物联网能力开放平台研究与设计

曹宏



物联网能力开放平台研究与设计

曹宏

江苏网域科技有限公司，江苏 镇江 212000

电信运营商面临来自客户和竞争对手的双重挑战以及被管道化的风险。因此，通过开放平台提供高附加值的通信能力，是运营商积极应对的方向与选择。分析物联网能力开放平台的设计，并对平台的应用进行介绍，尝试为电信运营商支撑物联网业务提供思路。

物联网能力；开放平台；研究与设计

1 发展现状

物联网指通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的设备，按约定协议将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换、通信、协同和处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、管理和控制的网络。与已有各类信息系统相比，物联网具有以下3个特征：（1）泛在化感知与精确控制能力；（2）智能化分析和信息处理能力；（3）新一代网络信息基础设施。随着物联网技术的发展与融合，物联网已逐渐深入生产生活的各个方面，如智能家居、智能交通、营区管理、环境监测、物流快递、食品溯源、工业监测、酒店管理和健康护理等领域[1]。

物联网系统包括后端集中式和前端分布式两种系统架构。物联网后端集中式系统架构具体分为以下4层：（1）感知层：实现对物理世界的识别感知、信息采集和处理控制；（2）网络层：通过控制网关将感知终端构成的末梢网络与现有的互联网、通信网或下一代通信网相连，实现信息的可靠传递、路由和控制；（3）服务层：主要由计算和存储设备及其建立的各类服务组成，完成对采集数据的汇聚、转换和分析，以及为应用层呈现合理的适配和事件触发等；（4）应用层：基于物联网开放平台提供的各种信息支撑服务，实现行业应用的快速开发与部署。上述4层结构中，服务层对应的物联网开放平台能提供简单的存取通道，支持多种协议的感知设备接入，并为上层应用软件屏蔽感知终端复杂的接入手段和数据格式，提供行业应用订制化开发服务，因此成为各行业研究热点。许多主流软件和通信服务厂商均推出了各自的物联网开放平台产品。前段分布式系统架构与行业应用紧密耦合，其架构设计与应用实际场景相关，要求数据处理和操作在感知终端间完成，但缺乏广泛采纳的架构类型。

基于上述的功能需求和行业发展现状，本文采用后端集中式系统架构，描述了物联网开放平台功能和结构，分析了智能终端适配、智能网关代理和智能平台接入3种接入技术的特点及适用场景，并提出在物联网应用发展的现阶段应融合上述3种接入技术，从而有效推动物联网生态产业的形成与发展。

2 物联网能力开放平台设计

为了应对以上挑战，笔者负责建设了物联网能力开放平台。平台的设计思想是基于GPRS企业接入网络的网元、接口信令数据以及BOSS中的计费数据，设计开发行业客户需要的服务组件，以开放、灵活的API接口方式向行业客户提供物联网服务[2]。

2.1 平台系统架构

（1）能力层：指平台通过接入运营商大网网元或采集OSS/BSS内各系统的数据，形成可输出的最小粒度的功能逻辑。

（2）服务层：指在一个或多个能力基础上封装业务特性或流程事务，以服务框架的形式供上层应用进行调用的较大粒度的业务逻辑。

（3）OpenAPI：API是目前应用开发者最常用的接口方式，应用层通过API对服务层进行调用。

（4）应用层：指由运营商或第三方应用开发者根据客户需求开发的Web、App等形式的应用。

2.2 服务层核心组件OpenAPI的设计

2.2.1 OpenAPI的服务设计

OpenAPI对外开放的服务包括：（1）业务域服务：业务自助办理、位置服务、短信服务等；（2）网络域服务：故障诊断、拨测服务、告警服务等；（3）管理域服务：客户信息、业务信息、SIM卡信息查询等。

2.2.2 OpenAPI的输出设计

（1）服务响应的输出：指服务层以对象结构将服务请求的响应结果返回给OpenAPI，OpenAPI再把对象结构转化为HTTP/XML、HTTP/JSON等形式输出给应用层。

（2）服务推送的输出：指当OpenAPI给应用分配接入账号时，就配置好推送URL，当有服务需要推送输出时，统一发给OpenAPI，再由OpenAPI推送给应用层。

2.2.3 OpenAPI的安全设计

OpenAPI除自身端口安全控制的风险外，还可能存在服务认证、超时控制等方面的风险。因此，需对安全方面的设计进行全面的考虑。

（1）安全控制：由于OpenAPI的服务端口是公开发布的，容易被恶意攻击，故采用IP白名单的应用鉴权方式确保客户端安全接入。

（2）服务认证：服务需要订购才可以使用，以控制客户端的权限。

（3）超时控制：支持设置每个会话的级别及会话的有效时间。

3 某电网物联网卡统一管理平台项目建设案例

3.1 需求分析

某电网公司在电量集抄、配网自动化等电网业务中大量使用了物联网卡，仅广东电网即使用了40余万GPRS无线终端。未来随着智能电网发展，物联网卡应用规模将进一步扩大。

电网公司对规模庞大的物联网卡维护管理缺少有效的平台支撑，存在以下问题。

（1）缺少通信监控和故障定位手段，通信故障不能及时发现，不能准确定位故障位置，难以判断电网装置还是运营商通故障，导致双方职责不清，相互推诿，延缓故障处理，或者同时处理，频繁去现场，效率低下[3]。

（2）向运营商进行物联网卡申请、开通、故障申报等工作流程缺少信息化支撑，效率不高。

（3）缺少业务使用统计和服务报告，物联网卡的套餐资费选择依据不足。

3.2 项目建设方案

3.2.1总体建设方案

针对上述问题，根据物联网能力开放平台的三层（应用层、服务层、能力层）架构设计，研究开发电网物联网卡统一管理平台（下简称“电网平台”）。电网平台应用通过接入能力开放平台的OpenAPI，实现对物联网实时监测、智能故障排查、流程电子化、自动资费统计、自动指标统计、自动报告生成等服务的调用。

3.2.2智能故障排

以下以电网平台应用对“智能故障排查”服务的调用流程为例，来阐述物联网能力开放平台对客户需求的快速响应和支撑[4]。

（1）当电网终端掉线时，电网平台应用向OpenAPI发起“故障排查”请求，请求报文中附带了应用服务器的IP地址和掉线终端的物联网卡号码。

（2）OpenAPI根据应用服务器的IP地址到数据库中进行接入鉴权。

（3）鉴权成功后，OpenAPI根据服务请求类型调用“故障排查”服务组件。

（4）“故障排查”服务组件按异步模式，调用以下8个基础能力：APN拨测检查、APN性能检查、业务状态检查、HLR状态检查、附着激活状态检查、开关机状态检查、TCP建链检查及网络状态检查。

（5）以上8个基础能力根据物联网卡的号码，通过查询本地数据库或网元实时接获取各自的排查结果。

（6）排查结果通过报文形式逐层向上反馈给电网平台应用，异步地呈现在应用的界面中。

3.2.3平台部署方案

某电网物联网卡统一管理平台部署在客户机房，广东移动物联网能力开放平台部署在移动机房，两个平台通过移动互联网专线进行对接。

4 结语

总之，物联网能力开放平台的设计与建设，基本满足了行业客户对物联网业务的整体通信服务需求，为运营商通过网络管理创新提升竞争力做出了有益探索。然而，平台开放的服务和能力组件仍需根据客户需求完善，后续将进一步完善物联网能力开放平台研究，有计划地面向企业进行培训及推广应用。

[1]胡尼亚，张鹏，刘晓靖. 面向移动互联网的业务能力开放技术标准综述[J]. 信息通信技术，2011（4）：23-31.

[2]钟远晖，叶文超. 电信网络业务能力开放结构研究[J]. 广东通信技术，2010（11）：51-54.

[3]宋刚. 关于构建多业务营运的物联网统一开放支撑平台的探讨[J]. 通信管理与技术，2013（1）：25-27.

[4]孙宇，田立伟. 物联网在通信行业中应用研究[J]. 信息通信，2013（6）：260.

Research and Design of Open Platform of Internet of Things Capabilities

Cao Hong

Jiangsu Domain Technology Co., Ltd., Jiangsu Zhenjiang 212000

Telecom operators face double challenges from customers and competitors and the risk of being piped. Therefore, providing high value-added communication capabilities through open platforms is the direction and choice for operators to actively respond to. The paper analyzes the design of the open platform of the Internet of Things capability, and introduces the application of the platform, and tries to provide ideas for the telecom operators to support the Internet of Things business.

Internet of Things capabilities; open platform; research and design

TN929.5；TP391.4

A