機(jī)器通信與網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

摘要:物聯(lián)網(wǎng)是世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，并已成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。機(jī)器通信作為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的重要一環(huán)，受到越來(lái)越多的關(guān)注并已應(yīng)用在很多領(lǐng)域。文章介紹了機(jī)器通信的模式和特點(diǎn)，其中最突出的特征是反向小流量業(yè)務(wù)是機(jī)器通信的主體。并將通信網(wǎng)絡(luò)承載機(jī)器通信的演進(jìn)趨勢(shì)分為3個(gè)階段：即混同承載、區(qū)別承載和獨(dú)立承載。文章認(rèn)為，機(jī)器通信業(yè)務(wù)的初始階段，是業(yè)務(wù)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；而機(jī)器通信業(yè)務(wù)如果規(guī)�；�到一定程度后，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該適應(yīng)業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵字:機(jī)器通信；M2M；泛在網(wǎng)

英文摘要:Internet of Things is the third wave of the information industry and has become a strategic industry in economic and social development worldwide. The most important part in the implementation of Internet of Things, M2M has attracted increasing attention as it continues to be applied in many fields. This paper introduces the M2M module as well as the possible future of M2M; in particular, its application in small reverse flow business. It also proposes that development of M2M networks can be considered in three stages: mix-up bearing mode, differentiated bearing mode, and independent bearing mode. In the initial stage of M2M, business should adapt to suit the network; when it increases in scale, the network should adapt to suit business.

英文關(guān)鍵字:machine-type communication; M2M; ubiquitous network

機(jī)器通信業(yè)務(wù)將向規(guī)�；�、泛在化、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展

機(jī)器通信具備獨(dú)特的通信模式和特征，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了新要求

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

通信網(wǎng)絡(luò)從誕生開(kāi)始，一直就以滿足人與人的語(yǔ)音通信為目標(biāo)。Internet興起后，為了承載各種新型數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)等層面進(jìn)行了相應(yīng)的演進(jìn)。而今，隨著機(jī)器通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展和對(duì)其未來(lái)的良好預(yù)期，通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)又獲得了重要的推動(dòng)力。

1 機(jī)器通信概述

機(jī)器通信，又稱為M2M通信，指通信一方或雙方是機(jī)器，且機(jī)器通過(guò)程序控制能自動(dòng)完成整個(gè)通信過(guò)程的通信形式。機(jī)器通信包含機(jī)器到機(jī)器、人到機(jī)器和機(jī)器到人3種類型的通信業(yè)務(wù)。通過(guò)機(jī)器通信，不但機(jī)器和機(jī)器之間可以進(jìn)行信息交互，機(jī)器還可以響應(yīng)來(lái)自人或后端系統(tǒng)（也是一種機(jī)器）的控制指令，或?qū)⒉杉�到的信息傳送給人或后端系統(tǒng)。文章關(guān)注的機(jī)器通信業(yè)務(wù)，主要指借助電信運(yùn)營(yíng)商的通信網(wǎng)絡(luò)（以下簡(jiǎn)稱“通信網(wǎng)絡(luò)”）進(jìn)行廣域互連的機(jī)器通信業(yè)務(wù)。同時(shí)，論述的重點(diǎn)以采用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)接入的機(jī)器通信業(yè)務(wù)為主。

機(jī)器通信業(yè)務(wù)早已存在，只不過(guò)一方面，部分機(jī)器通信業(yè)務(wù)和公共通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，例如在一些特定行業(yè)里，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)早已被用作遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的通信手段；另一方面，業(yè)務(wù)總體尚未到達(dá)一定規(guī)模，因而關(guān)注度相對(duì)不高。

作為物聯(lián)網(wǎng)體系中的重要一環(huán)，機(jī)器通信業(yè)務(wù)從2009年下半年開(kāi)始，似乎突然間受到了社會(huì)的重點(diǎn)關(guān)注，形成了產(chǎn)業(yè)界的一股新浪潮。人們發(fā)現(xiàn)，一方面機(jī)器通信當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域里：環(huán)境感知類應(yīng)用、車載信息類應(yīng)用、無(wú)線金融支付類應(yīng)用、Telemetry類應(yīng)用和資產(chǎn)監(jiān)控類應(yīng)用；另一方面機(jī)器通信未來(lái)會(huì)有更廣泛的應(yīng)用：既有應(yīng)用的內(nèi)涵會(huì)加深、規(guī)模會(huì)逐漸擴(kuò)大，并且將會(huì)出現(xiàn)節(jié)能減排、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居等更多的可以廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。

對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，機(jī)器通信業(yè)務(wù)還有一層重要意義：隨著傳統(tǒng)通信市場(chǎng)的逐漸飽和，機(jī)器通信業(yè)務(wù)成為運(yùn)營(yíng)商拓展空間的重要方向。這是因?yàn)�，未�?lái)連入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器數(shù)量十分可觀，甚至超過(guò)連入網(wǎng)絡(luò)的人的數(shù)量。電信運(yùn)營(yíng)商逐漸開(kāi)始重視機(jī)器通信業(yè)務(wù)，并積極投身到機(jī)器通信業(yè)務(wù)的推進(jìn)工作中。例如，Orange面對(duì)M2M業(yè)務(wù)，針對(duì)不同需求類型的客戶，分別推出了通道化業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)和行業(yè)定制化業(yè)務(wù)。而在中國(guó)，中國(guó)電信和中國(guó)移動(dòng)都在機(jī)器通信領(lǐng)域進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐工作。

面對(duì)龐大的應(yīng)用需求，在產(chǎn)業(yè)各方的積極推動(dòng)下，機(jī)器通信業(yè)務(wù)將向規(guī)模化、泛在化、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展。那么，相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，機(jī)器通信有哪些特點(diǎn)？通信網(wǎng)絡(luò)如何承載機(jī)器通信業(yè)務(wù)？這些問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前通信界關(guān)注的熱點(diǎn)。

2 機(jī)器通信特點(diǎn)

我們可以從多個(gè)角度來(lái)觀察并分析機(jī)器通信的特點(diǎn)。例如數(shù)據(jù)的流向、數(shù)據(jù)流量所需帶寬、機(jī)器終端的移動(dòng)性、傳輸操作的觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性等等。

（1）反向流量是機(jī)器通信的主要流量

當(dāng)前的大多數(shù)機(jī)器通信業(yè)務(wù)，處于機(jī)器通信發(fā)展的第一個(gè)階段，特點(diǎn)是以信息采集為主。如智能測(cè)量中的抄表應(yīng)用、水文監(jiān)測(cè)應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用等。信息的流向是從采集點(diǎn)的機(jī)器終端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶的后端應(yīng)用系統(tǒng)。借用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的術(shù)語(yǔ)，當(dāng)前的機(jī)器通信業(yè)務(wù)以反向流量為主。隨著機(jī)器通信發(fā)展第二個(gè)階段的出現(xiàn)，遠(yuǎn)程控制功能得以加強(qiáng)、信息發(fā)布類應(yīng)用廣泛出現(xiàn)，前向流量會(huì)逐漸增加。而到了第三個(gè)階段，機(jī)器通信的目標(biāo)變成了其它機(jī)器，這種場(chǎng)景下數(shù)據(jù)流向特征可能就是基本對(duì)稱了。

總的來(lái)說(shuō)，綜合機(jī)器通信類應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是后端客戶應(yīng)用系統(tǒng)的中樞智能特征等因素，反向流量將仍然長(zhǎng)期是機(jī)器通信的主要流量。與此形成對(duì)照的是，目前手機(jī)終端的數(shù)據(jù)流量、上網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)流量主要以前向流量為主。

（2）小流量業(yè)務(wù)是機(jī)器通信主體

從數(shù)據(jù)流量所需的帶寬來(lái)看，機(jī)器通信大致可以分為大流量業(yè)務(wù)和小流量業(yè)務(wù)兩大類。大流量業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在兩類應(yīng)用：視頻采集類應(yīng)用和數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用。視頻采集類應(yīng)用從監(jiān)視區(qū)域采集視頻信息以流媒體的形式上傳到遠(yuǎn)端平臺(tái)。在環(huán)保監(jiān)控類應(yīng)用、公交監(jiān)控類應(yīng)用中都有實(shí)際使用。數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用的主要體現(xiàn)形式是使用無(wú)線路由器的應(yīng)用場(chǎng)景。

大流量業(yè)務(wù)之外，更廣泛的機(jī)器通信需求集中在小流量業(yè)務(wù)中。這些小流量應(yīng)用的典型特征是一次通信過(guò)程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)極其有限，也就在1 ~10 kbit/s之間。這樣的數(shù)據(jù)傳輸量，在通信質(zhì)量較好的2.5 Gbit/s蜂窩網(wǎng)，如CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)里，數(shù)秒之內(nèi)就可以傳輸完畢。典型案例如出租車輛的軌跡跟蹤，一次通信過(guò)程主要向后端應(yīng)用系統(tǒng)傳送定位信息。而定位信息主要包含經(jīng)度、緯度、高度、速度等信息，數(shù)據(jù)流量很小。甚至一些開(kāi)關(guān)量應(yīng)用，每次數(shù)據(jù)傳送只是“開(kāi)”或者“關(guān)”信息，數(shù)據(jù)流量就更小了。

從當(dāng)前應(yīng)用情況來(lái)看，小流量業(yè)務(wù)是機(jī)器通信的主體。

（3）大量終端具備低移動(dòng)性的特點(diǎn)

從機(jī)器終端的移動(dòng)性角度來(lái)看，機(jī)器通信類應(yīng)用有4種情況。第一種是大范圍移動(dòng)的機(jī)器終端，如車載終端，尤其是出租車車輛的車載終端；第二種是游牧型的機(jī)器終端，如無(wú)線POS；第三種是在一個(gè)很小范圍內(nèi)移動(dòng)的機(jī)器終端，如在家居環(huán)境中的遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)終端；第四種則是基本不移動(dòng)，甚至可以說(shuō)是在固定地點(diǎn)接入的機(jī)器終端，如很多用于環(huán)保監(jiān)控的終端，基本就固定在環(huán)保監(jiān)控源附近。

雖然有4種類型的機(jī)器通信類應(yīng)用，需要指出的是，符合第四種情況的機(jī)器終端應(yīng)用，不在少數(shù)。

（4）機(jī)器終端傳輸操作的觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性各不相同

從傳輸操作觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性來(lái)看，主要可以分為3種類型。

第一種是條件觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類型。此類機(jī)器終端在滿足某種條件的情況下，將包含相關(guān)信息的數(shù)據(jù)立即傳送到后臺(tái)應(yīng)用。所謂“某種條件”，會(huì)因具體應(yīng)用的不同而存在不同情形。例如，開(kāi)關(guān)量監(jiān)控類應(yīng)用，一旦開(kāi)關(guān)量發(fā)生變化，終端應(yīng)立即上報(bào)信息；指標(biāo)監(jiān)控類應(yīng)用，一旦指標(biāo)超過(guò)門限，終端應(yīng)立即上報(bào)信息。位置觸發(fā)類應(yīng)用，一旦終端到達(dá)一定地域，終端應(yīng)立即上報(bào)信息。

第二種是時(shí)間觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類型。例如，車輛軌跡跟蹤類應(yīng)用。一般情況下，車輛終端會(huì)以一定時(shí)長(zhǎng)為周期，周期性的上報(bào)車輛的定位信息。觸發(fā)數(shù)據(jù)上報(bào)操作的是以時(shí)間為基準(zhǔn)的內(nèi)部觸發(fā)機(jī)制。

第三種是時(shí)間觸發(fā)的非即時(shí)性傳輸類型。此類應(yīng)用主要用于特定時(shí)刻的數(shù)據(jù)收集，后端應(yīng)用采集這些數(shù)據(jù)主要用于后分析。此類應(yīng)用，并不強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)上傳的即時(shí)性。終端可以在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后的一定時(shí)間內(nèi)上傳數(shù)據(jù)即可。