物聯網(IOT)E1]作為當今世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點，受到各國政府和企業集團的高度重視，致力于該領域的標準研究和技術應用的競爭也日趨激烈。當前，表現為長尾的物聯網產業鏈要轉型為低成本高效益的優勢產業，面臨著系統架構、標示識別、網絡及能耗、安全和存儲[21以及智能的軟件處理支撐等多項技術難點的突破。本文著眼于物聯網三層架構中業務支撐層的應用需求，尋求實現一個跨行業、跨網絡、松耦合[3]的M2M(machine to machine，machine to man，man tomachine)軟件中間件系統，實現對M2M泛在業務應用需求的智能處理和支撐。

　　1、發展現狀

　　物聯網應用是一個典型的藍海市場，現階段國內外物聯網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，由于缺乏科學統一的技術規范指導，小規模、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。我國國家信標委領導的WGSN工作組及CCSA-TC10工作組主要承擔國際、國內標準的研究、提案和制定。

　　作為國家“十二五”物聯網重點攻關的應用技術之一，物聯網中間件技術的研究將會實現產業鏈的快速形成和聚集效應，有效加快國家戰略的實現步伐。物聯網中間件技術的研究已被列入國家《信息產業科技發展十一五規劃及2020年中長期規劃綱要十一五規劃》、工信部《物聯網“十二五”發展規劃》，對泛在的M2M業務中間件的研究受到行業領軍企業、資源優勢企業和相關科研院所的廣泛關注。在國外，從政府到跨國企業也高度重視該項課題的研究和突破。目前，涉足該領域并擁有技術特色研究成果的企業眾多，處于領先地位的有美國的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等多種主干網絡接人方式，使用戶脫離于特定的網絡依賴，并提供了包括農業監測、智能抄表(AMR/AMI)、汽車遠程管理、醫療監控、數字標牌等標準應用。Jasper更是實現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數據交換標準，抽象出行業應用的共性，開發出軟件核心M2M中間件。

　　根據對國內市場的調研，華為、中興、大唐、瑞笛恩等廠家明確提出過M2M系統解決方案，其中，中興和瑞笛恩有實際案例經驗。但目前市場主導卻是具備網絡資源優勢的三大電信運營商，利用網絡服務的獨特優勢，整合產業鏈條上下環節的行業廠家，制定符合自身戰略發展的行業或企業標準，如M2M行業終端接入管理規范，并在此基礎上提供相對有限的M2M業務支撐應用環境。這種以電信企業領銜的依賴某個無線承載網、垂直于行業的發展模式在M2M發展初級階段起到了一定的積極作用，但從長遠來看，這與物聯網的“泛在”發展方向有偏差。根據ITU物聯網研究組的研究結論，物聯網的三大核心技術是普適網絡、下一代網絡和普適計算。目前的現狀明顯背離了“泛在”不依賴特定網絡資源和技術手段的特征。隨著M2M的發展逐步進入成熟期，M2M終端數量和業務應用將會迅速增加，在形態和業務支持上的需求也將呈現高度的差異性和融合性，如帶寬的靈活調度、業務能力的協同、應用能力的融合(如支持更靈活、移動性、機動性的視頻監控、數據協同等業務)等，M2M系統在設計架構、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網應用的接人，但仍然缺乏對跨行業、跨網絡的終端接入和對豐富業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業務或研究推廣由傳統的通信運營商(中國移動、中國電信、中國聯通)推動。由于三大電信運營商的網絡服務各自獨立運行，以及企業的商業策略使然，在M2M中間件的研究上還存在一些不足，其顯著特點是：對網絡支持的單一依賴和與上層業務的深度耦合，導致行業應用的規劃實踐表現出投資浪費或躊躇不前，極大地阻礙了應用的規模發展。

　　為了實現物聯網的“4A”(Anytime，Anywhere，Anything，Anyone)終極目標，探索研究一種物聯網M2M業務泛在支撐應用中間件，實現跨行業、跨網絡、涉及多種新技術的物聯網應用中間件系統，封裝應用業務后端復雜的網絡通信方式(如寬帶/互聯網，2G/3G，PSTN，IMS，WiFi，WiMax，IP專網等)，消除上層應用對下層網絡的依賴，聚合和重組龐大的物聯網數據信息，提供應用豐富的業務能力調用資源，降低應用的技術復雜度，使客戶可以簡單、快速、經濟、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應用業務走上規模發展的強大推力之一。新的M2M中間件要實現對泛在業務的廣泛支撐，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)實現終端跨網絡的接人，對網絡層實現網絡資源和傳輸協議的自動識別，支持寬帶/互聯網，2G/3G，PSTN，IMS，WiFi，WiMax，IP專網等通信接人方式，簡化各行業終端的技術接人難度和兼容終端的差異性；

　　2)實現應用跨網絡跨行業的支撐，對應用層提供統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，簡化業務開發商和用戶的應用開發和部署流程；

　　4)實現基于SOA和PaaS/LaaS的中間件設計架構，滿足業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業務泛在支撐平臺致力于物聯網領域加強處理技術的研究，強調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鍵：1)封裝和屏蔽底層通信網絡的差異以及終端協議解析和適配的能力，簡化應用業務對信息傳輸和網絡層的耦合及依賴；2)為應用業務的快速部署和推廣進行服務支撐，提供對應用業務能力多樣性和擴展性的支持，實現第三方能力的發現和調度；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協同的支持能力，并在海量數據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，為適應業務量的彈性增長、降低應用部署成本提供技術手段。

　　作為物聯網中間件，首先需要解決上下行數據的表達和處理，如進行數據的提取、加密解密、過濾、行業分類、數據格式轉換、數據路由等，以實現語義互操作和信息共享，并對資源進行靈活調度和配置，以解決跨行業M2M應用服務融合的需求。在下層鄰接接口界面，需要對網絡資源進行認知，進而達到自適應傳輸的目的。對應用層提供統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，緊耦合的設計架構不能實現這種目標，平臺必須基于SOA和SaaS/PaaS的理念進行設計，以實現跨網絡跨行業服務融合需求的靈活調度和處理。因此，引入分布式應用開發技術，是解決平臺架構設計的核心。在軟件模型上采用層次結構，進行模塊化設計，預留開放性接口。借助EJB/SOAP/WebService，實現通用的模塊復用、數據交換和調用服務。在數據實時性和突發性較高的業務應用上，選擇性地提供基于COM/DCOM/RPC的TCP/UDP通信接口。對準同步/異步的海量數據訪問節點，借助成熟的CORBA/110P技術提供服務。

　　4、系統結構

　　M2M成熟期各行業各種類的終端數量龐大，而且應用需求各異，存在海量的數據存儲和計算，因此泛在業務支撐平臺必須支持簡單復制、分布部署、協作處理的云計算結構。

　　系統將業務(業務數據流)與控制(管理數據流)相分離，將平臺劃分為M2M泛在業務網關和M2M泛在業務管理平臺兩大子系統，其系統結構如圖2所示。
 

　　網關子系統完成路由尋址、業務鑒權、終端狀態維護、能力調用(第三方服務接口)、協議解析、協議適配、Qos執行、計費話單等功能，如圖3所示。終端接入和管理支撐實現對終端的統一鑒權認證(通信鑒權、業務鑒權、能力鑒權、黑白名單、接人安全和接人協議適配)，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，根據客戶的需要，選擇承擔客戶業務數據的傳輸功能。在協議適配方面，兼容當前中國移動WMMP-T/A，中國電信MDMP及SNMP協議，并設計標準化的自定義終端協議規范，采用可擴展的定義語言，如XML，實現對所有主流或非主流終端協議的自動識別和解析。
 

　　管理子系統完成終端資源管理、運營管理、能力管理、服務人機接口調用等功能，如圖4所示。運營管理涵蓋對用戶和業務的管理、用戶業務訂購、終端和應用的接入鑒權、計費，QoS，安全、統計和服務質量監測等功能，包含平臺內子系統間或與第三方平臺(如MISC，DSMP，PBOSS，網管等)用戶信息、訂購信息、業務信息的生成和同步。其中，安全管理主要實現安全策略的管理、密碼生成、存儲和分發以及在信息傳輸過程中的加解密方法。QoS主要實現應用QoS策略配置、資源預留的應用實現，以及網關的Oos參數配置等功能。服務質量的監測主要實現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泛在業務的支撐，因此在設計能力上要重點考慮其強大的業務應用及服務的功能，體現內在的物聯能力和行業能力的封裝與協同特性。在物聯能力方面，要抽象系列標準的物聯命令模組，自動適配客戶M2M業務信息需求的采集交互流程，并提供標準的開發接口，實現數據上傳、下載、存儲以及其他業務交互流程，按需求激活語音、視頻、短信、計費、網管、故障、告警等其他工作流。在行業能力方面，集成標準的行業應用(如安防、家居、物流、交通等)和社會公共服務系統(如120，110，119等)的服務，并利用開放接口，通過UDDI集成，調用第三方的LBS/GIS/GPS/IVR/IMS能力，為應用業務提供商提供方便的調用需求；同時，通過海量數據的挖掘分析，自動聚合不同行業的終端業務數據，實現內部信息的整合和共享，達到跨行業的應用協同和基于運營需求的業務重組。

　　5、實現難點

　　基于以上設計思路，本軟件有多項技術創新，也是實現過程中的難點，主要包括以下幾個方面。

　　1)終端協議的智能識別：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協議外，對個性化終端，特別是歷史在線終端數據的解析，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的終端數據解析協議是關鍵。該解析協議需要采用平構的易懂的XML標簽和語法，綜合考慮行業數據特性和解析效率，設計復雜度最優的解析算法，使解析標簽最少，卻能解析最廣泛行業的終端通訊數據，而且在實時解析效率上最佳。

　　2)跨網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一封裝，傳統的短信(CMPP/SGIP/SMGP)、彩信，WAP，視頻，LBS/GIS/GPS/IVR/IMS等業務開發技術將作為M2M簡易調用接口提供給業務開發商，極大地降低業務開發難度。

　　3)終端和應用的信息安全及質量控制：通過對終端和應用接人、訪問的授權鑒權機制的探索，以及對信息載體基于業務和性能需求施加的加密策略的研究，實現信息流全過程的安全保障。

　　4)跨行業的協同和業務重組：通過對M2M業務邏輯的關聯，結合用戶可能的應用訂購關系的研究，在業務支撐系統內部通過數據的二次挖掘，經過信息的整合和共享，實現跨行業的應用協同和啟發式的業務重組。

　　5)海量數據的存貯和處理：系統在分布式架構的基礎上，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，以增強系統的存儲計算能力和擴展能力，從而適應業務量的彈性增長。

　　6、結束語

　　本設計已在實驗室進行模擬驗證，從架構設計、跨網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現調用和終端協議的適配解析等方面，都得以印證。但是，由于對行業特征的梳理不能在短期內完成，在數量上缺乏行業模擬應用，因此，在行業協同和業務重組及海量數據的存儲及處理方面暫時缺失，在后續的研究中會進一步完善。總體而言，本文描述的M2M業務泛在支撐平臺的思路和實現方式對簡化終端接入、支撐泛在業務及推廣物聯網在各行各業的應用將起到積極的作用。

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本文標題：M2M業務泛在支撐平臺的設計與實現

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