物联网业务及应用

1物联网业务及应用2本章教学内容1M2M业务2云计算3物联网典型应用4物联网应用小结31M2M业务1.1M2M概述1.2M2M系统架构和通信协议1.3M2M支撑技术1.4M2M业务应用1.5M2M发展现状41.1M2M概述M2M是现阶段物联网最普遍的应用形式，是实现物联网的第一步。M2M（Machine-to-Machine）机器对机器,是提供设备实时数据在系统之间、远程设备之间、机器与人之间建立无线连接的简单手段，实现人与机器、机器与机器之间畅通无阻、随时随地的通信。M2M综合了数据采集、远程监控、通信、信息处理等技术，能使业务流程自动化、集成公司IT系统和非IT设备的实时状态，创造增值服务。5M2M在安全监测、自动读取停车表、机械服务和维修业务、自动售货机、公共交通系统、车队管理、工业流程自动化、电动机械、城市信息化等环境中运行提供广泛的应用和解决方案。未来的物联网将是由无数个M2M系统构成，不同的M2M系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统。61M2M业务1.1M2M概述1.2M2M系统架构和通信协议1.3M2M支撑技术1.4M2M业务应用1.5M2M发展现状71.2M2M系统架构和通信协议M2M业务流程涉及众多环节，其数据通信过程内部也涉及多个业务系统,包括M2M终端M2M管理平台应用系统81.M2M系统结构91）M2M终端——功能接收远程M2M平台激活指令；本地故障报警；数据通信；远程升级；使用短消息/彩信/GPRS等几种接口通信协议；与M2M平台进行通信；10终端设备（TE）:主要完成行业数字模拟量的采集和转化无线模块（MT，移动终端）:主要完成数据传输、终端状态检测、链路检测及系统通信功能行业专用终端无线调制解调器:又称为无线模块，具有终端管理模块功能和无线接入能力。用于在行业监控终端与系统间无线收发数据手持设备:通常具有查询M2M终端设备状态、远程监控行业作业现场和处理办公文件等功能1）M2M终端——类型111）M2M终端——管理模块终端管理模块为软件模块，可以位于TE或MT设备中，主要负责维护和管理通信及应用功能，为应用层提供安全可靠和可管理的通信服务。12M2M管理平台为客户提供统一的移动行业终端管理、终端设备鉴权；支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接；提供数据路由、监控、用户鉴权、内容计费等管理功能。2）M2M管理平台——功能13GPRS接入模块:使用GPRS方式与M2M终端传送数据行业网关接入模块:负责完成行业网关的接入，通过行业网关完成与短信网关、彩信网关的接入，最终完成与M2M终端的通信通信接入模块终端接入模块:负责M2M平台系统通过行业网关或GGSN与M2M终端收发协议消息的解析和处理数据库模块:保存各类配置数据、终端信息、集团客户（EC）信息、签约信息和黑/白名单、业务数据、信息安全信息、业务故障信息等应用接入模块:实现M2M应用系统到M2M平台的接入业务处理模块:是M2M平台的核心业务处理引擎，实现M2M平台系统的业务消息的集中处理和控制Web模块:提供Web方式操作维护与配置功能2）M2M管理平台——分类14M2M终端获得了信息以后，本身并不处理这些信息，而是将这些信息集中到应用平台上来，由应用系统来实现业务逻辑。应用系统主要功能——把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务3）应用系统15M2M终端可通过GSM、WCDMA、TD-SCDMA等不同的移动通信网络接入，通信方式包括短信、彩信等。为了屏蔽不同的通信网络、不同的通信方式的差异性，便于M2M终端设备快速接入M2M系统，需要对M2M终端设备与M2M管理平台之间的通信协议进行规范。中国移动提出的无线机器管理协议（WirelessMachineManagementProtocol，WMMP）2.M2M通信协议161）WMMP协议为实现行业终端与M2M平台数据通信过程而设计，属于与具体通信网络及通信接入方式无关的应用层协议，建立在UDP协议之上。WMMP协议栈结构17为什么采用UDP协议传输？GPRS网络带宽较窄，延迟较大，不适于采用TCP协议进行通信。采用UDP协议无连接方式传输，其优点是效率高、流量小、节省网络带宽资源，缺点是没有确认机制，有可能引起丢包。根据实际经验发现，通过在UDP的上层应用层协议实现类似TCP的包确认和重传机制，采用UDP方式传输，丢包率能控制在1%以下，从而提高通信效率及可靠性。182）WMMP协议通信方式长连接，指在一个过程中可以连续发送多个数据包，如果没有数据包发送，需要行业终端发送心跳包以维持此连接。短连接，指通信双方有数据交互时，就建立一个WMMP过程，数据发送完成后，则断开此WMMP过程。19长连接和短连接的比较长连接短连接维持、监测链路的手段心跳包不需要心跳包维持链路，但M2M终端仍然需要通过心跳包告知M2M平台它的运行状态，以便进行监控和故障报警操作流程以客户/服务器方式建立WMMP过程。当信道上无数据传输时，M2M终端每隔时间C发送心跳包以维持此连接，当心跳包发出超过时间T后未收到响应，立即再发送心跳包，连续发送N-1次后仍未得到响应则结束此过程平台并非通过心跳包而是判断终端是否处于工作状态。M2M终端平时处于下线状态，当本地由于数据需要传输或达到定时上线时间等类似策略时，行业终端作为客户端以客户/服务器方式建立WMMP过程参数配置参数C、T、N原则上应可配置参数T、N原则上应可配置应用范围长时间一直在线的企业不需要一直在线的企业应用203）WMMP协议主要实现的功能和流程M2M终端序列号的注册和分配，M2M管理平台为终端分配序列号。M2M终端登录系统，管理平台对终端进行审核鉴权，决定是否允许接入平台；M2M终端退出系统；M2M连接检查，实现长连接模式的链路维持及短连接下终端工作状态的监控和管理；终端上线失败错误状态上报，失败发送报警短信，得到管理平台确认后进入休眠；管理平台可在故障排除后将其激活；M2M终端按照M2M管理平台的要求上报采集数据、告警数据或统计数据，以及向M2M管理平台请求配置数据；M2M管理平台从M2M终端提取所需的数据，或向终端下发控制命令和配置信息；M2M终端软件的远程升级。211M2M业务1.1M2M概述1.2M2M系统架构和通信协议1.3M2M支撑技术1.4M2M业务应用1.5M2M发展现状221.3M2M支撑技术M2M终端之间如何连成网络？M2M终端使用什么样的通信方式？数据如何整合到原有或新建立的信息系统中？M2M系统结构中涉及5个重要的支撑技术，如右图所示。M2M系统的关键支撑技术231.机器（Machines）实现M2M的第一步就是从机器/设备中获得数据，然后把它们通过网络发送出去。M2M系统中的机器应该是高度智能化的机器——即机器具有“开口说话”的能力。信息感知；信息加工（计算能力）；无线通信能力；机器智能化实现方法：生产设备的时候嵌入M2M硬件；对已有机器进行改装，使其具备与其他M2M终端通信/组网能力。242.M2M硬件是使机器获得远程通信和联网能力的部件。在M2M系统中，M2M硬件的功能主要是进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络中。M2M硬件产品可分为5种。255种M2M硬件产品嵌入式硬件——嵌入到机器里，使其具备网络通信能力。常见的产品是支持GSM/GPRS等的无限嵌入式数据模块。可改装硬件——将不具备M2M通信和连网能力的设备改装成满足机器的通信能力的硬件。包括从传感器收集数据的I/O设备；完成协议转换功能，将数据发送到通信网络的连接终端。调制解调器——将数据通过公网或以太网送出，需要调制解调器。传感器——传感器可分成普通和智能传感器两种。智能传感器具有感知能力、计算能力和通信能力。由智能传感器组成的传感器网络是M2M技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以Adhoc方式构成无线网络，协作感知、采集和处理网络覆盖的区域中感知对象的信息，并发布给观察者，也可以通过GSM网络或其他网络将信息传给远方的IT系统。识别标识——识别标识使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术如条形码技术、射频识别技术等。263.通信网络通信网络在整个M2M框架中处于核心地位，包括—广域网无线移动通信网络卫星通信网络Internet公众电话网局域网以太网WLANBluetooth个域网ZigBee传感器网络274.中间件（Middleware）中间件包括两部分——M2M网关——获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统，主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。数据收集/集成部件——将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件、异常情况报告和工作流程部件、数据仓库和存储部件等。285.应用在M2M系统中，应用的主要功能是通过数据融合、数据挖掘等技术把感知和传输来的信息进行分析和处理，为决策和控制提供依据，实现智能化的M2M业务应用和服务。291M2M业务1.1M2M概述1.2M2M系统架构和通信协议1.3M2M支撑技术1.4M2M业务应用1.5M2M发展现状301.4M2M业务应用从狭义上说，M2M只代表机器和机器之间的通信。我们认为M2M的范围不应拘泥于此，而是应该扩展到人对机器、机器对人、移动网络对机器之间的连接与通信。31M2M应用领域M2M应用遍及电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油等多个行业，以及车辆防盗、安全监测、自动售货、机械维修、公共交通管理等日常生活当中。3233343536(1)交通运输行业交通运输行业是现在M2M应用的一个重要领域，涵盖了车辆管理、流量控制、路况监测等多个方面。车辆的定位和安全监控的应用——报警器与司机座位附近的触发开关相连；摄像头记录下车内乘客的影像；录音器LED显示屏固定在车后窗内，平时滚动播放各种公共信息，当司机遇到危险按下报警器后立刻切换至求救信息。录音器、计价器、车门车锁等车内应用都可以利用车辆内安装的M2M终端上预留的多种I／O接口与之进行交互。采集或接收的数据信息借助于数据转发服务器通过2G／3G网络与后台的应用服务器进行通信。该方案已广泛应用在国内外多个大中城市，有效地提高了车辆和司机的安全，有效地助力政府各级部门提升应急管理能力，从而显著提高公共资源利用效率，更加有效地保护人们的生命和财产安全。37(2)能源行业能耗和安全问题一直困扰着能源行业，但其当今世界的龙头产业的地位，身前背后巨大的价值链，仍在激发着人们对能源行业高效运作的想象力。众所周知，石油及矿业中有许多生产环境是极其恶劣危险的，但恰恰一些宝贵的资源都是需要在恶劣的环境里搜集，如果派人员去采集，无疑从安全到成本上都表现不佳。一个更理想的方法就是通过机器及无线网络进行资源的开采和挖掘。例如M2M业务应用于石油行业中，主要包括采集油井工作情况信息，通过无线通信网络传回后台监控中心，根据油井现场工作情况，远程对油井设备进行遥调遥控，降低工作人员管理劳动强度，及时准确了解油井设备工作情况等。38（3）电力行业（无线应用——电力抄表）39电力行业大致可以分为两个领域，一是对电力设备运行状态的监测，二是我们熟知的抄表业务。传统的电表为模拟式电表，由专门的人员挨家挨户地抄送，成本不断增加却不能保证数据传送的准确和实时。现在电表慢慢更新换代为数字式电表，摆脱原始的抄表方式的捷径就是利用M2M。M2M业务应用于电力行业不仅节约了大量的人力成本，也方便了后台数据的统计和再利用。无线智能网可以无线连接煤气表、水表和电表。各仪表之间可彼此通信连接，甚至可以告知用户为草坪浇水以及运行洗衣机和烘干机等高能耗家电的最佳时间。有些专家将这一概念进一