LTE演進(jìn)背景下的M2M通信適配技術(shù)

王 藝

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海200122）

1 M2M通信與網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

作為智慧城市的關(guān)鍵技術(shù)之一，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了物理空間和數(shù)字空間的映射，使得通過信息空間理解和控制物理空間成為可能。為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的獨(dú)特需求，廣域M2M（machine to machine）通信技術(shù)也在不斷演進(jìn)，LTE作為當(dāng)前及未來的主要移動(dòng)通信技術(shù)，也在持續(xù)演進(jìn)，滿足M2M通信的需求。

作為通信運(yùn)營(yíng)商切入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心，與M2M通道相關(guān)的業(yè)務(wù)日益受到眾多移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的重視。GSMA Intelligence 2014年2月的一份報(bào)告[1]統(tǒng)計(jì)，截至2013年，全球無線M2M連接數(shù)已經(jīng)接近2億。在一些國(guó)家，M2M通道數(shù)量占總的移動(dòng)通信用戶數(shù)的比例已經(jīng)超過了20%。M2M通信已經(jīng)逐漸成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載的重要業(yè)務(wù)之一。M2M通道連接數(shù)及部分國(guó)家M2M通道數(shù)占比如圖1所示。

LTE之前的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要面向人與人（human to human，H2H）的通信，無論是從業(yè)務(wù)信道設(shè)計(jì)、信令交互設(shè)計(jì)，還是容量和覆蓋規(guī)劃等多個(gè)層面，主要考慮的是前向流量，即以手機(jī)終端和上網(wǎng)卡為主的業(yè)務(wù)。M2M通信中的大流量模式，例如實(shí)時(shí)流媒體視頻監(jiān)控應(yīng)用，對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求主要體現(xiàn)在反向帶寬；而大量M2M終端的通信流量模式是以反向的小流量為主，擁有其鮮明的通信特征和業(yè)務(wù)特征。

圖1 M2M通道連接數(shù)及部分國(guó)家M2M通道數(shù)占比

為更好地支持M2M通信，滿足M2M通信的需求，蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)逐漸引入一系列新的能力或功能。例如，3GPP基于其對(duì)MTC（machine-type communication，機(jī)器類型通信）需求的研究，從R10開始，逐漸在已有LTE標(biāo)準(zhǔn)中加入支持M2M通信的功能，同時(shí)力圖提升LTE承載M2M通信的效率。3GPP2也在2012年年底推出cdma2000 1x Rev F版本，針對(duì)M2M進(jìn)行了協(xié)議優(yōu)化。

M2M業(yè)務(wù)除了帶來新的通信特征之外，也帶來了新的業(yè)務(wù)特征。所謂業(yè)務(wù)特征，是指和底層的數(shù)據(jù)傳輸無關(guān)，而和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)及客戶服務(wù)相關(guān)的特征。例如，與手機(jī)通信業(yè)務(wù)中公眾客戶占據(jù)絕對(duì)主流不同，B2B2x（B2B2B或B2B2C）類型的業(yè)務(wù)在通信運(yùn)營(yíng)商M2M業(yè)務(wù)中占比較高。面對(duì)M2M服務(wù)提供商和大客戶出于端到端業(yè)務(wù)全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)以及部分客戶全球化M2M服務(wù)開展的需要，通信網(wǎng)絡(luò)除了面向M2M業(yè)務(wù)的通信特征開展協(xié)議的優(yōu)化升級(jí)工作之外，還需要面向M2M業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)特征開展運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)的適配工作。本文將從這兩個(gè)方面分別進(jìn)行分析和討論。

2 針對(duì)M2M通信特征的適配技術(shù)

3 GPP TS 22.368[2]將M2M通信稱為MTC，并描述了MTC的業(yè)務(wù)場(chǎng)景及業(yè)務(wù)特征。3GPP所定義的MTC的通信特征主要包括低移動(dòng)性（low mobility）、通信時(shí)間受控（time controlled）、時(shí) 間 寬 容（time tolerant）、純 數(shù) 據(jù) 業(yè) 務(wù)（packet switched（PS）-only）、小數(shù)據(jù)傳送（small data transmission）、終端單向觸發(fā)（mobile originated only）通信場(chǎng)景模式、終端觸發(fā)為主平臺(tái)偶爾觸發(fā)（infrequent mobile terminated）通信場(chǎng)景模式、終端監(jiān)控（MTC monitoring）、優(yōu)先報(bào)警（priority alarm）、安 全 連 接 （secure connection）、特 定 位 置 觸 發(fā)（location specific trigger）、不 頻 繁 數(shù) 據(jù) 傳 送（infrequent transmission）以及群組通信（group based MTC feature）等。

2.1 3GPP的相關(guān)研究和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作

3 GPP從R10開始，以上述研究為基礎(chǔ)，陸續(xù)啟動(dòng)了相關(guān)支持M2M通信特征的功能和協(xié)議的研究制定工作。R10完成了信令擁塞及過載控制相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化。R11進(jìn)行了編址和標(biāo)識(shí)、終端觸發(fā)機(jī)制以及PS-only終端的標(biāo)準(zhǔn)研究。R12針對(duì)小數(shù)據(jù)傳輸效率進(jìn)行優(yōu)化、增強(qiáng)監(jiān)控能力、實(shí)現(xiàn)基于組的策略管理、編址、觸發(fā)和計(jì)費(fèi)以及降低終端耗電等。

2.2 3GPP2的相關(guān)研究和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作

3 GPP2在2012年年底推出cdma2000 1x Rev F版本，針對(duì)M2M進(jìn)行了協(xié)議優(yōu)化，希望簡(jiǎn)化M2M通信相關(guān)的信令處理流程，提高小數(shù)據(jù)的傳輸效率，增加網(wǎng)絡(luò)容量，降低終端的耗電量。除了協(xié)議的整體優(yōu)化外，新的版本使用標(biāo)志將需要區(qū)別對(duì)待M2M終端的通信和其他終端的通信。例如，在cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)里將M2M終端的訪問過載等級(jí)ACCOLC設(shè)置為14（從預(yù)留的ACCOLC值13～15中分配）。

協(xié)議的主要優(yōu)化內(nèi)容包括：

·實(shí)現(xiàn)M2M終端優(yōu)先級(jí)控制；

·信道分配流程中使用單條消息快速建立數(shù)據(jù)連接、降低模塊功耗；

·改進(jìn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的信道使用方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)增容和模塊功耗降低；

·簡(jiǎn)化信令機(jī)制，降低信令流量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)增容和模塊功耗降低；

·實(shí)現(xiàn)基于R-EACH的DoS（denial of service,拒絕服務(wù)）機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速接入和數(shù)據(jù)快速發(fā)送。

2.3 如何適配不同M2M終端的不同通信模式

針對(duì)M2M通信的承載技術(shù)的處理難點(diǎn)之一在于，不同的M2M終端的M2M通信模式不同。例如，3GPP TS 22.368中就明確描述了終端單向觸發(fā)通信模式和終端觸發(fā)為主平臺(tái)偶爾觸發(fā)通信模式。網(wǎng)絡(luò)如何區(qū)分這些不同的通信模式，從而能夠采取不同的承載方式？存在兩種思路。一種是為每種特征建立標(biāo)簽，事先作為用戶簽約數(shù)據(jù)的一部分存儲(chǔ)在HLR/HSS（歸屬位置寄存器/歸屬用戶服務(wù)器）中；另一種思路是終端側(cè)配置標(biāo)簽的值，在終端附著時(shí)通知到網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)實(shí)體，并在后續(xù)切換等操作時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息同步機(jī)制維護(hù)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)實(shí)體和終端側(cè)關(guān)于此參數(shù)的一致性。

兩種方法各有其優(yōu)勢(shì)，簽約數(shù)據(jù)法沿用了傳統(tǒng)的“中央控制”模式，而終端配置法則體現(xiàn)了“分散控制”的思路。筆者認(rèn)為在以中央控制模式為主的基礎(chǔ)上，適當(dāng)引入分散控制有助于降低業(yè)務(wù)開通復(fù)雜度和簽約數(shù)據(jù)管理復(fù)雜度，也能通過用戶的參與，讓網(wǎng)絡(luò)的使用能夠根據(jù)不同M2M應(yīng)用的特點(diǎn)盡可能地接近最優(yōu)。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

對(duì)于一些只是執(zhí)行普通數(shù)據(jù)采集，不進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，且數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性要求不高的M2M終端，實(shí)際采用較低的尋呼周期就可以了。采用較低的尋呼周期的好處之一是能夠降低終端的功耗，實(shí)現(xiàn)終端省電的目標(biāo)。尋呼算法中，終端的實(shí)際尋呼周期由下述計(jì)算式確定：T=min(Tc,TUE)。其中，Tc是小區(qū)特定的默認(rèn)尋呼周期，由網(wǎng)絡(luò)通過廣播消息發(fā)送。UE通過SIB2中的PCCH-Config中的尋呼消息（paging message）得到RRC（radio resource control，無線資源控制）配置的default pagingcycle（即Tc）；TUE是UE特定尋呼周期，是UE在附著（attach）過程中的附著請(qǐng)求中攜帶，傳輸給核心網(wǎng)MME（mobile management entity，移動(dòng)管理實(shí)體），再由MME發(fā)送給eNB來通知UE的特定DRX周期的值。終端和基站都是根據(jù)T=min(Tc,TUE)確定實(shí)際尋呼周期T的大小。一般情況下，Tc一般較短。因此，即使終端側(cè)配置的TUE值較高，生效的也是Tc。

為應(yīng)對(duì)M2M終端的不同通信模式對(duì)較優(yōu)尋呼周期的需求，可以考慮如下思路：在終端實(shí)際尋呼周期協(xié)商流程中增加參數(shù)“尋呼周期確定模式”進(jìn)行算法協(xié)商，由此參數(shù)通知終端和網(wǎng)絡(luò)采用何種方法確定終端實(shí)際尋呼周期。終端和網(wǎng)絡(luò)采用新的算法分別確定終端的實(shí)際尋呼周期。對(duì)于強(qiáng)調(diào)省電的M2M終端，在終端側(cè)設(shè)置較大的“終端特定尋呼周期”值，同時(shí)設(shè)置“尋呼周期確定模式”指示采用兩個(gè)值中的較大值，經(jīng)過終端接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的協(xié)商，最終網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都對(duì)這個(gè)終端使用“終端特定尋呼周期”和“網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)尋呼周期”兩者之中的較大值。由于“網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)尋呼周期”一般設(shè)置得較小，因而實(shí)際生效參數(shù)是“終端特定尋呼周期”值。而對(duì)于普通手機(jī)，終端側(cè)設(shè)置較小的“終端特定尋呼周期”值，同時(shí)設(shè)置“尋呼周期確定模式”指示采用兩個(gè)值中的較小值，經(jīng)過終端接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的協(xié)商，最終網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)都對(duì)這個(gè)終端使用“終端特定尋呼周期”和“網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)尋呼周期”兩者之中的較小值，滿足普通手機(jī)快速呼通的需求。

采用上述機(jī)制后，可以讓客戶/SI（system integrator，系統(tǒng)集成商）等根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要在終端側(cè)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)配置（配置“終端特定尋呼周期”和“尋呼周期確定模式”），讓不同終端采取各自不同的尋呼周期，并可以由客戶/SI等自行調(diào)整。這避免了由網(wǎng)絡(luò)側(cè)操作人員對(duì)不同終端/SIM卡逐一配置簽約參數(shù)所導(dǎo)致的管理復(fù)雜性。更重要的是，只有客戶/SI才能知道當(dāng)前M2M終端所加載的應(yīng)用采用多長(zhǎng)的尋呼周期較為合適?？蛻?SI可以在無需運(yùn)營(yíng)商維護(hù)人員的參與下，自行更新參數(shù)，尋找合適的尋呼周期，在實(shí)現(xiàn)終端省電目標(biāo)的同時(shí)，也能夠提高網(wǎng)絡(luò)的承載效率。同時(shí)，終端如果更換SIM卡，相應(yīng)的參數(shù)仍然存在終端側(cè)，仍能保持既有的效果。

2.4 適配M2M通信的兩種網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)思路

對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)承載M2M通信的演進(jìn)趨勢(shì)，在筆者2010年的文章[3]中曾經(jīng)提出過一個(gè)三階段發(fā)展論。即在機(jī)器通信業(yè)務(wù)規(guī)模化發(fā)展的前景下，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載機(jī)器通信的演進(jìn)趨勢(shì)可以劃分為3個(gè)階段：混同承載階段、區(qū)別承載階段以及遠(yuǎn)期的獨(dú)立承載階段，如圖2所示。

圖2 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載機(jī)器通信的3個(gè)發(fā)展階段

業(yè)務(wù)發(fā)展初期，通信網(wǎng)絡(luò)采用混同承載方式。在混同承載階段，通信網(wǎng)絡(luò)沒有將機(jī)器通信和上網(wǎng)卡等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)分開來。這些不同類型的通信業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)采用同一種模式進(jìn)行承載。隨著機(jī)器通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展、業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷增加，逐漸對(duì)包括碼號(hào)資源、傳輸信道資源等在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)資源造成了較大的壓力。為了避免這種壓力對(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)造成大的負(fù)面影響，必須在網(wǎng)絡(luò)側(cè)進(jìn)行相應(yīng)的改造來實(shí)現(xiàn)區(qū)別承載。通信網(wǎng)絡(luò)將M2M通信從其他通信中識(shí)別出來后，在協(xié)議等層面進(jìn)行區(qū)分處理。這就進(jìn)入了區(qū)別承載階段。當(dāng)機(jī)器通信業(yè)務(wù)規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，和其他共享通信信道的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間出現(xiàn)較大的互干擾問題，單純從技術(shù)手段解決可能過于復(fù)雜。另外，可能出現(xiàn)大量對(duì)通信SLA（service level agreement，服務(wù)等級(jí)協(xié)議）要求較高的機(jī)器通信業(yè)務(wù)。這些因素導(dǎo)致可能需要采用物理或邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)承載部分機(jī)器通信業(yè)務(wù)。這可能包含了物理或邏輯獨(dú)立的接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)中專設(shè)的互聯(lián)子網(wǎng)，也就形成了對(duì)于機(jī)器通信的獨(dú)立承載。

無論是3GPP（R10～R12），還是3GPP2，目前針對(duì)M2M通信需求的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和改進(jìn)思路基本采取了兩個(gè)策略。要么是協(xié)議本身某種能力的整體提升，既滿足M2M通信的需求，也能夠提升對(duì)非M2M通信的支持；要么將M2M通信和其他通信區(qū)分出來，然后針對(duì)M2M通信的需求在通信協(xié)議上進(jìn)行針對(duì)性的有別于非M2M通信的處理。后者體現(xiàn)了在同一網(wǎng)絡(luò)和同一協(xié)議基礎(chǔ)上的“區(qū)別承載”策略。

區(qū)別承載策略能夠有效地復(fù)用已有基礎(chǔ)設(shè)施和協(xié)議體系的成果，能夠提升現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對(duì)于M2M通信的普遍支持程度。但同時(shí)也面臨著一些問題。例如，LTE網(wǎng)絡(luò)本身的設(shè)計(jì)目的之一就是為了大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)的傳輸，承載大量M2M通信小數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，協(xié)議的承載效率不夠理想；M2M通信模塊在LTE現(xiàn)有體系下，功耗仍然較高；LTE的復(fù)雜通信機(jī)制導(dǎo)致M2M模塊的成本較高等。針對(duì)這些問題，目前業(yè)界已經(jīng)開始出現(xiàn)一些新的提議，即復(fù)用通信運(yùn)營(yíng)商的大部分蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施及頻段，在已有頻段中使用一些單獨(dú)的載波來承載M2M通信。在這些單獨(dú)的載波上，使用新的專門為小流量M2M通信優(yōu)化過的空口協(xié)議。通過這種方式，既能夠復(fù)用通信運(yùn)營(yíng)商的大部分已有基礎(chǔ)設(shè)施，又能有針對(duì)性地滿足M2M通信低功耗和海量接入等要求，同時(shí)能夠很好地提高協(xié)議的承載效率，滿足M2M終端低成本接入的要求。上述方案體現(xiàn)的就是一種“獨(dú)立承載”的思路。

3 針對(duì)M2M業(yè)務(wù)特征的適配技術(shù)

M2M業(yè)務(wù)除了給蜂窩網(wǎng)帶來了新的通信特征之外，還帶來了新的業(yè)務(wù)特征。這些新的業(yè)務(wù)特征同樣需要運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行功能升級(jí)，以保證這些M2M業(yè)務(wù)的順利運(yùn)行。這里提及的“網(wǎng)絡(luò)”既包含傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)概念，也包含支撐系統(tǒng)部分。下面分別從針對(duì)B2B2x業(yè)務(wù)模式的適配技術(shù)和針對(duì)設(shè)備全球化部署模式的適配技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行分析和討論。

3.1 針對(duì)B2B2x業(yè)務(wù)模式的適配技術(shù)

就此問題，先從3GPP支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)增強(qiáng)說起。3GPP完成針對(duì)MTC需求的階段分析后，針對(duì)PS-only終端和外部實(shí)體激活終端等需求，總結(jié)形成了如圖3所示的架構(gòu)[4,5]。3GPP專門定義了MTC交互功能模塊（MTC inter working function，MTC-IWF）、MTC AAA服務(wù)器和業(yè)務(wù)能力服務(wù)器（service capability server，SCS）。

設(shè)立MTC AAA服務(wù)器的主要目的是為了解決外部標(biāo)識(shí)符（external identifier,EI）和IMSI之間的映射關(guān)系的維護(hù)和查詢。SCS是連接3GPP網(wǎng)絡(luò)和各個(gè)MTC應(yīng)用服務(wù)器的實(shí)體。SCS向這些實(shí)體開放能力。

MTC交互功能模塊的主要功能包括：

·對(duì)SCS以及SCS發(fā)出的操作請(qǐng)求進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)；

·支持SCS發(fā)起的終端激活操作；

·建立和SCS的安全連接。

MTC交互功能模塊可以是獨(dú)立實(shí)體，或者是其他網(wǎng)元的一個(gè)模塊，其主要作用在于對(duì)外屏蔽內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并通過Tsp接口向SCS提供信息以及響應(yīng)SCS請(qǐng)求，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)操作。SCS可以由通信運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建，也可以由M2M水平服務(wù)提供商構(gòu)建。結(jié)合目前正在制定的OneM2M標(biāo)準(zhǔn)分析，其基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)（infrastructure node）就可以成為某種SCS。

3 GPP的上述架構(gòu)主要是為了實(shí)現(xiàn)PS-only終端的IMSI-EI映射及終端激活操作，并認(rèn)為提供的功能不僅僅是滿足普通意義上的MTC，因而將相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)名稱定義為“促進(jìn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用之間通信的架構(gòu)增強(qiáng)”。

進(jìn)一步來看，通信運(yùn)營(yíng)商開展M2M業(yè)務(wù)，除了傳統(tǒng)的直銷模式之外，往往需要倚重大客戶、M2M服務(wù)提供商和MNVO等“企業(yè)客戶”發(fā)展M2M通道數(shù)量。通信運(yùn)營(yíng)商通過和這些企業(yè)客戶的合作，形成了B2B2C或B2B2B兩種業(yè)務(wù)開展模式。中國(guó)電信和安吉星合作的On-Star車載信息服務(wù)屬于B2B2C案例；而B2B2B的典型案例則是通信運(yùn)營(yíng)商為一些智能裝備供應(yīng)商的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)和維護(hù)服務(wù)提供通信服務(wù)。將上述兩種模式統(tǒng)稱為B2B2x模式。

在B2B2x模式下，通信運(yùn)營(yíng)商服務(wù)的是大眾客戶或?yàn)槠渌髽I(yè)提供M2M應(yīng)用服務(wù)（以下簡(jiǎn)稱為M2M服務(wù)）的M2M應(yīng)用服務(wù)提供商（以下簡(jiǎn)稱M2M服務(wù)商）。通信服務(wù)是這些M2M服務(wù)商向其用戶提供M2M服務(wù)的基礎(chǔ)條件，也往往由他們向通信運(yùn)營(yíng)商直接采購，將通信服務(wù)作為服務(wù)的重要組成部分嵌入其提供的M2M服務(wù)中。在這種模式下，除了一些諸如VPN、流量隔離等傳統(tǒng)的通信需求之外，新的需求開始出現(xiàn)。

圖3 3GPP的MTC通信架構(gòu)

M2M服務(wù)商作為服務(wù)運(yùn)營(yíng)者，也面臨著服務(wù)開通、服務(wù)計(jì)量和服務(wù)保障這三大業(yè)務(wù)管理功能。M2M服務(wù)商向其用戶提供的是完整的M2M服務(wù)，而將通信服務(wù)作為M2M服務(wù)的后臺(tái)組成部分。因此，出于向其用戶提供靈活便捷的服務(wù)的需要，M2M服務(wù)商也要求通信運(yùn)營(yíng)商向其提供通信服務(wù)的靈活便捷的服務(wù)。具體來說，就是需要通信運(yùn)營(yíng)商通過門戶系統(tǒng)向M2M服務(wù)商提供自助門戶，通過API開放使得M2M服務(wù)商應(yīng)用系統(tǒng)能夠集成通信通道管控能力，滿足M2M服務(wù)商對(duì)于通信管道的全自動(dòng)即時(shí)管控需求。尤其在服務(wù)開通和服務(wù)保障功能方面，M2M服務(wù)商的主要訴求如下。

·即時(shí)的業(yè)務(wù)開通：通過對(duì)SIM卡狀態(tài)的管理完成對(duì)SIM卡的激活、停用等操作，并即時(shí)生效；套餐的自主設(shè)置等。

·靈活的計(jì)費(fèi)賬務(wù)：按照客戶的要求提供集中的計(jì)費(fèi)賬務(wù)處理功能。

·通道使用狀態(tài)信息即時(shí)查詢：提供終端附著網(wǎng)絡(luò)、下線、建立PS域連接、IP地址、流量、位置等信息用于診斷分析和策略管控。

·遠(yuǎn)程喚醒終端：滿足應(yīng)用主動(dòng)發(fā)起對(duì)終端通信的需求。

·遠(yuǎn)程終端管理。

在上述基礎(chǔ)訴求的基礎(chǔ)上，還可以派生出其他一些訴求，如基于流量門限的報(bào)警。

從這些功能看，M2M服務(wù)商需要通信運(yùn)營(yíng)商提供“可管理的M2M通道”，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于通信管道的即時(shí)管控。同時(shí)，隨著通信運(yùn)營(yíng)商針對(duì)M2M通信的管道能力提升工作的開展，“可管理的M2M通道”的內(nèi)涵不斷擴(kuò)展。

通信運(yùn)營(yíng)商為滿足M2M服務(wù)商的上述訴求，需要對(duì)網(wǎng)元和支撐系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。這種改造，在最初的層面可能涉及信息的獲取，后續(xù)可能涉及功能或業(yè)務(wù)邏輯的改造。前者只是對(duì)這些網(wǎng)元或支撐系統(tǒng)改造接口而已，而后者則可能需要對(duì)網(wǎng)元或支撐系統(tǒng)本身進(jìn)行改造。為了快速搭建平臺(tái)和提供相應(yīng)功能，初期可能選擇不對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行改造或進(jìn)行少量改造，也可以從信令采集系統(tǒng)獲取涉及網(wǎng)元提供的一些信息。為降低對(duì)大網(wǎng)的影響以及探索新的能力的構(gòu)建，可以考慮采用設(shè)置獨(dú)立的M2M專用核心網(wǎng)網(wǎng)元的方法來避免對(duì)大量大網(wǎng)設(shè)備的改造。

3.2 針對(duì)設(shè)備全球化部署的適配技術(shù)

在M2M業(yè)務(wù)領(lǐng)域，兩個(gè)因素導(dǎo)致了一種針對(duì)新的全球化部署而提出的適配技術(shù)的出現(xiàn)。第一個(gè)因素，出現(xiàn)了和M2M終端形成機(jī)卡合一關(guān)系的SIM卡，如嵌入式SIM，即eSIM。第二個(gè)因素，智能設(shè)備廠商提出了一點(diǎn)生產(chǎn)、全球部署情況下使用本地資費(fèi)套餐的需求。前者的出現(xiàn)，是因?yàn)椴糠諱2M應(yīng)用采用的M2M終端以及其使用的SIM卡在生產(chǎn)時(shí)就被預(yù)裝到智能設(shè)備中。在整個(gè)設(shè)備生命周期中，SIM卡是不可更換的（為提高環(huán)境適應(yīng)性，這些SIM卡往往采用貼片模式，直接焊接在通信模塊中）。后者則是業(yè)務(wù)全球化背景下，全球化設(shè)備廠商希望降低M2M服務(wù)成本的結(jié)果。

上述兩個(gè)因素導(dǎo)致在M2M應(yīng)用中一種新型業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)：SIM卡保持不變的情況下，通過空中寫卡OTA（over the air）接口實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商碼號(hào)數(shù)據(jù)切換，從而實(shí)現(xiàn)按需切換通信運(yùn)營(yíng)商服務(wù)的目標(biāo)。在SIM卡商等實(shí)體的推動(dòng)下，GSMA于2013年年底發(fā)布了其制定的規(guī)范[6]，描述了eSIM遠(yuǎn)程激活系統(tǒng)（如圖4所示），其核心思想是：

·一張SIM卡上可以有多家通信運(yùn)營(yíng)商的和用戶注冊(cè)管理相關(guān)的碼號(hào)數(shù)據(jù)；

·為實(shí)現(xiàn)切換運(yùn)營(yíng)商的目標(biāo)，依靠用戶注冊(cè)管理器（subscription manager，SM）（其由兩部分組成：SM-DP（注冊(cè)管理—數(shù)據(jù)準(zhǔn)備）系統(tǒng)和SM-SR（注冊(cè)管理—安全路由）系統(tǒng)），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SIM卡的碼號(hào)數(shù)據(jù)下載以及當(dāng)前激活碼號(hào)數(shù)據(jù)的指定。

圖4 eSIM遠(yuǎn)程激活系統(tǒng)

目前，SIM卡廠商也有類似的私有方案。GMSA正在全力推進(jìn)上述方案進(jìn)入商用試點(diǎn)。而ETSI等其他一些標(biāo)準(zhǔn)組織也在開展類似工作。

4 結(jié)束語

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)M2M通信增強(qiáng)技術(shù)仍然處于技術(shù)發(fā)展的初期，遠(yuǎn)未滿足機(jī)器通信的普遍需求。各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織雖然積極進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃和制定，但上述標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)仍在進(jìn)行當(dāng)中。3GPP等標(biāo)準(zhǔn)組織提出的支持M2M通信特征的功能尚未在現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模部署實(shí)施。按照協(xié)議改進(jìn)目標(biāo)，隨著這些標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)施將使網(wǎng)絡(luò)支持M2M通信的能力得到提升。在M2M通信尚未成為通信網(wǎng)絡(luò)承載的主體流量之前，僅僅針對(duì)M2M通信對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)并不現(xiàn)實(shí)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)M2M通信承載能力的提升，往往是隨著針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)主體業(yè)務(wù)承載能力的提升而實(shí)施的全網(wǎng)升級(jí)而獲得。國(guó)內(nèi)外通信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始基于專用號(hào)段和獨(dú)立NAI（network access indentifier，網(wǎng)絡(luò)接入符）等區(qū)分手段，在核心網(wǎng)內(nèi)設(shè)立專用網(wǎng)元承載M2M通信，滿足其在接入、QoS、通信狀態(tài)獲取、安全、計(jì)費(fèi)等方面的特殊需求，并探索進(jìn)一步開發(fā)新的增值服務(wù)的可行性。

1 GSMA Intelligence.From concept to delivery:the M2M market today.https://gsmaintelligence.com/files/analysis/?file=140217-m2m.pdf,2014

2 3GPP TS 22.368.Service Requirements for Machine-Type Communications(MTC);Stage 1,2014

3 王藝.機(jī)器通信推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步演進(jìn).中興通信技術(shù),2010(4)

4 3GPP TS 29.368.Tsp Interface Protocol Between the MTC Interworking Function(MTC-IWF)and Service Capability Server(SCS),2014

5 3GPP TS 23.682.Architecture Enhancements to Facilitate Communications with Packet Data Networks and Applications,2014

6 GSMA Association.Embedded SIM Remote Provisioning Architecture.http://www.gsma.com/connectedliving/wp-content/uploads/2014/01/1.-GSMA-Embedded-SIM-Remote-Provisioning-Architecture-Version-1.1.pdf,2013