1 物聯(lián)網(wǎng)與M2M的關(guān)系

    M2M是一種以機(jī)器終端智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。它通過在機(jī)器內(nèi)部嵌入無線通信模塊，以無線通信等為接入手段，為客戶提供綜合的信息化解決方案，以滿足客戶對監(jiān)控、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和測量等方面的信息化需求。

    從定義上看，M2M的定義是Machine to Machine，將通信能力植入機(jī)器，以機(jī)器終端智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù);而物聯(lián)網(wǎng)的定義是Thing toThing，將感知、通信、處理能力植入物體，具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網(wǎng)絡(luò)。因此物聯(lián)網(wǎng)在定義上從機(jī)器的通信發(fā)展到物與物之間的通信，擴(kuò)大了通信的范疇。

    從內(nèi)涵上看，M2M強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器與機(jī)器之間的可靠通信，而物聯(lián)網(wǎng)并重強(qiáng)調(diào)信息的全面感知，可靠傳送、智能處理，是物聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，是通過信息技術(shù)對物理世界的多維度呈現(xiàn)與智能反饋。因此物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)涵上從通信為核心的服務(wù)發(fā)展到以信息為核心的服務(wù)。

    從感知能力上看，M2M已具備通過M2M終端連接外部設(shè)備，獲得條形碼、RFID、傳感器、攝像頭等感知能力，由于受到終端能耗、體積和移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋等影響，只能實(shí)現(xiàn)信息的有限感知，而物聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)充了傳感器網(wǎng)絡(luò)作為感知神經(jīng)末梢網(wǎng)，由于其易部署、低能耗、自組網(wǎng)等特點(diǎn)，可以幫助實(shí)現(xiàn)信息的全面感知。

    從通信能力上看，M2M是以移動通信為主，只能實(shí)現(xiàn)信息的有限傳送，而物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多種通信技術(shù)的結(jié)合，將通信網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)信息的更自由傳送。從應(yīng)用場景上看，M2M由于受網(wǎng)絡(luò)覆蓋、終端能耗、終端體積、部署成本的影響，主要應(yīng)用在機(jī)器監(jiān)控領(lǐng)域；物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會帶來感知能力、網(wǎng)絡(luò)能力及處理能力的全面提升，在應(yīng)用場景上將更大的豐富。

    綜上所述，M2M是物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段最普遍的應(yīng)用形式。

2 物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)需求分析

    2．1業(yè)務(wù)發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)的需求

    業(yè)務(wù)發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)有如下3方面需求。

    2．1．1實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)提供商的需求

    國內(nèi)與全球運(yùn)營商面臨物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展的共同問題，即是僅能提供基于網(wǎng)絡(luò)的通信服務(wù)，而且由于大部分物聯(lián)網(wǎng)終端通信產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量比較小，因此單終端ARPU值明顯低于手機(jī)用戶。因此，運(yùn)營商如果希望在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中獲取更大的話語權(quán)，實(shí)現(xiàn)從通信服務(wù)到信息服務(wù)的提升，必須建設(shè)一套體現(xiàn)運(yùn)營商核心價(jià)值的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營架構(gòu)。

    2．1．2統(tǒng)一服務(wù)能力，尋求與行業(yè)深入合作的需求與行業(yè)深入合作的端到端應(yīng)用需要有效的商業(yè)模式來支持，同時(shí)也需要有效的技術(shù)架構(gòu)來配合。為了推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作，便于行業(yè)集成商快速開發(fā)應(yīng)用，低成本部署與維護(hù)業(yè)務(wù)，需要要統(tǒng)一服務(wù)能力，并提供開放的開發(fā)與調(diào)用接口。

    2．1．3統(tǒng)一運(yùn)營支撐能力，降低運(yùn)營成本的需求

    現(xiàn)網(wǎng)已有的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，大部分沒有按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)與運(yùn)營，造成難以形成規(guī)模優(yōu)勢，運(yùn)營成本較高，尤其物聯(lián)網(wǎng)終端無人值守的特征，若沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)維的成本更會顯著增加。因此有必要在全網(wǎng)推廣統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、統(tǒng)一的通信協(xié)議、統(tǒng)一的終端能力。

    2．2技術(shù)發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)的需求

    物聯(lián)網(wǎng)在機(jī)器到機(jī)器通信的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)對物理世界信息的全面感知、可靠傳輸和智能處理，因此對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層分別需要增強(qiáng)以下功能：

    感知層：增加傳感器網(wǎng)絡(luò)等局域網(wǎng)絡(luò)接入及管理能力，增加感知外設(shè)即插即用及管理能力；感知設(shè)備低能耗、小型化、低成本要求等。

    網(wǎng)絡(luò)層：增加傳感器網(wǎng)絡(luò)管理等局域網(wǎng)絡(luò)管理能力；增加對外設(shè)和物品的管理能力；基于接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)的優(yōu)化滿足業(yè)務(wù)規(guī)模發(fā)展的需求；增加端到端QoS、安全要求；增加物品和感知外設(shè)等感知對象和能力的統(tǒng)一編碼和尋址能力。

    應(yīng)用層：增加海量信息存儲、共享能力；增加信息挖掘和聚合能力。

3 物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)介紹

    對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)3層參考體系架構(gòu)，為了滿足統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一協(xié)議、統(tǒng)一終端能力的物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)需求，對物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)架構(gòu)圖

    在感知層，物聯(lián)網(wǎng)終端形態(tài)包括普通M2M終端、感知接入網(wǎng)關(guān)、感知子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、手持終端、終端外設(shè)及卡識讀物等。感知層的主要功能是信息采集與封裝，以及對上層下達(dá)控制命令的執(zhí)行。

    普通M2M終端是指嵌入遠(yuǎn)距離通信模塊(包括移動通信模塊或者是有線接入通信模塊)的通信設(shè)備，包含終端中間件和終端應(yīng)用兩部分，終端中間件是終端能力的匯集、封裝和開放的部件，終端應(yīng)用是駐留在終端上的應(yīng)用邏輯。終端外設(shè)是指傳感器、控制器、GPS、攝像頭、條碼讀寫器、RFID讀寫器等外部裝置�？ㄗR讀物是指條碼或者是RFID標(biāo)簽。感知接入網(wǎng)關(guān)是指將感知層子網(wǎng)接入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，包括網(wǎng)關(guān)中間件和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用兩部分。感知層子網(wǎng)包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Wi—Fi網(wǎng)絡(luò)、有線局域網(wǎng)等局域網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為接入到感知接入網(wǎng)關(guān)的感知子網(wǎng)終端設(shè)備，包括節(jié)點(diǎn)中間件與節(jié)點(diǎn)應(yīng)用量部分。子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)也可以接終端外設(shè)和卡識讀物。手持終端是指具有遠(yuǎn)距離通信能力、數(shù)據(jù)存儲和處理能力，人機(jī)界面交互能力的便攜設(shè)備，包含終端中間件和終端應(yīng)用兩部分，可視具體應(yīng)用情況而具備M2M終端、感知接入網(wǎng)關(guān)或感知子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的功能。

    在網(wǎng)絡(luò)層，主要包括接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)。其中接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)在承載基本通信能力以外，還考慮為機(jī)器到機(jī)器通信進(jìn)行優(yōu)化，由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)是基于人人通信設(shè)計(jì)的，對于機(jī)器通信具有不同的話務(wù)模型，可以通過優(yōu)化來降低網(wǎng)絡(luò)成本，為大規(guī)模機(jī)器接入提供技術(shù)支撐。而業(yè)務(wù)網(wǎng)中的M2M業(yè)務(wù)中間件是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營能力、統(tǒng)一通信服務(wù)能力，信息服務(wù)能力的核心業(yè)務(wù)能力集。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與感知層之間信息的可靠傳送，以及對應(yīng)用與感知設(shè)備的管理與鑒權(quán)。

    接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)在提供已有功能的基礎(chǔ)上都需要針對物聯(lián)網(wǎng)通信特征進(jìn)行優(yōu)化，并開放M2M能力，并與業(yè)務(wù)網(wǎng)協(xié)同形成整體的網(wǎng)絡(luò)能力。業(yè)務(wù)網(wǎng)主要是封裝運(yùn)營商的全部通信能力、業(yè)務(wù)管理能力、感知層遠(yuǎn)程維護(hù)能力，并向應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的開放接口。網(wǎng)管系統(tǒng)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理的基礎(chǔ)上，還需要對各層增強(qiáng)的M2M能力進(jìn)行管理。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)為滿足物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)受理、計(jì)費(fèi)等需求進(jìn)行業(yè)務(wù)支撐。

    在應(yīng)用層，先階段主要是各個(gè)行業(yè)的垂直應(yīng)用，例如智能抄表、車載導(dǎo)航、路燈控制，環(huán)境監(jiān)控、安防監(jiān)控等，在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展到較成熟的階段后，可以發(fā)展基于海量信息挖掘的聚合服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)模發(fā)展要求應(yīng)用系統(tǒng)通過統(tǒng)一接口來實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)層的通信，從而可以簡化應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用層可以通過代理模式(例如MAS)與企業(yè)已有的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，也可以通過應(yīng)用托管模式(例如ADC)來提供SaaS服務(wù)。應(yīng)用層的主要功能是業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)以及提供與用戶的交互界面。

4 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

    物聯(lián)網(wǎng)的主要特征包括全面感知、可靠傳送、智能處理3大方面。

    4．1在感知層，要解決的主要問題及關(guān)鍵技術(shù)

    (1)遠(yuǎn)程管理：物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量保證首先來自于有效的信息采集。因此對于傳感器、RFID讀寫器、GPS，攝像頭等感知設(shè)備的管理、對通信終端設(shè)備的管理、以及對感知層子網(wǎng)、感知接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備的有效遠(yuǎn)程管理是基本的關(guān)鍵技術(shù)；

    (2)低成本：低成本是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要技術(shù)，包括低成本的傳感器技術(shù)、RFID標(biāo)簽技術(shù)，M2M模組技術(shù)等；

    (3)低功耗：低功耗是降低物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)備對供電依賴，滿足更多應(yīng)用場景需要的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議來降低通信的功耗需求，或研究其它方式來進(jìn)行能源補(bǔ)充，例如太陽能供電、生物環(huán)境供電等技術(shù)，

    (4)傳感器感知能力：智能傳感器、生物傳感器、MEMS是傳感器領(lǐng)域的發(fā)展方向；

    (5)傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)化；傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，其核心技術(shù)與工程技術(shù)的不斷完善是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要前提；

    (6)外設(shè)即插即用；外設(shè)包括傳感器、控制器、GPS、攝像頭、RFID識讀器等感知設(shè)備，外設(shè)的即插即用是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活部署，以及對感知能力有效管理的重要技術(shù)。

    4．2在網(wǎng)絡(luò)層，要解決的主要問題及關(guān)鍵技術(shù)

    (1)業(yè)務(wù)運(yùn)營能力：業(yè)務(wù)運(yùn)營能力包括通信能力運(yùn)營與信息能力運(yùn)營，不斷加強(qiáng)通信服務(wù)能力，并積極開發(fā)信息運(yùn)營能力相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的重要方向，

    (2)大規(guī)模接入：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展預(yù)期是將超過人人通信規(guī)模的，因此為應(yīng)對更大規(guī)模的機(jī)器通信需求，為低成本可靠實(shí)現(xiàn)機(jī)器通信，移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)必不可少；

    (3)碼號體系：碼號作為運(yùn)營商的核心資源之一，為滿足業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展，需要提供充足的碼號資源和有效的機(jī)器尋址體系；

    (4)端到端QoS，物聯(lián)網(wǎng)承載的信息差異化非常大，對于不同價(jià)值的信息應(yīng)該進(jìn)行區(qū)分并提供不同的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)端到端的QoS差分服務(wù)，滿足不同業(yè)務(wù)的需求；

    (5)端到端安全：物聯(lián)網(wǎng)承載的信息對安全的要求差異化也比較大，對于涉及到企業(yè)生產(chǎn)、政府管理、人們生活等相關(guān)關(guān)鍵信息，有極強(qiáng)的端到端安全需求。

    4．3在應(yīng)用層，要解決的主要問題及關(guān)鍵技術(shù)

    (1)行業(yè)融合技術(shù)：通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與行業(yè)IT技術(shù)的有效融合是物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值的重要體現(xiàn)；

    (2)應(yīng)用集成技術(shù)：包括系統(tǒng)集成技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計(jì)、部署，維護(hù)等工程關(guān)鍵技術(shù)。

5 物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

    5．1物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化策略

    在分析物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化是影響物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的重要原因之一，因此全方面推廣物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作包括中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中國其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中國相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)等。

    物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系在全球都處于初步階段，中國物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)和企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系領(lǐng)域具備參與制定甚至引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)遇。建議的工作開展策略是：

    技術(shù)研究先行，在架構(gòu)確定后，加快核心技術(shù)與產(chǎn)品研究，同時(shí)完善國內(nèi)通信行標(biāo)、其他行標(biāo)，作為物聯(lián)網(wǎng)在相關(guān)行業(yè)推廣的一種重要市場手段。

    盡量挖掘國際專利，確保物聯(lián)網(wǎng)在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的話語權(quán)，并倡導(dǎo)成立國際推廣組織進(jìn)行推廣，加強(qiáng)企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的部署，積極倡導(dǎo)成立國際標(biāo)準(zhǔn)推廣組織。

    5．2物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)容

    5．2．1行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)

    物聯(lián)網(wǎng)主要相關(guān)國內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組織包括CCSA(中國電信通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)，TCIO(泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會)與傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組(WGSN)。

    CCSA TCIO第一次會議于2010年2月在北京召開，設(shè)總體工作組、應(yīng)用工作組，網(wǎng)絡(luò)工作組、感知延伸工作組4個(gè)工作組。

    WGSN是2009年9月11日成立的中國傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組，WGSN設(shè)國際標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)體系與系統(tǒng)架構(gòu)、通信與信息交互、協(xié)同信息處理、標(biāo)識、安全，接口、行業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)關(guān)、設(shè)備與測試、無線頻譜研究與測試標(biāo)準(zhǔn)等工作組。

    物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系在相關(guān)行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者是國家標(biāo)準(zhǔn)的推廣是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)融合的一種重要手段，可以重點(diǎn)考慮的行業(yè)或者國家標(biāo)準(zhǔn)包括《中國物流標(biāo)準(zhǔn)》、《中國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《中國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《中國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》等。

    5．2．2國際標(biāo)準(zhǔn)

    物聯(lián)網(wǎng)主要相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)組織包括ETSI(EuropeanTelecommunications Standards Institute)、3GPP、ZigBee Alliance／IEEE 802．15．4。

    ETSI TC M2M第1次會議于2009年1月舉行，其主要工作內(nèi)容是收集和定義M2M需求、定義M2Moverall high level架構(gòu)、補(bǔ)充現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)所沒有覆蓋的M2M的需求，并對這些需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，為ETSI提供M2M領(lǐng)域知識支持、協(xié)調(diào)ETSI與其他標(biāo)準(zhǔn)化組織之間的M2M的工作。TC M2M的主要工作組包括需求組、架構(gòu)組，智能儀表應(yīng)用組、術(shù)語組、電子醫(yī)療應(yīng)用組、消費(fèi)電子應(yīng)用組、城市自動化應(yīng)用組。

    3GPP中包括SAl(需求工作組)、SA2(架構(gòu)工作組)、SA3(安全工作組)、RAN(3G／LTE無線工作組)、GERAN(GSM無線工作組)、CT6(用戶卡工作組)分別成立了M2M相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組。全面開展?jié)M足M2M對移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化研究。

    ZigBee Alliance／IEEE 802．15．4是國際上最早最成熟的傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其中ZigBee Alliance／定義了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802．15．4定義了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)。ZigbeeAlliance工作組包括協(xié)議棧規(guī)范，Stack Profile、ZigBee Cluster Library、Application Profile、測試規(guī)范、網(wǎng)關(guān)規(guī)范等，IEEE 802．15．4當(dāng)前正在研究的是802．15．4e(MAC層改進(jìn))、802．15．4f(主動式RFID改進(jìn))、802．15．49(電力應(yīng)用物理層改進(jìn))等工作組。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(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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