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家庭物联网简介

物联网概念的提出被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，物联网也已被纳入中国移动的重要发展战略。家庭生活是人们生活中的重要组成部分，物联网的发展必然离不开数以亿计的家庭用户。家庭物联网便是物联网在家庭场景中的重要应用。

如何通过家庭物联网来为用户提供更加丰富的家庭业务，将是运营商增强业务黏性、维系家庭客户的关键所在。日前，中国移动在重庆推出了结合物联网和TD技术的家庭物联网产品“宜居通”，开始在“家庭物联网”市场进行尝试和发力。“宜居通”集通话、安防、智能家居于一体，在现有TD无线座机的基础上利用物联网技术集成安防功能，不但解决了用户语音通话的基本需求，还可对非法闯入、烟、火、煤气泄漏等信息进行实时监控和预警。

家庭物联网有着广泛的应用前景，但也应该看到，家庭物联网应用具有需求多样、分布离散、多行业多业务融合等特点，单个应用的推广和部署难度较大，因此家庭物联网业务必须实现规模发展。随着越来越多家庭物联网业务的开展，运营商迫切需要构建清晰的家庭物联网体系架构，理清家庭物联网应用目前存在的关键要素问题和解决思路，为今后家庭物联网业务的规模化发展提供指导。 

家庭物联网应用现状分析

从家庭物联网当前的应用状况来看，距离大规模运营的要求还存在一定的距离，问题主要体现在以下五个方面：

• 缺乏应用层设备标识。现有设备标识编码规则无法统一，无法在应用层对一个设备进行唯一标识，无法准确寻址。
• 缺乏短距传输技术应用方案规划。多种短距无线传输技术并存，各自适合不同应用场合；为支持需求不同的应用场景，可能需要适配、升级或更换原有传输方式，无法和已有系统兼容、共享已有资源，导致资源浪费、应用部署成本高。
• 缺乏端到端融合的应用层协议。不同应用层协议依赖不同的传输技术，而不同的应用需求导致多种传输技术并存，单一感知层应用协议不现实；设备需要支持多种应用和多个协议，彼此不能互通，不能融合；新产品和差异化产品不断涌现，需要网络层应用协议具有较强的可扩展性。
• 缺乏可伸缩的终端架构。支持单一应用的设备无法满足多样化的用户需求；支持单一近距离无线传输技术无法满足多种应用部署的要求。
• 缺乏统一的运营管理平台。现有业务各自实现所需能力，自行维护家庭业务数据，导致业务开发维护复杂、各业务数据不一致、能力实现方式及接口不统一，使得业务之间难以融合。

家庭物联网体系结构及关键要素 

1、家庭物联网技术体系

以上家庭物联网的五个问题对应着家庭物联网的五个关键要素：统一的家庭物联网设备标识体系、家庭物联网短距传输技术应用方案规划、端到端融合的家庭物联网应用层协议、可伸缩的家庭物联网终端架构、统一的家庭物联网运营管理平台。家庭物联网的三个层次（感知层、网络层、应用层）连同这五个关键要素，共同构成了家庭物联网的技术体系，如图1所示。

图1  家庭物联网技术体系

2、家庭物联网关键要素

（1）统一的家庭物联网设备标识体系

现有的设备标识不能满足运营商对家庭物联网的需求：设备机身标签一般为厂商自定义，但不能跨厂商唯一标识设备，不能用于设备通信；设备通信模块地址可用于家庭内部寻址，但不能跨传输技术唯一标识设备，也不能体现设备厂商信息；另外两者都不能实现从家庭网络外部对家庭内部设备进行寻址。

因此有必要构建统一的家庭物联网设备标识体系：

• 传感设备应用层标识可在设备注册时动态生成，用在家庭网关和家庭物联网运营管理平台之间，不影响厂商原有的设备标识；
• 传感设备应用层标识依据设备上报的设备识别和能力信息、以及家庭网络位置生成，由运营商统一进行分配和管理。这不仅能让家庭物联网运营管理平台能识别到传感设备能力，还能实现从家庭网络外部对传感设备进行寻址。 

（2）家庭物联网短距传输技术应用方案规划

现有短距无线传输技术，各有不同的技术特点和应用场合，详见表1。

表1  短距无线传输技术

各项短距传输技术在家庭物联网应用需求方面有着各自的适用性和局限性，这必会导致多种短距无线传输技术在家庭网络环境内长期共存。因此需要规划出各短距传输技术应用方案和场景，为开展新业务应用进行短距传输技术选择做好充分参考。

（3）端到端融合的家庭物联网应用层协议

应用层协议不仅需要解决多种应用、多设备厂商的设备之间的互通问题，还需要为新产品和差异化产品的开发提供灵活扩展；另外由于不同应用需求不同，可能导致多种传输技术共存，单一的感知层应用协议不太现实。因此端到端融合的家庭物联网应用层协议需要：

• 在网络层和感知层上分别定义应用协议；在网络层，定义具有兼容性、可扩展性的统一应用层协议；在感知层，根据业务、成本、功耗、和产业链情况，可选取或扩展现有成熟、标准开放的应用协议；
• 家庭网关负责网络层和感知层应用协议的适配和转换。

 （4）可伸缩的家庭物联网终端架构

不同的物联网应用对近距离无线技术的要求不同，为满足多样的业务需求，常常需要家庭网关上支持多种近距离无线技术。现有家庭网关一般具备USB接口，在其上通过可拔插USB Dongle的形式扩展家庭网关内部组网的能力，便可使家庭网关适配不同类型和传输制式的传感器。

家庭网关是家庭物联网业务逻辑的控制中心。家庭用户需求的多样性和应用的不断变化需要家庭网关上运行的软件可以实现后期安装和升级。OSGi是一种运行在Java虚拟机之上，不依赖跨设备硬件和操作系统，并可对业务组件进行动态生命周期管理的家庭网关上软件应用运行环境。OSGi架构复杂，对硬件处理能力和存储空间要求较高，可尝试通过对OSGi进行裁剪和定制来满足家庭网关上对可伸缩软件架构的需求。

 （5）需要统一的家庭物联网运营管理平台

家庭物联网业务之间有着共性的能力和数据需求。构建统一的家庭物联网运营管理平台需要实现以下功能：

• 通过家庭数据业务中心实现群组管理、设备认证、设备状态管理、信息推送与第三方管理等通用能力，并对家庭业务数据进行统一维护；
• 通过家庭物联网设备能力认证、能力发布和权限管理机制，实现跨业务的能力调用和统一的家庭业务数据访问。

中国移动通信研究院业务所  家庭研究室  李建坤