1 概述
M2M是“機器對機器通信（MachinetoMachine）”或者“人對機器通信（MantoMachine）”的簡稱，主要是指通過“通信網絡”傳遞信息從而實現機器對機器或人對機器的數據交換，也就是通過通信網絡實現機器之間的互聯、互通。移動通信網絡由于其網絡的特殊性，終端側不需要人工布線，可以提供移動性支撐，有利于節約成本，并可以滿足在危險環境下的通信需求，使得以移動通信網絡作為承載的M2M服務得到了業界的廣泛關注。
M2M與社會的發展和人們的生活、工作密切相關，應用遍布各個領域，主要包括：交通領域（交通監控、定位導航）、電力領域（遠程抄表和負載監控）、農業領域（大棚監控、動物溯源）、智慧城市（電梯監控、路燈控制）、安全領域（城市和企業安防）、環保領域（污染監控、水土檢測）和智能家居（老人/小孩看護、智能安防）等。
2012年初，為了更好地在全球范圍內推動物聯網標準化研究，包括ETSI、ARIB、ATIS、CCSA、TIA、TTA和TTC等在內的全球主要標準化組織（SDOs）宣布，經過幾個月的討論磋商，對合作開展M2M標準化活動的必要性達成了共識，計劃成立“M2M全球標準化組織”。
2 運營商M2M平臺結構
M2M平臺為客戶提供統一的M2M終端管理、終端設備鑒權；支持多種網絡接入方式，提供標準化的接口使得數據傳輸簡單直接；提供數據路由、監控、用戶鑒權和內容計費等管理功能。
M2M平臺的主要模塊如圖1所示，其中：終端接入模塊主要實現平臺對終端接入的認證管理、連接保持以及流量控制功能。在終端接入時，通過平臺可以完成包括報文收發、報文認證、終端流控和協議適配的功能；在終端接入后，平臺將完成終端注冊、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現終端信息查詢、狀態監測、故障管理、參數查詢和配置、遠程控制和終端操作任務管理等功能。該模塊中需要實現不同運營商的M2M終端接入協議，如中國移動通信企業標準無線機器通信協議（WMMP）、中國電信技術規范M2M終端監測控制協議（MDMP），以實現與M2M終端數據交互。
行業應用系統接入模塊實現平臺與行業應用系統的對接，為行業應用系統提供終端管理服務和行業應用數據轉發服務，包括應用接入的建立和維護、流量控制、終端管理請求處理以及應用數據轉發請求處理等基本功能。
業務管理模塊實現對終端和應用的基本信息的維護，對相應的行業應用業務進行受理、計費以及下單等。
平臺管理模塊主要完成M2M業務系統正常運行所需的基礎數據管理、操作員賬號管理、系統安全管理等功能。
門戶管理模塊提供人性化的Web登錄界面，供平臺管理員、業務管理員、企業客戶、終端廠商、服務提供商等完成終端管理、應用管理、系統管理等功能。
通信接入模塊主要實現平臺與M2M終端的通信連接，包括實現各種有線、無線接入網絡的通信功能，如2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX、ADSL等。
圖1 M2M業務系統結構
3 ETSIM2M平臺結構
歐洲電信標準化協會（ETSI）在M2M標準研究方面處于領先地位，2012年2月，ETSI發布了第一版M2M標準——ETSIM2M標準Release1。它允許多種M2M技術之間通過一個可管理平臺進行整合，對M2M設備、接口網關、應用、接入技術及M2M服務能力層進行了定義，同時提供了安全、流量管理、設備發現及生命周期管理特性。
圖2是ETSITS102690V1.1.1技術規范中定義的M2M結構，主要由網絡域、終端和網關域兩部分組成，其中網絡域部分的作用類似于圖1中M2M平臺的作用，由M2M應用、M2M服務能力、核心網、接入網、M2M管理功能和網絡管理功能模塊組成。
接入網的作用是實現M2M終端和網關域與核心網的通信；接入網包括（但不限于）：xDSL，HFC，satellite，GERAN，UTRAN，eUTRAN，Wi-Fi和WiMAX。核心網提供的功能包括IP連接、服務和網絡控制功能、與其他網絡互聯、漫游等；核心網包括（但不限于）：3GPPCNs，ETSITISPANCN和3GPP2CN。M2M服務能力模塊提供由不同應用共享的M2M功能，并通過一組開放接口公開功能；該模塊使用核心網功能，通過隱藏網絡特征簡化并優化應用開發和部署。M2M應用通過一個開放接口使用M2M服務能力。網絡管理功能模塊實現用于管理接入網和核心網所需的所有功能，如運行、管理、維護、預置和故障管理等。M2M管理功能模塊包括實現對網絡域M2M服務能力進行管理的所有功能如安全管理等，該模塊是M2M平臺的主要部分。
圖2 ETSI M2M結構
4 M2M平臺技術分析
由上述分析可以看出，M2M平臺涉及的技術主要包括門戶管理技術、通信接入技術、安全管理技術、流量控制技術和數據庫管理技術等。
4.1流量控制技術
隨著通信技術和物聯網技術的發展，M2M業務系統將獲得大規模的應用；M2M終端的種類繁多，投入應用的M2M終端的數量將獲得爆發性的增長；這些都導致M2M業務系統的流量出現幾何式的增長，需要有效的技術對這些流量進行控制。流量控制技術可以使M2M平臺對終端上傳信息的流量進行計算，在高流量情況下根據其業務的優先級和服務質量（QoS）減少對不重要信息的處理，首先處理實時性要求高的信息；系統在流量出現瞬間高峰時也可以通知系統管理員，對信息的處理進行人工干預。
根據無線接入技術的不同，M2M業務系統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、不同的移動業務接入方式，承載著不同的M2M應用。目前的M2M業務系統中具有代表性的應用可以歸納為如下幾類業務：
（1）實時持續視頻類業務，如智能交通M2M系統中的實時視頻監控；
（2）實時瞬時大數據量傳輸業務，如災害預防監控M2M系統中的數據傳輸；
（3）周期性小數據量傳輸業務，如智能抄表M2M系統中的數據傳輸；
（4）非實時瞬時小數據量傳輸業務，如M2M終端位置更新等參數上報；
（5）非實時視頻類傳輸業務，如環境監測M2M系統中視頻回放數據傳輸。
為了對上述不同種類的業務設計一套有效的QoS參數，以便進行統一的流量控制，可以對各種業務的特性參數進行提取、歸納，如業務的burst數據率、每個業務burst數據量、業務發生頻率、延遲要求、結點密度、時延抖動等參數。
4.2通信接入技術
M2M業務系統中的通信接入技術包括有線和無線兩大類，其中無線接入技術又包括2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX以及LTE-A等。目前M2M業務系統中使用最多的通信接入技術是2/3G技術；隨著LTE網絡的逐步投入運營以及Wi-Fi網絡覆蓋的日益廣泛，LTE和Wi-Fi接入技術將占據主導地位。
3GPP負責制定、發布有關的2/3G移動接入技術、LTE移動接入技術標準。對于M2M業務系統，3GPP并不研究所有的機器通信，只研究具有蜂窩通信模塊、通過蜂窩網絡進行數據傳輸的機器通信，稱之為MTC（MachineTypeCommunication）；現階段3GPP只是針對M2M業務系統的特點和需求，對已有移動接入技術進行優化。
3GPP通過對MTC典型應用、業務模型和優化對象等進行研究，確定重點解決無線接入網絡擁塞和由大量MTC設備接入導致的核心網過載問題。對于無線接入網絡擁塞問題，如大量MTC設備同時接入引起的隨機接入擁塞問題，可以通過在應用層控制MTC設備的接入時間來解決，比如：在智能抄表類的業務中，可以通過在應用層設置不同的上報時間來避免大量智能水/電表同時觸發業務上報。3GPP共確認了六種解決隨機接入擁塞的無線側候選方案，包括：接入控制方案、資源劃分方案、動態RACH資源分配方案、MTC特定的隨機接入回退（Backoff）方案、MTC特定時隙接入方案和Pull方案。
對于核心網過載問題，3GPP為終端引入一個“DelayTolerant”指示，當終端使用此指示時，表明其可以在網絡擁塞時忍受較長的延遲。當核心網處于擁塞狀態時，eNB可以拒絕或釋放掉那些對時延容忍度比較高的連接，并反饋一個等待時間值（最大值為1800s）。當終端收到上述消息后，會在終端側按照這個等待時間啟動一個計時器，在計時器到期前，相應的MTC應用不再發起RRC連接。
5 總結
為了支持實時視頻監控、災害預防、遠程醫療、移動視頻點播等M2M業務的實時大數據量的傳輸，以及其他短時迸發的高數據量業務的傳輸，M2M平臺需要提供更高的無線接入數據傳輸速率。隨著LTE網絡逐步投入運營以及Wi-Fi網絡的覆蓋越來越廣泛，同時隨著“M2M全球標準化組織”的成立以及M2M標準的逐步統一、完善，LTE和Wi-Fi接入技術將在M2M平臺中逐步占據主導地位。未來幾年，面向M2M的LTE技術、Web4.0/5.0技術、安全管理技術與流量控制技術和擁塞控制方案仍將是移動物聯網技術的創新熱點。
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本文標題：M2M平臺結構與技術分析
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