物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及其云化平臺(tái)的開(kāi)放性評(píng)估

賈雪琴，胡 云，邢宇龍

(中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048)

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷發(fā)展和技術(shù)的逐步成熟，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為設(shè)備、信息、數(shù)據(jù)交互和處理的核心節(jié)點(diǎn)在全球范圍內(nèi)其發(fā)展持續(xù)升溫，成為企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)上布局的新機(jī)遇。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能夠打破垂直應(yīng)用形成的信息孤島，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作，并利用平臺(tái)數(shù)據(jù)衍生新的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，成為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心環(huán)節(jié)。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)自身的技術(shù)不斷與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)融合演進(jìn)，市場(chǎng)前景和商業(yè)價(jià)值也不斷被挖掘，成為物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)運(yùn)營(yíng)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大關(guān)鍵。

根據(jù)咨詢(xún)公司麥肯錫數(shù)據(jù)表明，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值鏈的最大份額將會(huì)在軟件和服務(wù)方面，而非硬件。至2025年，軟件和服務(wù)提供商營(yíng)業(yè)收入占比將達(dá)到85%。在發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)用支持平臺(tái)、連接管理平臺(tái)等不同類(lèi)型的平臺(tái)不斷涌現(xiàn)，根據(jù)Research and Markets的市場(chǎng)研究，現(xiàn)在已有超過(guò)260個(gè)公司提供物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)，推動(dòng)服務(wù)和商業(yè)模式不斷創(chuàng)新發(fā)展。特別是隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速升溫，各類(lèi)型物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展呈爆發(fā)式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)定位

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)向下屏蔽差異性的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)采集模式、設(shè)備管理方式、數(shù)據(jù)表示格式，向上為多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供共性技術(shù)(如資源注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)、存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)簽約和推送、組管理、設(shè)備管理等)，是解決物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求碎片化并賦能物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)快速開(kāi)發(fā)和部署的技術(shù)基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎(chǔ)，連接感知終端，匯聚數(shù)據(jù)資源，支撐應(yīng)用服務(wù)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作。隨著連接終端增加、數(shù)據(jù)資源沉淀、分析能力增強(qiáng)、應(yīng)用軟件豐富，依托物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可形成對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的巨大掌控力，因此物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)成為產(chǎn)業(yè)布局焦點(diǎn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)類(lèi)型

為適用不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)平臺(tái)的能力需求，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需提供不同的能力以使能業(yè)務(wù)系統(tǒng)。根據(jù)能力的差異，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)被分為連接管理平臺(tái)、設(shè)備管理平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，見(jiàn)圖1[1]。上述四類(lèi)平臺(tái)之間的能力切分有上下層級(jí)關(guān)系，即連接管理平臺(tái)向設(shè)備管理平臺(tái)提供基本的網(wǎng)絡(luò)連接管理能力；設(shè)備管理平臺(tái)向應(yīng)用支撐平臺(tái)提供終端設(shè)備的管理；應(yīng)用支撐平臺(tái)向大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)提供共性基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用(如網(wǎng)絡(luò)位置能力)、資源注冊(cè)、資源發(fā)現(xiàn)、資源管理、資源訂閱等能力；大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)分析能力。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的4種類(lèi)型及其與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)系

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要是聚焦應(yīng)用自身的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系并做相應(yīng)處理，并根據(jù)需求選擇不同能力的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)(如某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用自身的數(shù)據(jù)處理能力和資源管理能力非常強(qiáng)，無(wú)需對(duì)接應(yīng)用支撐平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái))。

3 物聯(lián)網(wǎng)云化平臺(tái)的開(kāi)放性評(píng)估

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)云化能夠使能用戶(hù)將應(yīng)用部署在云平臺(tái)上，以加快APP的開(kāi)發(fā)和部署。選擇物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)時(shí)需要考慮云平臺(tái)的開(kāi)放性問(wèn)題，以避免用戶(hù)被物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)提供商“綁架”。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的開(kāi)放性主要體現(xiàn)在云平臺(tái)與用戶(hù)系統(tǒng)之間的接口開(kāi)放性。進(jìn)一步，開(kāi)放性可分為兩個(gè)維度：互操作性和可移植性。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)與用戶(hù)系統(tǒng)的接口模型

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)與用戶(hù)系統(tǒng)的接口模型見(jiàn)圖2，由云平臺(tái)、用戶(hù)系統(tǒng)及其之間的接口構(gòu)成。其中，云平臺(tái)包括APP代碼、APP環(huán)境、安全組件、用戶(hù)數(shù)據(jù)和衍生數(shù)據(jù)。

? APP代碼：在IaaS平臺(tái)和PaaS平臺(tái)的情況下是指用戶(hù)的應(yīng)用代碼；而在SaaS平臺(tái)的情況下， APP代碼為云平臺(tái)提供商的代碼。

? APP環(huán)境：代表云平臺(tái)提供的操作系統(tǒng)和能力，也包括APP代碼在云平臺(tái)上運(yùn)行需要調(diào)用的API。

? 安全組件：確保云服務(wù)安全的一系列能力，包括認(rèn)證鑒權(quán)、數(shù)據(jù)加密、防火墻技術(shù)等。

? 用戶(hù)數(shù)據(jù)：來(lái)自云平臺(tái)用戶(hù)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能是保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄，或者文件中的數(shù)據(jù)對(duì)象。

? 衍生數(shù)據(jù)：用戶(hù)使用云業(yè)務(wù)時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，比如日志或者配置信息。

對(duì)三類(lèi)接口的說(shuō)明：

? 功能接口：與云平臺(tái)的主要功能相關(guān)。

? 管理接口：管理云平臺(tái)所需要能力，包括用戶(hù)身份、認(rèn)證鑒權(quán)等。

? 商務(wù)接口：包括簽約信息、計(jì)費(fèi)等涉及的能力。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)與用戶(hù)系統(tǒng)的接口模型

3.2 互操作性評(píng)估方法

從廣義上，互操作性是對(duì)不同系統(tǒng)間或者組件間可協(xié)同工作程度的度量。IEEE和ISO將互操作性定義為兩個(gè)或者更多系統(tǒng)或者應(yīng)用間交互信息并能夠互相使用被交互信息的能力。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的互操作性應(yīng)該被看做物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與其他各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠相互理解應(yīng)用和業(yè)務(wù)接口、配置、認(rèn)證授權(quán)形式、數(shù)據(jù)格式的能力。

實(shí)現(xiàn)互操作性的措施包括兩種：一是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)用戶(hù)采用的都是標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣兩者能夠直接對(duì)接；另一種是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)用戶(hù)和平臺(tái)提供方的接口不一致時(shí)，需要對(duì)接口做映射，以解決異構(gòu)問(wèn)題。

3.3 可移植性評(píng)估方法

可移植性是將實(shí)體從一個(gè)系統(tǒng)移到另一個(gè)系統(tǒng)，并且在新系統(tǒng)中還具備可用性的能力。缺乏可移植性會(huì)導(dǎo)致移植時(shí)需要花費(fèi)大量成本來(lái)將源系統(tǒng)中的格式轉(zhuǎn)換為目標(biāo)系統(tǒng)所需的格式。

可移植性可分為數(shù)據(jù)可移植性和應(yīng)用可移植性。

數(shù)據(jù)可移植性指在無(wú)需重新輸入數(shù)據(jù)的情況下，將數(shù)據(jù)從源系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的難易程度是評(píng)估可移植性的核心所在。最理想的情況是源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式能夠完全被目標(biāo)系統(tǒng)所接受。不過(guò)，當(dāng)雙方的數(shù)據(jù)格式不匹配時(shí)，可以通過(guò)通用的工具來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)可移植性包括兩個(gè)方面。第一個(gè)方面是必須具有從源系統(tǒng)中獲得用戶(hù)數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)還需要具備將用戶(hù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到目標(biāo)系統(tǒng)的能力。一般是通過(guò)API(即云業(yè)務(wù)API接口)或者Web接口(如通用的FTP接口)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)源系統(tǒng)的API與目標(biāo)系統(tǒng)的API接口不一致時(shí)，需要采用工具來(lái)轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)可移植性的第二個(gè)方面是句法(如JSON句法、XML句法)和語(yǔ)義。數(shù)據(jù)的句法在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)是一致的情況下，雙方交互的數(shù)據(jù)可以直接被解析。如果被交互的數(shù)據(jù)句法不一致，一般需要通過(guò)工具來(lái)轉(zhuǎn)換。如果交互雙方對(duì)被交互的數(shù)據(jù)語(yǔ)義理解存在不一致時(shí)，數(shù)據(jù)移植就會(huì)出現(xiàn)困難，甚至是難以移植。因此數(shù)據(jù)可移植性是用戶(hù)在選擇物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

應(yīng)用可移植性是將應(yīng)用或者應(yīng)用組件從源系統(tǒng)移到目標(biāo)系統(tǒng)，并且能夠在目標(biāo)系統(tǒng)中運(yùn)行的能力。被移植的應(yīng)用或者組件一般需要重新編譯并且連到云業(yè)務(wù)中。具備可移植性的應(yīng)用在移植時(shí)不需要對(duì)代碼做大的改動(dòng)。

3.4 開(kāi)放性評(píng)估方法

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)開(kāi)放性中的互操作性主要與圖2中所示的三個(gè)接口有關(guān)，涉及功能接口、管理接口和商業(yè)接口。這三個(gè)接口的互操作性是相互獨(dú)立的，即某個(gè)接口能實(shí)現(xiàn)互操作，并不保證其他兩個(gè)接口也能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。

開(kāi)放性中的應(yīng)用可移植性與用戶(hù)APP代碼相關(guān)，主要涉及到IaaS平臺(tái)和PaaS平臺(tái)(對(duì)于SaaS平臺(tái)而言，應(yīng)用 code屬于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)提供商的，所以不存在移植問(wèn)題)。用戶(hù)需要通過(guò)APP環(huán)境來(lái)評(píng)估IaaS和PaaS平臺(tái)的應(yīng)用可移植性。

開(kāi)放性中的數(shù)據(jù)可移植性與通過(guò)云業(yè)務(wù)環(huán)境讀取數(shù)據(jù)的能力相關(guān)。一般情況下，數(shù)據(jù)可移植性主要涉及到用戶(hù)數(shù)據(jù)，但在某些情況下也會(huì)涉及到衍生數(shù)據(jù)。用戶(hù)需要特別注意SaaS業(yè)務(wù)下的用戶(hù)數(shù)據(jù)的可移植性，因?yàn)樵赟aaS平臺(tái)下，數(shù)據(jù)模板和存儲(chǔ)格式都是由云提供商定義和維護(hù)的。因此選用SaaS平臺(tái)的用戶(hù)需要了解數(shù)據(jù)該如何注入到云平臺(tái)，以及如何把數(shù)據(jù)從云平臺(tái)中取出來(lái)。IaaS和PasS平臺(tái)的用戶(hù)數(shù)據(jù)都是由用戶(hù)自己定義和維護(hù)所以數(shù)據(jù)可移植性一般不是問(wèn)題。

4 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)演進(jìn)方向

oneM2M標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是比較符合電信運(yùn)營(yíng)商定位的、適合提供公共服務(wù)的一種物聯(lián)網(wǎng)共性平臺(tái)技術(shù)、國(guó)際影響力比較大，其Type 1成員包括8個(gè)國(guó)家/地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，分別為：ETSI(歐洲)、CCSA(中國(guó))、TTA(韓國(guó))、TTC(日本)、ARIB(日本)、ATIS(美國(guó))、TIA(美國(guó))、TSDSI(印度)。oneM2M標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的范圍包括：平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的管理、對(duì)設(shè)備的管理、對(duì)應(yīng)用業(yè)務(wù)的使能、對(duì)內(nèi)容和數(shù)據(jù)的處理等。2017年3季度oneM2M發(fā)布了release 2版本[2]，相對(duì)于release 1[3]，新版本更加適用于商用部署。韓國(guó)已經(jīng)根據(jù)oneM2M標(biāo)準(zhǔn)做了物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的商用部署。oneM2M將在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)功能演進(jìn)方面起到引領(lǐng)作用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)低時(shí)延、高可靠、大帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨螅吘壴萍夹g(shù)成為近期熱點(diǎn)。邊緣云是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和開(kāi)放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿(mǎn)足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求[3]。物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的部分功能也將向邊緣云遷移，以更加高效的滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

5 小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)在不斷演進(jìn)發(fā)展。全球物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展已進(jìn)入爆發(fā)期，各種類(lèi)型的企業(yè)分別基于自身優(yōu)勢(shì)通過(guò)平臺(tái)來(lái)建立圍繞自身的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和商業(yè)模式。在此洪流中，運(yùn)營(yíng)商充分利用自身優(yōu)勢(shì)，在立足網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，從管理網(wǎng)絡(luò)連接和管理SIM卡的生命周期為起點(diǎn)，建立網(wǎng)絡(luò)連接管理平臺(tái)，逐步向著設(shè)備管理、應(yīng)用使能、大數(shù)據(jù)分析的方向拓展業(yè)務(wù)范圍?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)(如阿里巴巴、騰訊、百度等)、工業(yè)制造企業(yè)(如海爾、三一、富士康等)也紛紛利用各自?xún)?yōu)勢(shì)搶灘各種物聯(lián)網(wǎng)通用平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)特色平臺(tái)。

本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基本類(lèi)型進(jìn)行了介紹，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的開(kāi)放性評(píng)估模型和具體的要素進(jìn)行了探討，將有利于用戶(hù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的評(píng)估和選擇。

[1] 王淑玲，胡云，從光磊,等. 電信運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展思考[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2017(8): 7-10.

[2] oneM2M. Functional architecture TS-0001 release 2[EB/OL]. http://member.onem2m.org/static_Pages/others/WPM-pages/TR-TS_List.htm.

[3] oneM2M. Functional architecture TS-0001 release 1[EB/OL]. http://member.onem2m.org/static_Pages/others/WPM-pages/TR-TS_List.htm.

[4] ETSI GS MEC 003 V1.1.1. Mobile edge computing (MEC) framework and reference architecture. 2016-03.