物联网运营管理中的云服务应用研究

李 攀，高春庚

（济源职业技术学院，河南 济源 459000）

1 云服务技术相关概念综述

云服务技术是基于云计算技术的一种全新升级技术，其基本结构框架也是在云计算相关技术框架上建立的[1]。之所以称为“云”，是因为计算设施不在本地而在网络中。目前，宽带已经广泛普及，且网格计算、虚拟化、SOA以及容错技术等已经成熟，因此云服务技术已经完全具备应用条件。通过云服务，用户可以利用云计算供应商提供的基础设施以按需和易扩展的方式获得所需服务，且不需要投资类似的物理资源，极大地降低了成本。此外，云服务提供的应用通过一个中央位置来管理，这使得员工能够通过Web来远程访问应用，而不需要访问单独的站点或工作站，操作也更为便捷。而在开发者方面，云应用的更新和维护更为高效。在以往的开发过程中，物联网设备中的应用升级需要手工升级，而云服务中云应用的升级只需要升级集中的应用程序，就可以快速完成应用特征的更新，极大提升了工作效率。

深入探索云服务技术可从云应用着手，首先研究云物联技术。物联网是指物物连接的互联网，其本质仍然是从互联网延伸出的一种网络。在网络延伸扩展背景下，可以实现物与物之间的信息交换。其次则是云储存技术，该技术同样是由云计算技术延伸而出，具有分布式文件存储和集群应用等各类职能。云计算应用过程中需要配备对应的存储技术，继而使得云计算系统延伸出云存储系统。在云计算基础上建立起以数据储存和管理为核心的计算系统即是云存储，例如常用的百度云盘或360盘等均属于云存储类别。云存储系统作为全新存储计算服务技术，由服务器、交换机以及传感器等核心设备共同构成，该系统可利用虚拟化分布技术实现物理资源扩展，进一步实现资源共享[2]。

2 云服务在物联网运营管理中的应用

2.1 云服务在物联网中的应用范围及方式

物联网的运营中心可以看做是为客户提供资源储存的一类硬件设备，辅助用户寻找性价比更高的服务接口。物联网运营管理中心的核心是可根据用户需求构建信息服务平台，继而为内容提供商打造信息网络存储平台。该技术可将不同类型的服务器硬件通过光纤紧密连接，继而将各类设备资源进行有效整合，显著提高各类服务硬件设备的使用效率。

物联网设备利用传感器网络实现硬件设备的互相连接，并且传感器网络会征集相关数据信息，继而通过传感器将其发送至数据中心。通过传感器和传感网络的协同工作，可以保证物联网中的设备正常运行。随着物联网业务量的增加，物联网设备在运行过程中生成海量信息，这些信息亟需有效整合与利用。使用云服务并运用云计算模式，能够解决数据存储、检索以及使用等关键问题，实现物联网中数以兆计的各类物品的实时动态管理和智能分析。云服务将成为物联网运营管理中的重要环节，物联网与云服务的结合必将通过对各种资源共享或信息价值深度挖掘等带动整个物联网产业链的升级，推动人类生活与科学技术全面结合并发展。物联网云服务架构如图1所示。

图1 物联网云服务架构

2.2 云服务在物联网产品中的实践应用

近年来，随着人们对物联网认知程度的不断加深，云服务与物联网的结合应用已不再是新鲜概念，各类物联网公司不断开发基于物联网与云服务的产品，例如智能冰箱、智能电视以及智能热水器等。2017年，中国电信公开发布物联网公司发展基准，并同时启动江苏、广州等7个城市和12个规模外场开展研究活动。随后，中国移动开始着手物联网测试部署，且在多个城市设置试点。中国3大网络运营商不断增加物联网商用资源投入，物联网产业链发展呈现一片蓝海。物联网基于其容量较大、覆盖范围较广以及成本较低的特点，持续在智能化城市建设和智能化产品研发方面取得良好效果。虽然物联网研究尚处于初级萌芽阶段，但由于其良好的发展前景，国内诸多A股上市企业及高新技术企业已经深入物联网领域进行研究开发，例如华为企业的物联网芯片在2017年就已经开始规模化量产。同时，相关元器件制造商也针对物联网不断更新自身技术，促使物联网技术实现进一步发展。物联网技术的广泛应用将全新的通信技术引入到人们的生活中，并与互联网技术融合形成“互联网+”的新网络时代。

在云服务虚拟化技术不断发展的过程中，可通过单一虚拟化工具保证用户账号的单一性。用户可通过单一账号登录系统，在云端桌面进行操作。云服务技术在虚拟化技术使用时，用户需要构建链接中间件，通过中间件进行网络通信，以此实现硬件资源分配并处理逻辑业务[3]。

3 优化云服务在物联网运营管理中应用的技术建议

为扩展云服务与物联网融合合服务范围，需要在技术升级的基础上不断探索新型应用，以此扩大物联网的传播和应用范围。

3.1 完善部署技术

针对当前物联网技术部署的无线网络环境，可通过不同方式与多种媒介实现信息传输和储存，并保证信息在传输过程中的效率与完整度。在此过程中，可使用NB-IoT技术实现硬件设备之间信息的快速传播。NB-IoT也被称为信息共战部署，是IoT领域的一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-IoT支持待机时间长，对网络连接要求较高的设备的高效连接。该技术不仅使用成本较低，而且还具备相当高的传播效率，可以实现更广范围的网络覆盖，极大程度扩大了信息的扩散范围[4-6]。

在物联网运营管理中，NB-IoT可以有3种部署方案，分别是独立部署、保护带部署以及带内部署，如图2所示。不同部署方案对频率规划的要求不同，其中独立部署方面，随着国内2G网络退频退网节奏，使用GSM频段的重耕独立频率资源，替代目前的一个或多个GSM载波，例如中国电信在CDMA的800 M频段上开辟了独立的200 KHz带宽。保护带部署是将NB-IoT放置在LTE保护带中，使用的是LTE载波上当前没有使用的资源块。需要注意的是，保护带部署需要做好保护带规划。而带内部署方面可灵活利用LTE载波资源块部署，需考虑与LTE的兼容，同时也要避开特殊信号位置。

图2 NB-IoT的3种部署方案

3.2 规划网络架构

NB-IoT整体网络架构主要分为感知终端侧、无线网基站侧、核心网（Evolved Packet Core，EPC）侧、物联网支撑平台以及物联网应用平台5部分。

3.2.1 感知终端侧

感知终端侧主要是通过空口连接到基站。终端侧主要包含行业终端与NB-IoT模块，行业终端包括芯片与传感器接口等，NB-IoT模块则包括无线传输接口、软SIM装置以及传感器接口等。

3.2.2 无线网基站侧

无线网基站侧包括两种组网方式，一种是Single RAN解决方案，组网方式是基于软件定义的无线电（Software Defined Radio，SDR）的多模与多制式解决方案；另一种是NB-IoT网络独立新建，主要承担空口接入处理等功能，并通过S1接口与NB-IoT核心网进行连接，将非接入层数据转发给高层网元处理。

3.2.3 核心网侧

核心网侧的网元包括两种组网方式，分别是整体式的演进分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）与物联网核心网。核心网侧通过IoT EPC网元以及GSM、UITRAN、LTE共用的EPC来支持NB-IoT用户接入。

3.2.4 物联网支撑平台

物联网支撑平台主要包括归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）、策略控制和计费规则功能单元（Policy and Charging Rule Function，PCRF）以及机器对机器（Machine-To-Machine，M2M）平台。

3.2.5 物联网应用平台

物联网应用平台是NB-IoT数据的最终汇聚点，可以部署各类应用服务器，并根据客户的需求进行数据处理等操作。

3.3 优化管理技术

NB-IoT技术的使用大多基于共站组网，在该网络系统下需要完成与其他网络通信的信息传递。由于要构建共主控方式与触控方式，因此在网络搭配过程中将NB-IoT技术和其他网络匹配设置，避免IP地址产生冲突，从而影响工作效率。通过研究云服务在物联网运营管理中的应用，建议使用主控方式。NBIoT技术布置基站依据区域等级不同进行划分，在数据搭配过程中也需要根据等级进行相应划分。对于信息传输和切换，需要对应更改路径，避免出现信息交互错误。此外，需要对新接收的信息实施全方位控制管理，以此实现资源合理分配。同时还需要限制部分新用户同一时间加入网络，以此保证系统稳定可持续运行[7-10]。

3.4 强化信号覆盖

可通过强化符号扩频技术与Burst重复技术的交互性实现信号覆盖增强。如此，可在不更改原有频率符号的基础上通过对特殊信号重复增强的方式实现频谱增强预期效果，这是基于符号扩频的主要方式。Burst重复技术则是将原本的符号序列进行扩充，通过信号反复接收传递等方式使接收到的信息能够实现信号完善，以此实现信号增强效果。与此同时，将信息加密技术应用其中，窄化原有信息频率，促使海量信息同时集中发射，进而使NB-IoT技术能够获取更高的功率谱密度。以典型IoT设备（功率23 dBm）为例，上行3.75 kHz子载波，相对于LTE 上行180 kHz，提升7 dB 功率谱密度。除此之外，还可以通过放宽性能要求、部署Small Cell 基站以及设计新的信号和信道结构来扩大覆盖范围，强化信号覆盖。

4 结 论

作为一种新兴互联网通信技术，物联网可利用现阶段发达的移动技术建构涵盖传感器、无线通信网络以及各类硬件设备的全覆盖系统。基于物联网技术构建的云服务中心可利用虚拟化技术实现物理资源和虚拟资源的共享，强化对各类软件资源和硬件资源的控制及分配，促使资源配置均衡化发展，显著提升资源使用效率。此外，目前物联网运营管理中的云服务应用研究仍面临着很多挑战，包括数据的安全性问题、隐私的保护问题以及数据的容错性问题等，因此相关研究人员需要不断创新实践，为云服务在物联网运营管理中的应用奠定良好的技术基础。