1 引言
通過裝置在各類物體上的SIM卡、傳感器、二維碼等，經過接口與無線網絡相連，給物體賦予智能，可以實現人和物、物和物之間的溝通與對話。這種將物休連接起來的網絡被稱為物聯網，它具有規模性、流動性、安全性的特點。物聯網業務是基于移動通信網絡向客戶提供的個性化、智能化、信息化的物聯網應用。M2M(Machine-to-Machine/Man)是現階段物聯網最普遍的應用形式。
2 M2M業務規模化推廣遇到的難題
M2M應用豐富多彩，市場需求巨大。M2M應用中最重要的環節是終端部分，它上行起到感知變化、獲取信息并進行傳輸的作用，下行起到傳輸指令、進行動作控制的作用。傳統的M2M終端包括通信終端和業務實現終端兩部分，如圖1所示。
圖1 M2M終端構成
其中，業務實現終端根據M2M業務的不同，對應不同類型的終端。常見的M2M業務，包括傳感器類業務、多媒體類業務、位置服務類業務及串口傳輸類業務等。基于M2M業務實現終端的不同，通信終端與業務實現終端的連接因具體業務的不同而不同。為實現通信終端與業務實現終端的正常連接，需要根據M2M業務的類型而實現對通信終端的個性化定制。
在M2M業務推廣過程中，每每會遇到終端高度個性化的難題。主要體現在通信終端與傳感器、繼電器及串口等外接設備的連接上。例如，傳感器因輸出針腳不同，對于連接方式、供電要求、后臺計算公式以及變送器等都有不同要求，幾乎每一種業務的細微變化，通信終端都需要進行針對性的定制化開發。現有的技術是通過對通信終端進行個性化定制，以完成與不同類型M2M業務實現終端的通信，因此加大了通信終端開發的工作量，增加了M2M業務的成本。鑒于M2M業務豐富多彩的實際，如果沒有一種規范化的通信終端連接方式，勢必影響M2M業務的大規模推廣。
3 業務適配器的概念和研究
3.1業務適配器的概念
為解決M2M終端的高度個性化難題，實現真正意義上M2M應用的“即插即用”上線方式，我們提出:在通信終端和傳感器、繼電器等外接設備之間設計一種業務適配器.負貴連接不同的傳感器及信號采集設備，業務適配器與通信終端采用標準接口相連接。該設計可以將通信終端所提供的能力進行標準化，同時將傳感器、繼電器的連接方式做到規范化，以便于大規模生產。除提供雙向接口功能外，業務適配器還提供供電功能.如圖2所示。
圖2 業務適配器連接圖
3.2業務適配器的總體框架
MOM業務需求多種多樣，為便于推廣，本文提出了一種業務適配器(圖3)設計，提供多路串口類、多媒體類、傳感器類開關量、模擬量等接口。
圖3 業務適配器結構示意圖
但在業務適配器設計過程中，由于M2M業務需求的多樣化，而導致業務實現側外接設備出現了連接方式不同、供電需求不同、變送器要求不同、輸出針腳不同等情況。因此，只設計一種業務適配器無法滿足所有M2M業務的需求特性;即使滿足，其設計也會因極其復雜而無法實現規模化量產，不能有效降低價格。
3.3業務適配器的分類
為保證業務適配器涵蓋業務接口種類的正交性和完備性，我們全面梳理了現有M2M業務，根據業務特性進行了聚類劃分，以下五類業務占到了目前全部M2M應用的90%以上;
(1)傳感器類:模擬量傳感器、開關量傳感器進行數據采集，再通過繼電器進行某項控制。
(2)多媒體類:將文字、音頻、視頻、圖片、動畫等需要廣為發布的信息通過GPR51/TD-SCDMA網絡傳送出去。
(3）位置服務類:利用GPS、LBS等定位技術獲得移動終端的位置信息。實現各種與位置相關的業務。
(4）串口傳輸類:用子工業生產等有數據計算能力的設備，實現數據輸人/輸出，大多采用RS232或RS485。
(5）RJ45接口類:以太網接口類應用，主要用于大數據量的不間斷傳輸。
3.4傳感器類業務適配器的實現方案
由于多媒體類、位置服務類、串口傳輸類、RJ45類多采用標準接口，因此，本文將以非標準化為主的傳感器類適配器作為主要研究對象。環境監控類應用是實際業務推廣中較多遇到的一種應用，多采用傳感器類解決方案。所以，此處將環境監測類作為試驗用例。
所謂傳感器，是能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的敏感元件與轉換元件組合。
傳感器的輸出管腳，主要包括兩針和四針兩種。而通常看到的三針腳傳感器，實際是四針腳傳感器的變種，一般是合并地線和零線所形成。六針腳傳感器基本也是四針腳的變種，通常是化學型傳感器需要對傳感器進行預加熱，傳感器工作需要達到一定溫度。多出來的兩個針腳就是專門用作加熱供電的。各種針腳傳感器如圖4所示。
圖4 不同針腳的傳感器
傳感器按照其輸出信號不同可分為兩類:
(1)模擬量傳感器:將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
(2)開關量傳感器:當一個被測量的信號達到某個特定閉值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。
根據傳感器類業務的特點，傳感器類業務適配器應具備的功能如圖5所示。
圖5 傳感器類業務適配器功能示意圖
根據業務適配器的功能要求，本文提出了針對性實現方案，即:業務適配器提供模擬量輸入的兩針腳接口、四針腳接口和六針腳接口。開關量輸入接口主要，用于連接不同的開關量傳感器。一般開關量傳感器相當于一個開關，輸入信號為斷續、是非的關系，所以，此處只提供兩針腳輸入接口即可。每個端口連接相應的信號變送器并串聯電路保護元器件，變送器用于將輸入的信號處理為設定格式的信號，信號輸出模塊用于通過連接電路將變送器傳輸的信號輸出給通信終端。如圖6所示。
圖6 傳感器類業務適配器內部結構示意圖
此外，該業務適配器還包括電路保護模塊，主要是防止強電流的沖擊如雷擊對設備的損壞。
傳感器類業務適配器的設計并不牽扯復雜電路，具有可定制性，并且對防雷、防塵、防水等特殊環境要求易于滿足，制造簡單，因而可以適應M2M業務變化的大部分需求。
3.5傳感器類業務的應用案例
智能農業大棚標準化生產監測系統，即:實時采集大棚農作物生產過程中最關鍵的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤溫度、土壤含水率等信息，通過無線網絡進行傳輸，利用短信息、WEB，WAP等手段，讓種植戶能夠實時掌握，以便于農業大棚的集中化管理和規模化運營。我們將傳感器類業務適配器分別與溫度、濕度、二氧化碳、土壤溫度、土壤含水率等五類傳感器進行連接，然后通過適配器連接通信終端;傳感器所采集的數據信息全部集中至傳感器類業務適配器，然后通過標準的通信終端無線上傳到中心服務器，從而實現生產信息的監控。
4 結束語
業務適配器的提出，將豐富的M2M業務個性化需求放在業務終端上予以實現，真正實現了M2M業務由通道型向集成型的轉變，實現了業務的即插即用，而且大大降低了終端成本，為實現M2M業務的規模化推廣，促進市場發展奠定了堅實基礎。
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本文標題：M2M終端標準化之研究
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