物聯(lián)網(wǎng)(IOT)E1]作為當今世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點，受到各國政府和企業(yè)集團的高度重視，致力于該領(lǐng)域的標準研究和技術(shù)應用的競爭也日趨激烈。當前，表現(xiàn)為長尾的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈要轉(zhuǎn)型為低成本高效益的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，面臨著系統(tǒng)架構(gòu)、標示識別、網(wǎng)絡及能耗、安全和存儲[21以及智能的軟件處理支撐等多項技術(shù)難點的突破。本文著眼于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中業(yè)務支撐層的應用需求，尋求實現(xiàn)一個跨行業(yè)、跨網(wǎng)絡、松耦合[3]的M2M(machine to machine，machine to man，man tomachine)軟件中間件系統(tǒng)，實現(xiàn)對M2M泛在業(yè)務應用需求的智能處理和支撐。
1、發(fā)展現(xiàn)狀
物聯(lián)網(wǎng)應用是一個典型的藍海市場，現(xiàn)階段國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的普遍存在形式都集中在M2M的應用。在市場激烈競爭的背景下，由于缺乏科學統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范指導，小規(guī)模、碎片化的應用探索難以促成市場共振的蝴蝶效應。當前，國際標準仍在由IEEE，ETSI，3GPP，ITU-T，OMA等組織制定形成過程中。我國國家信標委領(lǐng)導的WGSN工作組及CCSA-TC10工作組主要承擔國際、國內(nèi)標準的研究、提案和制定。
作為國家“十二五”物聯(lián)網(wǎng)重點攻關(guān)的應用技術(shù)之一，物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)的研究將會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成和聚集效應，有效加快國家戰(zhàn)略的實現(xiàn)步伐。物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)的研究已被列入國家《信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展十一五規(guī)劃及2020年中長期規(guī)劃綱要十一五規(guī)劃》、工信部《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，對泛在的M2M業(yè)務中間件的研究受到行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)、資源優(yōu)勢企業(yè)和相關(guān)科研院所的廣泛關(guān)注。在國外，從政府到跨國企業(yè)也高度重視該項課題的研究和突破。目前，涉足該領(lǐng)域并擁有技術(shù)特色研究成果的企業(yè)眾多，處于領(lǐng)先地位的有美國的AerFrame，Jasper Wireless，IBM，M2M Data Corp．，Questra Corp．，Tridium，法國的eDevice，意大利的BiTX Inc．，新加坡的mTelematics等。特別是AerFrame，集成了CDMA，AMPS/EV—DO/GPRS/SATEl。LITE/Voice/IP等多種主干網(wǎng)絡接人方式，使用戶脫離于特定的網(wǎng)絡依賴，并提供了包括農(nóng)業(yè)監(jiān)測、智能抄表(AMR/AMI)、汽車遠程管理、醫(yī)療監(jiān)控、數(shù)字標牌等標準應用。Jasper更是實現(xiàn)了全球范圍的無線蜂窩覆蓋，開通了SaaS在線運營服務的M2M服務平臺。BiTX制定了基于位交換的M2M數(shù)據(jù)交換標準，抽象出行業(yè)應用的共性，開發(fā)出軟件核心M2M中間件。
根據(jù)對國內(nèi)市場的調(diào)研，華為、中興、大唐、瑞笛恩等廠家明確提出過M2M系統(tǒng)解決方案，其中，中興和瑞笛恩有實際案例經(jīng)驗。但目前市場主導卻是具備網(wǎng)絡資源優(yōu)勢的三大電信運營商，利用網(wǎng)絡服務的獨特優(yōu)勢，整合產(chǎn)業(yè)鏈條上下環(huán)節(jié)的行業(yè)廠家，制定符合自身戰(zhàn)略發(fā)展的行業(yè)或企業(yè)標準，如M2M行業(yè)終端接入管理規(guī)范，并在此基礎上提供相對有限的M2M業(yè)務支撐應用環(huán)境。這種以電信企業(yè)領(lǐng)銜的依賴某個無線承載網(wǎng)、垂直于行業(yè)的發(fā)展模式在M2M發(fā)展初級階段起到了一定的積極作用，但從長遠來看，這與物聯(lián)網(wǎng)的“泛在”發(fā)展方向有偏差。根據(jù)ITU物聯(lián)網(wǎng)研究組的研究結(jié)論，物聯(lián)網(wǎng)的三大核心技術(shù)是普適網(wǎng)絡、下一代網(wǎng)絡和普適計算。目前的現(xiàn)狀明顯背離了“泛在”不依賴特定網(wǎng)絡資源和技術(shù)手段的特征。隨著M2M的發(fā)展逐步進入成熟期，M2M終端數(shù)量和業(yè)務應用將會迅速增加，在形態(tài)和業(yè)務支持上的需求也將呈現(xiàn)高度的差異性和融合性，如帶寬的靈活調(diào)度、業(yè)務能力的協(xié)同、應用能力的融合(如支持更靈活、移動性、機動性的視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)協(xié)同等業(yè)務)等，M2M系統(tǒng)在設計架構(gòu)、能力擴展、服務支撐、存儲處理等方面將面臨嚴峻的考驗。雖然各運營商承諾考慮逐步滿足物聯(lián)網(wǎng)應用的接人，但仍然缺乏對跨行業(yè)、跨網(wǎng)絡的終端接入和對豐富業(yè)務應用能力支撐的整體解決方案。
2、需求分析
我國當前不存在純粹的M2M移動運營商，M2M業(yè)務或研究推廣由傳統(tǒng)的通信運營商(中國移動、中國電信、中國聯(lián)通)推動。由于三大電信運營商的網(wǎng)絡服務各自獨立運行，以及企業(yè)的商業(yè)策略使然，在M2M中間件的研究上還存在一些不足，其顯著特點是：對網(wǎng)絡支持的單一依賴和與上層業(yè)務的深度耦合，導致行業(yè)應用的規(guī)劃實踐表現(xiàn)出投資浪費或躊躇不前，極大地阻礙了應用的規(guī)模發(fā)展。
為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的“4A”(Anytime，Anywhere，Anything，Anyone)終極目標，探索研究一種物聯(lián)網(wǎng)M2M業(yè)務泛在支撐應用中間件，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨網(wǎng)絡、涉及多種新技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應用中間件系統(tǒng)，封裝應用業(yè)務后端復雜的網(wǎng)絡通信方式(如寬帶/互聯(lián)網(wǎng)，2G/3G，PSTN，IMS，WiFi，WiMax，IP專網(wǎng)等)，消除上層應用對下層網(wǎng)絡的依賴，聚合和重組龐大的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，提供應用豐富的業(yè)務能力調(diào)用資源，降低應用的技術(shù)復雜度，使客戶可以簡單、快速、經(jīng)濟、高效地整合自己的應用與第三方遠程信息處理設備，是推動當前M2M應用業(yè)務走上規(guī)模發(fā)展的強大推力之一。新的M2M中間件要實現(xiàn)對泛在業(yè)務的廣泛支撐，作為End—End的軟件核心，需重點解決以下幾方面的問題(如圖1所示)：
1)實現(xiàn)終端跨網(wǎng)絡的接人，對網(wǎng)絡層實現(xiàn)網(wǎng)絡資源和傳輸協(xié)議的自動識別，支持寬帶/互聯(lián)網(wǎng)，2G/3G，PSTN，IMS，WiFi，WiMax，IP專網(wǎng)等通信接人方式，簡化各行業(yè)終端的技術(shù)接人難度和兼容終端的差異性；
2)實現(xiàn)應用跨網(wǎng)絡跨行業(yè)的支撐，對應用層提供統(tǒng)一的服務接口與虛擬化支撐(包括計算虛擬化和存儲虛擬)；
3)對傳統(tǒng)的寬帶和電信增值能力的封裝(SMS/MMS/WAP/PSTN)，并提供IVR/Voice/Video/LBS/GPS/GIS等周邊擴展能力的支持，簡化業(yè)務開發(fā)商和用戶的應用開發(fā)和部署流程；
4)實現(xiàn)基于SOA和PaaS/LaaS的中間件設計架構(gòu)，滿足業(yè)務能力擴展和服務支撐上的靈活需求，解決海量終端對信息交換實時性和信息安全、檢索、聚合的需求；
5)具備完善的業(yè)務運營和管理功能及開放的運營管理接口。
以上五個方面分別從體系的橫向和縱向進行重點需求的抽取，作為本文研究和探討的方向。
3、設計思路
M2M業(yè)務泛在支撐平臺致力于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域加強處理技術(shù)的研究，強調(diào)軟件自身的處理能力和對外服務提供能力，在設計時抓住三個關(guān)鍵：1)封裝和屏蔽底層通信網(wǎng)絡的差異以及終端協(xié)議解析和適配的能力，簡化應用業(yè)務對信息傳輸和網(wǎng)絡層的耦合及依賴；2)為應用業(yè)務的快速部署和推廣進行服務支撐，提供對應用業(yè)務能力多樣性和擴展性的支持，實現(xiàn)第三方能力的發(fā)現(xiàn)和調(diào)度；3)研究中間件本身對資源管理、信息挖掘后的聚合能力以及對跨行業(yè)協(xié)同的支持能力，并在海量數(shù)據(jù)存儲處理方面研究引入云計算的方案，以增強平臺的存儲計算能力和擴展能力，為適應業(yè)務量的彈性增長、降低應用部署成本提供技術(shù)手段。
作為物聯(lián)網(wǎng)中間件，首先需要解決上下行數(shù)據(jù)的表達和處理，如進行數(shù)據(jù)的提取、加密解密、過濾、行業(yè)分類、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)路由等，以實現(xiàn)語義互操作和信息共享，并對資源進行靈活調(diào)度和配置，以解決跨行業(yè)M2M應用服務融合的需求。在下層鄰接接口界面，需要對網(wǎng)絡資源進行認知，進而達到自適應傳輸?shù)哪康摹脤犹峁┙y(tǒng)一的接口與虛擬化支撐，虛擬化包括計算虛擬化和存儲虛擬。顯然，緊耦合的設計架構(gòu)不能實現(xiàn)這種目標，平臺必須基于SOA和SaaS/PaaS的理念進行設計，以實現(xiàn)跨網(wǎng)絡跨行業(yè)服務融合需求的靈活調(diào)度和處理。因此，引入分布式應用開發(fā)技術(shù)，是解決平臺架構(gòu)設計的核心。在軟件模型上采用層次結(jié)構(gòu)，進行模塊化設計，預留開放性接口。借助EJB/SOAP/WebService，實現(xiàn)通用的模塊復用、數(shù)據(jù)交換和調(diào)用服務。在數(shù)據(jù)實時性和突發(fā)性較高的業(yè)務應用上，選擇性地提供基于COM/DCOM/RPC的TCP/UDP通信接口。對準同步/異步的海量數(shù)據(jù)訪問節(jié)點，借助成熟的CORBA/110P技術(shù)提供服務。
4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
M2M成熟期各行業(yè)各種類的終端數(shù)量龐大，而且應用需求各異，存在海量的數(shù)據(jù)存儲和計算，因此泛在業(yè)務支撐平臺必須支持簡單復制、分布部署、協(xié)作處理的云計算結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)將業(yè)務(業(yè)務數(shù)據(jù)流)與控制(管理數(shù)據(jù)流)相分離，將平臺劃分為M2M泛在業(yè)務網(wǎng)關(guān)和M2M泛在業(yè)務管理平臺兩大子系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)完成路由尋址、業(yè)務鑒權(quán)、終端狀態(tài)維護、能力調(diào)用(第三方服務接口)、協(xié)議解析、協(xié)議適配、Qos執(zhí)行、計費話單等功能，如圖3所示。終端接入和管理支撐實現(xiàn)對終端的統(tǒng)一鑒權(quán)認證(通信鑒權(quán)、業(yè)務鑒權(quán)、能力鑒權(quán)、黑白名單、接人安全和接人協(xié)議適配)，并支持終端遠程診斷功能和終端軟件的遠程自動升級功能，根據(jù)客戶的需要，選擇承擔客戶業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸功能。在協(xié)議適配方面，兼容當前中國移動WMMP-T/A，中國電信MDMP及SNMP協(xié)議，并設計標準化的自定義終端協(xié)議規(guī)范，采用可擴展的定義語言，如XML，實現(xiàn)對所有主流或非主流終端協(xié)議的自動識別和解析。
管理子系統(tǒng)完成終端資源管理、運營管理、能力管理、服務人機接口調(diào)用等功能，如圖4所示。運營管理涵蓋對用戶和業(yè)務的管理、用戶業(yè)務訂購、終端和應用的接入鑒權(quán)、計費，QoS，安全、統(tǒng)計和服務質(zhì)量監(jiān)測等功能，包含平臺內(nèi)子系統(tǒng)間或與第三方平臺(如MISC，DSMP，PBOSS，網(wǎng)管等)用戶信息、訂購信息、業(yè)務信息的生成和同步。其中，安全管理主要實現(xiàn)安全策略的管理、密碼生成、存儲和分發(fā)以及在信息傳輸過程中的加解密方法。QoS主要實現(xiàn)應用QoS策略配置、資源預留的應用實現(xiàn)，以及網(wǎng)關(guān)的Oos參數(shù)配置等功能。服務質(zhì)量的監(jiān)測主要實現(xiàn)各種通信方式的信息采集、故障分析、定位與查詢功能。
該中間件著重對M2M泛在業(yè)務的支撐，因此在設計能力上要重點考慮其強大的業(yè)務應用及服務的功能，體現(xiàn)內(nèi)在的物聯(lián)能力和行業(yè)能力的封裝與協(xié)同特性。在物聯(lián)能力方面，要抽象系列標準的物聯(lián)命令模組，自動適配客戶M2M業(yè)務信息需求的采集交互流程，并提供標準的開發(fā)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、下載、存儲以及其他業(yè)務交互流程，按需求激活語音、視頻、短信、計費、網(wǎng)管、故障、告警等其他工作流。在行業(yè)能力方面，集成標準的行業(yè)應用(如安防、家居、物流、交通等)和社會公共服務系統(tǒng)(如120，110，119等)的服務，并利用開放接口，通過UDDI集成，調(diào)用第三方的LBS/GIS/GPS/IVR/IMS能力，為應用業(yè)務提供商提供方便的調(diào)用需求；同時，通過海量數(shù)據(jù)的挖掘分析，自動聚合不同行業(yè)的終端業(yè)務數(shù)據(jù)，實現(xiàn)內(nèi)部信息的整合和共享，達到跨行業(yè)的應用協(xié)同和基于運營需求的業(yè)務重組。
5、實現(xiàn)難點
基于以上設計思路，本軟件有多項技術(shù)創(chuàng)新，也是實現(xiàn)過程中的難點，主要包括以下幾個方面。
1)終端協(xié)議的智能識別：除了能適配較為成熟的中國移動WMMP-T/A，中國電信MDMP以及通用的SNMP協(xié)議外，對個性化終端，特別是歷史在線終端數(shù)據(jù)的解析，是當前面臨的難點。因此，設計一款能識別自定義基于BIT/BYTE/TEXT的終端數(shù)據(jù)解析協(xié)議是關(guān)鍵。該解析協(xié)議需要采用平構(gòu)的易懂的XML標簽和語法，綜合考慮行業(yè)數(shù)據(jù)特性和解析效率，設計復雜度最優(yōu)的解析算法，使解析標簽最少，卻能解析最廣泛行業(yè)的終端通訊數(shù)據(jù)，而且在實時解析效率上最佳。
2)跨網(wǎng)絡的泛在服務能力的支撐：對各大電信運營商的電信能力統(tǒng)一封裝，傳統(tǒng)的短信(CMPP/SGIP/SMGP)、彩信，WAP，視頻，LBS/GIS/GPS/IVR/IMS等業(yè)務開發(fā)技術(shù)將作為M2M簡易調(diào)用接口提供給業(yè)務開發(fā)商，極大地降低業(yè)務開發(fā)難度。
3)終端和應用的信息安全及質(zhì)量控制：通過對終端和應用接人、訪問的授權(quán)鑒權(quán)機制的探索，以及對信息載體基于業(yè)務和性能需求施加的加密策略的研究，實現(xiàn)信息流全過程的安全保障。
4)跨行業(yè)的協(xié)同和業(yè)務重組：通過對M2M業(yè)務邏輯的關(guān)聯(lián)，結(jié)合用戶可能的應用訂購關(guān)系的研究，在業(yè)務支撐系統(tǒng)內(nèi)部通過數(shù)據(jù)的二次挖掘，經(jīng)過信息的整合和共享，實現(xiàn)跨行業(yè)的應用協(xié)同和啟發(fā)式的業(yè)務重組。
5)海量數(shù)據(jù)的存貯和處理：系統(tǒng)在分布式架構(gòu)的基礎上，研究建立合理的存儲和計算資源分配策略，探索云存儲模式和架構(gòu)，以增強系統(tǒng)的存儲計算能力和擴展能力，從而適應業(yè)務量的彈性增長。
6、結(jié)束語
本設計已在實驗室進行模擬驗證，從架構(gòu)設計、跨網(wǎng)絡接人及支撐到電信增值能力的封裝以及第三方能力的發(fā)現(xiàn)調(diào)用和終端協(xié)議的適配解析等方面，都得以印證。但是，由于對行業(yè)特征的梳理不能在短期內(nèi)完成，在數(shù)量上缺乏行業(yè)模擬應用，因此，在行業(yè)協(xié)同和業(yè)務重組及海量數(shù)據(jù)的存儲及處理方面暫時缺失，在后續(xù)的研究中會進一步完善。總體而言，本文描述的M2M業(yè)務泛在支撐平臺的思路和實現(xiàn)方式對簡化終端接入、支撐泛在業(yè)務及推廣物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的應用將起到積極的作用。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務領(lǐng)域、行業(yè)應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：M2M業(yè)務泛在支撐平臺的設計與實現(xiàn)
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