家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

金 海，劉文超，韓建亭，丁英麗

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 前言

隨著IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電信技術(shù)的不斷融合，對(duì)于全社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的智能化，即所有物品的智能化識(shí)別和管理，以實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合的需求日益強(qiáng)烈，在此背景下物聯(lián)網(wǎng)孕育而生。

2 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。目前，多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)提升為國(guó)家戰(zhàn)略。溫家寶總理2009年在無(wú)錫考察傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)時(shí)對(duì)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展做出了重要指示：“著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后IP時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、邁向信息社會(huì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。”

現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，是基于特定終端，以IP/CDMA等為接入手段，為行業(yè)和家庭客戶提供機(jī)器到機(jī)器的解決方案，滿足客戶對(duì)生產(chǎn)過(guò)程/家居生活監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測(cè)量、遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求。它有以下幾個(gè)主要特征。

· 全面感知：即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息。

· 可靠傳遞：通過(guò)各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞出去。

· 智能處理：利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)物體實(shí)施智能化的控制。

基于此，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究應(yīng)聚焦在民生應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用方面，而民生應(yīng)用，也就是家庭物聯(lián)網(wǎng)，是與人類的日常生活息息相關(guān)、密不可分的。家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展對(duì)未來(lái)構(gòu)建數(shù)字家庭起到了決定性的作用。

3 家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研究與展望

3.1 家庭物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，用戶對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的需求已經(jīng)體現(xiàn)出更為系統(tǒng)化的轉(zhuǎn)變。對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息、通信、娛樂(lè)和生活4類子網(wǎng)，所包含的各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、信息家電及智能家居等設(shè)備，需要通過(guò)不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)各子網(wǎng)間的互聯(lián)互通。

然而，現(xiàn)階段的家庭網(wǎng)絡(luò)中的4類子網(wǎng)分別處于孤島狀態(tài)，互聯(lián)互通非常有限，這使得它們之間迫切需要一個(gè)信息匯聚及核心控制單元，通過(guò)該單元以各種無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)設(shè)備以及子網(wǎng)之間的互聯(lián)，再以統(tǒng)一的IP方式實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。該單元可提供集成的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體、傳感控制和管理等功能，達(dá)到信息在家庭內(nèi)部終端之間以及與外部公網(wǎng)的充分流通和共享的目的。

作為綜合信息服務(wù)提供商，中國(guó)電信希望通過(guò)提供完整的家庭物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案，在未來(lái)的家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域占有一席之地，甚至在該領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位。

3.2 家庭物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案

家庭物聯(lián)網(wǎng)主要包括家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)體系兩大部分。

（1）家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是家庭物聯(lián)網(wǎng)中最核心的信息匯聚和控制單元，在中國(guó)電信現(xiàn)有“e家”終端中間件的基礎(chǔ)上，通過(guò)UPnP協(xié)議擴(kuò)展，結(jié)合DLNA架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各類家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)如圖1所示，包含以下幾項(xiàng)核心功能。

·協(xié)議轉(zhuǎn)換：家庭子網(wǎng)間及家庭子網(wǎng)和家庭物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)間的協(xié)議消息頭封裝與解包。

·狀態(tài)控制：收集家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端狀態(tài)和下發(fā)控制指令。

·信息匯聚：收集、處理、轉(zhuǎn)發(fā)家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端上報(bào)的數(shù)據(jù)。

·終端尋址：為家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端分配地址。

·終端認(rèn)證：為家庭子網(wǎng)內(nèi)各終端提供接入認(rèn)證。

實(shí)現(xiàn)上述架構(gòu)的家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)有以下幾個(gè)。

·完善家庭網(wǎng)關(guān)原有UPnP AC應(yīng)用：家庭網(wǎng)關(guān)代理認(rèn)證及終端/業(yè)務(wù)參數(shù)代理配置。子網(wǎng)終端自動(dòng)接入認(rèn)證及配置流程如圖2所示，家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)UPnP擴(kuò)展協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)子網(wǎng)終端的基礎(chǔ)服務(wù)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行接入的響應(yīng)，將子網(wǎng)終端上報(bào)的認(rèn)證請(qǐng)求以代理方式提交至上層管理系統(tǒng)，隨后把認(rèn)證信息反饋給子網(wǎng)終端，網(wǎng)關(guān)進(jìn)而從管理系統(tǒng)獲取相關(guān)軟件、業(yè)務(wù)的更新數(shù)據(jù)，并對(duì)子網(wǎng)終端進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置。

·完善DLNA互操作應(yīng)用：細(xì)化UPnP AV應(yīng)用，作為DMS實(shí)體與DLNA設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作。

·打通模塊接口：打通高清媒體下載與DLNA互操作模塊之間的接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程下載媒體、本地遙控播放。

·家電管理設(shè)備自動(dòng)加載：以USB Dongle方式自動(dòng)加載家電管理網(wǎng)橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息家電的管理。

上述功能均通過(guò)網(wǎng)關(guān)中間件進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭各子網(wǎng)終端設(shè)備的接入、控制、信息處理和本地維護(hù)管理等。

（2）立體化家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)體系

以家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為核心，充分融合家庭內(nèi)部4類子網(wǎng)，依托家庭物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，構(gòu)建圖3所示的立體化家庭物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)體系，為用戶提供豐富的家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

家庭物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)交互的信息進(jìn)行匯聚處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及終端的集中管控、信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)等。依托于該平臺(tái)構(gòu)建的家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)體系，可以提供的典型應(yīng)用有以下幾類。

· 基于短信、語(yǔ)音、視頻的融合安防和視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)應(yīng)用：通過(guò)家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的無(wú)線射頻模塊、告警信息處理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)安防前端探測(cè)器射頻信號(hào)的接收、告警信息的編碼、SIP協(xié)議轉(zhuǎn)換、指令接收與上報(bào)等管理；通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于SIP協(xié)議的網(wǎng)關(guān)告警信息的接收，遠(yuǎn)程管理設(shè)置與查詢，告警后平臺(tái)聯(lián)動(dòng)控制攝像頭視頻監(jiān)控、拍照、錄像等，并以語(yǔ)音、短信方式發(fā)送告警及視頻信息。

· 基于Internet、短信等方式進(jìn)行智能家電遠(yuǎn)程控制/查詢/管理等應(yīng)用：通過(guò)家電管理網(wǎng)橋（USB Dongle方式），實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部信息家電的接入、信息處理和本地維護(hù)管理（包括全時(shí)監(jiān)控、場(chǎng)景與模式管理等）；通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于Internet、短信方式對(duì)家庭內(nèi)部家電終端的遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)查詢和管理（包括全時(shí)監(jiān)控、場(chǎng)景與模式管理等）等功能。

·基于UPnP AV架構(gòu)的家庭媒體資源共享應(yīng)用：通過(guò)支持UPnP AV的 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) U盤（USB Dongle方式），實(shí)現(xiàn)對(duì)IPTV機(jī)頂盒、PC、數(shù)碼相框等多屏資源的共享。

綜上所述，家庭物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案結(jié)合了信息、通信、娛樂(lè)和生活4類子網(wǎng)的應(yīng)用，還可通過(guò)平臺(tái)的能力開放整合第三方服務(wù)集成商，提供更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，滿足用戶個(gè)性化的需求。

3.3 實(shí)施難點(diǎn)及建議

從技術(shù)、應(yīng)用環(huán)境、商業(yè)模式等角度分析，上述實(shí)現(xiàn)方案在具體實(shí)施過(guò)程中主要存在以下難點(diǎn)。

（1）關(guān)鍵技術(shù)尚需突破

以二維碼、RFID、傳感器以及云計(jì)算為核心的關(guān)鍵技術(shù)的融合應(yīng)用，傳感網(wǎng)絡(luò)與寬帶網(wǎng)絡(luò)、CDMA等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的融合，這些方面的技術(shù)研發(fā)還有待深入。目前關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力量較分散，需要聚集各方的力量，加快技術(shù)研發(fā)。

（2）體系架構(gòu)仍未建立

對(duì)于立體化家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)體系而言，共性平臺(tái)體系架構(gòu)的建立是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由于其涉及眾多的行業(yè)，而現(xiàn)階段各行業(yè)的應(yīng)用以閉環(huán)應(yīng)用居多且都有進(jìn)入的門檻，因此行業(yè)壁壘的突破對(duì)體系架構(gòu)的建立起到了決定性的作用。

（3）缺乏完整的標(biāo)準(zhǔn)體系和成熟的商業(yè)模式

完整的標(biāo)準(zhǔn)體系是家庭物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模發(fā)展的前提，而目前國(guó)際上傳感網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)尚在制定之中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立仍需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間。另外，家庭物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)尚處發(fā)展初期，規(guī)模經(jīng)濟(jì)不夠，成本相對(duì)較高，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游都在尋找一個(gè)穩(wěn)定、可靠的商業(yè)模式來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（4）政策環(huán)境不夠完善，共贏模式需做進(jìn)一步探索

國(guó)家相關(guān)政策和設(shè)施的推動(dòng)作用有待提高，產(chǎn)業(yè)界在發(fā)展動(dòng)向方面還缺乏一定的共識(shí)，與IT業(yè)發(fā)展初期階段類似，需在國(guó)家政策的支持下進(jìn)一步挖掘產(chǎn)業(yè)共贏的模式。

針對(duì)這些難點(diǎn)，中國(guó)電信應(yīng)充分發(fā)揮自身在產(chǎn)業(yè)鏈中的優(yōu)勢(shì)，在整合產(chǎn)業(yè)的技術(shù)資源、建立完善的共享機(jī)制的同時(shí)，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，挖掘合適的商業(yè)模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，最終達(dá)到產(chǎn)業(yè)共贏、服務(wù)社會(huì)的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前城市光網(wǎng)快速推進(jìn)的背景下，中國(guó)電信通過(guò)對(duì)家庭物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的研究，推動(dòng)家庭物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，開展融合接入的家庭物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息價(jià)值在家庭的延伸，從而讓用戶可以享受全方位、立體化、高品質(zhì)的數(shù)字家庭新生活。