關(guān)于智能家居管理系統(tǒng)分析與技術(shù)架構(gòu)的探索
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者：鄭曉敏
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及智能終端的普及，以BAT為首的互聯(lián)網(wǎng)巨頭通過投資、兼并等方式基本完成了對移動互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的布局，紛紛把智能家居作為從移動互聯(lián)網(wǎng)向家庭延伸的切人點，提前布局家庭物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務藍海。為了避免淪為管道，電信運營商一方面開展寬帶提速、大力發(fā)展光纖入戶，一方面積極探索基于光寬帶的智能家居業(yè)務發(fā)展模式。國內(nèi)電信運營商目前主要通過家庭網(wǎng)關(guān)的千萬級部署優(yōu)勢，探索基于家庭網(wǎng)關(guān)的智能家居業(yè)務發(fā)
展模式。而傳統(tǒng)家電企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、智能硬件等廠商則圍繞各自核心優(yōu)勢來構(gòu)建智能家居平臺，布局智能家居生態(tài)系統(tǒng)，包含以下5種模式。
·家電廠商：如海爾、三星，以家電智能化和云控制平臺開放為切人，構(gòu)建智能家居生態(tài)。
·互聯(lián)網(wǎng)平臺公司：如BAT、京東，不做智能硬件，而以自有云平臺和流量變現(xiàn)能力為基礎，打造智能家居硬件開放平臺。
·智能路由器廠商：如小米，將智能路由器作為向家庭業(yè)務滲透的戰(zhàn)略入口，提供通信模組、智能單品到智能硬件接人平臺的全套解決方案。
·Wi-Fi模組方案廠商：如博聯(lián)、慶科，基于芯片模組和硬件物聯(lián)操作系統(tǒng)構(gòu)建智能家居生態(tài)。
·操作系統(tǒng)廠商：蘋果推出Homekit、谷歌發(fā)布Brillo項目，基于操作系統(tǒng)構(gòu)建智能家居生態(tài)。
由于聯(lián)網(wǎng)標準、設備互聯(lián)互通等技術(shù)問題以及數(shù)據(jù)安全等管理性問題的存在，不同發(fā)展模式之間存在競爭關(guān)系，但可以看出為了提前布局未來的業(yè)務藍海，以上5種模式的戰(zhàn)略意圖大體類似，即通過智能家居平臺（或智能硬件開放平臺）的構(gòu)建，獲取家庭用戶的行為數(shù)據(jù)，利用未來的大數(shù)據(jù)運營盈利。部分電信運營商為了避免管道化，從光網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)關(guān)管理平臺切入，采用OSGI技術(shù)框架或網(wǎng)關(guān)完全透傳的方式進行智能家居應用的加載和管理，存在如下問題：
·OSGI產(chǎn)業(yè)鏈支持度不夠，限制了基于網(wǎng)關(guān)的智能家居應用的開發(fā)規(guī)模，智能網(wǎng)關(guān)的管理平臺仍然以運維為重點，OSGI框架下的智能家居應用的管理功能未能體現(xiàn)：
·隨著光纖入戶的普及，雖然運營商智能網(wǎng)關(guān)有天然的家庭網(wǎng)絡人口把控優(yōu)勢，但目前業(yè)界智能家居終端多采用Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)，智能家居應用的狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)直接透傳電信網(wǎng)絡和管理平臺，電信運營商被管道化趨勢更為明顯。
·運營商尚未建立清晰的基于可管可控的智能家居管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)和運營策略，在與產(chǎn)業(yè)鏈合作中談判話語權(quán)較弱。
綜上，電信運營商在基于智能網(wǎng)關(guān)的智能家居業(yè)務發(fā)展模式探索中面臨發(fā)展挑戰(zhàn)，需要在可管可控的智能家居管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)設計、系統(tǒng)能力和實施策略等方面進行研究。
2運營商智能家居管理系統(tǒng)需求
運營商在傳統(tǒng)的家庭業(yè)務運營管理模式中，平臺側(cè)主要關(guān)注自有網(wǎng)絡設備（如家庭寬帶接入終端一家庭網(wǎng)關(guān)）的運維和管理。OMA DM、TR-069模型和協(xié)議主要以電信終端網(wǎng)絡和設備的運行維護狀態(tài)監(jiān)測和運營保障為核心，缺少對家庭私有終端業(yè)務和用戶層面的管理功能。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展和家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端的成倍增加，電信運營商需要考慮如何構(gòu)建基于自身運營支撐系統(tǒng)的智能家居業(yè)務匯聚和發(fā)展模式，為用戶提供豐富的智能家居應用，同時需要考慮實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)鏈合作應用的可管可控，便于在產(chǎn)業(yè)鏈智慧家庭運營中占據(jù)有利位置。
2.1 家庭網(wǎng)絡和終端的統(tǒng)一管理
根據(jù)Gartner預測，2017年智慧家庭中使用的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量將超過10億件。未來家庭網(wǎng)絡內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端類型和能力多種多樣，Wi-Fi、藍牙、ZigBee、Z-wave、433 MHz等組網(wǎng)技術(shù)各不相同，運營商傳統(tǒng)采用的TR-069協(xié)議已經(jīng)不能適應對多類型、不同能力聯(lián)網(wǎng)終端的統(tǒng)一管理需求，需要考慮面向異構(gòu)網(wǎng)絡終端的統(tǒng)一管理需求，包括以下兩方面。
·設計標準的終端管理協(xié)議：借鑒互聯(lián)網(wǎng)公司的輕量化終端管理協(xié)議，根據(jù)業(yè)務運營的需求，能夠方便地對終端設備的運行狀態(tài)進行檢測，并提供正確的網(wǎng)絡和業(yè)務配置參數(shù)下發(fā)，進行軟固件的升級和加載，并且可以遠程進行維護和診斷。
·基于家庭網(wǎng)關(guān)的家庭網(wǎng)絡自動組網(wǎng)管理：家庭內(nèi)不同聯(lián)網(wǎng)終端和終端網(wǎng)絡具備自適應組網(wǎng)和修復能力。
2.2智能控制
智能控制是智能家居業(yè)務的主要特征。傳統(tǒng)電信終端的管理模式、信息獲取方式以及功能需求偏向運維，不適用于互聯(lián)網(wǎng)化的智能家居業(yè)務管理需求。智能家居業(yè)務場景中，用戶對于家庭網(wǎng)關(guān)下掛的智能家居聯(lián)網(wǎng)終端和各類傳感終端，要進行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和基于自學習的智能控制，而運營商的平臺能力中目前還未涉及面向用戶和業(yè)務的管理功能。目前已有IEEE 1888開展了面向綠色節(jié)能和物聯(lián)網(wǎng)能源監(jiān)測方面的數(shù)據(jù)采集存儲以及可視化界面的標準研究工作，但還未發(fā)布面向智能家居管理的標準框架，運營商基于戰(zhàn)略定位和運營需求需要重新定義平臺控制功能、手機客戶端、智能設備與平臺間的控制應用協(xié)議，以適用于家庭智能家居應用。智能控制相關(guān)技術(shù)包括如下幾種：
·控制應用協(xié)議：HTTP、MQTT、JSON、XML等應用協(xié)議。
·傳輸協(xié)議：TCP、UDP。
·家庭網(wǎng)絡內(nèi)外部智能終端的自動化聯(lián)動技術(shù)：允許多種標準或者私有協(xié)議之間的互操作，實現(xiàn)基于用戶場景和位置的自學習終端自動協(xié)同。
2.3滿足與第三方云平臺的接入合作運營需求
未來智能家居業(yè)務日益豐富，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作共同為用戶提供智能家居業(yè)務將成為常態(tài)，電信運營商傳統(tǒng)封閉的平臺管理模式面臨挑戰(zhàn)，因此平臺需滿足與多種類型的智能家居廠商合作對接要求。比如，針對已有云服務平臺的第三方智能家居應用，需開放平臺云服務和數(shù)據(jù)服務的接口協(xié)議，封裝open API供第三方平臺接人。對于沒有云服務平臺的智能終端廠商，平臺還需要提供針對跨協(xié)議終端的標準接入SDK。平臺開放相關(guān)技術(shù)包括以下兩種。
·open API包括：授權(quán)接入、身份認證、系統(tǒng)查詢、用戶類操作（設備綁定、設備刪除、固件升級等）、設備類操作（設備／網(wǎng)關(guān)響應查詢狀態(tài)、設備／網(wǎng)關(guān)上報狀態(tài)、推送特定版本的固件／模塊、網(wǎng)關(guān)）。
·終端標準接入SDK:包括終端互聯(lián)的物理層連接協(xié)議、平臺應用層和管理層協(xié)議封裝。
2.4數(shù)據(jù)運營
數(shù)據(jù)是未來智能家居運營的核心。智能家居業(yè)務使用過程中產(chǎn)生的用戶行為和偏好數(shù)據(jù)，一方面可以通過大數(shù)據(jù)分析后，幫助智能設備具備自我學習的能力，真正為用戶帶來智能的體驗；另一方面也可以幫助運營商基于用戶數(shù)據(jù)開展后向經(jīng)營，拓展盈利能力。運營商在構(gòu)建智能家居平臺架構(gòu)時，需要考慮如何與第三方智能家居應用廠商在數(shù)據(jù)方面的互通和共享，避免通道化。
2,5安全管理
智能家居涉及日常生活個人和家庭隱私，電信運營商如何確保用戶“敢用”是發(fā)展智能家居的基本要求。平臺側(cè)面向智能家居的安全管理主要包括以下具體方面。
·設備安全：設備標識號和鑒權(quán)碼認證機制，避免設備克隆。
·傳輸安全：支持多種對稱加密算法，獨立密鑰，保證傳輸安全。
·平臺安全：云端數(shù)據(jù)多種內(nèi)置加密算法，防止惡意破解。
·數(shù)據(jù)存儲安全：云端數(shù)據(jù)多機熱備份，避免異常情況造成的數(shù)據(jù)丟失。
3智能家居管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)
3.1平臺目標架構(gòu)
為了解決運營商在智能家居產(chǎn)業(yè)鏈中實現(xiàn)業(yè)務可管可控的發(fā)展目標，本文提出了運營商構(gòu)建智能家居管理系統(tǒng)的平臺架構(gòu)，如圖1所示。與傳統(tǒng)的家庭終端管理平臺的以運維為核心的定位不同，智能家居管理系統(tǒng)重點突出面向用戶和業(yè)務運營層面的功能以及滿足產(chǎn)業(yè)鏈開放合作的業(yè)務運營支撐需求。同時，借鑒互聯(lián)網(wǎng)化的終端管理和控制機制，在接口和協(xié)議定義方面，區(qū)分傳統(tǒng)電信終端運維管理與智能家居終端業(yè)務運營管理需求差異，制定通用設備控制和管理協(xié)議，滿足用戶體驗提升和業(yè)務快速部署的相關(guān)需求。
智能家居管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)涉及網(wǎng)元包括：智能家居管理系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡、手機控制終端、智能終端、第三方云平臺以及其他運營支撐系統(tǒng)。各網(wǎng)元之間的邊界和關(guān)系如下。
·智能家居管理系統(tǒng)：是運營商智慧家庭管理平臺的子集，與運營商傳統(tǒng)家庭終端管理系統(tǒng)（如家庭網(wǎng)關(guān)及應用管理系統(tǒng)）可相對獨立，主要實現(xiàn)對智能家居業(yè)務的管理和合作接人管理。該系統(tǒng)通過接口①實現(xiàn)與運營商原有終端管理系統(tǒng)及其他運營支撐系統(tǒng)的對接，共同形成智慧家庭管理平臺面向家庭用戶終端和網(wǎng)絡的統(tǒng)一管理。
·家庭網(wǎng)關(guān)：家庭網(wǎng)關(guān)在原有寬帶接入能力的基礎上，拓展面向智能家居的業(yè)務支撐能力。制定基于TCP/UDP的輕量化終端管理協(xié)議，與智能家居管理系統(tǒng)通過接口②，實現(xiàn)平臺和家庭網(wǎng)關(guān)間的智能家居業(yè)務參數(shù)和指令配置下發(fā)。與手機等移動終端App通過接口③，實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)的可視化業(yè)務參數(shù)配置和管理。與家庭內(nèi)部智能終端通過接口④（針對非IP設備，網(wǎng)關(guān)外插Dongle方式支持合作廠商私有協(xié)議）,實現(xiàn)設備管理和設備控制功能。
·移動終端：運營商手機App與智能家居管理系統(tǒng)間通過接口⑤，采用HTTP/JSON等協(xié)議實現(xiàn)用戶注冊、登錄鑒權(quán)以及業(yè)務控制指令的傳遞。與智能終端間通過接口⑥，實現(xiàn)手機端的家庭內(nèi)設備發(fā)現(xiàn)和局域網(wǎng)控制功能。
·智能終端：針對與家庭網(wǎng)關(guān)松耦合的IP智能家居設備（如Wi-Fi智能設備），與智能家居管理系統(tǒng)間通過接口⑦，實現(xiàn)設備管理和設備控制功能。
·第三方云：智能家居管理系統(tǒng)封裝open API，開放賬號能力、終端接入、數(shù)據(jù)分析等服務支撐能力，通過接口⑧與第三方云實現(xiàn)互聯(lián)互通，通過互授權(quán)的方式，達到共享用戶、擴展用戶群的效果，實現(xiàn)合作共贏。
3.2 系統(tǒng)功能框架設計
智能家居管理系統(tǒng)功能設計應滿足智能家居業(yè)務合作開展和運營商未來價值變現(xiàn)的目標需求。設計目標要點包括：
·建立高效的海量智能設備的接入機制：
·健全面向海量智能設備的可管可控的終端和業(yè)務管理體系：
·完善家庭大數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)：
·開放業(yè)務接入平臺：
·具備設備接入互聯(lián)互通能力。
根據(jù)以上原則，系統(tǒng)能力由3個核心管理域（業(yè)務接人域、設備管理控制域、基礎能力域）和兩大支撐域（運營支撐域、數(shù)據(jù)分析域）構(gòu)成總體框架，實現(xiàn)對智能家居業(yè)務合作接入、業(yè)務和終端管理、數(shù)據(jù)分析的全方位支撐。系統(tǒng)功能框架如圖2所示，主要完成如下功能。
·業(yè)務接入域：封裝業(yè)務接人的標準API和SDK,提升應用服務和開發(fā)能力，支持第三方業(yè)務的快速開發(fā)和接入，聚合豐富的智能家居應用。通過封裝平臺open API，提供云服務與數(shù)據(jù)服務接口能力，便于第三方業(yè)務合作接人；通過封裝設備SDK，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡和平臺的安全接人：通過封裝客戶端SDK，實現(xiàn)擴展的軟件市場和智能控制中心。
·設備管理控制域：構(gòu)建面向智能家居的全新設備管理和控制體系。與傳統(tǒng)運維為核心的終端管理模型區(qū)隔，側(cè)重基于用戶和運營的設備管理和控制機制，設計海量設備的安全接入與實時消息協(xié)議棧，提供設備間協(xié)同和雙向聯(lián)動能力，實現(xiàn)各類智能家居業(yè)務應用場景。
一基礎能力域：是提供智能家居應用的系統(tǒng)基礎支撐能力集，包括基于場景和自學習規(guī)則庫的策略管理能力，基于平臺、設備、數(shù)據(jù)、用戶訪問的多維度安全保障能力，基于異構(gòu)終端能力開放接入的服務能力以及實時消息服務能力。
·運營支撐域：提供日常系統(tǒng)維護和合作運營的接入管控支撐能力。包括運營商傳統(tǒng)的系統(tǒng)運維保障能力以及面向合作接入的資質(zhì)審核、計費、結(jié)算、產(chǎn)品管理能力。
·數(shù)據(jù)分析域：提供大數(shù)據(jù)挖掘、業(yè)務運營和價值變現(xiàn)輸出支撐能力。包括對設備聯(lián)網(wǎng)間數(shù)據(jù)、用戶行為數(shù)據(jù)、用戶偏好數(shù)據(jù)的可視化分析能力，基于用戶畫像的精準營銷能力，基于外部合作需求的數(shù)據(jù)后向運營能力。
針對本功能框架的典型業(yè)務流程，如圖3所示。
4 系統(tǒng)實施與應用驗證
運營商智能家居管理系統(tǒng)的演進需要考慮智能家居市場的成熟度以及運營商自身的能力優(yōu)勢，首先在初期重點打造連接能力，解決好智能家居終端設備快速、便捷接人運營商的家庭網(wǎng)絡的問題，平臺提供便捷的應用加載能力，對第三方應用和終端的管理以信息報備為主，業(yè)務數(shù)據(jù)仍然保留在第三方應用平臺中；在完善基礎系統(tǒng)能力的基礎上，構(gòu)建面向海量智能設備的終端和業(yè)務管理體系，實現(xiàn)對業(yè)務和設備的接人管控，運營商平臺保留全量業(yè)務和終端數(shù)據(jù)；最后探索自主構(gòu)建設備控制云服務能力，實現(xiàn)跨產(chǎn)品的互通和數(shù)據(jù)運營。根據(jù)目前運營商的現(xiàn)狀和發(fā)展目標，可分為3個階段推進智能家居管理系統(tǒng)的演進，見表1。
目前基本完成了第一階段的系統(tǒng)框架搭建，實現(xiàn)了對智能網(wǎng)關(guān)的集約運營管理，并基于賬號開放實現(xiàn)了第三方智能家居應用的動態(tài)加載�，F(xiàn)網(wǎng)已基于本文設計的智能家居管理系統(tǒng)架構(gòu)和功能框架進行了第二階段的系統(tǒng)功能開發(fā)和應用驗證。其中，開發(fā)設備管理模塊，實現(xiàn)了智能家居設備接入鑒權(quán)以及設備添加、綁定，控制、查詢等功能。制定了智能家居管理系統(tǒng)與手機客戶端、智能安防終端的標準接口，設計了消息透傳機制，通過運營商平臺，實現(xiàn)對第三方應用控制、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的備份和匯聚。經(jīng)過系統(tǒng)測試和應用驗證，具備現(xiàn)網(wǎng)部署運營的技術(shù)可行性。
5結(jié)束語
基于智能硬件控制的智能家居系統(tǒng)目前成為互聯(lián)網(wǎng)巨頭、家電廠商、智能硬件廠商布局的焦點，各類企業(yè)紛紛推出各自平臺標準，圍繞自身核心能力探索構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)。隨著傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡和家庭物聯(lián)網(wǎng)的融合，如何建立面向海量終端的一體化終端設備和業(yè)務接入管理體系，避免管道化趨勢，是運營商需要迫切解決的現(xiàn)實問題。本文在分析運營商可管可控的智能家居管理系統(tǒng)管理的基礎上，結(jié)合運營商能力現(xiàn)狀和未來發(fā)展目標，提出了智能家居管理系統(tǒng)的目標架構(gòu)、能力要求和演進建議。目前該體系架構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)進行應用驗證，對運營商開展智能家居管理系統(tǒng)建設具有一定的實踐指導意義。
6摘要：
分析了新形勢下電信運營商開展智能家居業(yè)務面臨的挑戰(zhàn)，研究了運營商智能家居管理系統(tǒng)需求，最后提出了建設可管可控的智能家居管理系統(tǒng)的平臺架構(gòu)、功能框架和實施建議。
