物联网孵化平台技术与建设探讨

中国联合网络通信有限公司江苏省分公司系统集成中心 翁 洁 韩 明

1 联通物联网孵化平台体系架构

物联网体系架构分为感知层、网络层、应用层3个层面，而包括中国联通在内的三大电信运营商的物联网体系架构分为4个层面，在网络层和应用层之间存在一个业务层。业务层提供物联网业务的受理、开通、管理、计费等业务运营支撑所必需的基础功能，同时也把物联网与传统的通信能力进行融合形成全业务的信息服务能力。

中国联通物联网孵化平台处于业务层，南向与网络层对接提供物联接入，北向为应用层的提供应用功能服务。物联接入支持数据和信令两种通道，数据通道支持宽带互联网和移动互联网，信令通道支持SMS（短消息业务）在SDCCH（独立专用控制信道）、FACCH（快速随路控制信道）、SACCH（慢速随路控制信道）等信道中使用。中国联通物联网孵化平台的系统架构见图1。

未来物联网的显著特点之一就是海量终端在线，之二就是低ARPU（每用户平均收入）的服务。通信运营商要实现物联网业务规模运营并盈利，就是必须依靠开放能力服务体系，针对性地向物联网用户提供灵活多样的计费模式以及自服务管理手段，并支持发展虚拟运营。

基于以上认知，中国联通物联网孵化平台不仅是物联网平台的原型，必须和现有的网络管理运营平台相适应，同时也包括平台业务的外部延伸，主要有：支持多个重点应用系统的接入和运行测试，营业厅和呼叫中心的虚拟座席，外部能力系统提供的LBS和GIS功能测试和能力封装。联通物联网孵化平台在BIP（承载无关协议）空中开卡、物联网融合通信模组小型化集成化、管控平台能力搭建、业务运行管理等方面取得了一些突破，受到产业链等各方的关注。

2 空中开卡让用户尽享便捷

在通信场景中，SIM（用户识别模块）卡相当于用户的“身份证”，在物联网中，SIM不仅是“身份证”，同时还是业务承载体。但物联网的工作场景要比传统通信场景复杂很多，传统的营业厅SIM安装工艺及开卡流程难以满足物联网的要求，比如汽车车载设备的SIM卡长期处在震动颠簸环境，一些监控设备的传感器常年在露天和多种恶劣环境下，时间一长，SIM卡芯片表面会氧化、腐蚀和接触不良，严重影响使用效果和寿命。因此，物联网中的SIM卡通常采用内嵌的方式加载在设备中。那么，如何满足业务要求随时随地开卡、读卡就是随之而来的问题。比如：用户购买了一批空气质量监测器，不能再像传统通信业务一样把SIM卡拔下来到运营商营业厅读写信息开通业务，只能通过远程读写信息完成业务开通。很多情况下还得按照用户需求自助开通关闭业务。

目前，比较通用的开卡技术是通过短信的方式远程对物联网设备中的SIM卡进行操作。但短信开卡技术有着不少弊端，比如：占用语音通道，如果大规模同时启用业务势必对现有公众语音通信产生影响；信息传输的单向性决定了难以在用户与业务运营商间形成良好的互动，难以满足SIM卡的多业务承载和用户自助开/关业务的需求；网络覆盖不到或者网络质量不好的地方数据容易丢失。据统计，短信开卡的成功率不超过80%。

中国联通物联网孵化平台采用了新型的BIP空中开卡技术，依托分组域的物理网络，仅占用数字电路，采用全数据方式进行传输，不会占用现有语音网络资源，双向传输互动性强，带通信协议的方式确保了数据包丢失率非常低，能满足物联网运营商和用户随时随地控制业务开通、关闭和变更的多种业务需求。图2为空中开卡业务流程示意图。

空中开卡技术还可以延伸到传统营业厅使用，让用户自助开通、关闭业务，能把更多的营业厅人员解放出来充实到营销一线，实现降本增效。由于有了远程向SIM卡大量读写数据技术的支撑，SIM卡还可以集成更多功能，比如与NFC（近场通信）集成实现支付应用，与Zigbee技术集成实现近距离传感数据应用等，从而实现一卡多用、一卡多能，真正将SIM卡从物联网“身份证”变成多业务综合承载体。

3 小个头大用途的“百变金刚”

在物联网世界中，接入层解决的是人类世界和物理世界的数据获取和向远程发送问题，由各种传感器以及传感器网关构成。该层被认为是物联网的关键层，主要是完成物体标志和信息的智能采集并转换成能够进行远程传输的形态。它由各种基本的传感组件，例如RFID（射频识别）标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS（全球定位系统）、二维码标签和识读器等标志和传感器件组成的网络（例如RFID网络、传感器网络等）和通信模组两大部分组成。传感器相当于“触手”，而通信模块相当于“嘴巴”，把传感器获取的各种信息转换成能够远程通信的信息语言，在各种场景下向外界传输。目前，通信运营企业普遍将除独立传感器以外部分和通信部分集成起来，俗称“通信模组”，以实现物体的“身份加信息”在有线、无线、三网融合等网络环境下以及各种行业应用场景下的通信能力。但是，在每个场景下都单独打造一套通信模组，难以形成规模经济降低成本，不利于物联网的规模化发展。因此，必须打造标准化的通用模组以适用各种场景需求，同时模组应该越小越好，以降低功耗、降低成本、扩大应用场景。

中国联通研发的物联网融合通信模组，在一个只有两三厘米的模组上预留了各种接口，譬如键盘、存储器控制、语音通话、Zigbee、图像存储卡、音频音响、高清电视等各种接口，并集成了USB（通用串行总线）、遥控器、以太网、蓝牙、WiFi（无线保真）、图像编解码等功能，无论是有线、无线网络环境，还是广播高清电视环境下的上百种功能都能通过通信模组实现，这个融合通信模组基本能适用目前各种应用场景，未来几年90%以上的工作场景也能适应。下一步，将与芯片厂商合作把通信模组制成集成电路，做到仅有指甲般大小，大大提升模组的可靠性，降低功耗。

比通信模组功能更需要完善的是各种物联网终端管理。物联网业务主要是指以物联网终端为基础，采用无线/有线网络的接入方式，通过网络将终端采集到的各种数据（业务数据）上报给业务平台，由业务平台负责完成应用数据的处理，对用户提供相应的服务。同时该终端要和物联网业务支撑平台（MASP）连接，接受MASP的管理，并完成状态信息上报、告警上报等一系列的工作（管理数据），确保应用和网络连接的正确性。根据业务的使用场景不同，终端和MASP以及应用平台之间的连接方式有两种：管理数据和业务数据合并，管理数据和业务数据分离。物联网孵化平台接口和数据通道见图3。

为了能更好地管控终端，联通物联网孵化平台重点在物联网的几个主流关键技术开发上下功夫：在融合通信网关上，加载了BIP开卡的支撑信令；在终端管理上，根据DM（设备管理）架构的建议完成了UMMP（中国联通机器管理协议）的实施；对终端能进行远程故障和配置管理（包括业务处理和正在研发中的对传感网的管理中间件），增强了通信模组对空中开卡的支撑，大大有利于终端的产业化推广。

4 孵化平台奠定商用基础

要满足商用的需求，必须让物联网运营者能够对业务进行可管可控，从业务申请到开通、收费，再到出现问题进行服务，平台都要能满足进行全面支撑的需求。目前，中国联通的物联网业务孵化平台已经通过试用验收，包括工单管理、业务支撑、合作伙伴管理、计费账务、门户管理、终端管理、资源管理、物联业务管理、数据共享、能力引擎、报表统计、维护子系统等众多功能的实现，就技术方面讲完全可以满足试商用需求。

物联网孵化平台的重点功能就是，通过引入了第三方能力平台，提升了运营平台的共性技术支撑能力，让物联网虚拟运营商能够方便快捷调用这些能力，让业务快速落地。比如，在定位能力方面，不仅仅依基站进行定位，而是融合了GPS、北斗卫星定位双模技术和多基站综合能力定位。下一步，还将通过研发新型定位技术，以提升室内精确定位能力。

在计费方面，平台有别于传统通信业务的B2C（商家对消费者）模式，根据物联网是根植于互联网的特征，借鉴快速普及、增长的电子商务模式，做到能满足B2B（企业对企业）、B2B2C（供应商对网络销售商对消费者）等各种模式的代计费，不久还将能满足虚拟运营商的群组资源捆绑消费以及将计费能力作为一种业务销售。

5 孵化平台技术发展展望

当今，智慧城市浪潮席卷全球，物联网、云计算、移动高速互联网等新技术层出不穷，物联网作为智慧城市的末梢触角，是智慧城市架构中应用最多，覆盖最广的元素之一。智慧城市建设以改善民生与服务作为导向，更加注重底层基础设施的物联感知、城市信息的共享协同、业务与科技的创新发展，对建设参与者提出了“强政、兴业、惠民”的最终目标，对智慧城市的建设提出了高标准与严要求，业务要创新、技术要融合、信息要共享、支撑要完备。针对这一目标，快速推进物联网业务孵化平台能力，将超过1万个10646物联网码号纳入管理，提供了物联网业务研发的承载、汇聚、商务和支撑等能力，吸引物联网虚拟运营商前来洽谈合作。另外，在网络核心层建立路由优化策略，相当于在公路上引入“交警”，指挥引导大码流数据包按最高效路径、最均衡负荷方式传输，让现有网络传输效率大幅提高。

物联网概念自2009年至2013年已有四个多年头了，经过政府、科研、高校、企业等各个方面的不懈努力，已取得长足进步，收获颇丰，但要真正成为智慧城市的网络神经末梢，大规模为老百姓提供服务尚需时日，物联网的标准尚待统一，需要政府一定的财力支持和帮助。 ◆