物联网技术第5章M2M技术.ppt

第五章￿M2M技术概述 M2M的体系结构，协议，内容 M2M应用312M2M前景和挑战 4目录5.1￿概述￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ 上世纪90年代中后期，随着各种信息通讯手段的发展，加之地球上各类设备的不断增加，人们开始越来越多的关注于如何对设备和资产进行有效监视和控制，甚至如何用设备控制设备——“M2M”理念由此起源什么是M2MuM2M是现阶段物联网最普遍的应用形式，是现阶段物联网最普遍的应用形式，是实现物联网的第一步是实现物联网的第一步u 未来的物联网将是由无数个未来的物联网将是由无数个M2M系统系统构成，不同的构成，不同的M2M系统会负责不同的功能处系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统智能化的社会系统相关概念M2M传感网感网物物联网网泛在网泛在网络智慧地球智慧地球应用层通信对象网络层传感器+近距离无线通信（低速、低功耗）传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端通信终端：、上网卡等物-物物-物人-物物-物人-物人-人不包括一个或几个网络初期：传输后期：融合，协同多网络、多技术异构协同智能：跨技术、跨网络、跨行业、跨应用末端网/终端基础网络什么是M2MßM2M表达的是多种不同表达的是多种不同类型的通信技型的通信技术有有机的机的结合在一起合在一起￿ ￿Þ机器机器对机器（机器（Machine to Machine））Þ人人对机器（机器（Man to Machine））Þ机器机器对人（人（Machine to Man））Þ移移动网网络对机器（机器（Mobile to Machine））M2M让机器，机器，设备，，应用用处理理过程与后台信息系程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。

共享信息，并与操作者共享信息什么是M2MßM2MM2M（（Machine/Man-to-Machine/ManMachine/Man-to-Machine/Man））Þ是一种以机器智能交互是一种以机器智能交互为核心的、网核心的、网络化的化的应用与服用与服务Þ简单地地说，，M2MM2M是指机器之是指机器之间的互的互联互通ÞM2M M2M 技技术使所有机器使所有机器设备都具都具备连网和通信能网和通信能力，它力，它让机器、人与系机器、人与系统之之间实现超超时空的无空的无缝连接ÞM2MM2M通信技通信技术综合了通信和网合了通信和网络技技术，将遍布在，将遍布在日常生日常生产生活中的机器生活中的机器设备连接成网接成网络，使，使这些些设备变得更加得更加““智能智能””，从而可以，从而可以创造出丰富造出丰富的的应用，用，给人人们的日常生活、工的日常生活、工业生生产等等带来来新一新一轮的的变革M2M示意图什么是M2MßM2M（（Machine to Machine）机器与机器之）机器与机器之间自自动的数据交的数据交换Þ包括包括传统意意义上的机器，如汽上的机器，如汽车、自、自动售售货机等机等Þ也包括虚也包括虚拟意意义上的机器，如上的机器，如软件等件等ß基于通用通信网基于通用通信网络实现的机器与机器之的机器与机器之间的的““交流交流””引出了所引出了所谓““物物联网网””的概念，其的概念，其设想是：想是：（European￿Telecommunication￿Standards￿Institute,￿ETSI）（Third￿Generation￿Partnership￿Project，3GPP）（China￿Communications￿Standards￿Association￿CCSA）研究M2M的各大标准化组织欧洲电信标准协会第三代协作项目组织中国通信标准化协会ETSI￿M2M￿通信功能体系架构标准化组织标准化组织项目内容项目内容3GPP标准化工作3GPPFS_M2M这这个个项项目目是是3GPP 3GPP 针针对对M2M M2M 通通信信进进行行的的可可行行性性研研究究报报告告，，由由SA1 SA1 负负责责相相关关研研究究工工作作。

研研究究报报告告《《3GPP 3GPP 系系统统中中支支持持M2MM2M通通信信的的可可行行性性研研究究》》于于2005 2005 年年9 9 月立项，月立项，2007 2007 年年3 3 月完成月完成NIMTC重点研究支持机器类型通信对移动通信网络的增强要求，包括对重点研究支持机器类型通信对移动通信网络的增强要求，包括对GSMGSM、、UTRANUTRAN、、EUTRAN EUTRAN 的增强要求，以及对的增强要求，以及对GPRSGPRS，，EPC EPC 等核心网络等核心网络的增强要求的增强要求FS_MTCe支支持持机机器器类类型型通通信信的的增增强强研研究究是是计计划划在在R11 R11 阶阶段段立立项项的的新新研研究究项项目目主主要要负负责责研研究究支支持持位位于于不不同同PLMN PLMN 域域的的MTC MTC 设设备备之之间间的的通通信信的的网网络络优化技术此项目的研究需要与优化技术此项目的研究需要与ETSITCM2METSITCM2M中的相关研究保持协同中的相关研究保持协同FS_AMTC本本研研究究项项目目旨旨在在寻寻找找E.164 E.164 的的替替代代，， 用用于于标标识识机机器器类类型型终终端端以以及及终终端端之之间间的的路路由由消消息息，， 是是R11 R11 阶阶段段新新立立项项的的研研究究课课题题，， 已已于于2010 2010 年年2 2月启动。

月启动SIMTC支持机器类型通信的系统增强研究，此为支持机器类型通信的系统增强研究，此为R11 R11 阶段的新研究课题阶段的新研究课题在在FS_MTCe FS_MTCe 项目的基础上，研究项目的基础上，研究R10 R10 阶段阶段NIMTC NIMTC 的解决方案的增强的解决方案的增强型版本项目(1) TC5WG7 完成了移动M2M 业务研究报告，描述了M2M 的典型应用、分析了M2M 的商业模式、业务特征以及流量模型，给出了M2M 业务标准化的建议2) TC5WG9 于2010 年立项的支持M2M 通信的移动网络技术研究， 任务是跟踪3GPP 的研究进展，结合国内需求， 研究M2M通信对RAN 和核心网络的影响及其优化方案等3) TC10WG2M2M 业务总体技术要求， 定义M2M业务概念、描述M2M场景和业务需求、系统架构、接口以及计费认证等要求4) TC10WG2M2M通信应用协议技术要求，规定M2M通信系统中端到端的协议技术要求CCSA 标准化工作 各个组织对M2M的理解均不同，M2M也没有统一的标准除了，ETSI,3GPP等标准化组织推进M2M标准化的进程之外，也有一些运营商制定相关的一些标准。

5.2￿M2M的体系结构、协议、内容M2MM2M机器应用中间件M2M终端通信网络M2M系统构架具体系统结构M2M 终端具有的功能•接收接收远程程M2M平台激活指令平台激活指令•本地故障本地故障报警警•数据通信数据通信•远程升程升级•使用短消息使用短消息/彩信彩信/GPRS等几种接口通信等几种接口通信协议与与M2M平台平台进行通信行通信终端端设备（（TE））: 主主要要完完成成行行业数数字字模模拟量量的的采采集集和和转化化无无线模模块（（MT，，移移动终端端））: 主主要要完完成成数数据据传输、、终端状端状态检测、、链路路检测及系及系统通信功能通信功能行行业专用用终端端无无线调制制解解调器器:又又称称为无无线模模块，，具具有有终端端管管理理模模块功功能能和和无无线接接入入能能力力用于在行用于在行业监控控终端与系端与系统间无无线收收发数据数据手手持持设备:通通常常具具有有查询M2M终端端设备状状态、、远程程监控控行行业作作业现场和和处理理办公文件等功能公文件等功能 M2M终端类型终端管理模块ß终端管理模端管理模块为软件模件模块，，可以位于可以位于TE或或MT设备中，主要中，主要负责维护和管理通信和管理通信及及应用功能，用功能，为应用用层提供安全可靠和提供安全可靠和可管理的通信服可管理的通信服务。

•M2M管理平台管理平台为客客户提供提供统一的移一的移动行行业终端管理、端管理、终端端设备鉴权•支持多种网支持多种网络接入方式，提供接入方式，提供标准化的接准化的接口使得数据口使得数据传输简单直接直接•提供数据路由、提供数据路由、监控、用控、用户鉴权、内容、内容计费等管理功能等管理功能M2M管理平台的功能GPRS接入模接入模块: 使用使用GPRS方式与方式与M2M终端端传送数据送数据行行业网网关关接接入入模模块: 负责完完成成行行业网网关关的的接接入入，，通通过行行业网网关关完完成成与与短短信信网网关关、、彩彩信信网网关关的的接接入入，，最最终完完成成与与M2M终端的通信端的通信通信接入模通信接入模块终端端接接入入模模块: 负责M2M平平台台系系统通通过行行业网网关关或或GGSN与与M2M终端端收收发协议消息的解析和消息的解析和处理理数数据据库模模块: 保保存存各各类配配置置数数据据、、终端端信信息息、、集集团客客户（（EC））信信息息、、签约信息和黑信息和黑/白名白名单、、业务数据、信息安全信息、数据、信息安全信息、业务故障信息等故障信息等应用接入模用接入模块: 实现M2M应用系用系统到到M2M平台的接入平台的接入业务处理理模模块: 是是M2M平平台台的的核核心心业务处理理引引擎擎，，实现M2M平平台台系系统的的业务消息的集中消息的集中处理和控制理和控制Web模模块: 提供提供Web方式操作方式操作维护与配置功能与配置功能 M2M平台 (按照功能划分)ßM2MM2M终端端获得了信息以后，本身并不得了信息以后，本身并不处理理这些信息，而是将些信息，而是将这些信息集中到些信息集中到应用平台用平台上来，由上来，由应用系用系统来来实现业务逻辑。

应用系统应用系统的主要功能ß把感知和把感知和传输来的信息来的信息进行分析和行分析和处理，理，做出正确的控制和决策，做出正确的控制和决策，实现智能化的管智能化的管理、理、应用和服用和服务M2M系系统结构的特点与影响构的特点与影响ß1.多数性多数性Þ设备的数量在数量的数量在数量级上的增加将上的增加将导致致应用用程序程序结构和网构和网络负载的的压力力Þ移移动网网络在在设计时并没有考并没有考虑这些些M2M设备ß2.多多样性性ÞM2M应用程序的用程序的实现导致了大量有多种需致了大量有多种需求的求的设备的出的出现Þ带来异构性，来异构性，对互操作能力是一大挑互操作能力是一大挑战ß3.不可不可见性性Þ设备必必须很少或不需要人的控制，很少或不需要人的控制，这就要就要求求设备管理被无管理被无缝地集成到服地集成到服务和网和网络管管理中M2M系统结构的特点与影响ß4.临界性界性Þ一些一些应用（如智能用（如智能电网上的网上的电压、生命保、生命保障系障系统等）在延等）在延迟和可靠性上有和可靠性上有严格要求，格要求，这将挑将挑战和超越和超越现代网代网络的能力的能力ß5.隐私私问题Þ设备管理被集成到通信系管理被集成到通信系统中，意味着中，意味着对于于设备上数据的上数据的隐私私问题和安全和安全问题成成为人人们关注的关注的问题之一之一从技从技术层面看，各面看，各环节发展展现状及主要状及主要难点各不相点各不相同同1.现状：能满足部分应用•短距离为主，嵌入式基本实现，功耗有待改进，目前能满足部分应用2.难点：技术标准及成本成为障碍•技术协议和标准存在多种，且各有优劣，目前处于混战•由于技术的发展不足以支撑终端成本的下降，成本成为重要障碍因素3.热点：业内关注ZigBee和RFID•ZigBee功耗低，成本低50美分，组网方便，但缺乏安全规范及完善的标准•RFID成本高，无源单向，未来重点研究超高频和有源RFID，推向民用应用域网络域终端域1.基础网络层面：能够支撑•从带宽、网络结构方面，基本能够支撑。

未来对于流量的增加应如何合理利用带宽和网络资源成为业内关注热点2.业务网络层面：•支撑层从垂直向水平融合存在不足，需要搭建水平分层业务网络体系•目前IP资源的紧缺1.借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策2.复杂的应用层语言环境、内容管理等要求1.传感网和通信网的无缝连接2.统一的协议栈1.上下文感知技术2.信息和数据集成处理技术终端及网络的融合网络与应用的融合M2M技术组成ßM2M涉及到涉及到5个重要的技个重要的技术部分，包括：部分，包括：Þ智能化机器智能化机器ÞM2M硬件硬件Þ通信网通信网络Þ中中间件件Þ应用用1.智能化机器ß实现M2M的第一步就是从机器的第一步就是从机器/设备中中获取取数据，然后把它数据，然后把它们通通过网网络发送出去使送出去使机器机器““开口开口说话””，，让机器具机器具备信息感知能信息感知能力、信息加工（力、信息加工（计算能力）、无算能力）、无线通信能通信能力ß使机器具使机器具备““说话””能力的基本方法有两种：能力的基本方法有两种：Þ生生产设备的的时候嵌入候嵌入M2M硬件硬件Þ对已有机器或已有机器或设备进行改装，使其具有通信能行改装，使其具有通信能力力M2M设备的特征ß1.功能受限功能受限Þ大多数大多数M2M设备的的计算、存算、存储能力要比目前出能力要比目前出现的笔的笔记本本电脑或低几个数量或低几个数量级ß2.低功率低功率Þ多数位于室外，不能多数位于室外，不能轻易与易与电源相源相连Þ这将减少将减少M2M程序之程序之间的交互次数的交互次数ß3.嵌入式嵌入式Þ部署后很部署后很难改改变ß4.保持不保持不变Þ设备更更换率低率低2.M2M硬件ßM2M硬件是使机器硬件是使机器获得得远程通信和程通信和联网功网功能的部件。

主要用于能的部件主要用于进行信息的提取，从行信息的提取，从各种机器各种机器设备那里那里获取数据，并取数据，并传到通信到通信网网络ß现在的在的M2M硬件共分硬件共分为5种：种：Þ嵌入式硬件：嵌入到机器中，使其具有网嵌入式硬件：嵌入到机器中，使其具有网络通通信功能常信功能常见的的产品是支持品是支持GSM/GPRS或或CDMA无无线移移动通信网通信网络的无的无线嵌入数据模嵌入数据模块Þ可可组装硬件：在装硬件：在M2M的工的工业应用中，厂商用中，厂商拥有有大量不具大量不具备M2M通信和通信和联网能力的机器，可网能力的机器，可组装硬件就是装硬件就是为满足足这些机器的网些机器的网络通信能力而通信能力而设计的包括从的包括从传感器收集数据的感器收集数据的I/O设备，将，将数据数据发送到通信网送到通信网络的的连接接终端，有些端，有些M2M硬硬件件还具具备回控功能回控功能Þ调制解制解调器：嵌入式模器：嵌入式模块要将数据要将数据传送到移送到移动通信网路，起到的就是通信网路，起到的就是调制解制解调器的作用如器的作用如果要将数据通果要将数据通过公用公用网网络或以太网送出，或以太网送出，则需要相需要相应的的Modem。

Þ智能智能传感器：具有感知能力、感器：具有感知能力、计算能力和通信算能力和通信能力的微型能力的微型传感器由智能感器由智能传感器感器组成的成的传感感网网络是是M2M技技术的重要的重要组成部分一成部分一组具具备通通信能力的智能信能力的智能传感器以感器以Ad Hoc方式构成无方式构成无线网网络，，协作感知、采集和作感知、采集和处理网理网络覆盖的地理区覆盖的地理区域中感知域中感知对象的信息并象的信息并发布布给观察者；也可以察者；也可以通通过GSM网网络或或卫星通信网星通信网络将信息将信息传给IT系系统Þ识别标识：如同每个机器，每个商品的：如同每个机器，每个商品的““身份身份证””，使机器之，使机器之间可以相互可以相互识别和区分常用的技和区分常用的技术包括条形包括条形码技技术，，RFID技技术等3.通信网络ß将信息将信息传送到目的地通信网送到目的地通信网络在在M2M技技术中中处于核心地位包括：于核心地位包括：Þ广域网（无广域网（无线移移动通信网通信网络、、卫星通信网星通信网络、、Internet、公众、公众网等）网等）Þ局域网（以太网、无局域网（以太网、无线局域网、局域网、Bluetooth））Þ个域网（个域网（ZigBee、、传感器网感器网络））4.中间件ß中中间件包括两部分件包括两部分ÞM2M网关：是网关：是M2M系系统中的翻中的翻译员，它，它获取来取来自通信网自通信网络的数据，将数据的数据，将数据传输给信息信息处理系理系统。

其主要功能是完成不同通信其主要功能是完成不同通信协议之之间的的转换Þ数据收集数据收集/集成部件：此部件是集成部件：此部件是为了将数据了将数据变成成有价有价值的信息对原始数据原始数据进行不同加工和行不同加工和处理，并将理，并将结果呈果呈现给这些信息的些信息的观察者和决策察者和决策者这些中些中间件包括：数据分析和商件包括：数据分析和商业智能部智能部件，异常情况件，异常情况报告和工作流程部件，数据告和工作流程部件，数据仓库和存和存储部件等5.应用ß 在在M2M系系统中，中，应用的主要功能是通用的主要功能是通过数据融合、数据挖掘等技数据融合、数据挖掘等技术把感知和把感知和传输来的信息来的信息进行分析和行分析和处理，理，为决策和控决策和控制提供依据，制提供依据，实现智能化的智能化的M2M业务应用用和服和服务传感器及其网络技术通信网络技术专用芯片、模块、终端技术M2M平台技术它们之间的结合技术实现M2M主要涉及的关键技术IPv4地址正在急速消耗，预计将于2011年底告罄 M2M技术的出现，使得数以亿计的M2M设备接入进网络 IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址设备众多地址耗尽解决方法IPv6技术是M2M通信网络的重中之重可以说IPv6构筑M2M的基础。

管理流–业务流并行模式M2M应用模式管理流–业务流分离模式 WMMP(Wireless M2M Protocol)协议是为实现M2M业务中M2M终端与M2M平台之间、M2M终端之间、M2M平台与M2M应用平台之间的数据通信过程而设计的应用层协议 描述了M2M终端的基本要求规定了WMMP协议对M2M终端的要求提出了M2M终端的性能要求和安全性要求5.3 M2M应用 为了解决各行业需求，M2M的业务模型由三部分组成：行业终端、移动通信网络、M2M应用平台目前全球M2M应用主要集中于三大行业和三大领域公共事公共事业/服服务交通运交通运输个人用个人用户批批发零售零售工工业/制造制造业商商业/服服务业农业开采开采/建筑建筑金融金融定位/跟踪/导航安全/监控移动支付及管理自动化和远程管理计量/检测远程医疗重点重点应用用日韩一直以推动个人业务为核心，公共事业刚刚起步以支撑U-Japan和U-Korea计划￿￿￿￿￿￿￿￿系统由监护终端设备和无线专用传感器节点构成了一个微型监护网络医疗传感器节点用来测量各种人体生理指标传感器节点将采集到的数据，通过无线通信方式将数据发送至监护终端设备，再由监护终端上的通信装置将数据传输至服务器终端设备上，由专业医护人员对数据进行观察，提供必要的咨询服务和医疗指导，实现远程医疗。

数据采集部分管理及业务平台传输部分负责采集负责采集电表数据电表数据传输数据传输数据的通道的通道管理及应管理及应用用无线抄表系统无线通信网络技术信息采集技术数据库管理技术智能交通关键技术M2M技技术发展遇到的挑展遇到的挑战ß缺乏完整的缺乏完整的标准体系准体系ß商商业模式不清晰，未形成共模式不清晰，未形成共赢的、的、规模化的模化的产业链ß窄窄带网网络限制了限制了M2M业务的的发展以及展以及业务信信息承息承载方式的多方式的多样性性ßM2M业务运运营支撑系支撑系统不完善，不能完全有不完善，不能完全有效地支撑效地支撑M2M业务的运的运营ßM2M各行各行业间融合融合难度大度大促促进M2M技技术成熟的因素成熟的因素ß高水平的框架高水平的框架Þ这指的是一套新指的是一套新兴德基于德基于结构、平台、技构、平台、技术的的标准，是以开准，是以开发非筒非筒仓式的、不式的、不过时应用程序用程序为方法整合的框架方法整合的框架ß政策和政府鼓励措施政策和政府鼓励措施ß标准准Þ各个行各个行业需要需要创造出新的造出新的标准需求在全球系准需求在全球系统的水平上的水平上处理理M2MM2M高层框架ßM2M产业面对的最大部分挑战是把垂直筒仓式转变成一套简单可发展的和递增可开展的应用程序。

图1-5表明向M2M工业成熟迈进的第二阶段过渡的标志是水平平台的出现和部署M2M工业成熟的阶段这个水平平台指的是一个贯穿业务领域、网络和设备的，连贯的有效框架这是一系列能够功能分离的技术、体系结构和过程，特别是在应用层和网络层5.4￿M2M前景和挑战 现今市场中，透过固网和无线的传输，人与人（P2P）之间的沟通或许已经成熟，但机器于机器（M2M）之间的连接却还是一块正在开发的处女地 M2M市场当下已成为全球范围内快速增长的高科技市场之一，各国的知名调研机构均对M2M应用进行过市场估算 今年全球M2M 运营商业务收入为15 亿美元，主要来自于交通、能源、安防及零售产业，今后仍然是运营商收入的集中行业 但是当前的M2M 应用，主要还是在垂直应用方面，在水平应用方面很少或没有成功的应用  产业链方面的问题：没有形成共赢和规模化的产业链 在基于垂直应用的商业模式下，M2M 用户面对的是M2M 业务集成商，而业务集成商面对产业链的其他环节业务运营方面的问题业务种类少，用户认知度低成本限制了M2M业务的发展业务运营支撑系统不完善M2M技术Thank You !。