M2M通信.薛建彬译.4

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1、M2M技术基础第2部分 M2M的架构及协议 第四章 M2M的需求及高层架构原则4.1 引言l为了充分理解目前发生在不同标准的工作背后 的动机，以及最近的市场开发，熟悉基本M2M 需求是必要的 l大多数标准化组织，包括3GPP，3GPP2和 ETSI都采取了用例驱动的方法作为一种手段来 获得进一步定义业务架构的需求 l本章的目的是为了展示需求是怎样得出的，以 及M2M给潜在的系统强加了哪些新约束4.2 用例驱动方法获取M2M需求l4.2.1 用例 根据OMG（对象管理组织），一个用例描述了一个 或多个参与者与所讨论的系统之间的交互，这些交互 被表示为一系列简单的步骤。其中，参与者是存在于 系统之

2、外的某物（终端）或某人（一个或多个人）， 通过参加一系列与系统的交互来实现一个给定的目标 用例把系统视为一个进行交互的黑盒子，包括响应和 感知外部系统。 用例还将描述参与者通过系统的互动要完成什么，即 目标。4.2.2 ETSI M2M的用例lETSI TC M2M主要聚焦于业务层方面，以用例 中的一组应用实例的工作为基础，其中用例构 成了需求定义的输入 lESTI采取了一种更为正式的描述用例的方法， 这个方法中有5个主要用例成员： l智能计量 l电子健康 l联网消费 l汽车行业 l城市自动化用例的选择l在用例的选择上不可能做到面面俱到，因为， 一个系统的方法可能很片面，不能真正提供太 大的额

3、外价值，而记录太多的潜在用例又可能 给参与者之间的创新和区分留下很少的空间。 因此，选择的目标是能够覆盖足够多的用例， 以确保所有重要需求被满足，提供的架构可以 为潜在的大量M2M应用提供基础。4.2.3 用例开发的方法论-用例模板lETSI TC M2M使用的用例模板： 一般用例描述：以高层术语描述的用例的对象/目标列 出了主要突出的问题 利益相关者：用例所涉及的人或物的列表，包括消费 者、网络运营商、数据库、账单实体等 场景案例描述：用例的描述性文本，展示了利益相关 者是如何使用此系统的。这部分可以为用例提供前提 条件和触发机制。 信息交换：信息流的分段式描述，例如用例中蕴含的 注册、数据

4、检索、数据传送。 潜在的新需求：源于用例的需求列表。 用例源：参考文档或开发用例的实体。4.3 ETSI M2M智能计量方法l4.3.1 引言 智能计量工作于欧盟委员会关于智能计量的M/441授 权密切相关，此授权具有以下目标： l总目标是创建欧洲标准，将使对公共事业计量表（水、 气、电、热）的互操作成为可能，来提高客户的消费意识 ，以便及时适应客户的需求 l智能计量把提高能源效率作为目标 l智能计量消除了估算账单和人工抄表的需求，可以准确， 按时地给客户提供能源使用情况信息。在此基础上还可以 提供其他服务，如能源消耗控制能力。智能计量的6个功能l智能计量协调小组（SMCC）的一份报告记载 了

5、智能计量相对于传统计量方式提供的功能外 可以提供的6类主要功能：计量寄存器的远程读取和对指定的市场组织的供应： 计量系统的功能是通过一个在预定义的时间计划通过 标准化得接口给指定的市场组织远程提供计量表寄存 器的值 计量系统和指定市场组织之间的双向通信：计量系统 远程检索数据的能力，指定市场组织远程配置计量系 统和执行固件/软件升级的能力，计量系统接受信息的 能力l支持预付费和支付系统的计量表：允许客户以 适当的方式预付使用费用的能力，在预付消费 后或一定的时间段后自动连接供应适量能源并 断开连接。提供价目表。 l允许供应远程禁用和启用的计量表 l显示和潜在分析：为终端用户或被终端用户指 定的

6、第三方输出计量数据及潜在分析 l通过接口或网关给室内或建筑物以及其他辅助 设备显示计量信息智能计量的6个功能4.3.2 典型的智能计量部署方案智能计量用例：预付款功能l一般用例描述 配置一个智能计量系统是为了给被计费实体支付预付 款功能。用例描述的场景是在本地的智能计量信息系 统上进行和在远程对计费实体管理的情况 l利益相关者 计费实体：负责给消费者开账单的组织 消费者：消费能源的组织或人，也可以是与计费实体 签订合同来付费的组织或个人 资产实体：负责智能计量信息系统资产安装、配置、 操作和维护的组织l场景案例描述 先决条件：智能计量信息系统被安装和配置来作为一 个预付费系统，系统识别计费实体

7、和/或资产实体，并 分配地址给它们 后置条件：智能计量信息系统确认预付费触发操作已 完成的计费实体和资产实体。计费实体和/或资产实体 使系统意识到故障发生 触发：付费实体或消费者决定在智能计量信息系统上 执行一个预付费行为智能计量用例：预付款功能l 信息交换 基本流程 l资产实体或计费实体发送消息到智能计量信息系统来改变付款状 态 l智能计量信息系统验证请求 l智能计量信息系统改变付款状态 l资产实体或计费实体确认付款状态改变完成 l智能计量信息系统从资产实体或计费实体显示预配置信息 l消费者从显示器读取信息 l消费者能否对这一信息采取行动，如向智能计量信息系统增加信 用或减少紧急信用安排 l

8、当此行为结束时，智能计量信息系统向资产实体或计费实体发回 确认信息 l智能计量信息系统按预定时间间隔或根据计费实体的要求提供状 态信息智能计量用例：预付款功能可选流程1：步骤2失败智能计量信息系统无法验 证请求 l资产实体或计费实体发送消息到智能计量信息系统来改变 付款状态 l智能计量信息系统认为请求无效，无法改变付款状态或显 示预配置信息 l智能计量信息系统连同日期/时间标识一起记录事件（错误 ） l智能计量信息系统通知计费实体和/或资产实体发生了一个 错误 l结束智能计量用例：预付款功能可选流程2：步骤5失败智能计量信息系统未能显 示来自计费实体和/或资产实体的预配置信息 l资产实体或计费

9、实体发送消息到智能计量信息系统来改变 付款状态 l智能计量信息系统验证请求 l智能计量信息系统改变付款状态 l资产实体或计费实体确认付款状态改变完成 l智能计量信息系统未能显示来自计费实体和/或资产实体预 配置信息 l智能计量信息系统认为请求无效，无法显示预配置的信息 l智能计量信息系统连同日期/时间标识一起记录事件（错误 ） l智能计量信息系统通知计费实体和/或资产实体发生了一个 错误 l结束智能计量用例：预付款功能l来自用例的新需求 M2M系统应该为M2M区域网络支持自动配置功能 M2M系统应该支持精确和安全的时间同步功能。 M2M设备和M2M网关应该支持时间同步和安全时间 同步 M2M系

10、统应该支持远程更改M2M设备状态的能力， 例如启用和禁用 M2M系统应该支持能够处理此功能的协助对象间的事 务处理智能计量用例：预付款功能M2M系统应该支持以下机制，用于接收来自M2M设 备和网关的信息： l接收未经请求的信息（被动检索） l接收预定信息 M2M系统的终端应该可以验证交换数据的完整性。 l用例源 ESMIG（欧洲智能计量产业集团），文件：智能计量 功能的用例，ESMCR003-002-1.0，2009年10月智能计量用例：预付款功能用例分析l支持事务的需要 用例清楚表明，所有预付流程的步骤是不可分割的 l安全问题 将网络连接到电表使系统易受到恶意和虚假使用的攻 击，因此需要强加

11、一些安全需求，如在智能计量表和 后端应用或平台之间执行共同认证的需要，以及所有 交换信息的验证。还需确保设备或其他软件未被恶意 篡改。 l定时和主动计量 在允许后端终端定时发送命令的同时，又需要一个主 动计量读数来解决高峰需求时期的状况4.4 ETSI M2M中的电子健康方法l4.4.1 引言电子健康应用和相关设备正在被越来越多的部署，如 ： l远程病人监控（RPM）：使医疗保健提供者通过远程收 集、存储、检索和分析病人的健康信息来监控和诊断健康 状况 l疾病管理：支持病人疾病的远程管理，如提供报警功能来 触发一个警报引起医生或患者的注意 l独居老人监护：由监测老人的生命体征，确保病人按时服

12、药和跟踪他们的活动水平 l个人健康和健康改善：电子健康M2M应用可以用来记录保 健和健康指标，以及锻炼的频率和持续时间、强度等，作 为医生或健身教练的参考便携式传感器电子健康用例l需求 位置跟踪 支持关键时刻消息的处理和传送 支持时间安全同步：数据分析的需要4.4.1.1 电子健康用例例子：干扰隔离l一般用例描述 在一个远程病人监控的情况中，远程健康监测的目的 是为了获得低电压的身体信号，而这个获取过程可能 被无线电波或蜂窝无线电通信活动干扰，如 GSM/GPRS，避免或减少任何可能干扰的信号，可 以实现一个可靠的电子健康服务 在有时间限制的测量期间中断无线电传输，然后在测 量时间结束时恢复它

13、，控制无线电发射机电子健康用例例子：干扰隔离l利益相关者 病人 RMD（远程监控设备）：一个带有传感器、用户界面 和/或驱动器，以及一个M2M网络接口的M2M电子设 备。该设备收集病人信息，通过M2M网络与适当的 M2M服务器提供者和/或M2M应用通信。此外，该设 备可以接收和执行来自M2M服务提供者和M2M应用 的命令，或提供信息给病人 M2M服务提供者：一个给M2M应用实体提供M2M通 信服务的网络实体 M2M应用实体l来自用例的新需求 电子医疗设备的无干扰性 无线电传输活动指示：根据M2M业务的类型，所有 M2M设备（或网关）的无线电传输部分（如 GSM/GPRS）应向M2M设备上的应用

14、/网关提供一个无 线电传输活动的实时指示 无线电传输活动控制：根据M2M服务的类型，所有 M2M设备（或网关）的无线电传输部分可能会被M2M 设备/网关上的应用实时指示，来暂停/恢复无线电传输 活动。 l用例源：意大利电信公司对M2M ETSI TC的贡献电子健康用例例子：干扰隔离l该用例提供了另一套具有挑战性的需求：如果 GSM/GPRS设备用来传送测量数据，那么它必 须不被身体信号干扰，以确保测量数据的准确 性。此外，当执行关键传感时，需要一个机制 来允许暂停和随后的数据传输的恢复电子健康用例的需求4.5 ETSI M2M服务要求：高层概括和不同细 分市场的适用性结论l最重要的结论是，几个

15、M2M应用有许多类似的 需求，这些需求可以通过稳定的好用的软件模 块被处理，从而使一个用例有一个更简化更轻 量级的应用和开放的API来更好的体现M2M的 服务能力 l进一步的结论是，与个人通信相比，M2M通信 加入了新的业务需求。如设备的升级，及设备 密钥的升级4.6 M2M细分市场/应用说明l汽车 l智能遥测 l监控和安全 l销售点 l自动售货机 l电子健康 l视频直播 l楼宇自动化 lM2M工业自动化4.7.1 汽车l汽车的M2M部分指的是安装在车辆里的设备和 提供以下服务的网络应用 汽车事故应急呼叫业务：交通事故后，向驾驶员提供 自动化的援助。如美国通用的Onstar业务，欧洲的 PSA

16、、BMW和Volvo等 跟踪和交互式业务：提供车辆跟踪业务，包括多个应 用： l被偷车辆的跟踪和交互停止 l按里程付费汽车保险 l基于区域分区的付款 l车队管理 l旅游信息推送 l基于位置的广告和商业业务汽车交互式商业和娱乐应用，包括 l视频点播下载 l互动游戏 l交互式付款 l互联网接入 l汽车应用的业务特征/网络影响：高移动性 高数据传输率，特别是对商业和娱乐应用 多承载连接4.7.2 智能遥测l智能遥测应用的业务特征/网络影响：固定设备没有移动性 低数据传输率 可预见的行为 延迟容忍 同步效应4.7.3 监控和安全l监控和安全主要部署在住宅和商业楼来为安全 警报提供图片和视频监控信息 l监控和安全应用的业务特征/网络影响：没有移动性 当触发警报过程时，信息周期性交换而非不可预知的 突发信息交换 偶尔业务高峰 多承载连接4.7.4 销售点（PoS）lPoS终端（包括ATM）提供如现金分配、支付 和所有收银台的服务。为