1 引言

    物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領(lǐng)域。目前，物聯(lián)網(wǎng)尚處于起步階段，M2M是其現(xiàn)階段一種主要的應(yīng)用形式，它是物聯(lián)網(wǎng)乃至“智慧的地球”的構(gòu)成基礎(chǔ)。面對M2M的巨大市場潛力，全球運營商都在積極推動M2M業(yè)務(wù)的發(fā)展；但是，面對行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集終端的接入還沒有得到很好的解決，可能成為制約物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展的瓶頸問題。

2 現(xiàn)有M2M業(yè)務(wù)平臺介紹

    以中國移動的M2M平臺為例，如圖1所示，全網(wǎng)M2M平臺按照功能劃分為通信接入模塊、終端管理模塊、業(yè)務(wù)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、支撐系統(tǒng)接口模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊、系統(tǒng)管理模塊、客服投訴模塊、應(yīng)用接口模塊和Web模塊。

    行業(yè)終端部分主要包括行業(yè)專用終端、無線調(diào)制解調(diào)器、手持設(shè)備三種類型。

    行業(yè)專用終端：通常由終端設(shè)備（TE）、無線模塊（即移動終端（MT））兩部分構(gòu)成。TE主要完成行業(yè)數(shù)字模擬量的采集和轉(zhuǎn)化；MT主要完成數(shù)據(jù)傳輸、終端狀態(tài)檢測、鏈路檢測及系統(tǒng)通信功能；終端管理模塊為軟件模塊，可以位于TE或MT設(shè)備中，主要負(fù)責(zé)維護(hù)和管理通信及應(yīng)用功能，為應(yīng)用層提供安全可靠和可管理的通信服務(wù)，包括參數(shù)配置、出廠預(yù)設(shè)、監(jiān)測通信狀態(tài)、故障恢復(fù)、報警、安全、功能切換和通信鏈路維持等。

    無線調(diào)制解調(diào)器：又稱為無線模塊，具有終端管理模塊功能和無線接入能力。它用于在行業(yè)監(jiān)控終端與系統(tǒng)間無線收發(fā)數(shù)據(jù)，如可以直接將無線調(diào)制解調(diào)器與傳統(tǒng)電表的數(shù)據(jù)輸出口連接，通過遠(yuǎn)端系統(tǒng)監(jiān)控電表數(shù)據(jù)。

    手持設(shè)備：通常具有用戶查詢M2M專業(yè)終端設(shè)備狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)控行業(yè)作業(yè)現(xiàn)場和處理辦公文件等功能。

    行業(yè)終端具有3個基本功能：接收遠(yuǎn)程M2M平臺激活指令、本地故障報警和數(shù)據(jù)通信功能；以及1個附加可選功能：遠(yuǎn)程升級firmware功能。

3 物聯(lián)網(wǎng)終端接入問題

    隨著物聯(lián)網(wǎng)在行業(yè)應(yīng)用中的不斷推進(jìn)，在實際使用時需要接入的終端設(shè)備往往不是單一的一種。然而也不能對每一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備配一個行業(yè)專用終端，只能是在一個區(qū)域或應(yīng)用節(jié)點使用一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。

    在智能家電行業(yè)中，數(shù)據(jù)的主要來源有居家安防系統(tǒng)和各類家電中的檢測、控制信號等。這類數(shù)據(jù)多為一些開關(guān)量信號，但視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量又非常大，如何將這些終端感知設(shè)備高效有序地接入到M2M網(wǎng)絡(luò)中有待規(guī)范。

    在物流行業(yè)中，最常用到的條碼掃描、RFID、GPS等設(shè)備，不僅種類繁多，而且同類產(chǎn)品不同的生產(chǎn)廠商的設(shè)備接口及數(shù)據(jù)格式都有較大差異；尤其是RFID設(shè)備存在著大量不同規(guī)格型號的閱讀器和各種不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽，這就對各種RFID應(yīng)用快速接入中國移動M2M平臺造成了阻礙。

    在電力行業(yè)中，如水力發(fā)電站的許多運行參數(shù)都需要進(jìn)行監(jiān)測和控制，以確保有效和安全地發(fā)電，包括對發(fā)電機各處的溫度監(jiān)控、對發(fā)電機轉(zhuǎn)速的檢測，以及對水閘門前后水位、集水井中水位等的檢測和控制。這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備多是無人值守并且長期持續(xù)工作的，必將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)；若不加選擇地將所有數(shù)據(jù)交給無線通信設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)中，勢必占用大量的網(wǎng)絡(luò)資源。除此之外，國家還要打造智能電網(wǎng)，將發(fā)電、輸電、變電站和配電融為一體，這樣發(fā)電站就需要將各種電參數(shù)，如電流、電壓、功率、相位、頻率等，及時準(zhǔn)確地測量、顯示、傳送，也就更加需要統(tǒng)一的接入技術(shù)來保證信息的互聯(lián)互通。

    從上面分析可看出，物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用需關(guān)注以下問題：

    （1）M2M終端要適配多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備的不同物理接口；

    （2）不同數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)格式多種多樣；

    （3）對多種接入設(shè)備的本地管理及遠(yuǎn)程管理的復(fù)合管理；

    （4）面對大數(shù)據(jù)量應(yīng)用如何能保證網(wǎng)絡(luò)高效、安全運行。

    針對以上幾點，現(xiàn)有的M2M業(yè)務(wù)平臺對于行業(yè)應(yīng)用有一定的局限性：現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)都只界定到對M2M終端的管理和接入，且M2M行業(yè)專用終端只具備單一設(shè)備接入功能，對于實際行業(yè)應(yīng)用中的多終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備的接入沒有統(tǒng)一要求。

圖1 現(xiàn)有中國移動M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 物聯(lián)網(wǎng)終端接入技術(shù)解決方案

    本文在原有的M2M業(yè)務(wù)平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)分層的概念提出延伸的M2M業(yè)務(wù)平臺體系架構(gòu)，如圖2所示，以實現(xiàn)M2M業(yè)務(wù)平臺對數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備的覆蓋。應(yīng)用層、接入層、運營支撐層等與現(xiàn)有平臺基本一致，行業(yè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)與USSDC/USSDG、SMSC/ISMG、MMSC等業(yè)務(wù)中心或業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)連接，提供通信能力。行業(yè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)SMS/MMS/USSD通信接續(xù)過程中的業(yè)務(wù)鑒權(quán)、設(shè)置黑白名單、EC簽約關(guān)系/黑白名單導(dǎo)入，產(chǎn)生原始使用話單，送給BOSS計費。

    這里重點關(guān)注感知層，針對行業(yè)應(yīng)用對原有M2M業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行擴展，增加感知層中M2M終端的功能。擴展M2M終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示：

    擴展的M2M終端除了具備原M2M終端的所有功能外，還應(yīng)具有以下四大功能：

    （1）兼容多種接口類型：可以便捷地接入具有RS485接口、RS232接口、RJ45接口和通用I/O接口的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，屏蔽不同的硬件設(shè)備物理特性，且可以根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用需求對各種接口數(shù)量靈活進(jìn)行配置；

    （2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及封裝：為了適配不同采集設(shè)備數(shù)據(jù)格式的差異，需要定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息格式，可以采用XML結(jié)構(gòu)，在獲取不同的原始數(shù)據(jù)后，用相同的XML對其進(jìn)行封裝，從而以統(tǒng)一的格式向上層傳遞數(shù)據(jù)信息；

    （3）數(shù)據(jù)整合、過濾、壓縮和緩存：由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備多無人值守并且長期持續(xù)工作，必將產(chǎn)生海量的采集數(shù)據(jù)。在M2M終端中建立小型數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整合、過濾、壓縮和緩存；

    （4）數(shù)據(jù)采集設(shè)備的管理：對接入的多個設(shè)備和多種工作狀態(tài)的監(jiān)控、工作模式的選擇及切換、工作參數(shù)的設(shè)定等進(jìn)行管理。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用參考業(yè)務(wù)體系架

圖3 擴展的M2M終端結(jié)構(gòu)框圖

5 結(jié)束語

    隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的興起，逐步完善和擴展M2M業(yè)務(wù)平臺，形成物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)體系架構(gòu)是業(yè)務(wù)和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也是電信運營商實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模化和聚合產(chǎn)業(yè)鏈資源的重要手段。

    目前，在電力、智能家居等行業(yè)中對擴展的M2M終端已經(jīng)有需求，其他行業(yè)也可以采用本文提出的終端接入解決方案，這也是電信運營商非常關(guān)注和急切希望解決的問題。

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本文標(biāo)題：面向行業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)終端接入技術(shù)研究

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