撐服務能力、應用和內容服務能力，如圖2所示。

(1)終端服務能力

終端服務能力是指通過內嵌在終端中的監控代理軟件，主動探測終端的工作狀態和位置等信息，并與平臺側進行交互，實現對終端的遠程管理、在線升級、安全管理等功能。終端服務能力的正常提供基于兩個前提：一是終端與平臺之間的通信鏈路正常，或者在發生通信異常時平臺和終端可通過心跳等機制發現；二是終端服務的機制流程工作正常，現階段各運營商尚無關于終端服務協議的統一定義，但從實現方式看，均考慮到物聯網終端的工作特點，在物聯網終端與平臺之間的報文交互上采用了低帶寬、小數據量的處理方式。

(2)網絡服務能力

網絡服務能力是指可由運營商物聯網基礎網絡開放出來的能力，具體包括：基礎通信功能(如短信、移動數據等基礎通信能力)、終端通信狀態通知與查詢(包括終端在線狀態/在網狀態、終端位置/漫游越界信息、終端IP地址和網絡接入點(APN)等信息)、通信故障管理(如在短信發送失敗時向應用側發出提示)。上述能力需要對短信息中心(SMSC)、歸屬位置寄存器(HLR)、網關通用分組無線業務支持節點(GGSN)等設備進行必要的功能增強方可實現。

(3)支撐服務能力

支撐服務能力為用戶提供計費、流量管理和運營維護等服務。具體內容包括：用戶帳戶信息的查詢和通知、額度告警設置和門限告警、業務詳單查詢、業務量統計分析，以及與運維相關的運算、存儲等一些IT服務能力。

(4)應用和內容服務能力

應用和內容服務能力是目前發展較成熟的一類能力。應用和內容包括兩個來源，一是運營商自身提供的各類增值服務；二是由第三方合作伙伴提供的應用和行業特定信息，例如由金融行業合作伙伴提供的標準金融操作流程，由氣象部門提供的實時氣象和預報信息等。對于第二類應用和內容，需考慮通過何種方式引入到運營商的統一能力平臺，以及使用該應用或內容的商務模式。

3.3 物聯網能力的有序可控開放

物聯網能力體系建設是一個逐步完善的過程，隨著新技術新業務的發展和市場的日趨成熟，每一類能力所包含的具體內容及所適用的商務模式也將逐漸豐富，而用戶需求和應用的特點也決定了物聯網能力開放必然是一個有序、受控的漸進過程。一方面，從信息化應用尤其是行業應用發展的角度看，從相對封閉到開放性地使用外部所提供的能力是一個漸進的過程；另一方面，所開放出來的能力作為面向用戶的一種服務，只有做到可管理、可運營，才能在滿足用戶需求的同時，為運營商和合作伙伴帶來增值空間。

能力開放的先后順序取決于市場需求和技術可行性兩個方面。在前文所述4類物聯網能力中，網絡服務能力、應用及內容服務能力是發展相對成熟的領域，終端服務能力是目前討論和研究的熱點，各運營商分別以特有的方式實現了其中的部分功能，支撐服務能力的提供則由于涉及運營商自身計費、營帳和IT系統的改造，需要較長的實現周期。具體到每一類能力中，不同能力的成熟度也有差異。

在網絡服務能力中，基礎通信能力開放已經有標準的接口定義，但通信狀態管理和通信故障管理能力則需要對網元進行改造和增強；在應用及內容服務能力中，運營商自有能力的開放目前已實現，但第三方能力的開放需要定義統一接口，逐漸引入并給外部用戶。

與有序開放密切相關的另一個問題是安全問題，能力開放過程中需要考慮的安全需求包括兩個方面：

(1)防止對能力的非法使用，只有當用戶(的應用系統)訂購了某種能力后，才能使用該能力。

(2)能力分為內部能力和外部引入能力，對于內部能力，其實現可能牽涉到運營商的網絡、運營支撐等關鍵系統，物聯網能力的開放不應影響到現有業務的正常運行；對于從外部引入的能力，由于是通過統一的能力開放平臺提供給用戶，所以需要能對其進行有效監控和審計，防止由于能力誤操作或錯誤信息等對用戶信息化系統造成異常影響。

3.4 物聯網能力開放方案設計要素

目前，物聯網能力開放體系建設正處于起步階段，國內外主流的運營商均已啟動或推出相關服務。在設計能力開放的具體實現方案時，需考慮以下因素：

(1)無論能力開放的對象是自有業務還是非自有業務，在能力開放平臺架構和調用接口方面均應統一規劃，從而在降低外部應用系統設計復雜度的同時，最大限度地發揮能力服務的規模優勢，降低研發、部署和維護成本。

(2)在設計具體的能力開放方案時，應考慮如何支撐多樣化的商務模式。如前所述，能力既包含運營商自有服務，也包含第三方提供的服務。為此，既需要支持傳統的通信費、功能費等計費模式，也需要支持合作運營、收入分成、集成服務等模式。

(3)物聯網應用涵蓋的類型多種多樣，從應用的地域性角度，可分為區域應用和全網應用。物聯網能力開放方案需綜合考慮及時滿足用戶需求和降低能力運維成本等多個因素。對于區域型物聯網應用，采用本地服務的方式可迅速滿足客戶需求，并降低維護成本；對于全網應用，則需要通過統一的服務平臺實現應用的一點接入、全網服務。這就要求能力開放系統采用分級部署等方式，并確保區域平臺與全網平臺在能力接口和處理流程方面的一致性。

4 結束語

以能力開放迅速滿足用戶對物聯網業務在不同層面的需求，降低應用的開發、推廣和部署成本，已經成為業界共識和趨勢。

隨著物聯網技術與應用的逐漸普及，能力開放體系和系統建設也將逐步增強。下階段研究和建設的重點將集中在能力資源的豐富完善、能力開放的規范化、與現有的網絡和服務的更有機結合，以及能力開放平臺的建設等方面。能力開放對于物聯網應用的規模發展具有重要的意義，也將構成未來以信息聚合服務和產業鏈協同為特色的物聯網服務體系的基礎。

5 參考文獻

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[12] M2M Service Delivery Platform [R]. San Diego, CA, USA: nPhase.

收稿日期：2012-01-13

作者簡介

劉越，北方交通大學博士畢業；中國移動無錫物聯網研究院院長助理，CCSA TC10應用工作組組長；主要從事物聯網領域相關技術研究以及物聯網技術與行業信息化結合的新業務研發；曾主持移動代理服務器、M2M技術及應用等ICT產品研發項目。