家庭物联网应用研究

金 海，刘文超，韩建亭，丁英丽

（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 前言

随着IT技术、互联网技术和电信技术的不断融合，对于全社会生态系统的智能化，即所有物品的智能化识别和管理，以实现人类社会与物理系统的整合的需求日益强烈，在此背景下物联网孕育而生。

2 物联网现状

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。目前，多个发达国家已将发展物联网提升为国家战略。温家宝总理2009年在无锡考察传感网产业时对促进物联网发展做出了重要指示：“着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。”

现阶段物联网的发展，是基于特定终端，以IP/CDMA等为接入手段，为行业和家庭客户提供机器到机器的解决方案，满足客户对生产过程/家居生活监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。它有以下几个主要特征。

· 全面感知：即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。

· 可靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时、准确地传递出去。

· 智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

基于此，对物联网的研究应聚焦在民生应用和行业应用方面，而民生应用，也就是家庭物联网，是与人类的日常生活息息相关、密不可分的。家庭物联网应用的发展对未来构建数字家庭起到了决定性的作用。

3 家庭物联网应用的研究与展望

3.1 家庭物联网的业务需求

在互联网技术迅猛发展的今天，用户对家庭网络的需求已经体现出更为系统化的转变。对于家庭网络中的信息、通信、娱乐和生活4类子网，所包含的各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等设备，需要通过不同的互连方式进行通信及数据交换，以实现各子网间的互联互通。

然而，现阶段的家庭网络中的4类子网分别处于孤岛状态，互联互通非常有限，这使得它们之间迫切需要一个信息汇聚及核心控制单元，通过该单元以各种无线方式实现子网设备以及子网之间的互联，再以统一的IP方式实现家庭网络与外部网络的互联。该单元可提供集成的语音、数据、多媒体、传感控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端之间以及与外部公网的充分流通和共享的目的。

作为综合信息服务提供商，中国电信希望通过提供完整的家庭物联网实现方案，在未来的家庭物联网应用领域占有一席之地，甚至在该领域处于主导地位。

3.2 家庭物联网实现方案

家庭物联网主要包括家庭物联网网关和家庭物联网应用服务体系两大部分。

（1）家庭物联网网关

家庭物联网网关是家庭物联网中最核心的信息汇聚和控制单元，在中国电信现有“e家”终端中间件的基础上，通过UPnP协议扩展，结合DLNA架构，实现各类家庭物联网应用。家庭物联网网关的架构如图1所示，包含以下几项核心功能。

·协议转换：家庭子网间及家庭子网和家庭物联网平台间的协议消息头封装与解包。

·状态控制：收集家庭子网内各终端状态和下发控制指令。

·信息汇聚：收集、处理、转发家庭子网内各终端上报的数据。

·终端寻址：为家庭子网内各终端分配地址。

·终端认证：为家庭子网内各终端提供接入认证。

实现上述架构的家庭物联网网关的关键点有以下几个。

·完善家庭网关原有UPnP AC应用：家庭网关代理认证及终端/业务参数代理配置。子网终端自动接入认证及配置流程如图2所示，家庭物联网网关通过UPnP扩展协议实现对子网终端的基础服务发现并进行接入的响应，将子网终端上报的认证请求以代理方式提交至上层管理系统，随后把认证信息反馈给子网终端，网关进而从管理系统获取相关软件、业务的更新数据，并对子网终端进行相应的参数配置。

·完善DLNA互操作应用：细化UPnP AV应用，作为DMS实体与DLNA设备实现互操作。

·打通模块接口：打通高清媒体下载与DLNA互操作模块之间的接口，实现远程下载媒体、本地遥控播放。

·家电管理设备自动加载：以USB Dongle方式自动加载家电管理网桥，实现对信息家电的管理。

上述功能均通过网关中间件进行加载，实现对家庭各子网终端设备的接入、控制、信息处理和本地维护管理等。

（2）立体化家庭物联网应用服务体系

以家庭物联网网关为核心，充分融合家庭内部4类子网，依托家庭物联网平台，构建图3所示的立体化家庭物联网服务体系，为用户提供丰富的家庭物联网应用。

家庭物联网服务平台负责对家庭内部网络与外部网络交互的信息进行汇聚处理，实现对家庭物联网应用及终端的集中管控、信息的存储和转发等。依托于该平台构建的家庭物联网应用服务体系，可以提供的典型应用有以下几类。

· 基于短信、语音、视频的融合安防和视频监控联动应用：通过家庭物联网网关的无线射频模块、告警信息处理模块，实现对安防前端探测器射频信号的接收、告警信息的编码、SIP协议转换、指令接收与上报等管理；通过物联网平台实现基于SIP协议的网关告警信息的接收，远程管理设置与查询，告警后平台联动控制摄像头视频监控、拍照、录像等，并以语音、短信方式发送告警及视频信息。

· 基于Internet、短信等方式进行智能家电远程控制/查询/管理等应用：通过家电管理网桥（USB Dongle方式），实现对家庭内部信息家电的接入、信息处理和本地维护管理（包括全时监控、场景与模式管理等）；通过物联网平台，实现基于Internet、短信方式对家庭内部家电终端的远程控制、状态查询和管理（包括全时监控、场景与模式管理等）等功能。

·基于UPnP AV架构的家庭媒体资源共享应用：通过支持UPnP AV的 Wi-Fi网络 U盘（USB Dongle方式），实现对IPTV机顶盒、PC、数码相框等多屏资源的共享。

综上所述，家庭物联网实现方案结合了信息、通信、娱乐和生活4类子网的应用，还可通过平台的能力开放整合第三方服务集成商，提供更多的物联网应用，满足用户个性化的需求。

3.3 实施难点及建议

从技术、应用环境、商业模式等角度分析，上述实现方案在具体实施过程中主要存在以下难点。

（1）关键技术尚需突破

以二维码、RFID、传感器以及云计算为核心的关键技术的融合应用，传感网络与宽带网络、CDMA等移动通信网络的融合，这些方面的技术研发还有待深入。目前关键技术的研发力量较分散，需要聚集各方的力量，加快技术研发。

（2）体系架构仍未建立

对于立体化家庭物联网应用服务体系而言，共性平台体系架构的建立是一个关键的环节。由于其涉及众多的行业，而现阶段各行业的应用以闭环应用居多且都有进入的门槛，因此行业壁垒的突破对体系架构的建立起到了决定性的作用。

（3）缺乏完整的标准体系和成熟的商业模式

完整的标准体系是家庭物联网规模发展的前提，而目前国际上传感网的标准尚在制定之中，相关标准体系的建立仍需要较长的一段时间。另外，家庭物联网产业尚处发展初期，规模经济不够，成本相对较高，整个产业链的上中下游都在寻找一个稳定、可靠的商业模式来推动产业的发展。

（4）政策环境不够完善，共赢模式需做进一步探索

国家相关政策和设施的推动作用有待提高，产业界在发展动向方面还缺乏一定的共识，与IT业发展初期阶段类似，需在国家政策的支持下进一步挖掘产业共赢的模式。

针对这些难点，中国电信应充分发挥自身在产业链中的优势，在整合产业的技术资源、建立完善的共享机制的同时，推动标准化工作，挖掘合适的商业模式，促进产业健康发展，最终达到产业共赢、服务社会的目标。

4 结束语

在当前城市光网快速推进的背景下，中国电信通过对家庭物联网相关技术和应用的研究，推动家庭物联网的发展，开展融合接入的家庭物联网业务，实现信息价值在家庭的延伸，从而让用户可以享受全方位、立体化、高品质的数字家庭新生活。