機器通信與網絡演進

摘要:物聯(lián)網是世界信息產業(yè)第三次浪潮，并已成為世界各國經濟社會發(fā)展的新興戰(zhàn)略性產業(yè)。機器通信作為物聯(lián)網實施的重要一環(huán)，受到越來越多的關注并已應用在很多領域。文章介紹了機器通信的模式和特點，其中最突出的特征是反向小流量業(yè)務是機器通信的主體。并將通信網絡承載機器通信的演進趨勢分為3個階段：即混同承載、區(qū)別承載和獨立承載。文章認為，機器通信業(yè)務的初始階段，是業(yè)務適應網絡；而機器通信業(yè)務如果規(guī)�；�到一定程度后，網絡應該適應業(yè)務。

關鍵字:機器通信；M2M；泛在網

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.

英文關鍵字:machine-type communication; M2M; ubiquitous network

機器通信業(yè)務將向規(guī)�；�、泛在化、產業(yè)化的方向加速發(fā)展

機器通信具備獨特的通信模式和特征，對通信網絡提出了新要求

通信網絡承載機器通信的演進趨勢可以劃分為3個階段：混同承載階段、區(qū)別承載階段以及遠期的獨立承載階段

通信網絡從誕生開始，一直就以滿足人與人的語音通信為目標。Internet興起后，為了承載各種新型數(shù)據通信業(yè)務，在接入網、核心網和傳輸網等層面進行了相應的演進。而今，隨著機器通信業(yè)務的蓬勃發(fā)展和對其未來的良好預期，通信網絡的演進又獲得了重要的推動力。

1 機器通信概述

機器通信，又稱為M2M通信，指通信一方或雙方是機器，且機器通過程序控制能自動完成整個通信過程的通信形式。機器通信包含機器到機器、人到機器和機器到人3種類型的通信業(yè)務。通過機器通信，不但機器和機器之間可以進行信息交互，機器還可以響應來自人或后端系統(tǒng)（也是一種機器）的控制指令，或將采集到的信息傳送給人或后端系統(tǒng)。文章關注的機器通信業(yè)務，主要指借助電信運營商的通信網絡（以下簡稱“通信網絡”）進行廣域互連的機器通信業(yè)務。同時，論述的重點以采用移動蜂窩網接入的機器通信業(yè)務為主。

機器通信業(yè)務早已存在，只不過一方面，部分機器通信業(yè)務和公共通信網絡無關，例如在一些特定行業(yè)里，數(shù)據采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)早已被用作遠距離數(shù)據采集和設備控制的通信手段；另一方面，業(yè)務總體尚未到達一定規(guī)模，因而關注度相對不高。

作為物聯(lián)網體系中的重要一環(huán)，機器通信業(yè)務從2009年下半年開始，似乎突然間受到了社會的重點關注，形成了產業(yè)界的一股新浪潮。人們發(fā)現(xiàn)，一方面機器通信當前已經應用在很多領域里：環(huán)境感知類應用、車載信息類應用、無線金融支付類應用、Telemetry類應用和資產監(jiān)控類應用；另一方面機器通信未來會有更廣泛的應用：既有應用的內涵會加深、規(guī)模會逐漸擴大，并且將會出現(xiàn)節(jié)能減排、遠程醫(yī)療、智能家居等更多的可以廣泛應用的領域。

對于電信運營商而言，機器通信業(yè)務還有一層重要意義：隨著傳統(tǒng)通信市場的逐漸飽和，機器通信業(yè)務成為運營商拓展空間的重要方向。這是因為，未來連入網絡的機器數(shù)量十分可觀，甚至超過連入網絡的人的數(shù)量。電信運營商逐漸開始重視機器通信業(yè)務，并積極投身到機器通信業(yè)務的推進工作中。例如，Orange面對M2M業(yè)務，針對不同需求類型的客戶，分別推出了通道化業(yè)務、標準業(yè)務平臺業(yè)務和行業(yè)定制化業(yè)務。而在中國，中國電信和中國移動都在機器通信領域進行了大量的探索和實踐工作。

面對龐大的應用需求，在產業(yè)各方的積極推動下，機器通信業(yè)務將向規(guī)�；�、泛在化、產業(yè)化的方向加速發(fā)展。那么，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據通信業(yè)務，機器通信有哪些特點？通信網絡如何承載機器通信業(yè)務？這些問題已經成為當前通信界關注的熱點。

2 機器通信特點

我們可以從多個角度來觀察并分析機器通信的特點。例如數(shù)據的流向、數(shù)據流量所需帶寬、機器終端的移動性、傳輸操作的觸發(fā)機制和時間特性等等。

（1）反向流量是機器通信的主要流量

當前的大多數(shù)機器通信業(yè)務，處于機器通信發(fā)展的第一個階段，特點是以信息采集為主。如智能測量中的抄表應用、水文監(jiān)測應用、環(huán)境監(jiān)測應用等。信息的流向是從采集點的機器終端通過通信網絡傳送到客戶的后端應用系統(tǒng)。借用移動蜂窩網的術語，當前的機器通信業(yè)務以反向流量為主。隨著機器通信發(fā)展第二個階段的出現(xiàn)，遠程控制功能得以加強、信息發(fā)布類應用廣泛出現(xiàn)，前向流量會逐漸增加。而到了第三個階段，機器通信的目標變成了其它機器，這種場景下數(shù)據流向特征可能就是基本對稱了。

總的來說，綜合機器通信類應用的特點，尤其是后端客戶應用系統(tǒng)的中樞智能特征等因素，反向流量將仍然長期是機器通信的主要流量。與此形成對照的是，目前手機終端的數(shù)據流量、上網卡的數(shù)據流量主要以前向流量為主。

（2）小流量業(yè)務是機器通信主體

從數(shù)據流量所需的帶寬來看，機器通信大致可以分為大流量業(yè)務和小流量業(yè)務兩大類。大流量業(yè)務主要體現(xiàn)在兩類應用：視頻采集類應用和數(shù)據匯聚傳輸類應用。視頻采集類應用從監(jiān)視區(qū)域采集視頻信息以流媒體的形式上傳到遠端平臺。在環(huán)保監(jiān)控類應用、公交監(jiān)控類應用中都有實際使用。數(shù)據匯聚傳輸類應用的主要體現(xiàn)形式是使用無線路由器的應用場景。

大流量業(yè)務之外，更廣泛的機器通信需求集中在小流量業(yè)務中。這些小流量應用的典型特征是一次通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據極其有限，也就在1 ~10 kbit/s之間。這樣的數(shù)據傳輸量，在通信質量較好的2.5 Gbit/s蜂窩網，如CDMA 1X網絡里，數(shù)秒之內就可以傳輸完畢。典型案例如出租車輛的軌跡跟蹤，一次通信過程主要向后端應用系統(tǒng)傳送定位信息。而定位信息主要包含經度、緯度、高度、速度等信息，數(shù)據流量很小。甚至一些開關量應用，每次數(shù)據傳送只是“開”或者“關”信息，數(shù)據流量就更小了。

從當前應用情況來看，小流量業(yè)務是機器通信的主體。

（3）大量終端具備低移動性的特點

從機器終端的移動性角度來看，機器通信類應用有4種情況。第一種是大范圍移動的機器終端，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器終端，如無線POS；第三種是在一個很小范圍內移動的機器終端，如在家居環(huán)境中的遠程健康監(jiān)測終端；第四種則是基本不移動，甚至可以說是在固定地點接入的機器終端，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種類型的機器通信類應用，需要指出的是，符合第四種情況的機器終端應用，不在少數(shù)。

（4）機器終端傳輸操作的觸發(fā)機制和時間特性各不相同

從傳輸操作觸發(fā)機制和時間特性來看，主要可以分為3種類型。

第一種是條件觸發(fā)的即時性傳輸類型。此類機器終端在滿足某種條件的情況下，將包含相關信息的數(shù)據立即傳送到后臺應用。所謂“某種條件”，會因具體應用的不同而存在不同情形。例如，開關量監(jiān)控類應用，一旦開關量發(fā)生變化，終端應立即上報信息；指標監(jiān)控類應用，一旦指標超過門限，終端應立即上報信息。位置觸發(fā)類應用，一旦終端到達一定地域，終端應立即上報信息。

第二種是時間觸發(fā)的即時性傳輸類型。例如，車輛軌跡跟蹤類應用。一般情況下，車輛終端會以一定時長為周期，周期性的上報車輛的定位信息。觸發(fā)數(shù)據上報操作的是以時間為基準的內部觸發(fā)機制。

第三種是時間觸發(fā)的非即時性傳輸類型。此類應用主要用于特定時刻的數(shù)據收集，后端應用采集這些數(shù)據主要用于后分析。此類應用，并不強調數(shù)據上傳的即時性。終端可以在數(shù)據產生后的一定時間內上傳數(shù)據即可。