物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺設計

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展，電力抄表、穿戴式應用、工業(yè)控制等物聯(lián)網(wǎng)應用快速發(fā)展，在很多物聯(lián)網(wǎng)應用中都需要使用終端控制技術。終端控制是指平臺向終端發(fā)送控制指令，終端接收到控制指令后執(zhí)行相應的動作。物聯(lián)網(wǎng)的典型架構由感知層、網(wǎng)絡層、應用層組成[1-3]，需要終端與平臺的緊密配合才能實現(xiàn)一項具體物聯(lián)網(wǎng)應用。因此終端控制技術在物聯(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，由應用集成商完成從平臺到終端的開發(fā) [4,5]， 這種實現(xiàn)方式成本較高。終端控制是物聯(lián)網(wǎng)領域的一項共性需求，運營商在公共服務方面具有優(yōu)勢，本文提出了一種運營商物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺的設計方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺的研發(fā)背景

1.1 利用終端控制技術有效解決終端節(jié)電問題

很多物聯(lián)網(wǎng)應用都要求終端耗電低，待機時間長。穿戴式設備就是一個典型的要求節(jié)電的應用，由于佩戴條件限制要求設備小巧，小巧的設備體積限制了電池的大小。待機時間關系到業(yè)務的體驗，待機時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。在終端不需要進行數(shù)據(jù)傳輸時關閉通信，在需要進行數(shù)據(jù)傳輸時開啟通信，數(shù)據(jù)傳輸結束立即斷開通信。終端基本處于與平臺斷開狀態(tài)，在需要終端參與業(yè)務時，就必然用到終端控制技術，由平臺來控制終端，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)電問題的一項重要技術。

1.2 用終端控制技術降低平臺連接數(shù)

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

1.3 現(xiàn)有實現(xiàn)方式的不足

使用GPRS、3G、4G 等方式通信時，網(wǎng)絡給終端分配的動態(tài)地址，一旦終端斷開連接再次通信時獲得的將是不同的地址，這就造成平臺難以主動向終端發(fā)送信息。而短信具有自動尋址的優(yōu)點，即終端在不連接平臺的情況下，平臺都能將信息發(fā)送到指定的終端。同時短信的發(fā)送時延為幾秒鐘，在絕大多數(shù)的情況下，這個指標都能很好滿足業(yè)務的需求。因此，短信成為最常用的終端控制方式。當平臺需要控制終端時，平臺向指定的終端發(fā)送一條控制短信。終端收到控制短信后，對短信內(nèi)容進行解析，匹配相應的指令后就執(zhí)行相應的動作?，F(xiàn)有實現(xiàn)方式為物聯(lián)網(wǎng)客戶向通信運營商申請一個短信端口，依據(jù)運營商的短信網(wǎng)關接入?yún)f(xié)議進行開發(fā)，通過運營商的短信網(wǎng)關向物聯(lián)網(wǎng)終端下發(fā)控制短信。

現(xiàn)有實現(xiàn)方式一個不足之處在于物聯(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)關接入?yún)f(xié)議，并根據(jù)短信網(wǎng)關接入?yún)f(xié)議進行開發(fā)，這對于很多物聯(lián)網(wǎng)客戶來說是一個比較高的技術門檻。另一方面，由于國家對垃圾短信的管控要求越來越嚴，運營商對短信端口申請要進行很長流程的審查，通常需要 2 個月的時間。開發(fā)和接入門檻常常限制了很多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的進一步發(fā)展。

現(xiàn)有實現(xiàn)方式的另一個不足之處在于通信運營商難以防止垃圾短信。一些短信增值服務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，技術上尚欠缺一種快速甄別垃圾短信的方法。因此，運營商面臨業(yè)務發(fā)展與防范垃圾短信這一對矛盾。

2 物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺方案

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、終端參數(shù)配置等，數(shù)量只有二十多個。同時， 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)計下來就二十多條。

運營商制定了短信網(wǎng)關的接入?yún)f(xié)議，如中國移動的短信網(wǎng)關接入?yún)f(xié)議為 CMPP 協(xié)議。短信網(wǎng)關接入?yún)f(xié)議定義了連接建立、鑒權、發(fā)送短信、接收短信、接收狀態(tài)報告等流程。為了適應各種短信應用場景，短信類型非常多，因此短信網(wǎng)關接入?yún)f(xié)議較為復雜。但對于物聯(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

基于終端控制短信具有內(nèi)容固定、類型單一這兩個特點， 運營商可引入終端控制公共服務平臺，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，終端控制服務平臺以 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)關的接入?yún)f(xié)議，大大降低用戶的開發(fā)難度。

整個系統(tǒng)由業(yè)務平臺、終端控制公共服務平臺、短信網(wǎng)關、短信中心、物聯(lián)網(wǎng)終端組成。系統(tǒng)整體架構如圖 1 所示。

業(yè)務平臺可實現(xiàn)具體物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，如車輛調(diào)度管理平臺、 健康監(jiān)控平臺等，由物聯(lián)網(wǎng)客戶進行建設。業(yè)務平臺通過互 聯(lián)網(wǎng)與終端控制公共服務平臺相連，通過調(diào)用終端控制公共服 務平臺的 API 向物聯(lián)網(wǎng)終端下發(fā)控制指令。API 的參數(shù)包括要 控制的終端號碼和控制編號。 

終端控制公共服務平臺是實現(xiàn)公共化終端控制服務的核 心平臺，由運營商進行建設。平臺對每一種終端控制進行編號， 保存控制編號與控制指令的對應表，對外提供 API。終端控制 公共服務平臺收到業(yè)務平臺提交的終端控制請求后，首先進行 鑒權處理，然后依據(jù)請求中攜帶的控制編號生成二進制的控 制短信，通過短信網(wǎng)關發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)終端。

短信網(wǎng)關實現(xiàn)平臺接入、短信路由、短信轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

短信中心負責將短信通過移動通信網(wǎng)下發(fā)到終端。

物聯(lián)網(wǎng)終端收到控制短信后，進行發(fā)送號碼和短信內(nèi)容的比對及分析后，執(zhí)行相應的動作。

2.3  物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺設計

終端控制公共服務平臺為各物聯(lián)網(wǎng)應用提供終端控制公共服務，在平臺中存儲各種終端控制指令及對應的控制編號。平臺收到業(yè)務平臺發(fā)來的控制請求后，從請求中提取出攜帶的控制編號，依據(jù)控制編號和控制指令的對應表生成相應的控制短信，然后發(fā)送給短信網(wǎng)關。終端控制公共服務平臺分為界面層、業(yè)務層、接口層三層，平臺架構如圖 2 所示。

平臺的主要模塊如下： 

（1）用戶管理 

對接入的用戶（通常為集團用戶）進行統(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 

記錄用戶的訂購時間、資費、訂購方式等信息。 

（3）資費管理 

記錄各資費的名稱、資費代碼、費率、計費方式等信息。 

（4）賬號管理 

記錄各用戶的賬號、用戶名、密碼、IP 地址、權限、對 應的用戶代碼等信息。 

（5）計費賬務 

終端控制公共服務平臺向各業(yè)務平臺提供終端控制公共 服務，依據(jù)用戶的使用進行收費。計費賬務模塊根據(jù)用戶的訂 購關系及使用情況，進行計費并生成賬單。另外還提供歷史 賬單的查詢和統(tǒng)計等功能。 

（6）控制編碼管理 

存儲各種終端控制指令及對應的控制編號。能進行控制 指令和控制編號的增加、刪除、修改等。 

（7）鑒權管理 

記錄各權限的范圍，依據(jù)賬號權限對 API 的使用進行鑒 權處理和權限控制。

（8）短信處理 

根據(jù) API 請求中攜帶的控制編號，生成對應的控制短信。 通過短信網(wǎng)關接口發(fā)送給短信網(wǎng)關。 

（9）API 接口 

負責與業(yè)務平臺連接，提供 API 的調(diào)用、鑒權等功能， 并提取 API 中攜帶的請求參數(shù)。

（10）短信網(wǎng)關接口 

用于平臺與短信網(wǎng)關連接，將控制短信通過短信網(wǎng)關發(fā) 送到終端。 

（11）業(yè)務管理界面 

為業(yè)務管理人員提供業(yè)務操作和業(yè)務查看服務。 

2.4 平臺的實施效果 

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

3 結 語

運營商建設物聯(lián)網(wǎng)終端控制公共服務平臺，可以有效降 低物聯(lián)網(wǎng)用戶的開發(fā)成本和接入成本，同時也能從服務中獲得 收益，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。終端控制公共服務 平臺有可能成為運營商在物聯(lián)網(wǎng)領域一個新的業(yè)務發(fā)展方向。