爱立信设备连接平台背后的驱动力 A 框术语和缩写不同市场分析师对数字的预测各不相同, 但他们都一致认为, 数据使用率每年至少会翻一番, 并会一直持续到 2015 年, 届时数据使用率将超过语音的 30 倍这些预测是基于一切能受益于网络连接的事物都会联网这一概念在这个超过 500 亿台互联

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滏每濮
5 years ago
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1 物联网时代的运营商机遇为了实现 500 亿台联网设备的愿景, 我们需要了解如何满足数量庞大且种类繁多的设备的不同连接需求, 同时确保提供一个平稳高效的网络环境

2 爱立信设备连接平台背后的驱动力 A 框术语和缩写不同市场分析师对数字的预测各不相同, 但他们都一致认为, 数据使用率每年至少会翻一番, 并会一直持续到 2015 年, 届时数据使用率将超过语音的 30 倍这些预测是基于一切能受益于网络连接的事物都会联网这一概念在这个超过 500 亿台互联设备的世界里, 增强的安全性会带来更少的事故, 而更有效的资源利用将使我们的生活方式更具有可持续性, 同时, 人人都可以享受医疗和教育服务 3GPP 第三代合作伙伴项目 (3rd Generation Partnership Project) GSM 全球移动通信系统 OCS 在线系统做出的消费者越来越习惯于随时随地在线, 行为方式在改运营商开始意识到, 他们的网络能够提供超出现有固定费率计划的价值这可以通过应用一些差异化上网套餐 ACL 访问控制列表 HLR 归属位置寄存器 OSS 运营支持系统变, 而且互联性对于个人企业和社会的价值也在变得愈来实现, 这些套餐是根据不同设备和不同类型用户的需求 API 应用程序接口 HTTP 超文本传输协议 PDC 个人数字蜂窝电话加明显 ( 图 1) 量身打造的 ( 图 2) APN 接入点名称 IETF 互联网工程任务组 PDP 分组数据协议图 1 设备的互联为个人企业和社会带来益处个人生活方式健康社会便捷性可持续发展企业安全性安全生产效率保障成本效率社会成本法律法规资产图 2 定制连接每比特的收入我们希望是这样需求曲线每比特的收入而不是这样 AUC CDR CoAP CRM DAE 鉴权中心呼叫细节记录轻量级的应用层协议客户关系管理设备接入引擎 (Enabler) IMSI IP IPTV IPv4 IPv6 国际移动用户识别码互联网协议 IPTV IP 第 4 版 IP 第 6 版 PLMN QoS RADIUS SaaS SGSN 公众陆地移动网服务质量远程身份验证拨号用户服务软件即服务服务 GPRS 支持节点技术 DNS 域名系统 M2M 机器对机器 SIM 用户识别模块开放性与简单性互联成本流量流量 EDCP 爱立信设备连接平台 MCC 手机国家代码 SLA 服务等级协议 GGSN 网关 GPRS 支持节点 MNC 移动网络代码短信短消息服务超过 500 亿台联网设备是一个愿景, 在这个愿景中, 移动网络的使用给人们的生活带来的便利将被认为是正常且预料之中的 ; 大量的 M2M 交互会不断地发生 ; 而无数的新服务将提高对移动网络的依赖程度并需要大量的设备连现在的网络是为提供和实施不同的连接组合和类型而设计的然而, 要想完全满足新设备和应用类型产生的需求, 还必须有创新的支持系统这类系统的基本功能包括 : Gn SGSN 之间及 SGSN 与 ( 内部 ) GGSN 之间的基于 IP 的接口 MNO 移动网络运营商 SMS-C 短消息服务中心接设备将可以直接或通过网关接入移动网络设备间将彼此通信, 作为端到端 M2M 系统的一部分, 并与个人和中支持专用网络和互联网中的 IP 连接 ; 为大量注册用户提供高效业务设置 ; 能够根据服务质量等级和模式创建和执行定制的 Gp 内部 SGSN 和外部 GGSN 之间的基于 IP 的接口 MSC 移动交换中心 SSL 安全套接层央控制系统通信受益于 M2M 互联, 人们将能够在家中工作场所路途中远程位置甚至任何地方使用大量互联的日常设备最显著的例子包括 : 洗衣机咖啡机汽用户服务合约 ; 以及移动网络运营商和企业管理门户为了满足对 M2M 支持系统的市场需求, 爱立信提 Gr SGSN 和 HLR 之间的接口通过这一接口的消息使用 MAP3 协议 MSIN 移动用户识别码 VPN 虚拟专用网络车钥匙售票机冰箱窗户传感器和公共设施器此外, 移动设备还可用来支持尽可能多的其它事物, 例供了一种 SaaS 解决方案, 即爱立信设备连接平台 (EDCP) 该解决方案为运营商和 M2M 企业提供了一个 MVNO 移动虚拟网络运营商 WAP 无线应用协议 WCDMA 宽带码分多址移动通信系统如 : 电子钱包医疗服务和交互式位置向导在互联设备的世界中, 我们都将从这些应用中获益初始的低成本解决方案来连接设备并支持应用, 同时具有扩展并适应不断增长的市场需求的潜力 NAT 网络地址转换

3 爱立信设备连接平台架构功能架构图 3 展示了 EDCP 解决方案如何与企业和移动运营商连接, 并提供三方面的主要功能 : 设备连接 ; 策略控制与 ; 注册用户和设备的管理与业务在线设置设备通过 EDCP 和运营商的移动网络连接到企业应用为了实现透明的 IP 连接,GGSN 支持私有 IP 网络, 同时设备接入引擎 (DAE) 为互联网上的设备提供访问权限该平台包含一个服务执行环境, 可为注册 / 通知和位置服务等企业应用提供支持功能策略和控制模块能处理定制化注册用户的多种设置, 例如数据量封顶和等级参数的执行发生在 GGSN 和在线系统 (OCS) 内部后者还会对每个企业和运营商的信息 ( 呼叫细节记录,CDR) 进行预评估和排序然后根据要求的控制周期将 CDR 传输到运营商的系统专用门户能为运营商和企业用户提供对 SLA 订单和账户管理组件平台的访问例如: 运营商可以为特定企业创建服务帐号建立门户并监控 SLA 报告通过自助门户, 企业可以购买服务订购 SIM 卡, 并监控设备上的实时或统计数据自助门户还包含对 EDCP 组件的注册服务, 以及自动配置设备连接参数的功能所有由 EDCP 支持的设备都从注册用户数据库中获取服务图 3 爱立信设备连接平台架构 EDCP 解决方案通用功能应用企业服务呈现 EP 服务 API EP 自助门户服务执行环境设备接入引擎特定垂直功能策略与控制 IP 连接建立与策略执行 SLA 订单和账户管理员组件注册用户与设备的业务配置 OCS 中介通过移动网络连接设备与网关注册用户数据 OSS/ 诊断组件提供了运营和维护功能, 例如警报处理和 SLA 报告的统计该组件会向运营商的网络运营中心提供状态信息和警报的子集不是所有这 500 多亿台联网设备都会配备 SIM 卡图 4 展示了 EDCP 通过网关与交互的一种可能情景网关能连接到若干不同的, 并负责处理整个移动网络的通信所使用的通信协议可以是任意类型的协议本例展示了在 EDCP 和网关之间使用 HTTP, 以及在网关和设备之间使用特定 IETF 的 CoAP 的情况管理 OP API OP 门户 OSS/ 诊断 CRM MNO/MVNO 图 4 爱立信设备连接平台通过网关与 M2M 设备的交互 CoAP 网关 PLMN HTTP EDCP 部署架构以云形式提供的 SaaS 是一种连接设备和应用的简便而经济高效的方式这种云模式具有按增长付费系统资源灵活配置和易用性等特征在 M2M 环境中, 可能存在多种不同的设备其中有些会偶尔收发少量的数据, 有些会经常发送少量数据, 有些则会经常或极少收发大量的数据然而,的共同点是它们都能重复利用既有的网络架构节点 ( 例如业务设置连接和策略 ) 来提供不同的服务 EDCP 将以 SaaS 的形式进行部署, 以支持这种便利性, 并且会和其他节点进行连接, 如图 5 所示以下是关于 EDCP 如何在各个领域 ( 业务设置部署 OSS, 以及从互联网访问设备等 ) 支持多租户服务的示例注册用户数据库 (HLR) 为不同客户所共享为了实现对 HLR 的使用,EDCP 通常会拥有自己的 HLR/AUC, 并通过 Gn/Gp/Gr 接口连接到 SGSN 不同的移动运营商可共享 EDCP, 但使用自己的无线和核心网络来向平台发送消息当配备 EDCP SIM 卡后, 附件 (Attach) 和身份验证 (Authentication) 等 3GPP 消息将被通过 IMSI 号路由到 EDCP HLR, 并且按照标准的 3GPP 方式进行处理当生成一条 PDP 激活消息后, 通过使用生成的接入点名称 (APN) 以及 EDCP IMSI 号进行 DNS 查找, 该消息将通过移动运营商控制的 SGSN 被路由到 EDCP GGSN 对于由移动运营商所拥有的 IMSI 序列号, 到 EDCP HLR 的路由选择还将以移动用户识别码 MSIN( 以及对 MCC 和 MNC 的正常使用 ) 为基础运营商需要对其网络进行配置, 才能为指定范围的 IMSI 将消息路由到 EDCP HLR 定制化注册用户服务这些超过 500 亿台的联网设备在功能上将有极大的差异, 包括从智能电表到实时视频监控摄像头等各个方面举例来说, 智能电表也许会每隔一周左右报告 1-2KB 的数据在这种情况下, 精确度就非常重要, 因为它决定着用户账单上反映出来的费用 ; 而带宽和延迟就不太重要另一方面, 视频监控摄像头会始终需要大量的带宽 ( 根据视频质量, 上行带宽在 120kbps 和 2MBps 之间 ; 如果质量非常高, 例如网真技术的需求, 甚至会高达 10MBps) 智能电表和视频监控摄像头在很大程度上都属于固定的设备, 而其它应用则是移动的, 并且需要不间断的连接性车辆追踪设备绝大部分时间是在不断移动的, 因此, 车队管理应用就需要不间断的连接性这些例子展示了涉及 M2M 的设备和应用都具有非常不一样的连接性需求均码解决方案不再适用由此得出的结论就是 : 均码解决方案不再适用, 如图 2 所示图 5 爱立信设备连接平台总体部署用户关系管理域名服务器短消息中心域名服务器 M2M ( 虚拟专网 ) EDCP( 管理员 ) SMPP MSC M2M(IP) 爱立信设备连接平台 D Gn/Gp Gr SGSN EP( 管理员 ) 要想在拥有超过 500 亿台设备的世界中具有竞争力, 移动运营商需要一个类似 EDCP 的平台 EDCP 提供了创建定制化注册用户服务的方式, 并提供了为特定的设备和应用精确调试和调整用户服务内容的可能性差异化的资费标准与定制化用户服务紧密相关, 增加了对此类平台提供根据差异化收费标准对定制用户服务功能的要求

表 1 和表 2 展示了一些定制化用户服务和相应的差异化资费标准的示例表 1 智能电表 APN 类型 : 专用移动性 : 无漫游 : 无带宽 : 10 kbps 使用情况 : 5 kb/ 月资费标准 1: 00:00-05:00, 周一至周五,X1 分 /kb 资费标准 2: 00:00-05:00, 周六至周日,Y1 分 /kb 资费标准 3: 05:01-23:59, 每天,Z1 分

4 表 1 和表 2 展示了一些定制化用户服务和相应的差异化资费标准的示例表 1 智能电表 APN 类型 : 专用移动性 : 无漫游 : 无带宽 : 10 kbps 使用情况 : 5 kb/ 月资费标准 1: 00:00-05:00, 周一至周五,X1 分 /kb 资费标准 2: 00:00-05:00, 周六至周日,Y1 分 /kb 资费标准 3: 05:01-23:59, 每天,Z1 分 /kb 自动设备配置 : 无 SMS 唤醒 : 无表 2 视频监控 APN 类型 : 专用移动性 : 无漫游 : 无带宽 : 10 kbps 使用情况 : 5 kb/ 月资费标准 1: 00:00-05:00, 周一至周五,X1 分 /kb 资费标准 2: 00:00-05:00, 周六至周日,Y1 分 /kb 资费标准 3: 05:01-23:59, 每天,Z1 分 /kb 自动设备配置 : 无 SMS 唤醒 : 无这些示例展示了众多可以在设计定制化用户服务时进行调整的参数不同的用户服务参数由 EDCP 架构的不同部分进行控制和执行策略和控制模块在 Diameter 协议的基础上, 使用 3GPP 标准化的接口 Gx 和 Gy 来连接到执行这些策略的 GGSN Gy 接口被用于控制使用情况 ( 例如字节数 SMS 条数语音时长等 ), 以确保设备的数据流量保持在移动运营商指定的上限范围内, 并且根据时间和地点允许或拒绝设备接入 Gx 接口和 HLR 组合负责策略控制参数, 例如移动性和带宽 DAE 控制 SMS 提醒, 并最终由 SLA 订单和账户管理组件控制设备的配置定制化用户服务的实现分布于诸多节点上爱立信设备连接平台网络门户 EDCP 为移动运营商和企业各提供了一个网络门户, 爱立信可以在其中管理移动运营商的账户, 而移动运营商可以在其中管理企业账户 EDCP 网络门户提供了一个单一的接入点来创建定制化用户服务, 通过不同的节点实现, 并确保数据的一致性移动运营商网络门户是一个多租户门户, 提供了设计定制化用户服务并管理其企业门户的工具企业网络门户支持企业管理 M2M SIM 卡并监控设备使用 EDCP 通信服务的情况 EDCP 网络门户的目标是成为 M2M 一站式商店, 以管理由 EDCP 提供移动运营商调整企业使用的 M2M 通信功能这一建立在自助概念之上的门户经过了最大限度的自动化, 降低了对客户服务支持和销售人员的需求, 从而减少了移动运营商和企业的运营支出成本图 6 爱立信设备连接平台门户 ( 演示版 ) 用户界面 EDCP 支持运营商创建定制化用户服务和差异化资费标准管理企业客户控制 SIM 卡, 以及对 SLA 进行后续跟进借助 EDCP, 运营商可以以直观的方式为其企业客户分配 APN SIM 卡等资源该门户为运营商提供了确保信用限度和数据上限等其它参数得以执行的功能如果超出既定参数, 运营商可以选择提高费用或限制带宽图 6 是 EDCP 门户的演示版本左侧列出的是运营商创建的定制化用户服务右侧信息框形象地说明了定制化用户服务是如何定义的门户的企业部分将包含管理控制和监视使用了 EDCP 服务的设备所需的全部工具从订购 SIM 卡连接 SIM 卡到定制化用户服务设备管理查看数据或 SMS 消费量等企业功能都将得到支持此外,EDCP 还提供能为移动运营商或企业使用的 API 这些 API 提供门户功能, 移动运营商和企业可将其集成到自己的平台系统或门户中, 作为对 EDCP 网络门户的替代或补充设备接入支持移动设备或任何连接到移动网络的设备都属于某个逻辑 IP 无线网络或 APN, 数个 APN 可共存于同一个无线网络中 APN 可以连接到公共互联网, 也可以连到专用网络两种情况下其连接点都是 GGSN 当通过公共互联网连接时, 设备可以连接到互联网上任何可用的服务器, 而专用网络中的设备则只能连接到当前所在网络中的服务器关于将设备接入专用网络, 有一系列的限制大多数情况下, 公司或企业会对自己的专用网络采取安全保护措施, 以保证只有授权用户和设备才能访问因此, 在运营商和企业之间建立连接需要双方交换网络拓扑信息, 并且需要双方繁琐复杂的手工工作企业将需要一个支持 VPN 的路由器一台 RADIUS 服务器, 以及配置和管理二者的能力因此, 交付时间常常会以周为单位计算, 而且能提供的 APN 数量也是有限的通过互联网连接设备解决了这一难题, 也是一种更经济的选择除非对安全性要求特别高此外, 通过互联网连接设备还意味着, 电话电脑笔记本电脑平板电脑摄像头等任何其它的联网设备, 都能通过 DAE 访问这些设备 EDCP 能够通过互联网和内部网以安全的方式进行设备连接和共享它确保能够对设备进行识别寻址和通信, 就像这些设备是通过一个完善的服务器以对设备和该企业服务器透明的方式连接到互联网的一样鉴于此,EDCP 能增加现有 M2M 域的价值, 而不需要对设备端或企业服务器进行任何更改或升级由于联网设备的数量将会非常巨大, 所以为每台设备都分配一个独立的公共 IPv4 地址是不可能的这个问题最终会随着 IPv6 在网络服务器和设备中的全面部署得到解决, 但目前仍需要一个过渡解决方案来准确地识别联网的设备 APN 通常是通过运营商的 NAT 连接到互联网的每台设备都将拥有一个专用的 IP 地址, 这个 IP 地址在其 APN 上是唯一的, 但在全局网络中并不是唯一的这样的地址在互联网上不具有任何意义当 APN 上的一台设备接入互联网上的一台服务器时,NAT 会将其来源 IP 地址转换为 NAT 自己的 IP 地址, 并临时为其分配一个所接入的服务器能够回复的互联网上的源端口

NAT 对那些由设备发起的连接是有效的, 但对那些由互联网上的服务器发起的连接就不起作用了如果设备没有唯一的 IP 地址, 服务器就无法发起到该设备的连接 EDCP 的接入支持功能利用标准互联网机制, 通过使用互联网主机名称解决了寻址问题连接到 EDCP 的设备将被自动分配一个包含设备 IMSI 的主机名称这个主机名称将与 DNS 上的 NAT 的 IP 地址一起发布

5 NAT 对那些由设备发起的连接是有效的, 但对那些由互联网上的服务器发起的连接就不起作用了如果设备没有唯一的 IP 地址, 服务器就无法发起到该设备的连接 EDCP 的接入支持功能利用标准互联网机制, 通过使用互联网主机名称解决了寻址问题连接到 EDCP 的设备将被自动分配一个包含设备 IMSI 的主机名称这个主机名称将与 DNS 上的 NAT 的 IP 地址一起发布通过使用标准域名查找, 服务器应用程序可以获取这个 NAT IP 地址, 并用其来发起与设备的连接识别应该将连接发至哪台设备的问题, 将能够通过使用目前正在申请专利的新机制得到解决 DNS 和主机名发布, 以及新的转发机制, 可以取代冗长乏味的设备和应用编程, 有效支持由网络发起的设备连接 EDCP 接入引擎支持不同的身份验证机制, 可以提供设备和服务器身份验证功能对于设备采用的是单次登录移动接入网络身份验证流程, 也就是说全部使用移动接入网络的现有设备都可以明显地从 EDCP 获益对于服务器端应用的身份验证, 采用的是访问控制列表 (ACL) 或基于 SSL 的身份验证另外,EDCP 接入支持免除了在设备上安装并运行安全套件的麻烦当服务器端应用需要安全的连接时,DAE 会在服务器端实施安全要求 DAE 将提供若干种连接模式来适应不同的业务情景, 包括 : 单个企业到多台设备 ; 多个企业到单台设备 ; 以及多个企业到多台设备 DAE 在设备端和企业端都支持 IPv4 和 IPv6, 也支持二者之间的任何转换方式爱立信设备连接平台应用支持在许多情况下,会生成 M2M 应用需要转译并进行处理的数据例如, 一台发送消息指出当前温度为 47 摄氏度一个 M2M 应用收到这个信息对其转译并进行相应处理取决于数据和处理方式的特性, 设备和应用间的数据交换可以同步发生 ( 需要实时连接 ) 或异步发生在许多情况下,会生成可供应用在稍后时间点使用的数据例如, 电表向应用提供的数据可以在任何时间发送, 唯一的要求就是信息必须准确在这种情况下, 非峰值时段的通信就会更经济一些另一方面, 发生事故时, 立即将数据从车辆发送至应急服务应用也是至关重要的异步通信需要一种临时数据存储的机制 EDCP 的更新版本将包含一个保障设备与应用间异步通信的解决方案现在,M2M 应用通常由企业托管和执行或者,M2M 应用也可以在云中部署和运行云提供商 ( 包括公共服务提供商和部分移动运营商 ) 提供了适合许多 M2M 应用类型的运行平台在新的版本中,EDCP 将提供一个可以在私有混合或公共云中部署的 M2M 运行平台这将为移动运营商提供支持 EDCP 基本功能的能力, 这些产品包括定制化用户服务改进的服务提供方式, 以及 M2M 应用运行环境等企业 M2M 应用可以从众所周知的云特征中获益, 例如对按需付费模式的支持, 以及系统资源的快速适应性 EDCP 将使用 SIM 卡 ( 一种移动运营商资产 ) 来运行相应的企业 M2M 应用, 以确保将来自企业所有的数据包路由到正确的 M2M 运行环境 M2M 运行环境也可以被部署在 EDCP 以外的公共云环境中, 在这种情况下,EDCP 将使用安全的 VPN 连接来接入云提供商从设备到应用的路由原理将与云平台部署在 EDCP 域内的情况相同结论爱立信设备连接平台是向实现 500 亿台联网设备这个愿景迈进的重要一步它为运营商和企业等参与者提供了出色的工具, 可帮助他们以自助方式处理服务提供问题此外, 它还提供了多种有效的注册用户服务调整方法, 能够满足大量各种不同类型的联网的各种连接要求 EDCP 中的设备接入引擎可在 NAT 和防火墙中执行查找和连接操作, 顺利地解决了上述问题, 同时还能够阻止用户未发送相关请求便擅自使用 EDCP 以软件即服务 (SaaS) 的形式提供, 是在多个业务领域和不同移动运营商之间重复使用节点和功能的有效方法克服连接挑战是实现之前所述愿景理所当然的第一步下一步是提供相关解决方案来支持应用换句话说, 以更经济高效更便捷的方式开发安装和执行 M2M 应用作者 Robert Skog 爱立信多媒体业务部业务层领域的专家从瑞典皇家理工学院毕业并获得电气工程理科硕士学位后,Robert 参加了爱立信为期两年的系统工程师实习生计划从那时起, 他一直主要从事业务层方面的工作, 涵盖从首批 WAP 解决方案到当前 M2M 解决方案的广泛领域 2005 年, 他荣获了享有盛誉的爱立信年度发明家奖 Berndt Wallin 于 1986 年加入爱立信, 是媒体处理架构领域的专家除了在美国北卡罗莱纳州三角研究园为期两年的手机开发经历以外, 过去 15 年中他一直从事语音和媒体处理产品 ( 如转码器回声消除器媒体网关消息传递和电视系统 ) 方面的工作去年, 他负责领导实施了爱立信设备连接平台开发计划他持有瑞典皇家理工学院电气工程专业理科硕士学位 Tomas Holm 系统经理, 自 2005 年加入爱立信以来一直从事 IMS 方面的工作去年, 他在爱立信设备连接平台项目中负责解决跨领域系统问题 Tomas 在 IT 软件开发方面具备深厚的经验, 曾在多家公司任职他持有瑞典皇家理工学院计算机科学与工程专业理科硕士学位 Miguel Blockstrand 互联设备和行业领域的高级产品经理他在电信业拥有 20 年的工作经历, 现在爱立信网络业务部任职, 负责管理互联设备产品组合最近, 他一直负责管理爱立信内部的 TV 和 IPTV 网络基础设施产品组合在接任当前这个职位之前, 他曾在研发市场营销和业务开发领域担任多个高级管理职位他先后参与了 GSM 日本 PDC 移动系统和 WCDMA 的首次部署他持有瑞典查尔姆斯理工大学机械工程专业理科硕士学位 Lars-Orjan Kling 爱立信网络业务部 IP 技术领域的特聘专家, 目前正致力于实施 500 亿台互联设备开发计划, 着重负责技术战略的制定与执行他于 1980 年加入爱立信, 担任计算机架构师此后, 他涉足多个领域, 包括多处理高可用性数学规格方法和神经计算等 1997 年, 他加入了数据通信领域, 担任路由器数据面板设计首席架构师之后, 他还从事过深包检测媒体流和互联网高速缓存技巧等方面的工作他持有瑞典皇家理工学院电气工程理科硕士学位参考资料 : ITU 互联网报告 2005: 物联网 2005 年, 第 7 版

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Q / 24 SunCorp Q68 Q68... 3... 3... 4... 6... 6... 7... 10... 10... 10... 12... 13... 14... 14... 15... 15... 17... 19... 20... 22... 24 2 / 24 Q68 SIM 84 x 44 x 23 85 8 8 8 16 128 x 160 4k 4 6 4 12 96 x 64 GSM