電信運(yùn)營商M2M運(yùn)營管理平臺(tái)探討

何曉明

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)就是針對(duì)任何物品，通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，進(jìn)行信息交換和共享，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和測(cè)量、智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，遍及工業(yè)控制、智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、行政管理、公共安全等眾多領(lǐng)域，與我們的日常生活和工作息息相關(guān)。

物聯(lián)網(wǎng)的特征表現(xiàn)為“全面感知、可靠傳遞、智能處理”，分別對(duì)應(yīng)為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的3個(gè)層次：感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)傳送層和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層。感知延伸層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的全面感知，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，RFID技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)是感知延伸層涉及的主要技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)傳送層是在現(xiàn)有通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立起來的，綜合使用各種2G/3G無線及固定寬帶接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合，達(dá)到感知數(shù)據(jù)和控制信息可靠傳遞的目的；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，包括感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘以及基于感知數(shù)據(jù)的決策和實(shí)施。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為行業(yè)應(yīng)用和用戶提供豐富的服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的美好愿景。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用蘊(yùn)藏著巨大的潛在需求已為人們所共識(shí)，但是由于當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟、業(yè)務(wù)模式不清晰、關(guān)鍵技術(shù)還有待突破以及標(biāo)準(zhǔn)體系的缺失，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目前還處于起步階段。電信運(yùn)營商當(dāng)前的核心價(jià)值在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供更好的通信保障服務(wù)。電信運(yùn)營商已經(jīng)意識(shí)到，當(dāng)前的工作重心應(yīng)放在感知終端的標(biāo)準(zhǔn)化和物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營管理平臺(tái)的建設(shè)上來。通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以實(shí)現(xiàn)終端的開放性和低成本，讓更多廠家的感知終端按標(biāo)準(zhǔn)的接口和通信協(xié)議接入電信網(wǎng)絡(luò)，并通過物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營管理平臺(tái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，為行業(yè)應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“可運(yùn)營、可管理”的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；?jīng)營。

本文從M2M業(yè)務(wù)需求及功能架構(gòu)出發(fā)，對(duì)現(xiàn)階段電信運(yùn)營商的M2M運(yùn)營管理平臺(tái)進(jìn)行探討。

2 M2M業(yè)務(wù)需求及功能架構(gòu)

2.1 M2M基本業(yè)務(wù)需求

M2M是Machine-to-Machine的簡(jiǎn)稱，指一方或雙方是機(jī)器，且在無需或很少需要人工干預(yù)的情況下，機(jī)器通過程序控制能自動(dòng)完成整個(gè)通信過程的通信形式。M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要形式。M2M應(yīng)用非常廣泛，涉及電力、水利、農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控和自動(dòng)化、醫(yī)療、家庭生活等各個(gè)行業(yè)，已經(jīng)進(jìn)入了人們工作、生活、學(xué)習(xí)和娛樂休閑的各個(gè)方面。不同的M2M業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)安全性、終端設(shè)備移動(dòng)性以及連接時(shí)長等有不同的需求，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ETSI）和第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）專門針對(duì)M2M業(yè)務(wù)需求制訂了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范（具體可見參考文獻(xiàn)[1，2]），以下是M2M應(yīng)用的典型需求[3]。

·提供可以承諾服務(wù)質(zhì)量的通信保障，根據(jù)不同的M2M應(yīng)用需求提供不同級(jí)別的QoS保證。

·提供端到端的業(yè)務(wù)安全,移動(dòng)業(yè)務(wù)現(xiàn)有安全系統(tǒng)建立在基于用戶卡的鑒權(quán)，而基于機(jī)器類業(yè)務(wù)的主要區(qū)別在于采集數(shù)據(jù)和控制外部環(huán)境的核心是機(jī)器，在現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備和用戶卡不具有同等的安全保障，因此機(jī)器通信的安全是M2M業(yè)務(wù)需要重點(diǎn)支持的功能。

·M2M系統(tǒng)可以尋址到各種M2M終端設(shè)備。

·支持群組管理，多個(gè)具有相同功能的M2M終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)可以組成一個(gè)群組，支持對(duì)同一群組中的終端設(shè)備同時(shí)進(jìn)行相同的操作。

·終端設(shè)備遠(yuǎn)程管理，由于M2M終端設(shè)備通常情況下是無人值守的，因此M2M終端設(shè)備的遠(yuǎn)程管理需求是M2M業(yè)務(wù)最基本的特征，需要支持對(duì)M2M終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)配置和遠(yuǎn)程軟件升級(jí)等遠(yuǎn)程管理功能。

·支持不同流量的數(shù)據(jù)傳輸，如在視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)中有大量的視頻數(shù)據(jù)需要傳輸，而在智能抄表業(yè)務(wù)中只需要傳輸少量的數(shù)據(jù)信息。

·支持多種接入方式，能夠支持固定和移動(dòng)形態(tài)的終端設(shè)備通過各種方式接入。

·支持終端設(shè)備數(shù)量的擴(kuò)展，新加入的終端設(shè)備可以方便地加入到網(wǎng)絡(luò)中。

· 支持多種信息傳遞方式，包括單播、組播、任播和廣播。

·支持具有不同移動(dòng)性的終端設(shè)備，有些終端設(shè)備是固定的，而另一些終端設(shè)備則可能是低速移動(dòng)或高速移動(dòng)，對(duì)于移動(dòng)終端設(shè)備可以支持終端設(shè)備的漫游與切換，為用戶提供一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

·支持終端設(shè)備的休眠模式。由于很多M2M終端設(shè)備是沒有電源供電的，節(jié)約能量的消耗對(duì)這樣的M2M終端設(shè)備很重要，所以有些終端設(shè)備會(huì)在工作一段時(shí)間后根據(jù)一定的策略轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，M2M終端設(shè)備在休眠之后要能接收到在休眠過程中的數(shù)據(jù)信息。

2.2 M2M功能架構(gòu)

ETSI在M2M功能架構(gòu)草案[4]中提出了M2M系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

在M2M系統(tǒng)架構(gòu)中，M2M設(shè)備域由以下幾個(gè)部分組成。

（1）M2M 設(shè)備

使用M2M能力和網(wǎng)絡(luò)域功能運(yùn)行M2M的各種應(yīng)用，它可以直連接入網(wǎng)或通過M2M區(qū)域網(wǎng)絡(luò)同M2M網(wǎng)關(guān)進(jìn)行接口。

（2）M2M區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

提供M2M設(shè)備和M2M網(wǎng)關(guān)的連通性，如基于IEEE 802.15 的個(gè)域網(wǎng)、Zigbee、Bluetooth、Wi-Fi、PLC、RS232/285、各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線等。

（3）M2M 網(wǎng)關(guān)

使用M2M能力確保M2M設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用域?qū)崿F(xiàn)互連互操作，也可運(yùn)行M2M的各種應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用域由以下幾個(gè)部分組成。

（1）接入網(wǎng)

允許M2M設(shè)備域同核心網(wǎng)進(jìn)行通信，其M2M能力可能需要增強(qiáng)以適應(yīng)M2M消息的送達(dá)，如 xDSL、xPON、HFC、UTRAN、Wi-Fi、WiMAX 等。

（2）傳送網(wǎng)

負(fù)責(zé)M2M消息在網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用域中的傳送，其M2M能力可能需要增強(qiáng)以適應(yīng)M2M消息的送達(dá)。

（3）M2M 核心

由核心網(wǎng)和業(yè)務(wù)能力兩部分構(gòu)成。核心網(wǎng)提供IP連通性、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的控制、與其他網(wǎng)絡(luò)互連互通、漫游等功能，其M2M能力可能需要增強(qiáng)以適應(yīng)M2M消息的送達(dá)。業(yè)務(wù)能力提供的功能為各種應(yīng)用所共享，通過統(tǒng)一的接口向各種應(yīng)用開放其業(yè)務(wù)能力。業(yè)務(wù)能力使用核心網(wǎng)功能，通過向各種應(yīng)用隱藏網(wǎng)絡(luò)的具體技術(shù)，以簡(jiǎn)化和優(yōu)化應(yīng)用開發(fā)和部署。

（4）M2M 應(yīng)用

基于統(tǒng)一開放接口運(yùn)行業(yè)務(wù)相關(guān)邏輯及使用業(yè)務(wù)能力。

（5）網(wǎng)絡(luò)管理功能

對(duì)接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)和核心網(wǎng)的各種M2M能力進(jìn)行管理，包括M2M能力的配置、監(jiān)測(cè)、故障管理等。

（6）M2M 管理功能

對(duì)各種M2M應(yīng)用、業(yè)務(wù)能力以及M2M設(shè)備與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理，M2M設(shè)備與網(wǎng)關(guān)管理也可使用業(yè)務(wù)能力。

為了便于后續(xù)對(duì)M2M運(yùn)營管理平臺(tái)的討論，這里著重介紹M2M業(yè)務(wù)能力的功能架構(gòu)。

如圖2所示，M2M業(yè)務(wù)能力提供兩個(gè)外部接口：mIa接口和Igdi接口，通過mIa接口連接M2M應(yīng)用，通過Igdi接口連接M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)。M2M應(yīng)用通過mIa接口獲得各種業(yè)務(wù)能力以及對(duì)M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)的操作、維護(hù)和管理（OAM）功能。Igdi接口提供一種業(yè)務(wù)能力域與相應(yīng)M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)之間能力通信的接口。

M2M業(yè)務(wù)能力功能包括下列能力：

· 通用M2M應(yīng)用使能（GMAE）；

· 通用消息送達(dá)（GM）；

· 可達(dá)性、尋址及設(shè)備應(yīng)用知識(shí)庫（RADAR）；

· 網(wǎng)絡(luò)和通信服務(wù)選擇（NCSS）；

·M2M設(shè)備及M2M網(wǎng)關(guān)管理（MDGM）；

· 安全能力（SC）；

· 歷史及數(shù)據(jù)保留（HDR），可選；

· 事務(wù)管理（TM），可選。

各能力能夠通過現(xiàn)有的接口使用核心網(wǎng)功能，也可通過GMAE調(diào)用其他能力。

下面對(duì)主要的M2M業(yè)務(wù)能力分別作簡(jiǎn)要介紹。

（1）通用 M2M 應(yīng)用使能（GMAE）能力

通用M2M應(yīng)用使能（GMAE）能力是M2M應(yīng)用的惟一聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，通過mIa接口連接M2M應(yīng)用，屏蔽業(yè)務(wù)能力拓?fù)洌琈2M應(yīng)用僅僅需要GMAE地址來獲得各種不同的M2M業(yè)務(wù)能力。完成M2M應(yīng)用使用業(yè)務(wù)能力前的注冊(cè)、認(rèn)證、授權(quán)等接入控制功能；檢查某個(gè)特定M2M應(yīng)用請(qǐng)求能力的有效性并執(zhí)行M2M應(yīng)用與各能力之間的消息路由、各種能力之間的路由；可能產(chǎn)生與能力使用相關(guān)的計(jì)費(fèi)記錄等。

（2）通用消息送達(dá)（GM）能力

圖2 M2M業(yè)務(wù)能力功能架構(gòu)

GM能力提供一種到達(dá)M2M設(shè)備、M2M網(wǎng)關(guān)、業(yè)務(wù)能力、駐留在網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用域中M2M應(yīng)用的消息傳送方法。不管采用單播消息、組播消息還是任播消息方式，GM能力消息的所有接收者需要被惟一標(biāo)識(shí)名標(biāo)識(shí)。GM能力向M2M應(yīng)用屏蔽對(duì)象標(biāo)識(shí)名與可路由網(wǎng)絡(luò)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也屏蔽M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)的差異性；當(dāng)有可靠傳送需求時(shí)使用消息重傳機(jī)制，當(dāng)M2M設(shè)備及M2M網(wǎng)關(guān)不可達(dá)時(shí)使用消息先存儲(chǔ)再發(fā)送的方式，提供消息送達(dá)狀態(tài)及消息安全傳送；產(chǎn)生如接收者標(biāo)識(shí)不存在或接收者不支持的請(qǐng)求類型等錯(cuò)誤報(bào)告；檢查某個(gè)M2M設(shè)備所產(chǎn)生的流量并核實(shí)它是否與給定的流量模型相匹配以及其他流量管制策略等。

（3）RADAR 能力

提供M2M設(shè)備、M2M網(wǎng)關(guān)或1組M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)的標(biāo)識(shí)名與1套可路由網(wǎng)絡(luò)地址（如在無線接入網(wǎng)絡(luò)中，M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)有2個(gè)地址：1個(gè)IP地址和1個(gè)MSISDN）的映射關(guān)系、M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)可達(dá)性狀態(tài)、下一次喚醒時(shí)間和周期等；當(dāng)M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)可達(dá)時(shí)提供一種更新映射表的機(jī)制；接收來自其他能力對(duì)M2M設(shè)備狀態(tài)變化的通知，如可達(dá)性、因移動(dòng)而獲得新的地址、注冊(cè)信息發(fā)生變化等；為其他能力提供設(shè)備尋址信息及可達(dá)性狀態(tài)；允許創(chuàng)建、刪除一組以某個(gè)名字標(biāo)識(shí)的M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)；維護(hù)設(shè)備應(yīng)用知識(shí)庫，包括設(shè)備注冊(cè)、認(rèn)證、授權(quán)信息。

（4）NCSS 能力

為M2M應(yīng)用屏蔽M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)地址；當(dāng)M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)可接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)提供接入網(wǎng)絡(luò)的選擇；當(dāng)M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)有多個(gè)可路由的網(wǎng)絡(luò)地址時(shí)提供通信服務(wù)選擇；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)選擇的網(wǎng)絡(luò)或通信服務(wù)失敗時(shí)提供其他可選擇的網(wǎng)絡(luò)或通信服務(wù)等。

（5）MDGM 能力

提供M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)的配置管理、性能管理、故障管理等功能，完成M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)的軟件及固件版本升級(jí)等功能。

（6）SC 能力

提供M2M應(yīng)用接入M2M業(yè)務(wù)能力及M2M設(shè)備/網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的認(rèn)證及會(huì)話密鑰管理功能。

3 M2M運(yùn)營管理平臺(tái)探討

目前，從全球電信運(yùn)營商物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展來看，幾乎都是通過建設(shè)M2M業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營和管理。從中國的電信運(yùn)營商來看，中國移動(dòng)是較早進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營商，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用初具規(guī)模，也積累了一定的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營和管理經(jīng)驗(yàn)，通過自建M2M平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)行業(yè)終端和應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一接入、控制和管理。中國電信雖然起步較晚，但是積極響應(yīng)國家物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，努力推進(jìn)行業(yè)應(yīng)用，通過規(guī)范行業(yè)終端，搭建M2M平臺(tái)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。從當(dāng)前中國移動(dòng)和中國電信所提供的M2M平臺(tái)來看，所實(shí)現(xiàn)的功能基本相同，主要體現(xiàn)為“終端接入功能、終端監(jiān)測(cè)控制功能和行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)路由功能”3大核心功能[5，6]。M2M平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)終端接入控制、終端監(jiān)測(cè)控制、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)接入、行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)運(yùn)營管理和平臺(tái)管理等功能，基本遵循ETSI要求的M2M業(yè)務(wù)能力功能架構(gòu)。本文以電信運(yùn)營商實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營及M2M行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)M2M運(yùn)營管理平臺(tái)功能架構(gòu)做進(jìn)一步探討。

3.1 M2M終端接入控制分析

從當(dāng)前M2M業(yè)務(wù)實(shí)際運(yùn)營來看，大量接入電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的M2M行業(yè)終端跟人與人通信的電信終端一樣，需要通過PPP、PPPOE、DHCP等方式撥號(hào)接入網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)獲取IP地址，或通過靜態(tài)配置IP地址以專線方式接入網(wǎng)絡(luò)。不管以何種方式接入網(wǎng)絡(luò)都需要通過網(wǎng)絡(luò)層的接入控制，建立并維護(hù)IP會(huì)話連接，由接入網(wǎng)關(guān)（如GPRS網(wǎng)絡(luò)的GGSN、CDMA網(wǎng)絡(luò)的PDSN、固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)BRAS/SR）跟AAA服務(wù)器配合實(shí)現(xiàn)M2M終端的接入認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)功能以及終端的地址分配和管理，并根據(jù)不同的M2M應(yīng)用需求提供不同級(jí)別的QoS控制。M2M終端在接受網(wǎng)絡(luò)層的接入控制后二次接受應(yīng)用層M2M平臺(tái)的接入控制不僅有功能重復(fù)之嫌，而且還增加了終端通信控制的復(fù)雜性，使得終端的功能層次含混不清。同時(shí)，M2M終端需要通過注冊(cè)、登錄、退出、注銷等繁雜的業(yè)務(wù)流程接受M2M平臺(tái)對(duì)終端的接入控制管理，也相應(yīng)地增加了終端和平臺(tái)的造價(jià)。平臺(tái)需要心跳檢測(cè)手段來維持海量終端的生命周期，由此帶來平臺(tái)處理性能上的壓力和擴(kuò)展性問題。特別需要注意的是，M2M終端不僅成本受限、更因供電受限等特點(diǎn)決定其處理能力、存儲(chǔ)能力遠(yuǎn)非智能手機(jī)或PC那么強(qiáng)大，必須簡(jiǎn)化M2M終端的通信復(fù)雜度來降低功耗和成本。

M2M平臺(tái)通過把對(duì)終端的接入控制功能下放到網(wǎng)絡(luò)層，不僅可簡(jiǎn)化平臺(tái)的功能復(fù)雜度，更體現(xiàn)出不同層次各司其責(zé)的特點(diǎn)，使得物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)更為合理。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備基于硬件架構(gòu)，采用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大量電信終端的接入控制和超大數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)功能，設(shè)備成熟度高，在現(xiàn)網(wǎng)得到廣泛使用，并積累了豐富的運(yùn)維和管理經(jīng)驗(yàn)。M2M終端雖具有區(qū)別于人與人通信電信終端的獨(dú)特性質(zhì)，但其接入網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特點(diǎn)并未發(fā)生根本性變化，仍然需要網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)接入認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)等AAA功能。因此，仍可沿用傳統(tǒng)的無線/有線寬帶接入控制技術(shù)及線路維護(hù)體制實(shí)現(xiàn)M2M終端的控制管理功能。接入網(wǎng)關(guān)支持豐富的斷線碼功能也極大地方便了對(duì)M2M終端通信故障診斷。

3.2 M2M行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)分析

事實(shí)上，由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用非常豐富，涉及行業(yè)眾多，存在M2M行業(yè)應(yīng)用的復(fù)雜性和多樣性。不同行業(yè)使用的M2M終端及網(wǎng)關(guān)設(shè)備種類繁多，具有完全不同的應(yīng)用目的，這與傳統(tǒng)的電信終端所具有的終端種類單一性和功能的統(tǒng)一性特點(diǎn)形成鮮明對(duì)比。電信運(yùn)營商可以通過制訂電信終端標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的統(tǒng)一管理。但是對(duì)于具有不同專業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的M2M行業(yè)終端，電信運(yùn)營商如果想實(shí)現(xiàn)對(duì)M2M行業(yè)終端的全面管理，首先要成為行業(yè)應(yīng)用專家，這對(duì)運(yùn)營商是不現(xiàn)實(shí)的。

物聯(lián)網(wǎng)豐富的應(yīng)用主要體現(xiàn)在感知延伸層，由于感知延伸層涉及的無線/有線短距離通信技術(shù)十分復(fù)雜，各種技術(shù)尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際使用中多采用廠家私有協(xié)議開發(fā)各自的傳輸模塊和控制模塊，無法實(shí)現(xiàn)不同廠家M2M設(shè)備互通。業(yè)界一致認(rèn)為M2M網(wǎng)關(guān)是解決感知延伸層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入的最佳解決方案。通過M2M網(wǎng)關(guān)的協(xié)議適配、數(shù)據(jù)格式適配等功能屏蔽多種不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的差異性，實(shí)現(xiàn)從廣域通信網(wǎng)到局域末梢網(wǎng)的互通。盡管如此，M2M局域末梢網(wǎng)的組網(wǎng)及應(yīng)用仍然具有不同的行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，很多科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)公司在這方面有深入研究，形成了一定的技術(shù)積淀，電信運(yùn)營商至少在目前來看對(duì)這片領(lǐng)域是陌生的，把對(duì)M2M局域末梢網(wǎng)的拓?fù)涔芾?、傳輸控制、接入控制、尋址與路由等大量管理工作交給電信運(yùn)營商并不合適。

有鑒于此，實(shí)現(xiàn)對(duì)M2M終端的全面管理需要電信運(yùn)營商和行業(yè)應(yīng)用分工合作。電信運(yùn)營商和行業(yè)應(yīng)用通過協(xié)商，對(duì)終端的操作、維護(hù)和管理進(jìn)行適度分工，合理劃分管理分界線。運(yùn)營商只負(fù)責(zé)與終端的通信行為密切相關(guān)的配置管理，如PPP連接撥號(hào)號(hào)碼、PPP用戶名/密碼、PPP心跳包發(fā)送間隔、撥號(hào)接連方式的選擇、撥號(hào)定時(shí)器設(shè)定、來電號(hào)碼/短信號(hào)碼、與M2M平臺(tái)/行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的接入?yún)?shù)等，而把大量與行業(yè)應(yīng)用相關(guān)的配置管理工作交給行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)來處理。通過這種適度分工的專業(yè)管理，能有效提高終端的運(yùn)維效率，減少行業(yè)應(yīng)用的許多麻煩。

物聯(lián)網(wǎng)概念提出時(shí)，就已經(jīng)存在大量M2M行業(yè)應(yīng)用，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、城市交通管理和車輛調(diào)度系統(tǒng)、基于RFID的物流系統(tǒng)等，這些煙囪式的垂直型應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性都具有不同的特點(diǎn)，行業(yè)應(yīng)用內(nèi)部已形成較為完善的利益鏈，行業(yè)壁壘深嚴(yán)，電信運(yùn)營商很難介入。各個(gè)行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的處理、分析、應(yīng)用是行業(yè)信息化的重要組成部分，是提高行業(yè)生產(chǎn)效率的重要手段和目的，因此行業(yè)對(duì)這些應(yīng)用數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的敏感性，不愿意把這些重要的數(shù)據(jù)暴露在電信運(yùn)營商的共性平臺(tái)上。況且，至少從目前來看，不同行業(yè)的應(yīng)用數(shù)據(jù)還不存在協(xié)同和共享的必要性。由電信運(yùn)營商的M2M平臺(tái)對(duì)各個(gè)行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、路由、分發(fā)可能只是運(yùn)營商的一廂情愿。就算行業(yè)愿意這樣做，當(dāng)不同行業(yè)的海量終端產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)都通過M2M平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，需要考慮不同行業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級(jí)、數(shù)據(jù)加密、安全隔離等措施，這種基于軟件架構(gòu)的M2M平臺(tái)勢(shì)必存在性能瓶頸。

3.3 M2M終端/網(wǎng)關(guān)通信管控

綜上所述，電信運(yùn)營商M2M平臺(tái)最核心的功能主要體現(xiàn)在對(duì)終端的管理，這與現(xiàn)階段運(yùn)營商做“智能管道”的理念是相吻合的。不同于隨身攜帶的手機(jī)或PC等電信終端，M2M終端的一個(gè)顯著特征是無人在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)終端進(jìn)行干預(yù)和值守的情況下，通過程序來自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)通信功能。由于物聯(lián)網(wǎng)終端所涉及的行業(yè)用途相當(dāng)廣泛，行業(yè)終端的品種繁多，所處的工作環(huán)境惡劣，容易發(fā)生故障的概率比電信終端更加頻繁，而且故障發(fā)生的情況比人與人通信的電信終端更為復(fù)雜。我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)終端發(fā)生故障，不能登錄到行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)時(shí)，行業(yè)應(yīng)用的管理人員無法對(duì)故障進(jìn)行定位，必須派人到現(xiàn)場(chǎng)查看，行業(yè)應(yīng)用迫切需要有一種手段全面掌控終端的通信及運(yùn)行狀態(tài)，以方便他們準(zhǔn)確定位終端故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端更加經(jīng)濟(jì)、高效的操作、運(yùn)維和管理。

本文通過對(duì)中國電信現(xiàn)有的M2M平臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，提出一種新的對(duì)M2M終端的通信狀態(tài)進(jìn)行管控的方法，以彌補(bǔ)當(dāng)前平臺(tái)不能監(jiān)控終端通信狀態(tài)的缺陷。M2M平臺(tái)的接口示意如圖3所示。

圖3 擴(kuò)展的M2M平臺(tái)的接口示意

在傳統(tǒng)的無線/有線寬帶接入控制技術(shù)中，接入網(wǎng)關(guān)（如GPRS網(wǎng)絡(luò)的GGSN、CDMA網(wǎng)絡(luò)的PDSN、固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)BRAS/SR）跟AAA服務(wù)器配合實(shí)現(xiàn)M2M終端的接入認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)功能以及終端的地址分配和管理，并根據(jù)不同的M2M應(yīng)用需求執(zhí)行不同級(jí)別的QoS控制。M2M終端接入網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)信息都記錄在AAA服務(wù)器上。對(duì)于無線終端，AAA服務(wù)器記錄的終端狀態(tài)信息包括：接入控制網(wǎng)關(guān)IP地址、接入控制網(wǎng)關(guān)的端口號(hào)、PCF地址、終端接入的基站ID、終端的用戶名、終端的Session ID、終端的IMSI/MDN號(hào)、終端IP地址、上線開始時(shí)間、下線時(shí)間、上下行流量、QoS參數(shù)、接入成功/失敗狀態(tài)、接入失敗原因、連接中斷原因等。對(duì)于有線終端，AAA服務(wù)器記錄的終端狀態(tài)信息包括：接入控制網(wǎng)關(guān)IP地址、接入控制網(wǎng)關(guān)的端口號(hào)、終端的用戶名、終端的Session ID、終端的PVC/VLAN號(hào)、終端IP地址、MAC地址、上線開始時(shí)間、下線時(shí)間、上下行流量、QoS參數(shù)、接入成功/失敗狀態(tài)、接入失敗原因、連接中斷原因等。這就使得AAA服務(wù)器能夠全面掌握M2M終端最新通信狀態(tài)信息。

如果能把AAA服務(wù)器上記錄的終端最新通信狀態(tài)同步到M2M平臺(tái)，平臺(tái)就能根據(jù)實(shí)時(shí)掌控終端的通信狀態(tài)信息來決定對(duì)終端的操作、維護(hù)和管理。平臺(tái)通過維護(hù)最新的終端通信狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，把相應(yīng)終端的通信狀態(tài)信息同步到行業(yè)用于系統(tǒng)，行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)也可據(jù)此對(duì)終端的操作、維護(hù)和管理。基于這種思想，在原M2M平臺(tái)上擴(kuò)展與AAA服務(wù)器的接口M5，用于實(shí)現(xiàn)終端通信狀態(tài)信息的同步，通信承載協(xié)議可以采用RADIUS協(xié)議。來自M2M終端/網(wǎng)關(guān)經(jīng)由接入控制網(wǎng)關(guān)的行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)可以通過M2M平臺(tái)路由轉(zhuǎn)發(fā)，也可以直接發(fā)送到行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。M2M終端/網(wǎng)關(guān)即支持與M2M平臺(tái)的接口，也支持與行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的接口，M2M終端/網(wǎng)關(guān)即可接受M2M平臺(tái)的設(shè)備操作、維護(hù)和管理，也可接受行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的操作、維護(hù)和管理，兩者對(duì)終端的管控功能采取分工與合作的形式，具體情況可通過運(yùn)營商和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行業(yè)協(xié)商而定。根據(jù)這種方法，M2M終端/網(wǎng)關(guān)并不需要登錄到平臺(tái)，接受平臺(tái)的接入控制，平臺(tái)就能了解到終端接入網(wǎng)絡(luò)的通信狀況。從而簡(jiǎn)化終端和平臺(tái)的通信復(fù)雜度，提升對(duì)終端的運(yùn)維效率。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)能夠使地球變得更加智慧，使人類的生活變得更加美好，但是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將是一個(gè)漫長的過程。在影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié)中，電信運(yùn)營商必將發(fā)揮重要作用。電信運(yùn)營商通過規(guī)范行業(yè)應(yīng)用終端，搭建M2M運(yùn)營管理平臺(tái)，匯聚行業(yè)應(yīng)用，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。M2M運(yùn)營管理平臺(tái)是M2M系統(tǒng)架構(gòu)的核心，是運(yùn)營商掌控物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵?？茖W(xué)合理的M2M平臺(tái)功能架構(gòu)能匯聚更多的行業(yè)應(yīng)用，增強(qiáng)企業(yè)自身品牌的影響力和盈利能力，同時(shí)也為行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造更多的價(jià)值。M2M平臺(tái)功能架構(gòu)沒有一成不變的模式，需要根據(jù)電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧行業(yè)應(yīng)用的普遍性和特殊性原則，在物聯(lián)網(wǎng)不同發(fā)展階段進(jìn)行適時(shí)調(diào)整和改變。

1 ETSI TS 102689.Machine-to-machine communications(M2M).M2M Service Requirements,2010

2 3GPP TS 22.368.Service requirements for machine-type communications.2010

3 3GPP TR 22.888.System improvements for machine-type communications,2010

4 ETSI TS 102690.Machine-to-machine communications(M2M).Functional Architecture,2010,1

5 中國移動(dòng)M2M平臺(tái)總體技術(shù)要求，2007

6 中國電信基于E.164尋址的無線M2M業(yè)務(wù)總體技術(shù)要求，2009