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物联网综合数据服务需求说明书

《“现代服务业服务交互支撑平台”课题接入“物联网综合数据服务”共性服务技术改造项目》需求说明书

（试行）

项目名称：

“现代服务业服务交互支撑平台”课题接入

“物联网综合数据服务”共性服务技术改造项目

实施单位：

电子科技大学

负责人：

起止年限：

2010年4月至2010年7月

电子科技大学

二○一○年四月

目录

一、项目概述

在全球经济和科技发生深刻变革、我国工业化加速发展的历史背景下，党的十七大提出推进“两化”融合，深刻阐述了工业化与信息化发展的内在关系，科学回答了我国走新型工业化道路的实现途径。

在刚刚结束的中央经济工作会议上，已明确了要把结构调整转变发展方式作为2010年经济工作主线，其中一个重大举措即为大力发展我国新兴战略性产业：

“新兴网络是我们信息战略性产业重要基础组成部分，其中大家关注的传感网、物联网是重中之重。

”从技术角度讲，M2M（MachinetoMachine，即机器对机器）是现阶段物联网的具体体现，M2M理念、技术和应用的发展深刻诠释了“两化”融合的理念，M2M产业的发展是“两化”融合的核心推动力。

M2M产业包括M2M硬件、M2M通信和连接，以及M2M管理软件，其中M2M管理软件是M2M产业链条中的关键因素，是核心和灵魂，通过它可以实现对终端设备和资产（尤其是移动资产）的“管、控、营”一体化，也就是实现“两化融合”的关键。

课题利用“现代服务业服务交互支撑平台”，通过对各类无线通信协议转换、行业数据的获取和集成、统一数据交换总线、数据汇集管理、数据流量和质量监控等一系列关键技术等进行研究，开发基于SaaS架构的物联网综合数据服务，并作为基础服务部署到“现代服务业服务交互支撑平台”上，为第三方M2M应用服务开发商提供业务数据集成、可视化数据视图管理、数据流量监控和异常监控等数据服务。

第三方M2M应用服务提供商可以利用物联网综合数据服务平台提供的API，简化对通信数据的管理，快捷方便地开发智能化运输、智能建筑、远程电力抄表、环境保护、消防和节能等方面的M2M应用服务。

课题的实施对于我国在现代服务业基础之上，发展M2M系统及服务，促进物联网与互联网、移动互联网融合发展以及应用具有重要意义。

课题将解决M2M管理软件中通信协议转换和数据处理中遇到的难点问题，攻克1～2项有关M2M数据集成的关键技术，形成基于“现代服务业服务交互支撑平台”的物联网综合数据服务。

课题主要成果将作为共性服务部署到“现代服务业服务交互支撑平台”上，为第三方的物联网应用服务开发商提供通用数据服务。

二、服务需求场景

在国家目前大力倡导和推进建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，物联网理念、技术和应用的推广显示出密切的相关性。

物联网的典型需求场景包括：

通过无线传感网络遥测汇集温度、有害气体浓度、空气和水污染指数等服务于环保监测监控；应用于车辆定位、跟踪和统一调度管理；RFID、Biometrics应用于物流和药品食品追溯；大范围消防与安防联网、楼宇能耗联网报警与分析、工业与信息“两化融合”等等。

物联网的推广和应用必将有助于“高效、安全、节能、环保”的和谐社会的建设。

完整的M2M系统解决方案包括末端设备子系统，通讯连接系统，以及总控管理系统，其中末端设备包括智能化机器以及M2M硬件，通讯连接系统主要是指通信网络，总控管理系统包括M2M中间件以及M2M行业应用。

传统的业务范畴，如ERP、MES、CIMS、SIS、PDM、PLM、SCM、MSA、IDM等系统属于M2M系统的上层应用，需要M2M中间件集成末端设备（如通过DCS、PLC、GPRS/CDMA、RFIDReader等等连接和管理的设备）数据作为输入，才能更大限度的发挥作用，同时提升自动化管理水平。

物联网应用成功的关键是上层应用模式的适用性和有效性，这就要求上层应用开发者重点关注应用模式的开发和运营，避免过多关注物联网应用之下的系统复杂性，这些复杂性主要包括：

1）企业物联网构建：

需要首先将要监控的移动对象进行注册，形成通过无线互联的物联网，这就需要提供物联网实体注册服务和成员管理；2）通信与数据采集：

移动物联网对象的数据采集服务，注册完成后，各移动实体自带特定的数据采集设备，这些设备需要与跟踪监控服务平台通信，平台提供无线设备的通信与数据预处理及保存，其中传感终端设备在技术和协议上的多样性、异构性处理尤为重要；3）数据管理与提供，基于传感数据变化的灵活事件驱动机制及通用的数据总线，将采集自各移动实体的信息进行常用的数据实时管理工作，包括传感数据面向特定行业应用的格式化及可视化，数据的分析等，提供给上层形成特定于业务的数据应用模式。

如图1所示的典型物联网体系中，中间件（Middleware）是不可或缺的一层，其目的就是将上述关键环节进行抽象封装，以供多种上层应用使用，同时屏蔽底层复杂度。

图1物联网分层体系图（引自：

欧盟物联网项目Framework7-CASAGRAS文档）

“物联网综合数据服务”原型是一套面向物联网数据处理的中间件套件，其目标是实现多种典型物联网应用系统建设实施必须处理的关键环节所需平台服务，负责对异构传感数据进行集成、预处理、汇聚、分析，提供对上层事件驱动、消息通知、报警等。

“物联网综合数据服务”本身目标是提供一整套平台服务，这种面向服务的设计模式，可通过进一步利用SaaS思想，封装为“现代服务业服务交互支撑平台”所部署的共性服务，有效地形成物联网应用部署实施的中间层，减少物联网应用系统建设的底层复杂性，使上层应用开发者关注应用模式的实现。

下面列举几个具体的物联网及其对“物联网综合数据服务”需求的应用场景。

1.集装箱物流调度及监控场景

广州南沙保税港区是一个具备较大内贸业务基础的港口，大量的内外贸货物采用同船运输的方式，从而给海关监管带来不可避免、必须解决的两个难题：

一是按照海关要求，港口企业在存储内贸和外贸集装箱货物时，应划分区域、分别堆存、不得混放，并设置明显标识。

但实际上同船运输的货物需要同时卸船，经常混合堆放，从而带来的监管和调度的难题。

二是南沙保税港区的港口区、物流区、加工区等几个区域物理上分离，而政策上又允许外贸集装箱货物在保税港区范围内自由流动，由此造成的全程监控的难题。

解决以上难题对于海关在南沙保税港区对集装箱进行有效监管和调度、打击走私至关重要，为此广州海关曾探讨很多方案，但均无法实现及时、有效、全程的物流调度及监控，迫切需要一个完善的集装箱物流调度及监控系统。

集装箱物流调度及监控系统通过接入物联网综合数据服务，能实现对“全球定位系统”、“射频识别系统”、“电子标签系统”等基础的传感定位设备的整合应用，可以建立集装箱物流调度及全程监控的应用平台。

平台以物联网综合数据服务为支撑，不仅可以解决海关特殊监管区域的有效监管问题，而且还能显著提高安全性和通关效率，提升集装箱物流的整体水平，并为第三方M2M应用服务商提供数据服务。

在集装箱物流调度及监控系统的应用中，物联网综合数据服务整合多种无线和有线通讯技术，连接各种行业终端，并汇总到一个统一的数据管理系统，实现数据汇集、远程监控、自动报警、控制、诊断维护，进而实现对设备的全局化管理和服务。

图2是利用物联网综合数据服务实现的集装箱物流调度及监控系统图。

其中，港区码头虚拟电子围栏系统、港区集装箱自由流转的监管以及港区集装箱堆场管理和物流调度是三个上层的M2M应用，它们通过调用物联网综合数据服务平台提供的统一终端数据及相关共性服务，能够及时获知各集装箱的实际位置，在集装箱位置发生变更时，结合舱单、载货单的单证数据，自动判断并提示报警信息，确保符合监管要求，同时还能对对集装箱进行实时跟踪，根据需求进行物流调度和堆场管理。

图2物联网综合数据服务在集装箱物流调度及监控系统中的应用场景

2.远程车辆监控管理场景

远程车辆监控系统能够实时定位、监控目标车辆，并能根据实际交通状况对车辆进行指挥调度，在现代交通结构日益复杂、交通状况愈加拥挤的背景下，有利于保障车辆高效快速运行，减少延误，提高社会效益。

目前基于GSM短消息的车辆监控系统，由于受无线数据传输速度的限制，已经很难满足现代交通对于车辆实时监控、快速指挥的要求；同时，大量盗、抢机动车犯罪案件的发生，使汽车的防盗、防抢问题变得愈加重要。

使用GPRS/EDGE/各类CDMA技术构建远程车辆监控系统成为目前的研究的重点。

图3表述了远程车辆监控系统的拓扑结构图。

图3远程车辆监控系统的拓扑结构图

若在GPS监控中心部署应用物联网综合数据服务，能够对GPRS/EDGE/各类CDMA等网络传输的车辆运行数据，进行通信协议转换、车辆运行数据的获取和集成、统一数据交换、数据汇集管理、数据流量和质量监控等，支撑上层车辆监控管理应用系统。

从而实现对车辆的实时监控、远程调度、告警、里程油耗统计等功能，方便用户通过电脑、手机灵活监控管理。

物联网综合数据服务在集装箱物流调度及监控系统中的应用场景如图4所示。

图4物联网综合数据服务在远程车辆监控系统中的应用场景

其中，车辆实时监控包括地图工具、实时监控、信息发布、警情处理、报警设置。

车辆综合信息管理包括企业、司机、车辆资料管理报警记录统计，里程统计、调度短信查询、日志查询、车辆运营报表。

车辆调度管理与信息发布包括派车管理、维修管理、违章记录统计。

车辆行驶轨迹回放轨迹回放、定时查询。

手机查询和远程控制包括手机无线远程对车辆进行信息查询、管理控制等。

物联网综合数据服务在远程车辆监控管理系统中，通过转换不同的通信协议，提取车辆运行数据，进而实现对数据的交互、集成应用。

其产品能够广泛应用于企事业单位、公交行业、物流运输等需要对运营车辆进行远程监控和调度的单位和个人。

3.环境综合信息管理场景

目前，我国存在着很严重的环境问题。

从整体上看，因国土面积大，工业企业分布相对分散，所以污染源众多；从局部看，污染源多呈交错式分布，往往一条河流有多家排污企业，所以经常出现污染事故的责任纠纷；从发生频率看，核污染、剧毒农药和有毒化学品的泄露与扩散、易燃易爆物的泄漏爆炸等突发性环境污染事故越来越多；从形象范围来看，水污染、空气污染、噪声污染、废弃物污染已经影响到生活的方方面面，令人防不胜防。

于是，采用IT技术、地球遥感、遥测技术等先进的技术和手段对污染源进行科学的管理便成了最理想的解决途径。

这种被人们所期待的技术，应该可以实现对环保的数据要求和业务要求进行深入的挖掘和整理，实现对环保业务的深度支持和全面管控，从而最大限度地提高中国环保信息化水平和监管执法水平。

目前，虽然环保信息化建设已经建成了大量的信息系统，但是，由于这些系统都处于众多分散的、异构的、相互封闭的状态，从而致使信息资源难以共享、污染源的在线监控、烟尘在线监控、应急指挥等体系相对独立，系统之间无法实现互联互通。

针对上述难点，可以通过运用物联网综合数据服务，为环保部门提供一整套环境监察管理解决方案，实现了环境管理的自动化、网络化、信息化。

物联网综合数据服务能够解决系统中涉及的各种终端设备数据的通信协议异构、数据格式异构等问题，实现环境信息数据的互操作与信息集成，进而满足上层各项应用的要求，支撑整个环境综合信息管理系统。

三、目前存在的主要问题

从上述需求场景可以看出，物联网M2M应用需求非常大，但目前的情况是由于大多数M2M应用与行业需求紧密结合，当前的M2M系统面临着技术标准规范不统一、产业集中度低、终端形态多样、产业链各环节缺乏协同等问题：

●技术标准不规范：

不同行业的需求不同，不同的M2M业务系统与各自的数据采集设备互联，造成模块接口复杂，同时RFID，ZigBee,蓝牙，GPRS,CDMA,wifi等不同通信数据格式的终端数据也给数据统一带来了很大的麻烦。

因此，在M2M业务大规模开展的时候，M2M中间件接口协调和转换工作以及标准统一工作都将相当繁重。

●产业集中度低：

M2M业务提供商大多规模较小，仅能提供单一种类的业务。

大多数企业开发出的业务，较少考虑了可扩展性，可重用性，利用针对远程车辆监控开发的M2M应用就不能直接应用到集装箱货物监控系统中，导致开发成本提高。

这样，各个企业之间难以合作，业务扩展和系统重用难度很大，M2M难以规模发展，行业标准难以建立。

●产业链各环节缺乏协同：

M2M行业中，运营商提供通信管道，没有介入业务开发和系统搭建中。

M2M业务提供商数量众多，规模较小，开发成本过高，缺乏行业内的共性服务提供平台，它们各自为战，以满足具体业务为目的开发系统，造成系统各不相同，无法整合，效率低下。

整个M2M产业链缺乏协同，造成开发速度慢，运营成本高，M2M业务发展受到限制。

由于上述问题的存在，各M2M应用系统在设计过程中均需要考虑M2M终端硬件系统、通信系统、数据采集和转换、数据汇集管理、流量和质量监控、业务应用等全过程，导致M2M系统的研发规模庞大、技术难度高，只有一些大型企业（如中国移动）才有实力开发这样的M2M系统，而对物联网应用有具体需求的广大中小企业很难涉足M2M系统的开发。

如果将数据采集和转换、数据汇集管理、流量和质量监控等M2M的共性软件服务抽象出来，形成一个物联网综合数据服务（M2M中间件）平台，采用标准化数据表达技术统一来自软件通讯网关中不同协议的物联数据，将终端设备或子系统汇总到一个统一的管理系统，通过各类无线通信协议转换、行业数据的获取和集成、统一数据交换总线，实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护的共性数据服务，并向上层M2M应用开发商提供统一的服务接口，就能实现对终端设备和资产（尤其是移动资产）的“管、控、营”一体化，这也是实现“两化融合”的关键。

提供物联网综合数据服务的M2M中间件是M2M产业链条中的关键因素，是核心和灵魂，第三方M2M应用开发商在面临具体业务需求的时候，不必直接和终端打交道，不需要在关注终端数据的采集、设备数据格式的转换、设备数据监控等复杂的共性问题。

由于标准接口的存在，开发者可以根据业务需求直接调用物联网综合数据服务提供的接口和共性组件，便捷地开发面向行业的M2M应用服务，降低的开发的难度和成本，提高了开发的质量和效率，业务整合也将容易进行。

四、当前的解决方式

目前提供M2M平台软件的主要包括移动运营商和其他M2M应用服务解决方案提供商。

1．移动运营商

移动营运商利用自身庞大的用户群和硬件网络系统，提供M2M管理平台，来解决标准不统一、产业集中度低等问题，在国内移动营运商的M2M平台典型代表是中国移动。

通过定义WMMP协议统一数据格式，并要求所有与设备相关的GPRS数据流量都通过M2M平台。

M2M平台按照功能划分为通信接入模块、终端接入模块、业务处理模块、管理模块、企业接入模块、数据库模块、WEB模块。

中国移动M2M运营中心已经建成了M2M移动网业务监控平台，形成了电梯监控、车辆监控、企业安防等领域的试点应用。

物联网产业作为信息通讯技术ICT产业的最新发展，原有市场格局必然被打破，但原来通讯市场上具有一定垄断地位的营运商为主体运营的M2M管理平台，为了利用其现有优势，具有一定局限性，例如中国移动M2M平台要求所有终端信息采集后均通过GPRS通信网络传送（将来可能支持TD-SCDMA），对其它通信方式不支持（例如WCDMA，CDMA2000,WIFI和有线网等），这必然意味着终端设备的定型，最终应用解决方案不能按不同应用场景选择适当的传感网终端设备，难以满足多种终端数据通信的需求。

2．M2M应用服务提供商

M2M应用服务提供商主要是从行业应用领域角度出发，针对某类行业应用的特点，利用自身在行业应用的累积资源，采用定制数据交换标准等方法来解决标准不统一、产业链不协同等问题，主要代表是Jasper控制台，mTelematicsM2M中间件平台以及国内的同方ezM2M设备集控平台：

（1）Jasper控制台（JasperWireless）

JasperWireless的M2M业务完成了全球范围的无线蜂窝覆盖，通过他的GlobalSIM卡和基于Web的JasperWirelessControlCenter应用管理平台，提供对位于世界各地设备的实时可见、可控操作。

JasperControlCenter提供SaaS在线运营服务，由JasperWireless来对系统进行监控管理，客户无需安装任何软件和硬件就可以完成对所关注设备的操作。

但是目前JasperWireless的M2M平台的问题是要求所有终端设备必须购置其自己GlobalSIM卡，用于终端数据的发送，这对国内的M2M系统的组建者来说是难以接受的。

（2）mTelematicsM2M中间件平台

mTelematics重新构建了开发和部署M2M应用的方式，以克服当今企业所面临的挑战。

mTelematics中间件平台为所有应用开发提供了统一的接口，使得客户可以简单、快速、经济、高效的整合自己的应用与第三方远程信息处理设备。

根据不同客户的需求，它可以进行扩展以满足未来可能的需求。

目前mTelematicsM2M的服务费用较高，本地化程度低，在国内的应用还没有开展起来。

（3）同方ezM2M

同方ezM2M设备集控平台基于ezONE业务基础平台，提供ezFramework企业框架、ezGateM2M通信网关、ezStudio/ezHMI开发工具等组件，以帮助客户减少行业应用的开发工作量。

作为封装的中间件套件，需要按照实际应用进行购买部署，应用开发者必须学习掌握一套专有中间件的应用开发接口，缺乏软件即服务（SaaS）共性服务基于标准化WebService提供的灵活性和经济性。

3．竞争分析

如前所述，营运商的M2M解决方案由于其背景失去了面向新产业发展的开放性和适应性；软件形式的M2M中间件套件缺乏以提供WebService为本质的SaaS共性服务简单、灵活与经济性；另外国外M2M解决方案还存在本地化等问题。

从市场可行性的角度看，目前整个物联网产业方兴未艾，市场格局尚未形成，提供物联网中间件软件和服务各方均处于起步阶段，不存在绝对的市场份额划分，因此抛开上述现存解决方案局限性，新开发的M2M中间件软件和服务只要能切实解决M2M应用软件开发过程痛点，满足各种通用数据处理需求，都能在M2M中间件市场上占据一席之地。

“国家现代服务业服务交互支撑平台”通过部署“物联网综合数据服务”共性服务切入物联网相关领域，结合其营运单位商务部中国国际电子商务中心（有限公司）牵头发起的“电子贸易产业技术创新战略联盟”资源，对于支撑相应共性服务的推广与实证具有良好基础。

五、共性服务的技术路线

1.共性服务在物联网应用中的位置

图5物联网综合数据服务应用部署图

使用物联网综合数据服务所构建的物联网应用系统包括三个方面：

行业终端，通信系统，以及物联网综合数据服务平台。

物联网综合数据服务平台可以通过多种通讯技术（RFID/Zigbee/Insteon，GPRS、CDMA，WiFi，TCP/IP等）连接各种行业终端，采用中间件，WebServices以及SOA等标准化数据表达技术，将行业终端汇总到一个统一的数据管理系统，实现数据汇集、远程监控、自动报警、控制、诊断维护，进而实现对设备的全局化管理和服务。

2.共性服务的研究内容

图6物联网综合数据服务系统架构图

物联网综合数据服务为第三方M2M应用服务开发商提供统一的M2M终端管理以及终端设备鉴权，支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接。

物联网综合数据服务系统主要包括以下两大部分：

数据融合网关以及物联网综合数据服务中间件。

数据融合网关是物联网综合数据服务平台的“翻译员”，它获取来自通信网络的数据，并统一数据格式后传送给上层信息处理系统，其主要的功能是完成不同数据协议之间的转换。

物联网综合数据服务中间件的主要功能包括：

ESB数据总线，通用基础数据服务，签约管理、系统管理，综合数据服务接入以及WEB管理入口等。

物联网综合数据服务平台系统架构如图6所示。

2.1.数据融合网关

数据融合网关主要的功能是完成不同数据协议之间的转换，其目标是屏蔽各终端数据的的差异性，使信息管理系统可以通过统一、开放的接口访问终端设备数据。

数据融合网关的功能结构如图7所示：

图7数据融合网关体系结构图

数据融合网关主要包含以下功能模块：

（1）设备注册管理中心

以终端网络为单位，管理其成员的生命周期，包括：

终端网络的建立、终端协议匹配、成员批量注册、初始化、维护和卸载，构成终端设备信息库。

（2）数据协议接入中心

提供RF数据接入模块，GPRS/CDMA数据接入模块，WiFi数据接入模块，以及其它可定制的数据协议接入模块。

（3）设备数据转换中心

将从设备接口管理中心取得的数据进行统一的格式转换处理，此模块可同时为多个接口提供数据的处理，能高效、准确的进行数据组织。

（4）设备数据组织中心

将从设备取得的已经处理的数据以统一的XML数据格式通过ESB数据总线发送上层业务数据处理系统。

2.2.ESB企业数据服务总线

ESB企业数据服务总线为上层基础数据服务提供基于标准的信息转换和路由，能消除不同应用之间的技术差异，让不同的应用服务器协调运作，实现了不同服务之间的通信与整合。

ESB企业数据服务总线提供了事件驱动和文档导向的处理模式，以及分布式的运行管理机制，它支持基于内容的路由和过滤，具备了复杂数据的传输能力，并可以提供一系列的标准接口。

由于现代服务业服务交互支撑平台提供了通用的企业服务总线ESB功能，而现有M2M综合数据服务中间件兼容多种ESB，在改造过程中，可在此基础上进行面向M2M综合数据处理的定制和扩展。

ESB企业数据服务总线主要包括以下功能：

（1）消息机制

实现服务发布、订阅，响应请求，同步异步消息，实现消息转换和消息路由，提供位置透明性的服务路由和定位服务。

（2）服务管理

提供目录服务，保存数据配对信息，提供快速的数据检索及资产发现功能，在总线范畴内对服务的注册命名及寻址管理功能。

（3）数据定义

提供统一数据格式定义的管理。

2.3.通用基础数据服务

通用基础数据服务利用数据融合网关从终端设备中获取数据，形成共性数据服务，为第三方物联网应用服务开发商提供便捷可靠的调用接口。

通用基础数据服务包括数据汇聚、数据展示、资产分析、自动报警、流量统计、异常监控、实时数据存储。

（1）数据汇聚

提供通用的数据汇聚管理，将来源于接入商的动态数据按照通用需求形成一系列便于使用的数据集，并为二次开发提供可配制的灵活数据视图建设机制

（2）数据展示

实现数据的可视化查询和展示。

（3）资产分析

实现对终端设备（主要是移动设备）的管理、跟踪和维护。

（4）自动报警

对出现异常的设备，进行预处理，并自动报警。

（5）流量统计

统计所采集的设备数据流量，主用开发商的计费和账务管理。

（6）异常监控

监控设备状态，对发现异常信息的设备提交自动报警。

（7）实时数据存储

实现两种实时数据存储服务，将终端设备数据保存至本地数据库或第三方虚拟存储。

2.4.综合数据服务接入

实现第三方物联网应用服务开发商的接入。

2.5.签约管理

管理第三方物联网应用服务开发商与资产提供商之前的签约，对第三方物联网应用服务开发商开放以签约终端设备信息使用的授权。

2.6.系统管理

实现物联网综述数据服务系统自身的配置和管理，可利用现代服务业服务交互支撑平台的管理监控机制进行融合。

3.拟采取与技术路线

在课题的整体实施过程中，将强调如下技术路线：

（1）以物联网综合应用需求为牵引

由于物联网的发展非常迅速，并且所涉及的技术面非常广，我们将紧密结合物联网综合应用的实际需求，划分出研究工作的先后次序和重点，有计划、有步骤