物聯網終端控制公共服務平臺設計

童小平　劉春陽

摘 要：給出了一種物聯網終端控制公共服務平臺的設計方案，分別從設計背景、基本架構、平臺模型及平臺功能等方面詳細描述了該平臺的實現方法。該平臺的設計能很好地提供終端控制公共服務，可極大地降低物聯網應用開發成本，同時避免垃圾短信。

關鍵詞：物聯網；終端控制；公共服務平臺；運營商

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-03

0 引 言

隨著物聯網業務的發展，電力抄表、穿戴式應用、工業控制等物聯網應用快速發展，在很多物聯網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送控制指令，終端接收到控制指令后執行相應的動作。物聯網的典型架構由感知層、網絡層、應用層組成[1-3]，需要終端與平臺的緊密配合才能實現一項具體物聯網應用。因此終端控制技術在物聯網中非常重要。傳統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[4，5]，這種實現方式成本較高。終端控制是物聯網領域的一項共性需求，運營商在公共服務方面具有優勢，本文提出了一種運營商物聯網終端控制公共服務平臺的設計方案。

1 物聯網終端控制公共服務平臺的研發背景

1.1 利用終端控制技術有效解決終端節電問題

很多物聯網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。在物聯網終端中，電量的消耗主要用于通信，因此終端節電最主要的方法就是控制通信。在終端不需要進行數據傳輸時關閉通信，在需要進行數據傳輸時開啟通信，數據傳輸結束立即斷開通信。終端基本處于與平臺斷開狀態，在需要終端參與業務時，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、終端數據傳輸等。終端控制是解決終端節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

在工業控制、交通、穿戴式應用等物聯網應用中，一個平臺上連接的終端數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、內存等資源，連接數越多消耗的資源越多。因此平臺的連接數有一定的限制，需要一種方案來減少平臺上的并發連接數。由于終端并非一直在傳輸數據，終端大部分的時間是不傳輸數據的。一個可行的降低平臺連接數的方法就是終端在需要傳輸數據時才連接平臺，不傳輸數據時則斷開連接。終端通常的狀態為不連接平臺，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 現有實現方式的不足

使用GPRS、3G、4G等方式通信時，網絡給終端分配的動態地址，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送信息。而短信具有自動尋址的優點，即終端在不連接平臺的情況下，平臺都能將信息發送到指定的終端。同時短信的發送時延為幾秒鐘，在絕大多數的情況下，這個指標都能很好滿足業務的需求。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送一條控制短信。終端收到控制短信后，對短信內容進行解析，匹配相應的指令后就執行相應的動作。現有實現方式為物聯網客戶向通信運營商申請一個短信端口，依據運營商的短信網關接入協議進行開發，通過運營商的短信網關向物聯網終端下發控制短信。

現有實現方式一個不足之處在于物聯網客戶的開發和接入門檻較高。這種方式需要物聯網客戶熟悉短信網關接入協議，并根據短信網關接入協議進行開發，這對于很多物聯網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。開發和接入門檻常常限制了很多物聯網業務的進一步發展。

現有實現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使大量發送廣告類短信，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，運營商面臨業務發展與防范垃圾短信這一對矛盾。

2 物聯網終端控制公共服務平臺方案

2.1 物聯網終端控制需求分析

物聯網終端控制有終端休眠、終端重啟、終端數據傳輸、終端位置上報、終端參數配置等，數量只有二十多個。同時，一種終端控制短信的內容都是相同的。因此，物聯網終端控制短信的內容固定，統計下來就二十多條。

運營商制定了短信網關的接入協議，如中國移動的短信網關接入協議為CMPP協議。短信網關接入協議定義了連接建立、鑒權、發送短信、接收短信、接收狀態報告等流程。為了適應各種短信應用場景，短信類型非常多，因此短信網關接入協議較為復雜。但對于物聯網終端控制來說，場景單一，因此終端控制短信類型單一。

2.2 系統總體架構

基于終端控制短信具有內容固定、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，將控制短信的內容模板化，并提供終端控制API，用戶調用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生。同時，終端控制服務平臺以API的方式供用戶調用，用戶不再需要去熟悉和開發短信網關的接入協議，大大降低用戶的開發難度。

整個系統由業務平臺、終端控制公共服務平臺、短信網關、短信中心、物聯網終端組成。系統整體架構如圖1所示。

業務平臺可實現具體物聯網業務，如車輛調度管理平臺、健康監控平臺等，由物聯網客戶進行建設。業務平臺通過互聯網與終端控制公共服務平臺相連，通過調用終端控制公共服務平臺的API向物聯網終端下發控制指令。API的參數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，通過短信網關發送到物聯網終端。

短信網關實現平臺接入、短信路由、短信轉發等功能。

短信中心負責將短信通過移動通信網下發到終端。

物聯網終端收到控制短信后，進行發送號碼和短信內容的比對及分析后，執行相應的動作。

2.3 物聯網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網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。平臺收到業務平臺發來的控制請求后，從請求中提取出攜帶的控制編號，依據控制編號和控制指令的對應表生成相應的控制短信，然后發送給短信網關。終端控制公共服務平臺分為界面層、業務層、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）進行統一管理。記錄用戶的基本信息，包括用戶名稱、用戶代碼、聯系人、聯系方式等信息。

（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務平臺提供終端控制公共服務，依據用戶的使用進行收費。計費賬務模塊根據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。通過短信網關接口發送給短信網關。

（9）API接口

負責與業務平臺連接，提供API的調用、鑒權等功能，并提取API中攜帶的請求參數。

（10）短信網關接口

用于平臺與短信網關連接，將控制短信通過短信網關發送到終端。

（11）業務管理界面

為業務管理人員提供業務操作和業務查看服務。

2.4 平臺的實施效果

中國移動開發的物聯網終端控制公共服務平臺已經上線，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，終端數超過10萬，月均控制終端次數超過30萬次。終端控制公共服務平臺也取得了較好的應用效果，大大降低了物聯網應用的開發難度和開發時間，應用平均開發時間由2個月降低到2周。同時，業務接入時間也大大縮短，客戶無需申請短信端口，客戶從業務申請到完成接入，時間從以前的2個月降低到3天。

3 結 語

運營商建設物聯網終端控制公共服務平臺，可以有效降低物聯網用戶的開發成本和接入成本，同時也能從服務中獲得收益，取得良好的社會效益和經濟效益。終端控制公共服務平臺有可能成為運營商在物聯網領域一個新的業務發展方向。

參考文獻

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