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1、物联网业务特征及业务模型研究【摘 要】： 本文介绍了物联网多种应用方式，特别对车联网、智能家居等物联网应用的网络通信方式、资源消耗等通信特征及参数进行重点分析，得出普遍适用的物联网应用网络层通信模型分析方法。【关键词】：物联网 业务模型 特征分解 网络通信模型1 项目研究背景及意义物联网经过十多年的发展，从最早的射频识读扩展到广泛的各类应用，定义和标准化进程也更加清晰。从网络角度定义其包括传感网、网络层通信网，物联网从应用的全程来看，除了传感网子网和网络通信外，还有类似于工业控制或者遥控遥测等互控操作。近几年，中国移动网中已承载大量M2M业务，如视频监控等，由于物与物间的通信模式不同于人与人间
2、的通信，且不同的应用，业务特点差异较大，其业务模型与现有用于人与人间通信的模型有差异，但目前在工程设计中尚无通用的物联网业务模型可供参考。本课题将通过分析物联网业务的业务特征，研究符合物联网业务的业务模型及关键参数。本课题的意义在于为移动网络建设中配置满足物联网业务应用的资源提供有效的参考依据。2 研究内容及目标物联网是一个非常广泛的范畴，研究分析物联网的应用模式与业务模型相关性，需要对大量的物联网应用进行有效地分解和梳理，这就需要首先建立一种有效的分类和网络通信分级方法，本课题将已知的物联网应用以传感网方式分类，再以传感网对网络层通信的需求进行网络层通信的参数分级。本课题的初步成果是提交物联
3、网应用的网络通信模型表，用于物联网业务网络资源配置计算。3 研究思路及采用的方法物联网业务模型指的是某种物联网应用的具体模式，涉及到感知网实现方式、网络的资源负荷参数、业务网络、组网方式以及业务流程等特性。鉴于本文研究目标，课题关注重点放在业务应用对网络层通信产生的负荷特性方面。对物联网不同应用采用了一套针对不同网层特性的分析方法，根据应用类别或应用功能集对传感网通信和网络层通信进行特性分解和要素分解。3.1 传感网通信特性物联网包含了繁杂多样的应用，如何对物联网的通信方式进行合理的分解分析，并对各类特点进行合理梳理是分析的必要手段。繁杂的物联网应用主要体现在传感网（感知网）内部的控制、通信的
4、技术选择和应用方式的多样性，其特征分解表现为6个特性或参数：静止参数特性、移动参数特性、读写或识别特性、位置或无线网特性、控制驱动特性、视频及图像应用特性。3.2 网络层通信特点对物联网业务分析时需考虑的与通信相关的基本要素有6个：附着特性、触发特性、流量特性、移动性、可靠性和实时性、忙时特性，这些特性与网络层通信基本业务模型的对应关系如表3.2-1所示。表3.2-1 网络层通信基本模型表基本要素要素特点附着特性附着率触发特性PDP激活频率（次/天）流量特性单次数据包（KByte）平均带宽需求（Kbit/s）移动性移动速度（公里/小时）位置精度能力可靠性和实时性QoS服务等级通信连续性忙时特性
5、忙时集中系数忙时时段3.3 特性组合分析物联网应用种类繁杂，有些应用属于复合型应用，只有对典型复合型应用进行深入分析才能得到普遍适用的分析法。每种不同的业务应用都可以分解为子应用，每个子应用都有相应的传感网通信特性以及传感网特性对应的网络层通信特性，不同应用的传感层通信特性并不能确定地影响网络层通信，但采用性能更强的传感网通信技术可以支持更大的传感网通信能力，它对汇聚节点可能会提出更高的处理负荷要求，对信息存储和网络交互可能也可能会产生更高的要求，复杂和功能的丰富的应用都要依托网络层和业务节点参与才能实现，就是说依托更强大的传感网通信能力与网络层通信能力，同时依托业务平台的处理能力才能实现功能
6、更丰富、性能更强大的物联网应用。针对物联网的不同子应用的传感网特性，都需要对对应的网络层通信特性进行研究，这样才能得到该类子应用的业务模型（通信特性）完整的描述。3.4 物联网应用案例分析本文对若干物联网应用进行了深入分析，采用感知网和网络层通信区分对待的方法，将物联网的某个应用子集先梳理成若干感知网应用，再由感知网应用对应到其产生的网络层通信特性，形成通信参数对照表。3.4.1 车联网案例分析车联网定义还是比较模糊的，也有多种的名词，比如智能交通系统等，但其实质就是以交通工具（运载器械、路桥网络）为主体的陆地交通体系的物联网应用集。车联网不仅仅是对人的安全需求，还有参与交通运输所有主、客体安
7、全的需求以及交通综合效能（包括能效、执法等）的需求。车联网或者叫城市智能交通（公路网络），本身就是复杂的城市体系，物联网应用和所有事物有着发展共性，从初级阶段到成熟阶段，其涉及的应用种类丰富程度、应用深度、智能化程度、网络的复杂性都在不断地进化过程中趋于完善。由于车联网应用比较复杂，所以本文作为一个典型的物联网应用门类案例重点分析。公交系统车联网应用公交系统车联网应用是城市智能交通的一个组成部分，公交车辆有基本确定运行时间段、基本固定的行走线路、基本固定的停靠站点、乘客上下方式的等特点。它对传感网的应用需求大体为：车况、运载负荷、站点达到预报等多类信息的处理、存储、丢弃、转发、交互。一般来讲车
8、联网的公交智能系统应用中的传感网涉及6类特性如下：1-静止参数特性：汽车工况、部件参数、载重负荷、电子围栏开关门辅助。2-移动参数特性：司售人员的生理参数、生理状态。3-读写或识别特性：车辆身份鉴别、乘客刷卡购票、乘员负荷辅助、车内其它信息交互或结算。4-位置或无线网特性：导航信息、路径规划及管控、进站预报、停靠监管、多线路复合统筹管理、驾驶员人车安全。5-控制驱动特性：安全协助的强制速向控制、未来智能交通的控制导航驾驶辅助。6-视频、图像应用特性：人员图像分析、图像围栏成员数核算、安全行车助理、公共视频监控。将车联网的以上六种特性均等效为各自独立的用户终端进行分析，即对于每一个车联网用户，相
9、当于6个物联网终端使用，其各自的业务模型参数如下表所述。由于这些特性不一定同时产生通信需求，因此在取定业务模型时，要根据实际情况来选择，对于同一忙时需网络传送的信息，业务参数应迭加；忙时不在同一时段的，则只选择其中最大的参数值即可。表3.4-1车联网的公交智能系统六种特性产生的网络通信参数特性表参数指标参数值静止参数特性移动参数特性读写或识别特性位置或无线特性控制驱动特性视频应用特性附着率100%100%100%100%100%100%PDP激活频率（次/天）事件触发12次/天12次/天12次/天36次/天无人工介入12次/天50次/天4次/天500次/天12次/天310次/天单次数据包（KB
10、yte）5010005010001050501000105010000平均带宽需求（Kbit/s）50384503841000503841000移动速度（公里/小时）050050050050050050位置精度能力无关无关无关米10米010厘米010厘米QoS服务等级中中高中很高很高通信连续性否否否否是是忙时集中系数0.670.670.540.670.670.67忙时时段622622922622622622注：上述特性仅考虑汽车工况、部件参数检测需要网络传输的信息。其它种类运载工具的车联网应用各具特色，简单分析如下。家庭轿车更加侧重的传感网应用以及网络通信需要考虑的参数还包括：车厢环境监控、车
11、辆身份（关卡ETC）、距离探测控制、远程开解锁或启动、防非法入侵、防盗报警装置等。智能物流系统则侧重于货运车辆的车辆身份、路径规划、驾驶员生理监控、中距离物品标签识读等。大型工程机械：车辆身份、路径规划、车载工具检测、机械的工作协同等。车联网的不同种类运载工具产生的网络层特性各有不同，但总的特性分类基本一致，只是各个参数的取定要根据其工作特性分别对待。3.4.2 智能家居案例分析智能家居是一个综合性的物联网应用集，其应用主要包含几个大类：静态参数采集类（空气温度、气压、流动、灰尘、有害气体）、移动物体参数（病残老幼、宠物）、非接触识别（近场通信门禁、图像识别、电子防护门栏）、触控及驱动（电器操
12、控、水汽暖、门窗、警告触发、报警触发、宠物养饲、移动装置管理）、视频或图像（安防、视频电话互通），它的集中控制和通信一般由一台家用电脑来完成，可以实现互联网远程操控。智能家居系统应用中的传感网涉及以下5类特性如下：1-静止参数特性：空气温度、气压、流动、二氧化碳浓度、灰尘、有害气体等。2-移动参数特性：病残老幼、宠物。3-读写或识别特性：近场通信门禁、图像识别、电子防护门栏。4-控制驱动特性：电器操控、水汽暖、门窗、警告触发、报警触发、宠物养饲、移动装置管理。5-视频、图像应用特性：安防、视频电话互通。将智能家居系统的以上五种特性均等效为各自独立的用户终端进行分析，即对于每一个智能家居用户，相
13、当于5个物联网终端使用，其各自的业务模型参数如下表所述： 表3.4-2智能家居系统五种特性产生的网络通信参数特性表参数指标参数值静止参数特性移动参数特性读写或识别特性控制驱动特性视频应用特性附着率80%100%100%80%100%PDP激活频率（次/天）事件触发12次/天12次/天10次/天12次/天12次/天人工介入480次/天480次/天50次/天50次/天30次/天单次数据包（KByte）5010001050105050100010000平均带宽需求（Kbit/s）505050503841000移动速度（公里/小时）无关无关无关无关无关位置精度能力无关无关无关无关无关QoS服务等级很低
14、中中高高通信连续性否否否否否忙时集中系数1110.670.67忙时时段0240240246226223.4.3 蔬菜大棚案例分析蔬菜大棚的物联网应用是泛指农林牧渔的各类现场封闭或开放的养殖区域现场的互联网专家指导系统，现场养殖设施布置传感网与互联网的组合应用，其应用包括：静态参数（土壤参数、水质、空气、阳光、湿度）、图像或视频采集几交互（作物生长、病虫害、农业知识），远程农业专家通过图像、现场数据进行综合信息分析，通过互联网进行远程指导。将蔬菜大棚的两种特性均等效为各自独立的用户终端进行分析，各类传感网特征对网络层通信产生的负荷参数和特性要求如下：1-静止参数特性：土壤参数、水质、空气、阳光、湿度等监测2-视频、图像应用特性：作物生长、病虫害、农业知识互通。将蔬菜大棚的以上两种特性均等效为各自独立的用户终端进行分析，即对于每个蔬菜大棚用户，相当于两个物联网终端使用，其各自的业务模型参数如下表所述。表3.4-3 蔬菜大棚两种特性产生的网络通信参数特性表参数指标参数值静止参数特性视频应用特性附着率80%20%PDP激活频率（次/天）事件触发12次/天人工介入310次/天12次/天单次数据包（KByte）10
