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M2M平台整体解决方案

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彭新玉,周月娥本期关注 M2M平台整体解决方案Monthly Focus M 2 M平台整体解决方案 The Total Solution on M2M PlatfOrm 彭新玉’,周月娥。(1.中兴通讯股份有限公司南京研发中心,江苏南京210012;2.钟山职业技术学院,江苏南京210049) Peng Xinyu’。Zhou Yue’e (1.ZTE Corporation R&D center in Nanjing,Nanjing 21 001 2,China;2.Zhongshan Vocational College。Nanjing 210049,China) 摘 要: 首先从M2M基本概念入手,分析了当前M2M业务面临的问题;然 后,描述了M2M平台的定义、特征和应用场景;最后,介绍了M2M 平台的系统组网、内部架构、终端管理子系统和业务管理子系统等。 关键词: M2M业务;M2M平台;终端管理子系统;业务管理子系统 中图分类号:TN914 文献标识码:A 文章编号:1007—3043(2011)07—0013—06 Abstract: It begins with the concept of M2M,analyzes the problems on M2M services,describes the definition,features and application scenarios of M2M platform.Finally it presents the system networking,internal architecture,terminal management sub-system and service management sub—system of M2M platform Keywords: M2M service:M2M platform:TerminaI management sub—system;Service management sub-system 一O前言 M2M是指以移动网络运营商的无线网络为平台, 采用多种传输方式(SMS/GPRS AP,MMS等),通过行 业终端,服务于行业用户M2M的无线数据传输业务。 M2M是现阶段物联网的普遍模式。M2M最开始主 要指的是机器到机器的通信。其实机器和机器的通 信、人和人的通信不是天然有界线的,机器和机器通 信.最后还是要人来控制。而M2M的模式将会是下一 阶段物联网的开始。 些M2M应用标准化(典型的如智能家居、车辆监控 等),由运营商利用自己的网路优势进行平台化建设, 然后以出租服务或外包的方式进行运营,将为移动运 营商带来更大的收益。另一方面,由于运营商承担了网 络建设的投资和风险,大大降低了企业客户或个人用 户使用M2M业务的门槛,从而将极大地推动M2M应 用的发展 M2M业务的价值链由行业客户、应用开发商、无 线终端设备提供商、移动网络运营商共同组成。 近几年,虽然M2M业务保持着快速发展,但是在 各个环节也暴露出一些明显的问题。 a)移动网络运营商面临的问题。运营商的产业链 整合优势没有得到充分发挥,产业发展缺乏运营商的 1背景分析 1.1当前M2M业务面临的问题 随着运营商转型的步伐越来越快,单纯提供通信 通道已不能满足移动运营商的业务发展需求。通过将 收稿日期:2011一O6—06 驱动,因而发展缓慢。无线网络带宽不足,了业务 信息承载方式的多样性,视频、音频等流媒体,以及图 像等内容,无法获得广泛应用,了M2M在家庭、 社区应用领域的推广。 邮电设计技术/2011/07 l 1 3 本期关注 彭新玉,周月娥 MonthlyFocus M2M平台整体解决方案 b)无线终端设备提供商面临的问题。对于终端设 各行业的客户和众多的专用行业终端有效的管理,提 升用户满意度.增强业务维护手段,提升网络服务质 量。通过M2M平台,不仅能全面掌控M2M相关行业 应用的情况,而且能降低行业应用的开发难度,带动行 业应用的规模化发展。 备提供商,由于缺乏统一的规范体系,产品适用面窄, 无法大规模推广。不同厂家设备互不兼容,无法联动, 难以形成整合的解决方案。缺乏标准模组支持,研发和 改造的成本投入风险较高,导致一些行业终端厂家持 观望态度,难以普及业务,扩大产业规模。 C)应用开发商面临的问题。对于应用开发商,由 于终端设备厂家提供的接口互不兼容,应用开发商往 2_2 M2M平台特征 2.2.1支持多种接入方式 M2M业务要求能够支持GPRS/SMS ,AP/MMS等 往只能绑定某个设备厂家终端进行开发,对应用本身 造成极大的。行业应用、家庭/社区应用对个性化 定制的要求,也令传统的应用开发商疲于应付。 d)行业用户面临的问题。对于M2M用户来说,部 署或改造终端以及开发行业应用将导致初期投资太 大,一些中小规模的行业用户或家庭/社区用户无法承 担初期投入.影响M2M业务的拓展。用户的个性化需 求得不到满足.无法随心所欲地实现自己个性化的业 务构想。 1.2 M2M平台解决方案的引入 为了解决价值链中的各种问题,首先需要解决设 备终端不标准化问题。召集所有终端厂商制定业界统 一标准,实现终端接口的统一化。同时,通过终端入围 测试,确保入网终端符合标准。同时也与终端厂家建立 合作关系。 M2M平台可以有效地解决上述问题。通过构建 M2M支撑平台.在终端接口标准化的基础上实现对所 有终端的管理,通过引入SI实现标准化的行业应用, 通过引人业务开发环境,实现客户化定制的业务流程, 为中小规模的行业用户提供平台租用的运营模式,可 极大地降低M2M行业的门槛,吸引潜在的M2M用 户,有利于M2M行业的整体发展。 2 M2M平台描述 2.1 M2M平台定义 M2M适用于外围设备位置不固定、移动性强、需 要与中心节点实时通信的应用,例如交通、、海关、 税务、医疗、物流等行业;M2M还适应于外围设备位 置固定,但地理分布广泛、有线接人方式部署困难或成 本高昂场景的应用,可利用机器到机器实现无人值守, 如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行 业信息采集或交易系统等。 随着集团客户的M2M终端无线接人需求H益增 加,客户对终端配置及管理的需求也Et益明显;通过对 14 j 2011/07/DTPT 无线接入方式。M2M平台可以与短信网关连接,接收 行业终端发起的短消息.把短消息转发到对应的应用 系统,接收应用系统发送的短消息,通过相应的SMSC/ ISMG向指定行业终端发送短消息。M2M平台可以与 MMSC进行通信,中转从行业终端发送到指定应用系 统的多媒体消息,对应用系统发送的多媒体消息通过 MMSC发送到指定行业终端。M2M平台可以与GPRS 行业终端进行通信.根据GPRS行业终端的接人请求 分配临时IP地址,建立TCP/IP连接,接收GPRS行业 终端的采集数据。 2.2.2支持终端鉴权管理 M2M平台在接收到行业终端通过GPRS方式上 发的信息后,分析其目的业务代码,根据业务代码和行 业终端的对应关系,确定该终端是否为合法终端,只允 许合法终端向应用系统发送信息,对其他终端的信息 予以丢弃,以避免应用系统接收非法信息。 2.2.3支持企业应用接入管理 M2M平台可以同时接人多个应用系统,M2M平 台接收应用系统的登录请求,通过鉴权后给予响应允 许其接人;在规定时问不能进行正常通信时关闭通信 连接;向应用系统发送终端的上传信息:转发应用系统 发送到终端的信息。 2.2,4支持M2M终端管理 a)鉴权管理。行业终端在提供服务前向M2M平 台发送注册信息,包括终端号码、设备类型、支持的通 信方式、请求的业务代码、采集信息间隔是否可控、最 大信息量、报警门限等信息。M2M平台对行业终端进 行鉴权,并向行业终端返回结果,M2M平台只处理通 过鉴权的行业终端上发数据。 b)状态管理。行业终端的状态分为工作状态、故 障状态、退出状态、禁止状态等。行业终端通过M2M 平台的鉴权即进人工作状态,未通过鉴权就进入禁止 状态,长时间不能提供业务判定为故障状态。行业终端 通过M2M平台的鉴权后,处于]二作状态可以向M2M 平台发送数据,也可以接收信息;行业终端在 作过程 中,定时向M2M平台发送连接检查信息,内容包括位 置信息、信号强度、运行情况、通信方式等信息,M2M 平台接收后向行业终端回送连接检查响应。 c)配置管理。M2M平台可以向行业终端发送控制 信息,要求执行某些操作.如在采集周期未到时立即采 集数据并上报信息、更改报警门限、更改采集信息间 隔、系统复位、改变通信方式等。 d)终端升级管理。M2M平台通过下载平台,支持 OMA DL、MIDP和标准的HTTP协议等。M2M平台提供 终端软件管理功能,被授权的操作员可创建终端升级任 务,对终端下发升级通知。终端可连接平台执行下载。 e)故障管理。M2M平台定时检查行业终端的发送 信息,如果在指定时间内未接收到行业终端的信息,认 为该行业终端故障。M2M平台记录故障终端所在位 置,并通过短消息通知管理维护人员,同时向应用系统 发送行业终端故障信息。 f)维护管理 M2M平台为平台系统管理员和维护 人员提供终端管理的操作界面。平台系统管理员可以 对所有终端进行操作管理。维护人员只能管理自身企 业的终端。维护人员通过操作界面直接选择自身企业 不同地区的行业终端,即可查看终端的详细信息。 2.2.5支持分区管理 系统支持对终端和操作员分区管理。M2M平台的 操作员具有地区属性,省公司管理员可设置地(市)管 理员的权限,可地(市)管理员只能对具有本地 (市)号码的终端进行操作。 系统支持对M2M终端按区域进行管理。平台维 护手机号段和地区的对应关系。以此来判断终端所属 地区。平台可以实现按区域统计终端业务、故障等信 息,按区域配置终端参数和进行软件升级等功能。 2.2.6支持可扩展/M2/M业务 M2M平台提供业务开发环境,可编辑自定义业务 流程.并管理业务所需的自有数据。业务开发环境生产 的业务提交M2M业务执行环境执行,完成不同模式 的应用。 2.2.7支持信息路由 M2M平台对接收的应用系统发送的下发信息进 行分析,根据信息类别选择SMS或MMS或GPRS方 式下发,并根据下发的终端号码确定下发的信息业务 中心或业务网关。 2_2_8支持流量控制 彭新玉,周月娥本期关注 M2M平台整体解决方案Monthly Focus M2M平台对终端上传信息的流量进行计算.在高 流量情况下根据其业务的优先级减少对不重要信息的 处理,首先处理实时性要求高的信息;系统在流量出现 瞬间高峰时也可以通知系统管理员,对信息的处理进 行人工干预。 2.2.9支持计费 由于M2M平台支持多种接人方式.涉及到短信 网关、GGSN、WAPGW等业务网元,不利于对M2M业 务进行统一计费。M2M平台支持对不同M2M业务设 置不同费率.并可出CDR话单用于营账计费以及提供 应用的结算。 2.3 M2M平台业务应用场景 目前M2M应用涉及的行业应用范围非常广泛, 下面是几个典型的应用场景, .a)M2M业务在电力行业中应用,主要是监测配电 网运行参数,通过无线通信网络将配电网运行参数传 回电力信息中心,将配电网在线数据和离线数据、配电 网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集 成,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保 护、控制、用电和配电的现代化管理维护。 b)M2M业务在石油行业中应用,主要是采集油 井T作情况信息,通过无线通信网络传回后台监控中 心,根据油井现场工作情况,远程x,ff ̄井设备进行遥调 遥控,降低工作人员管理劳动强度,及时准确了解油井 设备工作情况。 c)M2M业务在交通行业中应用,主要是车载信息 终端采集车辆信息(如车辆位置、行驶速度、行驶方向 等),通过移动通信网络将车辆信息传回后台监控中 心,监控中心通过M2M平台对车辆进行管理控制。 d)M2M业务在物流行业中应用。 e)M2M业务在环保行业中应用.主要是采集环境 污染数据,通过无线通信网络将环境污染数据传回环 保信息管理系统,对环境进行监控,环保部门灵活布置 环境信息监测端点,及时掌握环境信息,解决环境监测 点分布分散,线路铺设和设备维修困难,难以实施数据 的实时搜集和汇总等难题。 f)M2M业务在金融行业中应用,主要是无线POS 终端采集用户交易信息,对交易信息进行加密签名.通 过无线通信网络传输到银行服务处理系统,系统处理 交易请求。返回交易结果通知用户交易完成。 g)M2M业务在交管行业中应用,主要是帮助 交管部门灵活布置交通信息采集点,及时掌握道 邮电设计技术/2011/07 l 15  I本期关注!彭新玉,周月娥 Monthly Focus M2M平台整体解决方案 路交通信息,以便根据实际情况迅速反应,从而提高公 安交管部门办公效率。 h)M2M业务在智能农业中应用。可进行远稗温 用话单,送给BOSS计费。 b)MMSC/MMSG。当短信网关还没有支持MMS 时.M2M平台可通过MM7协议直接连接彩信中心或 彩信网关,支持对用户下发彩信。 c)GGSN。负责建立行业终端与M2M平台的 GPRS通信。提供数据路由、地址分配及必要的网间安 全机制。 室监控,包括温室内温度、湿度、光照、土壤温度、CO: 浓度、叶面湿度、露点温度等。用户可通过WEB/WAP 页面查询温室环境参数.也可以通过短信指令进行查 询。用户可通过上行短信指令设置系统参数或查询设 备状态。 i)M2M业务在电梯监测中应用。系统通过M2M 平台可采集电梯数据,包括运行速度、运行方向、电梯 运行楼层、门状态、抱闸状态、维护状态、基站校正输 入、处于门区、冲顶、蹲底等;电梯发生故障时,系统接 收电梯上报故障;平台可主动采集电梯数据,支持电梯 维保管理 3 M2M业务平台整体解决方案 3.1 M2M业务系统组网 3.1.1系统连接图 图1示出的是M2M平台在网络中的位置。 3.1.2各网元功能描述 a)短信网关。短信网关与SMSC/ISMG、MMSC等 业务中心或业务网关连接,提供通信能力。短信网关负 责SMS/MMS通信接续过程中的业务鉴权、设置黑白 名单、签约关系/黑白名单导人。短信网关产生原始使 图1 M2M平台存网络中的位置 1 6 j 2011/07/DTPT d)WAP GW。负责终端通过WAP访问平台。 e)营账系统。与短信网关、M2M平台相连,完成客 户管理、业务受理、计费结算和收费功能。对业务进行 数据配置和管理,支持签约关系受理功能,支持通过 Hr几P/盯P接口与短信网关、M2M平台进行签约关系 以及黑白名单等同步的功能。通过盯P接口向M2M 平台同步订购关系。 f)VAC。为使M2M适用于面向家庭或个人用户 开展业务,M2M平台支持VAC的订购关系实时同步 接口。该接口基于数据业务管理平台接Vl规范,及时为 用户开通订购业务 g)网管系统。通过网管接口机,基于SNMP协议 接入综合网管系统,完成配置管理、性能管理、故障管 理、安全管理及系统自身管理等功能。 h)终端管理平台。位于M2M平台内部,通过对短 信网关、GGSN等业务网元接口,对终端进行鉴权、参 数配置、状态监控、升级下载等管理功能,通过与营账 接口,管理终端和应用的签约关系。终端管理平台也对 应用提供标准接口,提供应用与终端通信的通道。 i)业务管理平台。位于M2M平台内部,对运营商 提供系统管理门户,对企业客户提供自服务门户。实现 M2M平台的自有业务产品的定制、发布、允许和管理。 通过业务生成系统,还为接人的应用提供终端适配功 能,为不同厂家的M2M终端进行应用层的协议适配。 3.2 M2M平台解决方案综述 3.2.1概述 移动M2M适用于外围设备位置不固定、移动性 强、需要与中心节点实时通信的应用,例如交通、、 海关、税务、医疗、物流等行业;移动M2M还适应于外 围设备位置同定,但地理分布广泛、有线接入方式部署 困难或成本高昂的应用,可利用机器到机器实现无人 值守,如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融 等行业信息采集或交易系统等。 M2M平台通过一体化的业务支撑平台,可以将按 照技术规范进行改造后的各类SI应用系统进行统一 彭新玉,周月娥本期关注 M2M平台整体解决方案MonthlyFocus 集成,可使企业用户进行统一身份、认证和授权后通过 短信、WAP、互联网等多种接人方式使用到丰富的可 管理、可扩展、稳定安全、满足中小企业客户不同需求 的M2M应用;各级管理人员也可以通过统一登录的 消息,封装后下发给终端。 4.2支撑系统接口功能 与运营支撑系统连接,包括从营账系统获取集团 信息、签约信息、应用信息、黑白名单,向计费开放话单 采集,向经分系统输出统计数据,通过SNMP与综合网 门户对相关的业务、产品进行管理、统计和分析。 3.2.2 M2M平台体系结构 管平台接口,支持与VAC的订购关系同步接口。 M2M业务系统由M2M平台和承载的标准化应用 系统以及应用系统构成,标准化应用系统和应用系统 4.3终端管理门户 终端管理门户包括运营商门户、终端及应用厂商 门户、用户门户 与平台连接,并通过M2M平台与终端交互。 从图2可以看到整个M2M平台的结构是严格的 运营商门户为运营商操作员对系统进行运维管理 的门户,提供用户管理、终端厂商管理、应用厂商管理、 应用接人管理、终端管理、相关的审批流程、统计报表、 系统参数配置等功能。系统支持对运营商操作员分区 管理,地(市)操作员只能对本地(市)的用户和终端进 行管理操作。 终端厂商通过终端及应用厂商门户申报终端接 模块化结构,模块之间的接口单一而且统一;同时,系 统也是采用分层结构,接人层与业务层相对,减少 耦合.这样能够保证在未来如果某一层的功能需要调 整.只需要对相应层的功能进行修改或者扩充,只要不 改变接口的定义就不需要改变其他层的实现。而且在 一层中的模块之间也采用松耦合的接口,尽量保证模 块之问的性,从而使系统的变动局限在某一部分。 入,注册终端型号,申请终端序列号,对自己的终端进 行参数配置、软件升级、状态查询、远程控制等操作。应 4 M2M平台终端管理子系统介绍 4.1终端管理子系统通信能力接口功能 通过短信网关完成短信等的接入,并与M2M终 端通信。支持通过GPRS方式与行业终端传送数据,终 端可通过WAP网关访问平台。通信能力模块将经过 拆包的消息转发业务处理机,接收业务处理机的下发 用厂商通过该门户申报应用接人,查看应用状态、查询 应用的消息日志,查询应用统计信息,对终端进行参数 配置、软件升级、状态查询、远程控制等操作。 4.4业务处理引擎功能 业务处理引擎功能主要包括M2M终端管理、双 向流量控制、SLA管理、话单功能、重试功能、过负荷控 图2 M2M平台系统架构 邮电设计技术/2011/07 j 1 7 I 本期关注彭新玉,周月娥 Monthly Focus M2M平台整体解决方案 制、系统容错能力、告警功能、服务器节点监控功能、告 警短信通知、日志功能。 5.2.4仿真测试自定义业务 仿真测试就是模拟业务运行的真实环境,对业务 功能进行测试,以便验证业务实现的功能是否满足需 求。对业务类型为上行的自定义业务,操作员可以通过 4.5辅助工具 辅助T具主要负责同步订购关系、监控平台话单 入库。辅助工具是于业务处理引擎的应用程序,可 以部署在不同的应用服务器上.不要求很高的实时性, 模拟用户向自定义业务执行环境发送短信进行仿真测 试:对业务类型为下行的白定义业务,操作员可以通过 以保障业务处理引擎的性能 5 M2M平台业务管理子系统功能 业务管理平台的功能包括集团客户管理、应用提 供商(SI)管理、应用管理、终端厂家管理、操作员管理 等。业务管理模块负责受理终端厂家、应用厂商的注册 和接人请求。受理和审批应用的接人申请,管理和维护 应用的接人参数。业务管理模块支持按分权分域对操 作员进行管理,维护操作员角色及权限设置。 5.1 M2M应用接入 M2M平台还负责接入应用.M2M应用管理模块 对应用的接人请求进行鉴权以及消息流量管理.记录 应用的连接和服务异常。M2M应用管理模块提供的管 理功能包括业务管理平台应用接入模块。 业务系统接口模块负责标准化应用的接入和应用 系统的接入。该接口负责完成企业用户、企业管理员的 身份认证、权限管理、业务管理和数据通信。M2M平台 采取多模块架构的设计.支持线性扩容,可以根据业务 系统的数量配置多个业务系统接口模块。 5.2自定义业务开发环境 5.2.1自定义业务数据 用户可通过M2M平台提供的自定义业务开发环 境,定义业务的数据结构。包括业务数据的字段名称、 字段说明、字段数据类型、字段长度。系统将自动为用 户创建业务数据表,并提供批量数据导人功能,供用户 批量导人业务数据。 5.2.2增加自定义业务 增加多个白定义业务,以便根据需要在各个自定 义业务下增加不同的自定义业务流程,便于对自定义 业务的管理。 5.2.3编辑自定义业务流程 可以在各个自定义业务组下增加自定义业务流 程,并设置自定义业务流程的基本属性,以满足特定的 短信功能需求。增加自定义业务流程时,需要增加的自 定义业务流程基本属性包括自定义业务流程的基本信 息、用户参数、接收群组、业务步骤、异常处理消息。 18】2011/07/DTPT 触发白定义业务执行环境下发该业务的短信进行仿真 测试。可以对新增的自定义业务进行仿真测试,也可以 对正在运行的自定义业务进行仿真测试。 5_2_5激活自定义业务 要想使白定义业务投入正式运行,必须对其进行 激活,激活成功后.白定义业务执行环境正式运行该项 自定义业务。可以根据需要对已激活的自定义业务进 行去激活,去激活成功后,该项自定义业务将被停止运 行。管理员也可以针对自定义业务组进行激活和去激 活操作。 5.3门户功能 M2M平台门户为企业提供自服务功能。也是运营 商管理业务的门户。该部分功能主要包括操作员账户 管理、行业应用信息管理、终端软件管理、应用管理、应 用信息管理、公告管理、系统管理、用户门户、SI门户。 6结束语 M2M市场是我国下一个可以达到亿级通信量的 通信业务,有着广阔的市场和应用。这是机会也是一次 挑战,将是未来通信市场的蓝海。 通过M2M平台可以有效地对M2M业务进行终 端管理、开拓应用,从而推动M2M业务在各个行业的 迅速发展,推动社会生产和生活方式新一轮的变革。 参考文献: [1]工志平.走近物联网 M].北京:人民邮电出版社,2010. [2]吴健.从M2M到物联网——智能化的未来[J].通讯世界,2009 (11):22-23. [3]杨刚.物联网理论与技术 Mj.北京:科学出版社,2010. —…~~一—————————~— ’。—— ~一~——— f作者简介: 彭新玉,毕业于南京航空航天大学,硕  ●

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