1 引言
通过装置在各类物体上的SIM卡、传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，给物体赋予智能，可以实现人和物、物和物之间的沟通与对话。这种将物休连接起来的网络被称为物联网，它具有规模性、流动性、安全性的特点。物联网业务是基于移动通信网络向客户提供的个性化、智能化、信息化的物联网应用。M2M(Machine-to-Machine/Man)是现阶段物联网最普遍的应用形式。
2 M2M业务规模化推广遇到的难题
M2M应用丰富多彩，市场需求巨大。M2M应用中最重要的环节是终端部分，它上行起到感知变化、获取信息并进行传输的作用，下行起到传输指令、进行动作控制的作用。传统的M2M终端包括通信终端和业务实现终端两部分，如图1所示。
图1 M2M终端构成
其中，业务实现终端根据M2M业务的不同，对应不同类型的终端。常见的M2M业务，包括传感器类业务、多媒体类业务、位置服务类业务及串口传输类业务等。基于M2M业务实现终端的不同，通信终端与业务实现终端的连接因具体业务的不同而不同。为实现通信终端与业务实现终端的正常连接，需要根据M2M业务的类型而实现对通信终端的个性化定制。
在M2M业务推广过程中，每每会遇到终端高度个性化的难题。主要体现在通信终端与传感器、继电器及串口等外接设备的连接上。例如，传感器因输出针脚不同，对于连接方式、供电要求、后台计算公式以及变送器等都有不同要求，几乎每一种业务的细微变化，通信终端都需要进行针对性的定制化开发。现有的技术是通过对通信终端进行个性化定制，以完成与不同类型M2M业务实现终端的通信，因此加大了通信终端开发的工作量，增加了M2M业务的成本。鉴于M2M业务丰富多彩的实际，如果没有一种规范化的通信终端连接方式，势必影响M2M业务的大规模推广。
3 业务适配器的概念和研究
3.1业务适配器的概念
为解决M2M终端的高度个性化难题，实现真正意义上M2M应用的“即插即用”上线方式，我们提出:在通信终端和传感器、继电器等外接设备之间设计一种业务适配器.负贵连接不同的传感器及信号采集设备，业务适配器与通信终端采用标准接口相连接。该设计可以将通信终端所提供的能力进行标准化，同时将传感器、继电器的连接方式做到规范化，以便于大规模生产。除提供双向接口功能外，业务适配器还提供供电功能.如图2所示。
图2 业务适配器连接图
3.2业务适配器的总体框架
MOM业务需求多种多样，为便于推广，本文提出了一种业务适配器(图3)设计，提供多路串口类、多媒体类、传感器类开关量、模拟量等接口。
图3 业务适配器结构示意图
但在业务适配器设计过程中，由于M2M业务需求的多样化，而导致业务实现侧外接设备出现了连接方式不同、供电需求不同、变送器要求不同、输出针脚不同等情况。因此，只设计一种业务适配器无法满足所有M2M业务的需求特性;即使满足，其设计也会因极其复杂而无法实现规模化量产，不能有效降低价格。
3.3业务适配器的分类
为保证业务适配器涵盖业务接口种类的正交性和完备性，我们全面梳理了现有M2M业务，根据业务特性进行了聚类划分，以下五类业务占到了目前全部M2M应用的90%以上;
(1)传感器类:模拟量传感器、开关量传感器进行数据采集，再通过继电器进行某项控制。
(2)多媒体类:将文字、音频、视频、图片、动画等需要广为发布的信息通过GPR51/TD-SCDMA网络传送出去。
(3）位置服务类:利用GPS、LBS等定位技术获得移动终端的位置信息。实现各种与位置相关的业务。
(4）串口传输类:用子工业生产等有数据计算能力的设备，实现数据输人/输出，大多采用RS232或RS485。
(5）RJ45接口类:以太网接口类应用，主要用于大数据量的不间断传输。
3.4传感器类业务适配器的实现方案
由于多媒体类、位置服务类、串口传输类、RJ45类多采用标准接口，因此，本文将以非标准化为主的传感器类适配器作为主要研究对象。环境监控类应用是实际业务推广中较多遇到的一种应用，多采用传感器类解决方案。所以，此处将环境监测类作为试验用例。
所谓传感器，是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的敏感元件与转换元件组合。
传感器的输出管脚，主要包括两针和四针两种。而通常看到的三针脚传感器，实际是四针脚传感器的变种，一般是合并地线和零线所形成。六针脚传感器基本也是四针脚的变种，通常是化学型传感器需要对传感器进行预加热，传感器工作需要达到一定温度。多出来的两个针脚就是专门用作加热供电的。各种针脚传感器如图4所示。
图4 不同针脚的传感器
传感器按照其输出信号不同可分为两类:
(1)模拟量传感器:将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
(2)开关量传感器:当一个被测量的信号达到某个特定闭值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
根据传感器类业务的特点，传感器类业务适配器应具备的功能如图5所示。
图5 传感器类业务适配器功能示意图
根据业务适配器的功能要求，本文提出了针对性实现方案，即:业务适配器提供模拟量输入的两针脚接口、四针脚接口和六针脚接口。开关量输入接口主要，用于连接不同的开关量传感器。一般开关量传感器相当于一个开关，输入信号为断续、是非的关系，所以，此处只提供两针脚输入接口即可。每个端口连接相应的信号变送器并串联电路保护元器件，变送器用于将输入的信号处理为设定格式的信号，信号输出模块用于通过连接电路将变送器传输的信号输出给通信终端。如图6所示。
图6 传感器类业务适配器内部结构示意图
此外，该业务适配器还包括电路保护模块，主要是防止强电流的冲击如雷击对设备的损坏。
传感器类业务适配器的设计并不牵扯复杂电路，具有可定制性，并且对防雷、防尘、防水等特殊环境要求易于满足，制造简单，因而可以适应M2M业务变化的大部分需求。
3.5传感器类业务的应用案例
智能农业大棚标准化生产监测系统，即:实时采集大棚农作物生产过程中最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率等信息，通过无线网络进行传输，利用短信息、WEB，WAP等手段，让种植户能够实时掌握，以便于农业大棚的集中化管理和规模化运营。我们将传感器类业务适配器分别与温度、湿度、二氧化碳、土壤温度、土壤含水率等五类传感器进行连接，然后通过适配器连接通信终端;传感器所采集的数据信息全部集中至传感器类业务适配器，然后通过标准的通信终端无线上传到中心服务器，从而实现生产信息的监控。
4 结束语
业务适配器的提出，将丰富的M2M业务个性化需求放在业务终端上予以实现，真正实现了M2M业务由通道型向集成型的转变，实现了业务的即插即用，而且大大降低了终端成本，为实现M2M业务的规模化推广，促进市场发展奠定了坚实基础。
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本文标题：M2M终端标准化之研究
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