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1、 第6章物联网业务及应用 物联网典型应用 6 1M2M业务 6 1 1M2M概述6 1 2M2M系统架构和通信协议6 1 3M2M支撑技术6 1 4M2M业务应用6 1 5M2M发展现状 6 1 1M2M概述 M2M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 未来的物联网将是由无数个M2M系统构成 不同的M2M系统会负责不同的功能处理 通过中央处理单元协同运作 最终组成智能化的社会系统 概述 M2M的全称是机器对机器 Machine to Machine 提供了设备实时数据在系统之间 远程设备之间 机器与人之间建立无线连接的简单手段 实现人与机器 机器与机器之间畅通无阻 随时随地的通
2、信 本节内容体系 先介绍M2M的系统结构 包括M2M终端 M2M管理平台和应用系统然后介绍M2M的典型通信协议 无线机器管理协议 WMMP 进而对M2M的关键支撑技术和业务应用领域进行介绍并给出了一个M2M的应用实例 基于GPRS无线网络的远程自动雨量监测网络最后分析M2M的产业和标准发展现状以及面临的问题 6 1 2M2M系统架构和通信协议 M2M业务流程涉及众多环节 其数据通信过程内部也涉及多个业务系统包括M2M终端M2M管理平台应用系统 具体系统结构 M2M终端具有的功能 接收远程M2M平台激活指令本地故障报警数据通信远程升级使用短消息 彩信 GPRS等几种接口通信协议与M2M平台进行通
3、信 M2M终端类型 终端管理模块 终端管理模块为软件模块 可以位于TE或MT设备中 主要负责维护和管理通信及应用功能 为应用层提供安全可靠和可管理的通信服务 M2M管理平台为客户提供统一的移动行业终端管理 终端设备鉴权支持多种网络接入方式 提供标准化的接口使得数据传输简单直接提供数据路由 监控 用户鉴权 内容计费等管理功能 M2M管理平台的功能 M2M平台 按照功能划分 M2M终端获得了信息以后 本身并不处理这些信息 而是将这些信息集中到应用平台上来 由应用系统来实现业务逻辑 应用系统 应用系统的主要功能 把感知和传输来的信息进行分析和处理 做出正确的控制和决策 实现智能化的管理 应用和服务
4、M2M终端可通过GSM WCDMA TD SCDMA等不同的移动通信网络接入 通信方式包括短信 彩信等 为了屏蔽不同的通信网络 不同的通信方式的差异性 便于M2M终端设备快速接入M2M系统 需要对M2M终端设备与M2M管理平台之间的通信协议进行规范 通信协议 M2M的典型通信协议 中国移动提出的无线机器管理协议 WirelessMachineManagementProtocol WMMP WMMP协议 为实现行业终端与M2M平台数据通信过程而设计 属于与具体通信网络及通信接入方式无关的应用层协议 建立在UDP协议之上 WMMP协议栈结构 图6 2WMMP协议栈结构 采用UDP协议传输 由于GP
5、RS网络带宽较窄 延迟较大 不适于采用TCP协议进行通信 采用UDP协议无连接方式传输 其优点是效率高 流量小 节省网络带宽资源 缺点是没有确认机制 有可能引起丢包 采用UDP协议传输 根据实际经验发现 通过在UDP的上层应用层协议实现类似TCP的包确认和重传机制 采用UDP方式传输 丢包率能控制在1 以下 从而提高通信效率及可靠性 WMMP协议通信方式 长连接 指在一个过程中可以连续发送多个数据包 如果没有数据包发送 需要行业终端发送心跳包以维持此连接短连接 指通信双方有数据交互时 就建立一个WMMP过程 数据发送完成后 则断开此WMMP过程 长连接和短连接的比较 WMMP协议主要实现的功能
6、和流程 M2M终端序列号的注册和分配M2M终端登录系统M2M终端退出系统M2M连接检查终端上线失败错误状态上报M2M终端按照M2M管理平台的要求上报采集数据 告警数据或统计数据 以及向M2M管理平台请求配置数据M2M管理平台从M2M终端提取所需的数据 或向终端下发控制命令和配置信息M2M终端软件的远程升级 6 1 3M2M支撑技术 M2M系统结构中涉及5个重要的支撑技术 如图6 3所示 图6 3M2M系统的关键支撑技术 机器 Machines 实现M2M的第一步就是从机器 设备中获得数据 然后把它们通过网络发送出去 不同于传统通信网络中的终端 M2M系统中的机器应该是高度智能化的机器 机器高度
7、智能化 即机器具有 开口说话 的能力信息感知信息加工 计算能力 无线通信能力 机器高度智能化 实现方法生产设备的时候嵌入M2M硬件对已有机器进行改装 使其具备与其他M2M终端通信 组网能力 M2M硬件 是使机器获得远程通信和联网能力的部件 在M2M系统中 M2M硬件的功能主要是进行信息的提取 从各种机器 设备那里获取数据 并传送到通信网络中 M2M硬件产品 嵌入式硬件可改装硬件调制解调器 Modem 传感器识别标识 LocationTags 通信网络 通信网络在整个M2M技术框架中处于核心地位 包括广域网 无线移动通信网络 卫星通信网络 Internet 公众电话网 局域网 以太网 WLAN
8、Bluetooth 个域网 ZigBee 传感器网络 中间件 Middleware M2M网关数据收集 集成部件 M2M网关 是M2M系统中的 翻译员 它获取来自通信网络的数据 将数据传送给信息处理系统 主要的功能是完成不同通信协议之间的转换 数据收集 集成部件 目的是将数据变成有价值的信息 对原始数据进行不同加工和处理 并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者 这些中间件包括 数据分析和商业智能部件 异常情况报告和工作流程部件 数据仓库和存储部件等 应用 在M2M系统中 应用的主要功能是通过数据融合 数据挖掘等技术把感知和传输来的信息进行分析和处理 为决策和控制提供依据 实现智能化的M2M
9、业务应用和服务 6 1 4M2M业务应用 从狭义上说 M2M只代表机器和机器之间的通信 我们认为M2M的范围不应拘泥于此 而是应该扩展到人对机器 机器对人 移动网络对机器之间的连接与通信 M2M应用领域 现在 M2M应用遍及电力 交通 工业控制 零售 公共事业管理 医疗 水利 石油等多个行业 以及车辆防盗 安全监测 自动售货 机械维修 公共交通管理等日常生活当中 电力行业无线应用 电力抄表 GPRS数据传输 流量监测系统应用 M2M应用实例 M2M在气象监测领域的一个应用实例 基于GPRS无线网络的远程自动雨量监测网络 远程自动雨量监测网络 自动雨量站数据通信网络 有线和无线两种方式 数据中心
10、工作站局地计算机网络 自动雨量站 作为系统的端站安装于各个观测点 无线自动雨量站传感器单元单片机系统GPRS数据终端单元有线自动雨量站传感器单元单片机系统局地微机系统 数据通信网络 无线 自动雨量采集设备有多个 它们用各自的GPRS数据终端将数据打成IP包 经GPRS空中接口接入无线GPRS网络 由移动服务商转接到Internet 最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理中心工作站 数据通信网络 无线 GPRS终端向数据业务中心发送数据是间断性发送 可以根据需要调整发送数据的频率 这在一定程度上也降低了无线信息传输费用 无线网络设计过程中的关键问题 如何进行气象信息采集单元与GPRS终端的连接
11、如何根据具体无线网络情况合理设置如何进行数据打包发送并在数据中心工作站实现接收 数据通信网络 有线 有线雨量站中通过单片机把传感器获得的雨量信息用串行通信的方式送到局地微型机算机 计算机首先把数据进行处理和编码 然后通过互联网把数据信息送到有固定IP的数据业务中心站 数据处理中心工作站 整个网络系统的主控部分 由一台主服务器和三台数据处理服务器组成 主服务器在公网上有固定的IP地址 三台数据服务器通过集线器与主服务器联网 6 1 5M2M发展现状 M2M产业发展现状M2M标准化现状 M2M产业发展现状 国内主要由中移动 电信和联通 应用领域涉及电力 水利 交通 金融 气象等行业国外Vodafo
12、ne目前在M2M市场是全球第一 提供M2M全球服务平台以及应用业务 为企业客户的M2M智能服务部署提供托管 能够集中控制和管理许多国家推出的M2M设备 企业客户还可通过广泛的无线智能设备收集有用的客户数据 M2M标准化现状 技术标准制定主要是在 欧洲电信标准协会 EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute ETSI 3GPP国内主要是在 中国通信标准化协会 CCSA 的泛在网技术委员会 TC10 ETSI的M2M标准化进展 ETSI专门成立了一个专项小组 M2MTC 以研究如何对快速成长的M2M技术进行标准化 ETSIM2MTC的主要研究目标 从端到
13、端的全景角度研究机器对机器通信 并与ETSI内NGN的研究及3GPP已有的研究进行协同工作 ETSIM2MTC的职责 从利益相关方收集和制定M2M业务及运营需求 建立一个端到端的M2M高层体系架构 如果需要会制定详细的体系结构 找出现有标准不能满足需求的地方并制定相应的具体标准 将现有的组件或子系统映射到M2M体系结构中 M2M解决方案间的互操作性 制定测试标准 硬件接口标准化方面的考虑 与其他标准化组织进行交流及合作 ETSIM2MTC目前的研究工作 M2M业务需求 TS102689 定义M2M业务应用对通信系统的需求 以及M2M的典型应用场景 M2M功能架构 TS102690 定义M2M业
14、务应用的功能架构以及相关的呼叫会话流程 智能电表 SmartMetering 的应用场景 TS102691 智能电表的应用场景和相关技术问题 电子卫生保健 eHealth 的应用场景 TS102732 电子医疗的应用场景和相关技术问题 消费者连接 ConnectedConsumers 的应用场景 TS102857 消费者连接的应用场景和相关技术问题 M2M定义 TS102725 M2M相关的定义和名词术语 3GPP的M2M标准化进展 3GPP针对M2M的研究主要从移动网络出发 研究M2M应用对网络的影响 包括网络优化技术等 3GPP在标准制定过程中 也将M2M称作机器类通信 MachineTy
15、peCommunications MTC 在2008年5月 3GPP制定了研究项目 针对机器类通信的网络优化 NetworkImprovementforMachineTypeCommunications NIMTC 3GPP于2009年11月制定的技术报告TS22 368中定义MTC的一般需求 以及有别于人与人间通信的一些独特的业务需求 并详述了为满足MTC的业务需求 网络优化需要做的一些工作 3GPP对于M2M的研究范围 只讨论移动网的M2M通信 只定义M2M业务 不具体定义特殊的M2M应用 无线侧和网络侧的改进 不讨论跟SIM卡和 或SIM卡管理的新模型相关的内容 MTC的一般业务需求 寻
16、址计费标识安全对MTC设备的远程管理 MTC独特的业务需求 MTC设备易被偷盗 毁坏时间控制无线网络拥塞核心网络拥塞信令网络拥塞访问控制低功耗特定位置触发漫游MTC设备的端到端安全性 CCSA的M2M标准化进展 中国通信标准化协会 CCSA 泛在网技术工作委员会 TC10 包括总体组 感知延伸组 应用组和网络组M2M应用通信协议技术要求由网络组进行研究 CCSA对M2M标准化的两个方面 M2M业务的总体技术要求 包括M2M业务定义 业务特征 应用场景和业务需求 M2M系统结构和接口 计费 认证鉴权和网络管理等方面的技术要求 CCSA对M2M标准化的两个方面 M2M应用通信协议技术要求 包括M2M终端设备与M2M平台间 M2M平台与M2M应用平台间的通信协议的协议概述 协议结构 报文定义 报文交互机制 安全机制等 M2M面临的问题 缺乏完整的标准体系商业模式不清晰 未形成共赢的 规模化的产业链窄带网络限制了M2M业务的发展以及业务信息承载方式的多样性M2M业务运营支撑系统不完善 不能完全有效地支撑M2M业务的运营M2M各行业间融合难度大 6 2云计算 6 2 1云计算介绍6 2 2云计算
