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1、物联网终端远程管理架构及功能研究 研 究 报 告 要 点 对于物联网这样一个庞大而复杂的网络系统，必须有一个可靠、有效、灵活且便利的管理系统作为它正常运行的有力保障。网络管理作为一种共性支撑技术，不仅包括了现有的网络管理功能，还应有物联网特有的管理功能。本报告对物联网终端远程管理的需求进行了分析，并以此为基础，通过对现有各种物联网应用的管理现状的梳理，提出将设备管理与业务管理相分离的物联网终端远程管理架构。作为物联网终端远程管理系统的核心，远程管理平台在网络中的位置、与其他系统的接口以及远程管理平台的主要功能也是本报告的重要组成部分。为了实现远程管理的各项功能，统一的管理协议也是本报告所提的远
2、程管理架构的一个重要方面。报告对已有的各种终端管理协议进行了综述，对其在物联网终端远程管理中的适用性进行了简单分析，并对后续的工作进行了总结。目 录1.物联网终端的远程管理需求11.1物联网终端的远程管理场景11.2物联网终端的远程管理需求32.物联网终端远程管理架构72.1物联网终端远程管理架构现状72.2设备与业务分离的物联网远程管理平台架构82.3业务流与管理流的分离模式93.远程管理平台功能分析113.1M2M远程管理平台的接口113.2远程管理平台功能124.物联网终端远程管理协议134.1概述134.2Broadband Forum CWMP（TR-069）144.3OMA DM2
3、04.4中国移动WMMP324.5中国电信MDMP414.6小结495.总结4931. 物联网终端的远程管理需求1.1 物联网终端的远程管理场景物联网与互联网基础实施在很大程度上是重合的。物联网将各种信息传感设备（如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、家用电器、安防设备等）与互联网结合起来形成的一个巨大网络，让所有物品与网络连接在一起，方便识别、管理和监控，在此基础上实现融合的应用，最终为人们提供无所不在的全方位服务。物联网的丰富多彩的业务实现是和具体的行业应用是离不开的，因此现有的多种技术手段以及未来可能出现的新技术都被广泛应用在不同的场景中。图 1为中国电信的智
4、能农业应用示意图。在温室大棚内，部署各种传感器，对日照强度、温度、温度、CO2浓度等环境参数进行测量。测量数据汇集到数据采集仪，再由数据采集仪上报到网关。网关可以通过有线或无线的方式与农业应用管理平台连接，管理平台能够获取各种业务数据以及设备工作状态。其中在管理平台和网关之间采用中国电信定义的M2M管理协议MDMP，而在网关与数据采集仪之间以及数据采集仪和传感器之间的信息交互则是基于私有的内部协议。图 1 中国电信智能农业应用图 2是中国移动的智能家居应用宜居通的示意图。宜居通应用的末端也是各种传感器，例如窗磁、门磁、烟雾探测器等，这些传感器通过无线技术连接到家中的智能家居网关，构成传感子网。
5、智能家居网关以TD-SCDMA的方式连接到智能家居运营管理平台，当家庭内部的传感器状态发生变化时，智能家居网关会将其上报给管理平台，然后管理平台通过短信通知用户。目前在宜居通应用中，从管理平台到网关以及网关到传感器之间都使用的是私有的内部协议。图 2 中国移动智能家居应用图 3是中国移动的智能交通应用车务通的示意图。在车务通系统中，每个车辆上安装一个3G上行的车务通终端，用以对车辆位置、行车参数、车辆状况进行监控，并上报给车联网管理平台。在网络侧有一个车联网终端接入网关，具备终端连接、登陆、链路维护、终端接入转发、非标准协议转换标准协议、终端状态监控、远程升级等功能。车联网的客户可以通过网络登
6、录到车联网管理平台，对车辆的运行情况进行查看。在车联网管理平台和车联网终端接入网关之间，运行专门的车务通协议，在接入网关与车联网终端之间运行自定义的协议。图 3 中国移动智能交通应用物联网的应用多种多样，以上只是列举了几种比较典型的应用，主要是希望从中能看到物联网的体系架构尤其是末端传感子网的结构、管理协议的位置、管理的功能等。1.2 物联网终端的远程管理需求对于物联网这样一个庞大而复杂的网络系统，必须有一个可靠、有效、灵活且便利的管理系统作为它正常运行的有力保障。网络管理作为一种共性支撑技术，不仅包括了现有的网络管理功能，还应有物联网特有的管理功能。图 4是ETSI给出的M2M网络架构。对终
7、端管理而言，由于在感知层存在着不同的网络结构，其管理方式也有所不同。感知层简单的结构是直接由一个个的终端构成，类似前面的智能交通应用；而对有些应用，则是由网关和终端两级网络组成，类似前面的智能农业和智能家居应用。图 4 ETSI M2M系统结构对于物联网应用而言，终端数量众多，而且经常分布在不易接近的地方，因此需要通过远程进行管理。一般而言，其网络管理功能通常包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和认证计费管理等功能。物联网终端管理功能的需求，其中除配置管理和故障管理，其它部分要求比较简单，也基本上与传统电信网要求类似。因此我们将详细讨论配置管理功能和故障管理功能。1.2.1 配置管理物联
8、网的终端数量是非常庞大的，并且还可以自身通过不同的方式（预配置、自组织等）灵活的组成很多区域子网，也称作毛细管网。很多个这样的毛细管网通过网关接入到电信网络中，为上层的应用来提供服务。显然，在这样一个分布式的网络中，为每一个终端设备分配一个可管理的地址（例如IP地址），让管理平台直接管理到每一个终端并不是解决问题的唯一途径。M2M网关以下的区域子网内部,可以有自己的地址识别机制,以及私有的管理协议,网关作为区域子网的中心控制器,自主的完成部分网管的功能。管理平台通过对网关的管理,间接的得到整个末梢网络的状态，并对其进行管理。无论管理方式和管理协议采用哪种具体的解决方案，M2M的配置管理都应该具
9、备以下的一些功能：1) 生命周期管理生命周期管理是指管理系统通过周期性的发送某种协议报文给所有的终端和网关，通过对端的回复来判断被管理对象的状态，例如是否在线、是否激活、是否休眠、是否掉电等。管理系统通过生命周期消息来确认终端和网关的状态。终端和网关也可以定期的向管理系统来发送生命周期消息来报告自己的状态。2) 能力信息上报物联网网络中的终端和网关是多种多样、形态万千的，每个终端和网关都根据应用场景的不同，具备不同的功能和性能。因此，终端和网关向管理系统上报自己的能力信息是十分必要的。管理系统不仅要能对不同类型的网关设备和终端设备的能力、性能等静态信息进行记录和查询，还应能对不同类型的网关设备
10、和终端设备的位置、状态、可用性等动态信息进行监控和查询，并且将动态信息和被管理对象关联起来。3) 即插即用“即插即用” 的配置方式对我们来说并不陌生。物联网区域子网的网元和网络的末梢设备应尽可能的使用“即插即用” 的配置方式获得网络连接，特别是对于用户自己动手进行业务安装的设备，这一功能非常的实用。“即插即用”使得设备能够独立的完成网络配置，而不需要借助其他的辅助设备（例如个人电脑等）。这一功能简化网络配置的过程，提高网络部署的效率，进一步的推动物联网设备的应用。4) 区域子网的自动配置区域子网中的传感器节点、控制器节点应具备本地的自测试的能力，不需借助外部设备就能够确定通信连通性和自身的运行
11、情况。区域子网中的设备可能散落在不同的地方，位于不同位置的多个设备可能同时在进行初始的安装。自测试的能力能够保证这些设备在自配置的时候能够无缝地融合成完整的系统，以完成区域子网的自动配置。5) 区域子网的网络连接为了增加区域子网的可靠性或是性能，可以适当的添加和安置一些节点。当区域子网中有新设备加入或是有节点掉电时，网络应具备自动修复连通性的能力。管理系统需要能够定位网络拓扑的变化。物联网系统中的部分节点出现故障时，也不应影响整个网络的正常运行。6) 时间同步和时钟管理在物联网系统中，经常会出现多个物联网设备在某一个精确的时间完成某个动作的情况。例如休眠的设备，为了维持有效的网络连接，必须以某
12、个特定的周期发送生命周期消息。因此，在一个足够大的物理区域范围内，物联网系统的时间同步至少应达到毫秒级甚至更高的精度。这就要求管理系统应能提供精确的、可靠的时间同步功能。在ETSI的标准草案中，物联网网络中的所有时钟使用国际协调时间（UTC），并根据UTC进行校准。如果需要，事件的时间可以显示为本地时间，但事件的时间顺序必须是唯一确定的。7) 其他为了方便物联网应用供应商提供业务，已及运营商对网络的有效管理，配置管理还应包含其他一些物联网特有的功能，例如对系统的安全软件以及防火墙等功能进行配置、对物联网应用的签约用户信息进行管理、以及针对具体的物联网应用的管理等。1.2.2 故障管理和配置管理
13、相类似，物联网系统的故障管理除了包含对电信网络的性能监测和故障定位之外，也应根据物联网的特点和需求，进行优化和扩展。这一部分主要是对物联网区域子网的性能监测以及故障诊断，并上报给管理系统。这些物联网特有的故障管理功能包括：1) 可靠性监测为了预防故障的发生，确保系统能够可靠地运行，物联网的网关、设备以及与网络连接相关的功能实体都应主动地进行性能的监测，以及时地修正错误。2) 诊断模式诊断模式是一种非正常工作的调测模式，能够提供系统和网络的附加信息。通过物联网系统或其中的某些部分配置为诊断模式，能够帮助系统对出现的故障进行诊断。物联网系统也能通过这样的方式来验证物联网业务和应用的机能是否良好。3
14、) 中心控制器的连通性测试当某个物联网应用需要运行在更大的物理区域时，管理系统可以提供特定的时隙，对某个或某些中心控制器的连通性进行测试。发起测试的可以是某个应用，也可以是中心控制器，或是在部分物联网区域子网的网络连通性不明确的情况下， 由某个事件来启动中心控制器的连通性的测试。4) 故障发现和报告中心控制器的的运行状态必须是可监控、可管理的。当异常状况出现时，中心控制器能够在特定的时隙向管理系统报告。5) 通过远程管理进行故障恢复物联网设备可能会被放置在野外工作很多年，或是位于一些人迹罕至的地方或是对于人类是危险的场所，人是很难直接介入到这类设备的运行的。由于物联网系统中通常都规划了大量的物
15、联网设备，当这些设备发生了故障时，如果能够对其进行远程管理将延长其服务期。故障可能是多种多样的，例如由于严苛的环境导致的，或是系统出现的失误，以及安全入侵等等。发生故障的物联网设备通过远程管理的方式来进行某些补救。例如通过连接到一个安全的管理服务器以获得固件的升级和更新，更新结束后，设备可以自动重启，回复到一个正常的工作状态。因此，在物联网系统中的设备出现故障时，管理系统对设备进行远程的诊断、恢复、复位或隔离等操作是十分必要的。但是需要特别注意的是，并非所有的物联网应用场景都需要远程管理系统。本研究报告所说的远程管理系统主要面向提供公共服务能力的运营商物联网应用（M2M应用），而对一些内部使用的物联网应用，如车间机械监控，应用场景比较简单，网络范围也不大，可以省略终端管理系统。在有需要的情况下，也可以参照公用物联网建设远程管理系统。如无特别说明，本报告可能会混用物联网和M2M，但其含义并无差异。2. 物联网终端远程管理架构2.1 物联网终端远程管理架构现状总结一下第1章中各种应用场景下的终端远程管理架构，目前运营商各种物联网应用网络架构的简单示意
