广电物联网智能家居体系设计

摘要：在物联网产业蓬勃发展的情况下，广电物联网的发展成为了众人瞩目的焦点，作为运营商，如何将多种既有业务统一于广电现有体系之下是技术的难点。文章通过分析，给出了基于广电物联网智能家居整体体系的设计方法，以期对于广电乃至其他行业的多业务物联网统一支撑体系具有参考意义。
关键词：广电物联网；智能家居；结构体系；数据业务

0 引言
    目前，随着信息技术的迅猛发展，特别是传感网技术的迅速普及，物联网业务在国内外呈现蓬勃发展的态势。现在，物联网已经成为新一代信息技术的主要发展方向。在国外，物联网技术已经逐步进入了成熟发展期，而我国的物联网产业在中央一系列政策扶植下也迅速发展。其中，运营商由于掌握了大量的网络和客户资源，在物联网这场新信息革命中处于领跑地位。作为广电领域的运营商，广播电视由于拥有大量的家庭用户资源和成熟的传输网络，在发展物联网智能家居业务时，具有得天独厚的优势。而作为物联网智能家居业务的基础，物联网智能家居体系的设计是业务成败的关键。

1 目前物联网智能家居平台的存在问题
    目前市场上已经出现了一些智能家居的产品和服务平台，但在实现各项业务的反馈时，所遇到的一个主要问题是在一个异构环境下，如何用一种统一的方式组织和处理来自不同业务的数据，并实现不同业务的精确反馈。具体来说，广电物联网智能家居体系架构通常需要解决下面一些问题。
1．1 传输标准不统一
    目前，市场上的物联网产品通信标准繁杂，例如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee以及各大厂家基于这些标准衍生出的私有标准，市面上的物联网产品使用的通信技术竟有数十种之多。而国内物联网标准化组织山头林立的特点，又加剧了传输标准统一的难度。仅智能家居方面就存在以信息产业部为首的“闪联”和海尔牵头的“E佳家”等数个标准化组织。物联网传输标准在短时间无法统一是统一平台面对的第一个难点。
1．2 单一平台无法处理多业务
    目前市场上的物联网产品和其后端业务支撑平台大多采用的是单对单模式，即一个业务应用对应一个后端平台，这大大地简化了物联网产品的开发难度，但却加剧了部署和整合的难度。当大规模部署物联网智能家居业务的时候，分散的业务和平台大大提高了系统的复杂性，也带来了部署和维护方面的问题，同时也极大地影响了用户的体验。
1．3 数据库环境不一致
    数据库环境不一致的主要原因是由于各项业务应用不同所造成的。每项物联网智能家居业务都有其单独的数据库设计，除了数据库设计的问题外，还包括数据结构设计各异、支持数据类型不同等问题，譬如每项业务应用单独运行，都会产生大量的数据，这些数据无法有效地共享。所以就需要一种方法来解决这个问题。
1．4 业务与业务之间如何进行信息共享
    作为智能家居的组成部分，业务之间的信息共享是急需解决的问题，这涉及到公有信息的共享和关联业务的实现，同时又与信息安全息息相关。
1．5 平台和业务无法有效维护
    目前的物联网产品和后端平台都普遍存在维护升级困难的问题。如果平台需要增加或者删除业务，就需要专业的平台技术商提供专业的技术支持，这几乎无法在普通平台管理员的管理下完成；而对于终端节点的任何改动，例如软件升级，节点的增加或者删除，业务逻辑的改动，都需要专门的技术人员上门进行服务，既费时也费力，同时还对业务的长期开展和平台的长期运行不利。

2 整体结构设计
    图1所示是广电物联网智能家居系统的整体逻辑架构。整个广电物联网智能家居体系可以分为两部分，即以机顶盒为核心的底层部分和建筑在底层之上的以智能家居平台为核心的后端服务结构。这两者的关系密不可分，底层设计对物联网平台的构建具有重大影响，反之，上层的设计也在很大程度上对底层业务的开展产生着影响。

2．1 底层基础设计
2．1．1 终端节点的设计
    作为广电运营商，终端节点不是主要的业务方向，因此终端节点以集成为主。目前市场上的智能家居终端产品种类繁多，标准不统一，因此，这是目前智能家居业务终端节点设计管理的主要障碍。标准化是广电智能家居业务的长期目标之一，但在现阶段，该目标存在一定难度，因此，设计时应暂时容忍终端节点产品的标准问题，而考虑用其他设计途径回避该问题。
2．1．2 网关的设计
    网关是智能家居产品的重要组成部分，目前的网关产品解决方案很多，各种通信标准的网关产品层出不穷。从系统集成化和广电特色的角度出发，智能网关应与机顶盒结合，进行一体化设计，但这种设计存在的问题：一是目前市场上机顶盒与网关一体化设计的产品较少，市场对于这种设计支持力度还存在不足；二是目前终端厂商的解决方案中，大多包括有智能网关产品，若机顶盒与网关做强制捆绑，又会涉及到厂家利益分配问题；第三，如果采用一体化设计，大量旧型号的机顶盒将无法开展广电智能家居业务；第四，目前许多物联网智能家居终端产品采用了无线通讯技术，由于机顶盒位置的固定性，如果网关与机顶盒一体化设计，则可能会出现信号无法最优化的情况。因此，在现阶段，网关还是与机顶盒分离，一体化产品只能作为远期目标。智能网关的具体功能：一是协议的转换，即将不同传输标准的底层节点业务数据通过统一的方式转换为统一的传输格式；二是业务的识别，由于业务将通过统一的通道进行上传，多业务对单一平台的模式就要求必须对业务加以区别，每个智能网关联结单项业务的所有节点，然后通过软件对业务数据加上业务识别码帧头后才能进行上传。
2．1．3 机顶盒的设计与底层管理
    机顶盒的具体功能如下：
    (1)数据的上下行通道中的所有节点的业务数据都通过机顶盒上传，而反馈信号也通过机顶盒这个通道返回。
    (2)机顶盒是数据反馈结果的展现平台。
    (3)机顶盒是底层管理的中心，负责对底层网关和节点的管理，包括节点、网关的添加与删除，网关及机顶盒的软件升级，以及对某些终端节点的操作等。
    (4)对于部分简单应用的操作，机顶盒还应有一个小应用层，并有其对应的界面，能完成对一些简单业务的操作。
2．2 上层结构设计
2．2．1 支撑平台的设计
    支撑平台是整体结构的上层核心，所有通过网络上传的数据都需要通过平台这个关键节点才能进行下一步处理，因此，它需要完成一系列复杂的功能。主要有：
    (1)用户身份的识别。由于从机顶盒和智能终端上传的数据带有身份信息识别码，所以，支撑平台首先要对其发起数据请求，并对数据库中存储的用户信息进行比对，符合要求才能进行下一步操作。
    (2)业务逻辑的分解。所有业务逻辑在平台根据业务逻辑识别码被分解为单一业务，然后经过比对，再送入上层应用中进行进一步的处理。
    (3)平台是上层结构管理的核心，拥有独立的管理界面，管理员可以通过平台对上层应用进行改动维护，对数据进行删除、添加、更新等一系列操作，同时管理员也可以通过平台对机顶盒的管理模块进行远程支持(例如向机顶盒进行软件更新支持等)。
    (4)平台同样是BOSS(服务支持)系统的门户，用户管理数据可通过平台与BOSS系统进行通讯，负责业务的开启、关闭和计费等。
2．2．2 应用结构的设计
    应用是广电网智能家居业务的服务关键，负责对业务数据进行相应的处理，并对处理结果进行反馈。其主要的功能有：
    (1)业务数据经过平台的逻辑分解后，被送入相对应的应用进行处理。
    (2)处理结果生成历史记录后，被送入数据库保存。
    (3)通过外联方式对业务数据的处理结果进行反馈，如派专业人员上门服务等，同时通过自上而下的模式把反馈结果返回机顶盒和手机等设备进行呈现。涉及到对终端操作的，则通过机顶盒对终端发出控制指令，如触发报警等。
    (4)关联业务应用之间不进行通讯(如老人看护与健康医疗相关业务等)，可共用部分数据，但不进行直接通讯，涉及到的共有数据都可通过接口与数据模块通讯获得，故可避免应用之间的影响，降低系统复杂性，提高体系的模块化程度。
2．2．3 数据业务环境的搭建
    数据业务环境是体系结构搭建的难点之一，涉及到平台之间的相互融合和数据安全等一系列问题，因此，它需要完成以下功能：一是数据的请求业务，即当平台请求用户身份识别或者应用请求数据时，向平台或者应用发送数据；二是数据的维护、更新和操作。
2．2．4 BOSS系统的连接
    平台作为身份识别的门户，还承担着与BOSS系统连接的业务。当用户通过平台经过身份验证登陆后，BOSS系统便可进行管理数据的操作，这主要有用户的计费和用户业务的开通与关闭等。

3 业务流程
    本系统的典型业务流程场景包括以机顶盒为核心的简单流程、经过远程终端登陆平台的业务流程和业务数据经过平台的复杂流程。其中，以机顶盒为核心的不经过平台的简单业务流程图如图2所示。

    在图2中，当传感器节点发现数据异常时，业务数据被上传至网关，加上网关代码(同时也是业务代码)，网关将业务数据转发至机顶盒应用层。机顶盒应用层对业务数据进行处理，并根据处理结果或者用户判断的方式决定是否进行操作。如果操作，即发送操作信号，将数据根据网关／业务代码发送至相应网关，网关再通过操作信号中的设备码将操作信号发送至终端节点。该业务流程适用于较为简单的不需要平台上传处理的业务。
    经过远程终端登陆平台的业务流程图如图3所示。与以机顶盒为核心但不经过平台的简单业务相比，图3所示的经过远程终端登陆平台的业务流程的主要区别是通过远程终端对平台进行身份验证和登陆，然后以远程方式访问机顶盒，并对相应的业务数据进行处理，然后进行相应的操作。

    图4所示是业务数据经过平台的复杂流程图。图4中，业务数据上传至相应业务网关，加上网关代码以区别业务，再通过机顶盒这个上传通道上传至平台；平台经过身份认证识别后，将业务数据根据业务号进行逻辑区分，并上传至相应的应用进行处理，同时生成历史记录存储。若需要对业务数据进行反馈，则通过自上而下的方式将带有设备码及网关业务码的操作指令发至平台：平台根据机顶盒将操作码发送至机顶盒，机顶盒再根据业务码转发至业务网关，业务网关再根据设备码将操作数据发送至终端进行操作，同时，机顶盒显示反馈操作结果。

4 结语
    作为一个蓬勃发展的朝阳行业，物联网受到了人们的广泛关注，而其整体架构的构建—直是实际应用的最大障碍。作为广电行业开始物联网业务的关键，其整体体系架构的构建应从实际出发，采取循序渐进的方式逐步整合，在此基础上求新求变，而不应一步登天。另外，用户体验是重中之重，体系的构建应将用户体验作为基本的考虑视角；同时还应兼顾各分系统厂商的利益，以此带动整个产业链的和谐发展。