物联网基础设施及无线城市特色应用

物联网基础设施及无线城市特色应用中国移动研究院刘越一、物联网业务需求分析物联网的主流业务形态物联网业务对基础设施的需求二、物联网基础设施规划三、基于物联网的无线城市特色应用提纲2从三个应用说起智能电网智慧物流智慧医疗3物联网所体现出的市场特性电力、车联网+垂直行业市场规模单一应用市场如电力、车联网等行业，单一应用数量巨大，但封闭性及专业性强可集中化市场（如资产管理、物流等行业的物联网应用，行业性特征明显、市场开放）碎片化市场如智能建筑、大棚监控等大量碎片化的物联网应用，应用种类繁多、但当前商用成本较高资产管理物流建筑大棚4运营商可提供的服务及产品基础通信需求需要短信、数据、语音等基本的通信能力通信管理需求需要更可靠的通信能力，以及对通信及终端故障的快速定位与恢复应用需求信息采集、传输、控制、处理及业务逻辑实现信息聚合需求需进行跨系统、跨领域的信息共享、挖掘、聚合需求复杂度提升聚合服务应用集成服务智能通道服务基础通信服务服务附加值增加关键：规模化5运营商所提供的产品及服务（续）市场类型可提供的服务适用模式单一应用市场基础通信服务智能通道服务能力服务集成服务B-BB-B-C/E可集中化市场基础通信服务智能通道服务应用集成服务能力服务聚合服务B-CB-BB-B-C/E碎片化市场基础通信服务智能通道服务集成服务能力服务聚合服务B-BB-B-C/E6基础通信服务码号、覆盖能力、不影响现有网络和业务智能通道服务故障定位、远程升级、服务优先级应用服务用户体验一致、使用成本低能力服务统一接口、易用性、能力计费和运营聚合服务跨系统信息收集、大数据处理能力对基础设施的要求7一、物联网业务需求分析二、物联网基础设施规划物联网基础设施架构物联网应用通信协议设计物联网专用网络物联网业务平台三、基于物联网的无线城市特色应用提纲8ETSIM2M架构网络侧终端设备侧9中国移动物联网架构物联网专用通信协议物联网专用网元设备物联网业务平台物联网应用系统业务网核心网接入网物联网接入网关终端应用WSN等区域网络物联网终端/节点设备物联网终端/节点设备终端应用M-HLRM-SMSCM-GGSN业务网关网管系统计费系统网络层应用层感知层运营管理平台信息中心应用孵化平台关键10WMMP产生的原因为了满足在2G/3G网络上运营M2M业务的需求而设计的应用层通信协议物联网应用通信协议——WMMP协议远程唤醒远程配置故障告警软件升级连接检测终端定位信号检测外设管理电源管理11M2M终端底层承载TCP或UDPIPWMMP-TSMSUSSD……底层承载TCP或UDPIPWMMP-TSMSUSSD……M2M业务管理平台底层承载TCP或UDPIPWMMP-AM2M应用WMMP-AGPRS物联网应用通信协议——WMMP协议(续)基本功能：提供端到端电信级远程唤醒、远程配置、软件升级、连接检测、终端定位、信号检测等功能扩展功能：根据不同应用需求可以扩展故障告警、外设管理、电源管理、配置管理等需求。可扩展的协议栈及报文结构接入方式无关通信机制安全机制状态查询数据传输参数配置登录控制连接检查软件升级异常告警远程控制智能家居企业安防交通物流金融商业环境监测电力能源制造加工公共管理WMMP终端功能WMMP扩展功能121：协议架构。WMMP包含WMMP-T和WMMP-A。其中WMMP-T标准化终端与物联网业务网关之间的接口，WMMP-A标准化业务网关与业务平台或管理平台之间的接口WMMP协议的架构是与物联网运营管理体系系统结构高度相关的物联网应用通信协议——WMMP协议(续)WMMP的主要特征13固定接入物联网业务网关A省物联网运营管理平台物联网PBOSS省BOSS系统物联网A业务平台物联网B业务平台物联网C业务平台物联网/M2M终端物联网接入网关物联网接入网关物联网感知子网物联网感知子网节点网管系统业务支撑平台业务支撑系统网管支撑系统基地物联网运营管理平台M2M终端M2M平台M2M应用物联网感知子网B省物联网运营管理平台2：WMMP-T是一个基于特定操作原语和TLV数据格式的协议“特定操作原语”是指WMMP-T中所规定的消息体报文，包括Login、Heartbeat、Config_Trap、Config_Req、Remote_Ctrl、Transparent_Data等26种报文“基于TLV”是指报文所承载的数据内容是以TLV的数据格式进行描述的。TLV以标签、长度、数值的三段式方式对数据进行描述。它的优点是非常灵活，容易扩展，实现简单。在WMMP-T协议中约定了许多Tag标签用于我们已知的需要配置或控制或上报的各种参数。并且预留了较长的Tag区域用于以后特定的物联网应用进行扩展物联网应用通信协议——WMMP协议(续)WMMP的主要特征143：特殊的安全机制WMMP报文支持不加密、部分加密和完全加密三种方式WMMP协议采用基础密钥和会话密钥双层密钥的方式进行加密或鉴权，采用MD5验证报文完整性，采用报文流水号避免重放攻击WMMP支持IMSI与IMEI的绑定关系，具有防止换卡换机的功能（一些特定的应用有此应用需求）物联网应用通信协议——WMMP协议(续)WMMP的主要特征154：资源扁平化管理WMMP采用扁平化的方式进行资源管理，所有的资源可以采用TLV进行直接访问WMMP为任何一个已知的资源约定一个Tag标签，然后通过此标签直接访问该资源；对于未知资源则必须约定新的标签，对新标签的约定被认为是对WMMP协议的扩展这种资源扁平化的方式是WMMP被认为是轻量级协议的一个特征。这种方式实现起来简单高效，由于标签是被预先约定的二进制序列，所以可以直接使用二进制方式实现物联网应用通信协议——WMMP协议(续)WMMP的主要特征16ETSIM2M◦定义了功能较为全面的M2M架构，涵盖大部分的终端类型，但是实现较为复杂。它在架构上与中国移动的物联网网络架构类似。CoAP◦CoAP是由IETF研发的一个轻量级协议，采用基于互联网的RESTful方式实现，支持ETSIM2MBindingOMA-DM◦由OMA开发的终端管理标准，主要实现终端管理的功能，全球约40%的终端实现了OMA-DM的管理协议LightweightM2M◦在OMA-DM工作组中的所设立的针对M2M的WorkItem，目标是针对资源受限类型的终端设计轻量级的标准，在实现终端管理功能的同时，支持物联网业务流。该标准支持TLV数据格式，在数据操作模型上与WMMP相同，底层与CoAP绑定，属于采用RESTful方式的C-S架构的协议。其它的M2M相关标准协议ETSIM2M模型功能架构CoAP的抽象网络层级17物联网专用网络大规模的物联网应用，要求核心网能够支持大量的突发/并发话务终端数量，行业应用种类多机器终端的并发通信容量需求为了更低成本的运营物联网应用，核心网设备应适应物联网特殊的业务模型满足智能通道功能：终端开机/离网通知、终端位置变化通知、GPRS附着/分离通知、GPRS上线/离线通知、在网状态查询、短信发送结果通知、MT短信优先级控制功能需求解决方案原则：尽量利用大网资源、降低成本、提升效率M-SMSCM-HLR/HSSM-GGSN物联网专用核心网设备一个用户数据中心，两个业务通道：GPRS和短信18物联网专用网络（续）——设备要求专用HLR支持面向物联网的用户数据模型满足智能通道业务需求支持物联网专用码号对没有SIM卡的自组织传感网络节点的管理上报终端开机信息上报终端离网信息上报终端GPRS附着信息上报终端GPRS分离信息查询终端的在网状态信息专用GGSN号码的路由寻址和计费满足智能通道业务需求支持物联网专用码号灵活的APN设置上报终端上线信息上报终端离线信息专用SMSC支持短信优先级处理上报物联网短信故障上报用户MT短信接收失败信息短信绑定鉴权支持多级短信优先级19物联网业务平台——业务网关及运营管理平台分离物联网业务的管理功能和通信功能，形成物联网运营管理平台和物联网业务网关通过运营管理平台提供管理功能，增强管理能力提供终端卡状态查询及终端管理等增值服务能力支撑终端厂家通过该平台提供终端维护、升级等管理服务支撑应用厂家通过该平台提供的在线状态查询等能力提供更灵活的应用服务通过物联网业务网关提供统一接入，增强通信能力为应用提供统一的系统接入能力，应用平台只需接入网关即可实现短信、GPRS等通信能力调用，即可实现运营管理平台、位置平台等应用能力调用，无需系统一一对接便于提供业务签权、通信代理等增值服务，便于全面掌握物联网业务流量，提供更好的通信保障20物联网业务平台——运营管理平台功能需求功能要求业务需求通信状态感知实时维护终端在网状态、GPRS连接状态、位置、通信质量等信息，客户可以通过查询和订阅/通知的方式获取通信状态信息通信故障管理维护和处理终端通信故障报警，并实时通知客户终端故障管理维护和处理终端故障报警，并实时通知客户；提供终端故障排查手段终端配置管理终端远程参数配置终端远程升级终端远程软件版本升级终端安全管理终端接入密钥、基础密钥和会话密钥的生成、存储和分发，终端异常移动报警QoS管理短信QoS分级管理帐户、余额和业务使用量管理帐户信息查询和变化通知，业务使用量/余额超过阙值报警，通信详单查询，业务量统计分析订购关系管理订购关系保存、订购关系与与业务网关同步用户信息管理用户信息存储、用户信息与PBOSS同步和用户信息与业务平台同步产品信息管理产品信息保存21物联网业务平台——业务网关功能需求功能要求业务需求路由寻址上下行的消息路由业务鉴权根据订购关系和鉴权映射表进行鉴权能力接入转发能力接入、调用和转发协议解析WMMP协议报文解析QoS执行物联网短信分级发送计费话单根据计费策略生成业务话单IP路由转发根据目标地址进行路由22分析主要通信故障原因•用户欠费停机•终端关机（正常/异常）•终端配置错误•SIM卡坏•终端漫游到受限区域•终端移动到场强弱的区域•终端短信存取区满•PDP激活失败•业务鉴权失败•……通信故障相关信息采集•业务支撑系统账户、流量、余额、详单等信息•核心网开关机、在网、位置、所选网络、短信失败、GPRS通信失败等信息•终端场强、开关机、故障记录12通信故障定位与恢复•故障分析模型设计与建立•故障恢复系统设计与建设3举例：智能通道功能实现思路23物联网应用孵化平台出发点：面向碎片化市场，以能力运营代替业务运营，迅速满足客户需求•在硅谷成立物联网应用开发实验室，吸引合作伙伴•立足终端管理功能提供增值服务；•提供表达式等简单工具供应用开发者使用，扩大平台及终端管理服务的应用领域Sprint•在M2M终端设备中部署客户端，实现对终端状态、性能、配置等管理；•提供WNS(无线网络服务)、AS(应用服务)、DPS(设备性能管理)，及专业服务•通过标准API将服务开放给外部应用开发者Verizon将网络状态和终端状态等原属于运营商内部的各种管理能力开放给外部，为应用开发者提供便捷的能力调用手段和工具，一方面可以快速生成新应用，另一方面扩大这些能力的应用领域，拓展价值空间。24可运营的能力素材可视化的应用设计全流程测试环境分布式业务执行环境基于可视化的设计，通过应用的模板化和可视化编辑环境减少开发工作量，实现“所见即所得”提供完备的运营商侧应用执行环境、用户侧应用执行环境、终端侧应用执行环境，实现业务逻辑的加载与执行，以及对业务的管理和监控通过标准化的、开放式接口，提供对物联网网络能力、业务能力、终端能力、运营管理能力和第三方能力的调用可提供编译引擎、SandBox测试引擎和业务仿真引擎，帮助SI进行全方位的设计时测试和运行时测试物联网应用孵化平台(续)25应用及内容服务能力运营商自有能力第三方能力支撑服务能力帐务信息服务业务量统计分析运算、存储资源网络服务能力基础通信通信状态管理通信故障管理终端服务能力远程管理在线升级安全管理物联网应用层物联网网络层物联网感知层标准的服务调用接口及流程引擎物联网业务应用通过应用孵化平台提供能力开放26应用生成环境业务开发环境专用物联网网络环境物联网网关物联网管理平台物联网业务