1 概述
M2M是“机器对机器通信（MachinetoMachine）”或者“人对机器通信（MantoMachine）”的简称，主要是指通过“通信网络”传递信息从而实现机器对机器或人对机器的数据交换，也就是通过通信网络实现机器之间的互联、互通。移动通信网络由于其网络的特殊性，终端侧不需要人工布线，可以提供移动性支撑，有利于节约成本，并可以满足在危险环境下的通信需求，使得以移动通信网络作为承载的M2M服务得到了业界的广泛关注。
M2M与社会的发展和人们的生活、工作密切相关，应用遍布各个领域，主要包括：交通领域（交通监控、定位导航）、电力领域（远程抄表和负载监控）、农业领域（大棚监控、动物溯源）、智慧城市（电梯监控、路灯控制）、安全领域（城市和企业安防）、环保领域（污染监控、水土检测）和智能家居（老人/小孩看护、智能安防）等。
2012年初，为了更好地在全球范围内推动物联网标准化研究，包括ETSI、ARIB、ATIS、CCSA、TIA、TTA和TTC等在内的全球主要标准化组织（SDOs）宣布，经过几个月的讨论磋商，对合作开展M2M标准化活动的必要性达成了共识，计划成立“M2M全球标准化组织”。
2 运营商M2M平台结构
M2M平台为客户提供统一的M2M终端管理、终端设备鉴权；支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接；提供数据路由、监控、用户鉴权和内容计费等管理功能。
M2M平台的主要模块如图1所示，其中：终端接入模块主要实现平台对终端接入的认证管理、连接保持以及流量控制功能。在终端接入时，通过平台可以完成包括报文收发、报文认证、终端流控和协议适配的功能；在终端接入后，平台将完成终端注册、终端登录、终端退出以及终端注销等功能。此外终端接入模块还实现终端信息查询、状态监测、故障管理、参数查询和配置、远程控制和终端操作任务管理等功能。该模块中需要实现不同运营商的M2M终端接入协议，如中国移动通信企业标准无线机器通信协议（WMMP）、中国电信技术规范M2M终端监测控制协议（MDMP），以实现与M2M终端数据交互。
行业应用系统接入模块实现平台与行业应用系统的对接，为行业应用系统提供终端管理服务和行业应用数据转发服务，包括应用接入的建立和维护、流量控制、终端管理请求处理以及应用数据转发请求处理等基本功能。
业务管理模块实现对终端和应用的基本信息的维护，对相应的行业应用业务进行受理、计费以及下单等。
平台管理模块主要完成M2M业务系统正常运行所需的基础数据管理、操作员账号管理、系统安全管理等功能。
门户管理模块提供人性化的Web登录界面，供平台管理员、业务管理员、企业客户、终端厂商、服务提供商等完成终端管理、应用管理、系统管理等功能。
通信接入模块主要实现平台与M2M终端的通信连接，包括实现各种有线、无线接入网络的通信功能，如2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX、ADSL等。
图1 M2M业务系统结构
3 ETSIM2M平台结构
欧洲电信标准化协会（ETSI）在M2M标准研究方面处于领先地位，2012年2月，ETSI发布了第一版M2M标准——ETSIM2M标准Release1。它允许多种M2M技术之间通过一个可管理平台进行整合，对M2M设备、接口网关、应用、接入技术及M2M服务能力层进行了定义，同时提供了安全、流量管理、设备发现及生命周期管理特性。
图2是ETSITS102690V1.1.1技术规范中定义的M2M结构，主要由网络域、终端和网关域两部分组成，其中网络域部分的作用类似于图1中M2M平台的作用，由M2M应用、M2M服务能力、核心网、接入网、M2M管理功能和网络管理功能模块组成。
接入网的作用是实现M2M终端和网关域与核心网的通信；接入网包括（但不限于）：xDSL，HFC，satellite，GERAN，UTRAN，eUTRAN，Wi-Fi和WiMAX。核心网提供的功能包括IP连接、服务和网络控制功能、与其他网络互联、漫游等；核心网包括（但不限于）：3GPPCNs，ETSITISPANCN和3GPP2CN。M2M服务能力模块提供由不同应用共享的M2M功能，并通过一组开放接口公开功能；该模块使用核心网功能，通过隐藏网络特征简化并优化应用开发和部署。M2M应用通过一个开放接口使用M2M服务能力。网络管理功能模块实现用于管理接入网和核心网所需的所有功能，如运行、管理、维护、预置和故障管理等。M2M管理功能模块包括实现对网络域M2M服务能力进行管理的所有功能如安全管理等，该模块是M2M平台的主要部分。
图2 ETSI M2M结构
4 M2M平台技术分析
由上述分析可以看出，M2M平台涉及的技术主要包括门户管理技术、通信接入技术、安全管理技术、流量控制技术和数据库管理技术等。
4.1流量控制技术
随着通信技术和物联网技术的发展，M2M业务系统将获得大规模的应用；M2M终端的种类繁多，投入应用的M2M终端的数量将获得爆发性的增长；这些都导致M2M业务系统的流量出现几何式的增长，需要有效的技术对这些流量进行控制。流量控制技术可以使M2M平台对终端上传信息的流量进行计算，在高流量情况下根据其业务的优先级和服务质量（QoS）减少对不重要信息的处理，首先处理实时性要求高的信息；系统在流量出现瞬间高峰时也可以通知系统管理员，对信息的处理进行人工干预。
根据无线接入技术的不同，M2M业务系统中存在着各种各样的M2M终端，主要包括2/3G终端、LTE终端、Wi-Fi终端、WiMAX终端等。这些终端具有不同的上/下行传输速率、不同的移动业务接入方式，承载着不同的M2M应用。目前的M2M业务系统中具有代表性的应用可以归纳为如下几类业务：
（1）实时持续视频类业务，如智能交通M2M系统中的实时视频监控；
（2）实时瞬时大数据量传输业务，如灾害预防监控M2M系统中的数据传输；
（3）周期性小数据量传输业务，如智能抄表M2M系统中的数据传输；
（4）非实时瞬时小数据量传输业务，如M2M终端位置更新等参数上报；
（5）非实时视频类传输业务，如环境监测M2M系统中视频回放数据传输。
为了对上述不同种类的业务设计一套有效的QoS参数，以便进行统一的流量控制，可以对各种业务的特性参数进行提取、归纳，如业务的burst数据率、每个业务burst数据量、业务发生频率、延迟要求、结点密度、时延抖动等参数。
4.2通信接入技术
M2M业务系统中的通信接入技术包括有线和无线两大类，其中无线接入技术又包括2G/3G/LTE、Wi-Fi/WiMAX以及LTE-A等。目前M2M业务系统中使用最多的通信接入技术是2/3G技术；随着LTE网络的逐步投入运营以及Wi-Fi网络覆盖的日益广泛，LTE和Wi-Fi接入技术将占据主导地位。
3GPP负责制定、发布有关的2/3G移动接入技术、LTE移动接入技术标准。对于M2M业务系统，3GPP并不研究所有的机器通信，只研究具有蜂窝通信模块、通过蜂窝网络进行数据传输的机器通信，称之为MTC（MachineTypeCommunication）；现阶段3GPP只是针对M2M业务系统的特点和需求，对已有移动接入技术进行优化。
3GPP通过对MTC典型应用、业务模型和优化对象等进行研究，确定重点解决无线接入网络拥塞和由大量MTC设备接入导致的核心网过载问题。对于无线接入网络拥塞问题，如大量MTC设备同时接入引起的随机接入拥塞问题，可以通过在应用层控制MTC设备的接入时间来解决，比如：在智能抄表类的业务中，可以通过在应用层设置不同的上报时间来避免大量智能水/电表同时触发业务上报。3GPP共确认了六种解决随机接入拥塞的无线侧候选方案，包括：接入控制方案、资源划分方案、动态RACH资源分配方案、MTC特定的随机接入回退（Backoff）方案、MTC特定时隙接入方案和Pull方案。
对于核心网过载问题，3GPP为终端引入一个“DelayTolerant”指示，当终端使用此指示时，表明其可以在网络拥塞时忍受较长的延迟。当核心网处于拥塞状态时，eNB可以拒绝或释放掉那些对时延容忍度比较高的连接，并反馈一个等待时间值（最大值为1800s）。当终端收到上述消息后，会在终端侧按照这个等待时间启动一个计时器，在计时器到期前，相应的MTC应用不再发起RRC连接。
5 总结
为了支持实时视频监控、灾害预防、远程医疗、移动视频点播等M2M业务的实时大数据量的传输，以及其他短时迸发的高数据量业务的传输，M2M平台需要提供更高的无线接入数据传输速率。随着LTE网络逐步投入运营以及Wi-Fi网络的覆盖越来越广泛，同时随着“M2M全球标准化组织”的成立以及M2M标准的逐步统一、完善，LTE和Wi-Fi接入技术将在M2M平台中逐步占据主导地位。未来几年，面向M2M的LTE技术、Web4.0/5.0技术、安全管理技术与流量控制技术和拥塞控制方案仍将是移动物联网技术的创新热点。
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本文标题：M2M平台结构与技术分析
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