物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，電力抄表、穿戴式應(yīng)用、工業(yè)控制等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用快速發(fā)展，在很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中都需要使用終端控制技術(shù)。終端控制是指平臺(tái)向終端發(fā)送控制指令，終端接收到控制指令后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。物聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成[1-3]，需要終端與平臺(tái)的緊密配合才能實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)具體物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。因此終端控制技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中非常重要。傳統(tǒng)的終端控制包括使用GPRS、短信、WiFi、ZigBee等方式，由應(yīng)用集成商完成從平臺(tái)到終端的開發(fā) [4,5]， 這種實(shí)現(xiàn)方式成本較高。終端控制是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一項(xiàng)共性需求，運(yùn)營商在公共服務(wù)方面具有優(yōu)勢，本文提出了一種運(yùn)營商物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)的研發(fā)背景

1.1 利用終端控制技術(shù)有效解決終端節(jié)電問題

很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都要求終端耗電低，待機(jī)時(shí)間長。穿戴式設(shè)備就是一個(gè)典型的要求節(jié)電的應(yīng)用，由于佩戴條件限制要求設(shè)備小巧，小巧的設(shè)備體積限制了電池的大小。待機(jī)時(shí)間關(guān)系到業(yè)務(wù)的體驗(yàn)，待機(jī)時(shí)間越長用戶使用越方便，可以避免頻繁充電的煩惱。在物聯(lián)網(wǎng)終端中，電量的消耗主要用于通信，因此終端節(jié)電最主要的方法就是控制通信。在終端不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)關(guān)閉通信，在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)開啟通信，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束立即斷開通信。終端基本處于與平臺(tái)斷開狀態(tài)，在需要終端參與業(yè)務(wù)時(shí)，就必然用到終端控制技術(shù)，由平臺(tái)來控制終端，如終端重啟、終端定位、終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)取＝K端控制是解決終端節(jié)電問題的一項(xiàng)重要技術(shù)。

1.2 用終端控制技術(shù)降低平臺(tái)連接數(shù)

在工業(yè)控制、交通、穿戴式應(yīng)用等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，一個(gè)平臺(tái)上連接的終端數(shù)會(huì)達(dá)到幾十萬甚至幾百萬，保持這些連接需要消耗大量的計(jì)算、內(nèi)存等資源，連接數(shù)越多消耗的資源越多。因此平臺(tái)的連接數(shù)有一定的限制，需要一種方案來減少平臺(tái)上的并發(fā)連接數(shù)。由于終端并非一直在傳輸數(shù)據(jù)，終端大部分的時(shí)間是不傳輸數(shù)據(jù)的。一個(gè)可行的降低平臺(tái)連接數(shù)的方法就是終端在需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才連接平臺(tái)，不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則斷開連接。終端通常的狀態(tài)為不連接平臺(tái)，這種情況下需要終端控制技術(shù)使平臺(tái)和終端能隨時(shí)進(jìn)行連接。

1.3 現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式的不足

使用GPRS、3G、4G 等方式通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)給終端分配的動(dòng)態(tài)地址，一旦終端斷開連接再次通信時(shí)獲得的將是不同的地址，這就造成平臺(tái)難以主動(dòng)向終端發(fā)送信息。而短信具有自動(dòng)尋址的優(yōu)點(diǎn)，即終端在不連接平臺(tái)的情況下，平臺(tái)都能將信息發(fā)送到指定的終端。同時(shí)短信的發(fā)送時(shí)延為幾秒鐘，在絕大多數(shù)的情況下，這個(gè)指標(biāo)都能很好滿足業(yè)務(wù)的需求。因此，短信成為最常用的終端控制方式。當(dāng)平臺(tái)需要控制終端時(shí)，平臺(tái)向指定的終端發(fā)送一條控制短信。終端收到控制短信后，對(duì)短信內(nèi)容進(jìn)行解析，匹配相應(yīng)的指令后就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式為物聯(lián)網(wǎng)客戶向通信運(yùn)營商申請一個(gè)短信端口，依據(jù)運(yùn)營商的短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議進(jìn)行開發(fā)，通過運(yùn)營商的短信網(wǎng)關(guān)向物聯(lián)網(wǎng)終端下發(fā)控制短信。

現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式一個(gè)不足之處在于物聯(lián)網(wǎng)客戶的開發(fā)和接入門檻較高。這種方式需要物聯(lián)網(wǎng)客戶熟悉短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議，并根據(jù)短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議進(jìn)行開發(fā)，這對(duì)于很多物聯(lián)網(wǎng)客戶來說是一個(gè)比較高的技術(shù)門檻。另一方面，由于國家對(duì)垃圾短信的管控要求越來越嚴(yán)，運(yùn)營商對(duì)短信端口申請要進(jìn)行很長流程的審查，通常需要 2 個(gè)月的時(shí)間。開發(fā)和接入門檻常常限制了很多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展。

現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方式的另一個(gè)不足之處在于通信運(yùn)營商難以防止垃圾短信。一些短信增值服務(wù)商申請了短信端口后由于利益驅(qū)使大量發(fā)送廣告類短信，造成垃圾短信。目前，技術(shù)上尚欠缺一種快速甄別垃圾短信的方法。因此，運(yùn)營商面臨業(yè)務(wù)發(fā)展與防范垃圾短信這一對(duì)矛盾。

2 物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)方案

2.1 物聯(lián)網(wǎng)終端控制需求分析

物聯(lián)網(wǎng)終端控制有終端休眠、終端重啟、終端數(shù)據(jù)傳輸、終端位置上報(bào)、終端參數(shù)配置等，數(shù)量只有二十多個(gè)。同時(shí)， 一種終端控制短信的內(nèi)容都是相同的。因此，物聯(lián)網(wǎng)終端控制短信的內(nèi)容固定，統(tǒng)計(jì)下來就二十多條。

運(yùn)營商制定了短信網(wǎng)關(guān)的接入?yún)f(xié)議，如中國移動(dòng)的短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議為 CMPP 協(xié)議。短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議定義了連接建立、鑒權(quán)、發(fā)送短信、接收短信、接收狀態(tài)報(bào)告等流程。為了適應(yīng)各種短信應(yīng)用場景，短信類型非常多，因此短信網(wǎng)關(guān)接入?yún)f(xié)議較為復(fù)雜。但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)終端控制來說，場景單一，因此終端控制短信類型單一。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于終端控制短信具有內(nèi)容固定、類型單一這兩個(gè)特點(diǎn)， 運(yùn)營商可引入終端控制公共服務(wù)平臺(tái)，將控制短信的內(nèi)容模板化，并提供終端控制 API，用戶調(diào)用 API 就能對(duì)終端控制了。由于用戶不能自定義短信，從而杜絕了廣告類短信，避免了垃圾短信的產(chǎn)生。同時(shí)，終端控制服務(wù)平臺(tái)以 API 的方式供用戶調(diào)用，用戶不再需要去熟悉和開發(fā)短信網(wǎng)關(guān)的接入?yún)f(xié)議，大大降低用戶的開發(fā)難度。

整個(gè)系統(tǒng)由業(yè)務(wù)平臺(tái)、終端控制公共服務(wù)平臺(tái)、短信網(wǎng)關(guān)、短信中心、物聯(lián)網(wǎng)終端組成。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖 1 所示。

業(yè)務(wù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)具體物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，如車輛調(diào)度管理平臺(tái)、 健康監(jiān)控平臺(tái)等，由物聯(lián)網(wǎng)客戶進(jìn)行建設(shè)。業(yè)務(wù)平臺(tái)通過互 聯(lián)網(wǎng)與終端控制公共服務(wù)平臺(tái)相連，通過調(diào)用終端控制公共服 務(wù)平臺(tái)的 API 向物聯(lián)網(wǎng)終端下發(fā)控制指令。API 的參數(shù)包括要 控制的終端號(hào)碼和控制編號(hào)。 

終端控制公共服務(wù)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)公共化終端控制服務(wù)的核 心平臺(tái)，由運(yùn)營商進(jìn)行建設(shè)。平臺(tái)對(duì)每一種終端控制進(jìn)行編號(hào)， 保存控制編號(hào)與控制指令的對(duì)應(yīng)表，對(duì)外提供 API。終端控制 公共服務(wù)平臺(tái)收到業(yè)務(wù)平臺(tái)提交的終端控制請求后，首先進(jìn)行 鑒權(quán)處理，然后依據(jù)請求中攜帶的控制編號(hào)生成二進(jìn)制的控 制短信，通過短信網(wǎng)關(guān)發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)終端。

短信網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)接入、短信路由、短信轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

短信中心負(fù)責(zé)將短信通過移動(dòng)通信網(wǎng)下發(fā)到終端。

物聯(lián)網(wǎng)終端收到控制短信后，進(jìn)行發(fā)送號(hào)碼和短信內(nèi)容的比對(duì)及分析后，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

2.3  物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

終端控制公共服務(wù)平臺(tái)為各物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供終端控制公共服務(wù)，在平臺(tái)中存儲(chǔ)各種終端控制指令及對(duì)應(yīng)的控制編號(hào)。平臺(tái)收到業(yè)務(wù)平臺(tái)發(fā)來的控制請求后，從請求中提取出攜帶的控制編號(hào)，依據(jù)控制編號(hào)和控制指令的對(duì)應(yīng)表生成相應(yīng)的控制短信，然后發(fā)送給短信網(wǎng)關(guān)。終端控制公共服務(wù)平臺(tái)分為界面層、業(yè)務(wù)層、接口層三層，平臺(tái)架構(gòu)如圖 2 所示。

平臺(tái)的主要模塊如下： 

（1）用戶管理 

對(duì)接入的用戶（通常為集團(tuán)用戶）進(jìn)行統(tǒng)一管理。記錄用 戶的基本信息，包括用戶名稱、用戶代碼、聯(lián)系人、聯(lián)系方式 等信息。 

（2）訂購管理 

記錄用戶的訂購時(shí)間、資費(fèi)、訂購方式等信息。 

（3）資費(fèi)管理 

記錄各資費(fèi)的名稱、資費(fèi)代碼、費(fèi)率、計(jì)費(fèi)方式等信息。 

（4）賬號(hào)管理 

記錄各用戶的賬號(hào)、用戶名、密碼、IP 地址、權(quán)限、對(duì) 應(yīng)的用戶代碼等信息。 

（5）計(jì)費(fèi)賬務(wù) 

終端控制公共服務(wù)平臺(tái)向各業(yè)務(wù)平臺(tái)提供終端控制公共 服務(wù)，依據(jù)用戶的使用進(jìn)行收費(fèi)。計(jì)費(fèi)賬務(wù)模塊根據(jù)用戶的訂 購關(guān)系及使用情況，進(jìn)行計(jì)費(fèi)并生成賬單。另外還提供歷史 賬單的查詢和統(tǒng)計(jì)等功能。 

（6）控制編碼管理 

存儲(chǔ)各種終端控制指令及對(duì)應(yīng)的控制編號(hào)。能進(jìn)行控制 指令和控制編號(hào)的增加、刪除、修改等。 

（7）鑒權(quán)管理 

記錄各權(quán)限的范圍，依據(jù)賬號(hào)權(quán)限對(duì) API 的使用進(jìn)行鑒 權(quán)處理和權(quán)限控制。

（8）短信處理 

根據(jù) API 請求中攜帶的控制編號(hào)，生成對(duì)應(yīng)的控制短信。 通過短信網(wǎng)關(guān)接口發(fā)送給短信網(wǎng)關(guān)。 

（9）API 接口 

負(fù)責(zé)與業(yè)務(wù)平臺(tái)連接，提供 API 的調(diào)用、鑒權(quán)等功能， 并提取 API 中攜帶的請求參數(shù)。

（10）短信網(wǎng)關(guān)接口 

用于平臺(tái)與短信網(wǎng)關(guān)連接，將控制短信通過短信網(wǎng)關(guān)發(fā) 送到終端。 

（11）業(yè)務(wù)管理界面 

為業(yè)務(wù)管理人員提供業(yè)務(wù)操作和業(yè)務(wù)查看服務(wù)。 

2.4 平臺(tái)的實(shí)施效果 

中國移動(dòng)開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)已經(jīng)上線， 中國移動(dòng)成為中國第一家提供終端控制公共服務(wù)的運(yùn)營商。平 臺(tái)目前已接入客戶 11 家，終端數(shù)超過 10 萬，月均控制終端次 數(shù)超過 30 萬次。終端控制公共服務(wù)平臺(tái)也取得了較好的應(yīng)用 效果，大大降低了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)難度和開發(fā)時(shí)間，應(yīng)用平 均開發(fā)時(shí)間由 2 個(gè)月降低到 2 周。同時(shí)，業(yè)務(wù)接入時(shí)間也大大 縮短，客戶無需申請短信端口，客戶從業(yè)務(wù)申請到完成接入， 時(shí)間從以前的 2 個(gè)月降低到 3 天。

3 結(jié) 語

運(yùn)營商建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務(wù)平臺(tái)，可以有效降 低物聯(lián)網(wǎng)用戶的開發(fā)成本和接入成本，同時(shí)也能從服務(wù)中獲得 收益，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。終端控制公共服務(wù) 平臺(tái)有可能成為運(yùn)營商在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個(gè)新的業(yè)務(wù)發(fā)展方向。