1 概述

    M2M是“機(jī)器對(duì)機(jī)器通信（MachinetoMachine）”或者“人對(duì)機(jī)器通信（MantoMachine）”的簡稱，主要是指通過“通信網(wǎng)絡(luò)”傳遞信息從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器對(duì)機(jī)器或人對(duì)機(jī)器的數(shù)據(jù)交換，也就是通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間的互聯(lián)、互通。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由于其網(wǎng)絡(luò)的特殊性，終端側(cè)不需要人工布線，可以提供移動(dòng)性支撐，有利于節(jié)約成本，并可以滿足在危險(xiǎn)環(huán)境下的通信需求，使得以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為承載的M2M服務(wù)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

    M2M與社會(huì)的發(fā)展和人們的生活、工作密切相關(guān)，應(yīng)用遍布各個(gè)領(lǐng)域，主要包括：交通領(lǐng)域（交通監(jiān)控、定位導(dǎo)航）、電力領(lǐng)域（遠(yuǎn)程抄表和負(fù)載監(jiān)控）、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（大棚監(jiān)控、動(dòng)物溯源）、智慧城市（電梯監(jiān)控、路燈控制）、安全領(lǐng)域（城市和企業(yè)安防）、環(huán)保領(lǐng)域（污染監(jiān)控、水土檢測）和智能家居（老人/小孩看護(hù)、智能安防）等。

    2012年初，為了更好地在全球范圍內(nèi)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化研究，包括ETSI、ARIB、ATIS、CCSA、TIA、TTA和TTC等在內(nèi)的全球主要標(biāo)準(zhǔn)化組織（SDOs）宣布，經(jīng)過幾個(gè)月的討論磋商，對(duì)合作開展M2M標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的必要性達(dá)成了共識(shí)，計(jì)劃成立“M2M全球標(biāo)準(zhǔn)化組織”。

2 運(yùn)營商M2M平臺(tái)結(jié)構(gòu)

    M2M平臺(tái)為客戶提供統(tǒng)一的M2M終端管理、終端設(shè)備鑒權(quán)；支持多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口使得數(shù)據(jù)傳輸簡單直接；提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權(quán)和內(nèi)容計(jì)費(fèi)等管理功能。

    M2M平臺(tái)的主要模塊如圖1所示，其中：終端接入模塊主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)對(duì)終端接入的認(rèn)證管理、連接保持以及流量控制功能。在終端接入時(shí)，通過平臺(tái)可以完成包括報(bào)文收發(fā)、報(bào)文認(rèn)證、終端流控和協(xié)議適配的功能；在終端接入后，平臺(tái)將完成終端注冊(cè)、終端登錄、終端退出以及終端注銷等功能。此外終端接入模塊還實(shí)現(xiàn)終端信息查詢、狀態(tài)監(jiān)測、故障管理、參數(shù)查詢和配置、遠(yuǎn)程控制和終端操作任務(wù)管理等功能。該模塊中需要實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營商的M2M終端接入?yún)f(xié)議，如中國移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無線機(jī)器通信協(xié)議（WMMP）、中國電信技術(shù)規(guī)范M2M終端監(jiān)測控制協(xié)議（MDMP），以實(shí)現(xiàn)與M2M終端數(shù)據(jù)交互。

    行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)接入模塊實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)接，為行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供終端管理服務(wù)和行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，包括應(yīng)用接入的建立和維護(hù)、流量控制、終端管理請(qǐng)求處理以及應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求處理等基本功能。

    業(yè)務(wù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)終端和應(yīng)用的基本信息的維護(hù)，對(duì)相應(yīng)的行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)進(jìn)行受理、計(jì)費(fèi)以及下單等。

    平臺(tái)管理模塊主要完成M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、操作員賬號(hào)管理、系統(tǒng)安全管理等功能。

    門戶管理模塊提供人性化的Web登錄界面，供平臺(tái)管理員、業(yè)務(wù)管理員、企業(yè)客戶、終端廠商、服務(wù)提供商等完成終端管理、應(yīng)用管理、系統(tǒng)管理等功能。

    通信接入模塊主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與M2M終端的通信連接，包括實(shí)現(xiàn)各種有線、無線接入網(wǎng)絡(luò)的通信功能，如2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX、ADSL等。

圖1 M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 ETSIM2M平臺(tái)結(jié)構(gòu)

    歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）在M2M標(biāo)準(zhǔn)研究方面處于領(lǐng)先地位，2012年2月，ETSI發(fā)布了第一版M2M標(biāo)準(zhǔn)——ETSIM2M標(biāo)準(zhǔn)Release1。它允許多種M2M技術(shù)之間通過一個(gè)可管理平臺(tái)進(jìn)行整合，對(duì)M2M設(shè)備、接口網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用、接入技術(shù)及M2M服務(wù)能力層進(jìn)行了定義，同時(shí)提供了安全、流量管理、設(shè)備發(fā)現(xiàn)及生命周期管理特性。

    圖2是ETSITS102690V1.1.1技術(shù)規(guī)范中定義的M2M結(jié)構(gòu)，主要由網(wǎng)絡(luò)域、終端和網(wǎng)關(guān)域兩部分組成，其中網(wǎng)絡(luò)域部分的作用類似于圖1中M2M平臺(tái)的作用，由M2M應(yīng)用、M2M服務(wù)能力、核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、M2M管理功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能模塊組成。

    接入網(wǎng)的作用是實(shí)現(xiàn)M2M終端和網(wǎng)關(guān)域與核心網(wǎng)的通信；接入網(wǎng)包括（但不限于）：xDSL，HFC，satellite，GERAN，UTRAN，eUTRAN，Wi-Fi和WiMAX。核心網(wǎng)提供的功能包括IP連接、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)控制功能、與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、漫游等；核心網(wǎng)包括（但不限于）：3GPPCNs，ETSITISPANCN和3GPP2CN。M2M服務(wù)能力模塊提供由不同應(yīng)用共享的M2M功能，并通過一組開放接口公開功能；該模塊使用核心網(wǎng)功能，通過隱藏網(wǎng)絡(luò)特征簡化并優(yōu)化應(yīng)用開發(fā)和部署。M2M應(yīng)用通過一個(gè)開放接口使用M2M服務(wù)能力。網(wǎng)絡(luò)管理功能模塊實(shí)現(xiàn)用于管理接入網(wǎng)和核心網(wǎng)所需的所有功能，如運(yùn)行、管理、維護(hù)、預(yù)置和故障管理等。M2M管理功能模塊包括實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)域M2M服務(wù)能力進(jìn)行管理的所有功能如安全管理等，該模塊是M2M平臺(tái)的主要部分。

圖2 ETSI M2M結(jié)構(gòu)

4 M2M平臺(tái)技術(shù)分析

    由上述分析可以看出，M2M平臺(tái)涉及的技術(shù)主要包括門戶管理技術(shù)、通信接入技術(shù)、安全管理技術(shù)、流量控制技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等。

    4.1流量控制技術(shù)

    隨著通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)將獲得大規(guī)模的應(yīng)用；M2M終端的種類繁多，投入應(yīng)用的M2M終端的數(shù)量將獲得爆發(fā)性的增長；這些都導(dǎo)致M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)的流量出現(xiàn)幾何式的增長，需要有效的技術(shù)對(duì)這些流量進(jìn)行控制。流量控制技術(shù)可以使M2M平臺(tái)對(duì)終端上傳信息的流量進(jìn)行計(jì)算，在高流量情況下根據(jù)其業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)和服務(wù)質(zhì)量（QoS）減少對(duì)不重要信息的處理，首先處理實(shí)時(shí)性要求高的信息；系統(tǒng)在流量出現(xiàn)瞬間高峰時(shí)也可以通知系統(tǒng)管理員，對(duì)信息的處理進(jìn)行人工干預(yù)。

    根據(jù)無線接入技術(shù)的不同，M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)中存在著各種各樣的M2M終端，主要包括2/3G終端、LTE終端、Wi-Fi終端、WiMAX終端等。這些終端具有不同的上/下行傳輸速率、不同的移動(dòng)業(yè)務(wù)接入方式，承載著不同的M2M應(yīng)用。目前的M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)中具有代表性的應(yīng)用可以歸納為如下幾類業(yè)務(wù)：

    （1）實(shí)時(shí)持續(xù)視頻類業(yè)務(wù)，如智能交通M2M系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；

    （2）實(shí)時(shí)瞬時(shí)大數(shù)據(jù)量傳輸業(yè)務(wù)，如災(zāi)害預(yù)防監(jiān)控M2M系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸；

    （3）周期性小數(shù)據(jù)量傳輸業(yè)務(wù)，如智能抄表M2M系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸；

    （4）非實(shí)時(shí)瞬時(shí)小數(shù)據(jù)量傳輸業(yè)務(wù)，如M2M終端位置更新等參數(shù)上報(bào)；

    （5）非實(shí)時(shí)視頻類傳輸業(yè)務(wù)，如環(huán)境監(jiān)測M2M系統(tǒng)中視頻回放數(shù)據(jù)傳輸。

    為了對(duì)上述不同種類的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)一套有效的QoS參數(shù)，以便進(jìn)行統(tǒng)一的流量控制，可以對(duì)各種業(yè)務(wù)的特性參數(shù)進(jìn)行提取、歸納，如業(yè)務(wù)的burst數(shù)據(jù)率、每個(gè)業(yè)務(wù)burst數(shù)據(jù)量、業(yè)務(wù)發(fā)生頻率、延遲要求、結(jié)點(diǎn)密度、時(shí)延抖動(dòng)等參數(shù)。

    4.2通信接入技術(shù)

    M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的通信接入技術(shù)包括有線和無線兩大類，其中無線接入技術(shù)又包括2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX以及LTE-A等。目前M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)中使用最多的通信接入技術(shù)是2/3G技術(shù)；隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的逐步投入運(yùn)營以及Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋的日益廣泛，LTE和Wi-Fi接入技術(shù)將占據(jù)主導(dǎo)地位。

    3GPP負(fù)責(zé)制定、發(fā)布有關(guān)的2/3G移動(dòng)接入技術(shù)、LTE移動(dòng)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)，3GPP并不研究所有的機(jī)器通信，只研究具有蜂窩通信模塊、通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)器通信，稱之為MTC（MachineTypeCommunication）；現(xiàn)階段3GPP只是針對(duì)M2M業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，對(duì)已有移動(dòng)接入技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

    3GPP通過對(duì)MTC典型應(yīng)用、業(yè)務(wù)模型和優(yōu)化對(duì)象等進(jìn)行研究，確定重點(diǎn)解決無線接入網(wǎng)絡(luò)擁塞和由大量MTC設(shè)備接入導(dǎo)致的核心網(wǎng)過載問題。對(duì)于無線接入網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，如大量MTC設(shè)備同時(shí)接入引起的隨機(jī)接入擁塞問題，可以通過在應(yīng)用層控制MTC設(shè)備的接入時(shí)間來解決，比如：在智能抄表類的業(yè)務(wù)中，可以通過在應(yīng)用層設(shè)置不同的上報(bào)時(shí)間來避免大量智能水/電表同時(shí)觸發(fā)業(yè)務(wù)上報(bào)。3GPP共確認(rèn)了六種解決隨機(jī)接入擁塞的無線側(cè)候選方案，包括：接入控制方案、資源劃分方案、動(dòng)態(tài)RACH資源分配方案、MTC特定的隨機(jī)接入回退（Backoff）方案、MTC特定時(shí)隙接入方案和Pull方案。

    對(duì)于核心網(wǎng)過載問題，3GPP為終端引入一個(gè)“DelayTolerant”指示，當(dāng)終端使用此指示時(shí)，表明其可以在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)忍受較長的延遲。當(dāng)核心網(wǎng)處于擁塞狀態(tài)時(shí)，eNB可以拒絕或釋放掉那些對(duì)時(shí)延容忍度比較高的連接，并反饋一個(gè)等待時(shí)間值（最大值為1800s）。當(dāng)終端收到上述消息后，會(huì)在終端側(cè)按照這個(gè)等待時(shí)間啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)器，在計(jì)時(shí)器到期前，相應(yīng)的MTC應(yīng)用不再發(fā)起RRC連接。

5 總結(jié)

    為了支持實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、災(zāi)害預(yù)防、遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)視頻點(diǎn)播等M2M業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)量的傳輸，以及其他短時(shí)迸發(fā)的高數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的傳輸，M2M平臺(tái)需要提供更高的無線接入數(shù)據(jù)傳輸速率。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)逐步投入運(yùn)營以及Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋越來越廣泛，同時(shí)隨著“M2M全球標(biāo)準(zhǔn)化組織”的成立以及M2M標(biāo)準(zhǔn)的逐步統(tǒng)一、完善，LTE和Wi-Fi接入技術(shù)將在M2M平臺(tái)中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。未來幾年，面向M2M的LTE技術(shù)、Web4.0/5.0技術(shù)、安全管理技術(shù)與流量控制技術(shù)和擁塞控制方案仍將是移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新熱點(diǎn)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：M2M平臺(tái)結(jié)構(gòu)與技術(shù)分析

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