物联网基础设施及无线城市特色应用

1、物联网基础设施及无线城市特色应用一、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市场规模电力、车联网资产管理物流大棚建筑垂直行业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物联网所体现出的市场特性可集中化市场（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4运营商可提供的服务及产品应用需求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

2、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信息采集、传输、控制、处理及业务逻辑实现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基础通信需求需要短信、数据、语音等基本的通信能力关键：规模化5市场类型市场类型可提供的服务可提供的服务适用模式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/E运营商所提供的产品及服务（续）6跨系统信息收集、大数据处理能力对

3、基础设施的要求基础通信服务码号、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7三、基于物联网的无线城市特色应用提纲一、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8ETSI M2M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终端应用终端应用物联网接入网关WSN等区域网络物联网终端/节点设备物联网终端/节点设备终端应用终端应用网管系统计费系统网络层应

4、用层感知层运营管理平台运营管理平台 业务网关业务网关 信息中心信息中心 应用孵化平台应用孵化平台M-HLR M-SMSC M-GGSN关键10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WMMP产生的原因远程唤醒远程配置故障告警软件升级信号检测连接检测外设管理终端定位电源管理11WMMP-TWMMP-ASMSUSSDTCP或UDPIP底层承载WMMP-TSMSUSSDTCP或UDPIPGPRS底层承载智能家居M2M终端M2M业务管理平台M2M应用WMMP-ATCP或UDPIP底层承载物联网应用通信协议WMMP协议(续)基本功能：提供端到端电

5、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。栈及报文结构安全机制参数配置登录控制连接检查软件升级异常告警远程控制企业安防状态 数据查询 传输接入方式无关通信机制可扩展的协议交通物流金融商业电力能源制造加工环境监测WMMP终端功能公共管理WMMP扩展功能12M2M终端M2M应用M2M平台物联网接入网关1：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

6、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终端业务支撑平台业务支撑系统省BOSS系统物联网PBOSS网管支撑系统网管系统基地物联网运营管理平台物联网接入网关物联网感知子网物联网感知子网节点物联网感知子网A省物联网运营管理平台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、Tran

7、sparent_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IM

8、SI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16定义了功能较

9、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。CoAPCoAP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ETSI M2MBindingOMA-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Work Item，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

10、采用RESTful方式的C-S架构的协议。其它的M2M相关标准协议ETSI M2METSI M2M模型功能架构CoAP的抽象网络层级17物联网专用网络容量需求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功能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

11、个用户数据中心，两个业务通道：GPRS和短信18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物联网专用网络（续）设备要求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

12、，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功能要求功能要求业务需求业务需求通信状态感知实时维护终端在网状态、GPRS连接

13、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

14、同步产品信息管理产品信息保存物联网业务平台运营管理平台功能需求21功能要求功能要求业务需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物联网业务平台业务网关功能需求221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2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

15、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3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举例：智能通道功能实现思路23Verizon 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

16、应用，另一方面扩大这些能力的应用领域，拓展价值空间。Sprint 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24可视化的应可视化的应用设计用设计基于可视化的设计，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”分布式业务分布式业务执行环境执行环境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可运营的能可运营的能力素材力素材通过标准化的、开放式接口，提供对物联网网络能力、业务能力、终端能力、

17、运营管理能力和第三方能力的调用全流程测试全流程测试环境环境可提供编译引擎、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支撑服务能力网络服务能力终端服务能力运营商自有能力第三方能力帐务信息服务业务量统计分析运算、存储资源基础通信通信状态管理通信故障管理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运营管理能力业务开发环境物联网业务应用物联网网关物联网专用网元物联网管理平台接入网络业务执行环境测试平台测试平台业务 终端仿真 仿真执

18、行 执行环境 环境物联网终端专用物联网网络环境专用物联网网络环境物联网终端应用库终端库测试工具包网络能力应用生成环境应用生成环境能力素材库终 业端 务能 能力 力第三方能力开发包标准接口开放式物联网应用孵化环境27无线城市建设现状提纲一、物联网业务需求分析二、物联网基础设施规划三、基于物联网的无线城市特色应用无线城市发展历程及商业模式无线城市业务体系基于物联网的无线城市特色应用28无线城市的起源无线费城 2004年7月，随着WiFi技术的应用，费城政府提出“无线费城计划”费城市长约翰斯瑞特强力推动“无线费城”组织负责无线费城运营模式的探索任命由17名政府官员和专家学者组成的非盈利组织“无线费城

19、”与运营商进行谈判并监督运营商的网络建设签约的Earthlink负责在路灯杆上安装无线发射器2007年5月运营商Earthlink退出，当时已经完成了80%的网络建设，然而140万人口的费城只有6000用户注册；2008年费城计划重新启动，由NetworkAcquisition接管，完成剩余的建网工作。29历经10余年，全球无线城市建设由仅关注覆盖进入覆盖与应用并重的新阶段20012002200320042005200620072008WIFI热点覆盖覆盖+ 行业应用WIFI+Mesh全覆盖无线城市1.0阶段强调覆盖，缺乏深度应用无线城市2.0阶段强调覆盖与应用加载20092001年全球运营商

20、开始大规模建设WiFi热点2004年初运营商无法找到Wifi赢利模式，无线城市陷入低潮2006年政府主导建设覆盖全城、无线接入的无线城市，带动产业复苏2008年强调应用加载，寻求良性运转运营模式30无线城市是指利用多种无线接入技术，为整个城市提供随时随地随需的无线网络接入，并建设与政府工作、企业运行、群众生活密切相关的丰富的无线信息化应用，为市民、企业、外来访客和旅游者、政府机构提供安全、方便、快捷、高效的无线应用服务。无所不在的无线网络（基础）无所不有的内容应用（核心）无所不能的智慧城市（目标）从运营商的角度理解无线城市无线城市 = 无线接入(宽带与窄带) + 移动信息化应用31无线城市业务

21、体系智慧城市业务体系模型（GBCP模型）现状 绝大部分体系已实现数字化和信息化 信息化程度待提升：信息采集及分析 多从部门和企业独立运行的角度，而不是在整个城市管理的全局进行规划建设32物联网在无线城市中的主要应用远程监控三表远抄家庭远程医疗环境安全监控移动支付(酒吧、购物、超市等)移动票务 (电影、火车、汽车等)移动一卡通城市车辆出入控制ITS 交通控制停车付费管理互动式汽车导航车辆追踪与定位小偷追踪与报警汽车联网信息与娱乐汽车对汽车的通信智能家庭移动商务智能交通数字城管环境监控市政管理远程路灯控制桥梁、河流监控33瑞典立法要求在2009年之后完成440万家庭电表改造，实现联网抄表计费（每月

22、一次）。沃达丰（瑞典）公司与电表仪器制造企业Actaris合作开发一种新式智能电表（内置SIM 卡）通过Vodafone网络将电、水、气表的读数每月自动传送给水电气公司。美国Unified Smart Grid战略将最终使1.3亿电表实现联网，实现远程抄表、节能控制，以提升能效，降低对传统能源的依赖，这将创造近$1000B USD的市场；中国已启动交互式智能用电，这将涉及5亿家庭、4000万家企业超10亿块电表智能化改造及联网，仅电表智能化升级就会有10000亿RMB的市场；智能家庭的典型应用： 三表远抄 电表度数远抄 阶梯分档计费 家庭用电预算 用电设备节能控制 计费策略数据下载 欠费断电控

23、制 系统远程升级34智能家庭的典型应用： e-Health 定期健康体检及健康档案 糖尿病、高血压病人监测及提醒 病人监护 （Telemedicine ） 专家远程会诊 紧急救护及告警在美国，每4名成年人就有1人患高血压，而其中约1/3不知道自己患此病，高血压引发的中风、心脏病死亡率居高不下；在中国，现有1.6亿高血压患者，其中10%为重度患者（60岁以上的国人，超过60患有高血压 ），高血压已经成为人类健康的“第一杀手”；采用传统医疗方式，以中国为例，每名患者每月花费约为￥500元左右；采用远程医疗监护方式，病人每月开支将节省￥200元左右；患者可以随时知道自己血压情况（由于中风往往发生在人

24、醒后3小时内，而在这一期间，能实时监测血压更为重要），并针对性用药，随时随地得到医生的远程跟踪及建议、还可以对历史数据记录的分析，预测发病时间；同时医院资源紧张情况也将得到大幅缓解。类似与手表式联网血压仪等设备，可以象手表一样全天24小时携带，电池如手表纽扣电池大小35XX单位移动商务典型应用移动e卡通门禁考勤卡消费卡（食堂消费卡、美容美发卡、洗衣卡）小区门禁XXX小区借书卡XX图书馆36智能交通典型应用：智能交通路口对通过被监控路段的每一台机动车辆的前部物征图像（车牌类型及号码）和车辆全貌（颜色、车辆长度等）进行连续全天候实时记录，系统对抓拍到的车辆图像进行车牌自动识别并对车辆进行动态布控，

25、对超速、逆行等非法行驶的车辆进行抓拍，并得到车流量、瞬时车速度等交通动态信息流量统计流量统计定点测速定点测速交通信号交通信号违章抓拍违章抓拍，从而为交通的信号控制、信息发布、交通诱导、指挥提供实时交通动态信息。通过3G宽带网络将各个监控点的信息传送到远端的监控指挥中心，实现有机共享。37智能交通典型应用：城市交通诱导根据出行者的起讫点向道路使用者提供最优路径引导指令或是通过获得实时交通信息帮助道路使用者找到一条从出发点到目的地的最优路径。这种系统的特点是把人、车、路综合起来考虑，通过诱导道路使用者的出行行为来改善路面交通系统，防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，并且最终实现交通流在

26、路网中各个路段上的合理分配。交通诱导系统组成原理交通诱导系统组成原理38智能交通典型应用：“车行无忧”业务产品优势方便易用方便易用：无需改车，即放即用，感应钥匙实现自动设防/解防安全性高安全性高：可放在车厢内任意隐蔽位置，不易发现极低功耗极低功耗：一次充电工作3个月报警精准报警精准：报警灵敏度高，避免虚警漏报混合定位混合定位：GPS+LBS混合定位，涵盖无GPS场所39数字城管是城市管理的创新与变革管理变革 管理对象数字化促使城市管理更精细 业务流程规范化确保城市管理更高效 管理资源整合化促进城市管理更便民 评价标准公开化引导城市管理更主动管理创新万米单元网格管理法城市部件管理法城市事件管理法

27、信息移动采集器双“轴心”管理体制城市管理流程再造评价体系重整统筹规划分步实施应用主导资源共享突出重点务求实效从分散转向综合从静态转向动态由开环转向闭环从粗放转向精准基础设施园林绿化环境卫生国土房产综合治理40数字城管典型应用：视频监控 无线警务执法 工地噪声监测 电子公交站牌 视频违章监测 交通流量监视 区间视频测速城管取证公安执法区间测速交通流量场地监控手机远程监视手机上有一个按键，一按下去，就能看到以上几个摄像头拍下来、传过来的影像城管执法者的头盔上的“摄像头”，实时将摄像资料通过无线网络发送到市行政执法局的监控中心。警灯上有两个 “黑东西”，它们把看到的一切，通过无线网络，发送到市行政执法中心41路灯监控及管理中心远程巡检 （状态查询）故障通报（掉电、告警）防盗告警远程开关（钟控、光控、节日）智能节电（调光、间隔点亮）数字城管典型应用：智能路灯管理监控器#n#2#1 CC-GW（控制器/通信网关）将路灯/景观灯/保安灯网络与外部公共网络链接起来，实现遥控、遥测、调度等功能 ； CC-GW是公网的Derived Overlay Sub-Net