物联网M2M概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第8章 物联网M2M,第8章 物联网M2M,第8章 物联网M2M,8.1M2M概述,8.2 M2M应用,8.3 M2M应用举例基于嵌入式ARM,处理器M2M终端总体设计,物联网M2M概述,第1页,8.1M2M概述,8.1.1M2M基本概念,M2M是Machine-to-Machine/Man简称，是一个以机器终端智能交互为关键、网络化应用与服务。它经过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入伎俩，为客户提供综合信息化处理方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面信息化需求。M2M依据其应用服务对象能够分为个人、家庭、行业三大类。,物联网M2M概述,第2页,到底什么是M2M？从广义上说，M2M代表机器对机器(Machine to Machine)、人对机器(Man to Machine)、机器对人(Machine to Man)以及移动网络对机器(Mobile to Machine)之间连接与通信，它涵盖了全部能够实现在人、机、系统之间建立通信连接技术和伎俩，而更多情况下是指非IT机器设备经过移动通信网络与其它设备或IT系统通信。从狭义上说，M2M就是机器与机器之间经过GSM/GPRS、UMTS/HSDPA和CDMA/EVDO模块实现数据交换。简单来说，M2M就是把全部机器都纳入到一张通信网中，使全部机器都智能起来。,物联网M2M概述,第3页,M2M不是简单数据在机器和机器之间传输，更主要是，它是机器和机器之间一个智能化、交互式通信。也就是说，即使人们没有实时发出信号，机器也会依据既定程序主动进行通信，并依据所得到数据智能化地做出选择，对相关设备发出正确指令。能够说，智能化、交互式成为了M2M有别于其它应用经典特征，这一特征下机器也被赋予了更多“思想”和“智慧”。,物联网M2M概述,第4页,完整M2M产业链包含通信芯片提供商、通信模块提供商、外部硬件提供商、应用设备和软件提供商、系统集成商、M2M服务提供商、电信运行商、原始设备制造商、消费者、管理咨询提供商和测试认证提供商等。整个产业链关键是通信芯片提供商、通信模块提供商、系统集成商、电信运行商、原始设备制造商这几个步骤。,通信芯片提供商、通信模块提供商、外部硬件提供商、原始设备制造提供商组成了M2M终端M2M应用中最基础设备。,物联网M2M概述,第5页,通信芯片提供商：提供最底层通信芯片厂商。这类芯片往往并不是专门针对M2M应用而开发，任何希望经过无线方式连入通信网络机器，比如手机、笔记本，都需要,这种芯片。能够说，通信芯片是整个通信设备关键。,通信模块提供商：使用通信芯片提供商提供通信芯片，设计生产出能够嵌入在各种机器和设备上通信模块厂商。通信模块是M2M业务应用终端基础，除了通信芯片以外，还包含数据端口、数据存放、微处理器、电源管理等功效。通信模块提供商往往是针对M2M业务应用而开发，所以要求通信模块能够和要安装机器拥有一致接口和控制协议。,物联网M2M概述,第6页,外部硬件提供商：提供M2M 终端除通信模块外其它硬件设备厂商。外部硬件包含能够进行数据转换和处理I/O端口设备、提供网络连接外部服务器和调制解调器、能够操控远程设备自动控制器、在局域网内传输数据路由器和接入点以及外部天线、电缆、通信电源、RFID、二维码等。外部硬件即使不是M2M 终端关键，但却是终端正常工作所必需。,原始设备制造商：M2M业务要实现机器联网必须需要机器设备制造商支持，所以M2M 业务面向客户首先是原始设备制造商。而通信模块与设备接口和协议也需要模块提供商和设备制造商之间进行协商。,物联网M2M概述,第7页,M2M是现阶段物联网最普遍应用形式，是实现物联网第一步。未来物联网将是由无数个M2M系统组成，不一样M2M系统会负责不一样功效处理，经过中央处理单元协同运作，最终组成智能化社会系统。,物联网M2M概述,第8页,8.1.2M2M系统架构和通信协议,1M2M系统架构,M2M产品主要由三部分组成：第一，无线终端，即特殊行业应用终端，而不是通常手机或笔记本电脑；第二，传输通道，从无线终端到用户端行业应用中心之间通道；第三，行业应用中心，也就是终端上传数据汇聚点，对分散行业终端进行监控。其特点是行业特征强，用户自行管理，而且可位于企业端或者托管。,物联网M2M概述,第9页,M2M系统包含M2M终端、M2M平台和应用业务。M2M系统结构如图8.1所表示。,图8.1 M2M系统结构,物联网M2M概述,第10页,图中各部分说明以下：,1)M2M终端,(1)M2M终端功效：M2M终端基于WMMP协议，并含有接收远程M2M平台激活指令、当地故障报警、数据通信、远程升级、数据统计以及端到端通信交互功效。,(2)M2M终端类型：主要有行业专用终端、无线调制解调器和手持设备。,物联网M2M概述,第11页,行业专用终端包含终端设备(TE)和无线模块(MT，移动终端)。终端设备(TE)主要完成行业数字模拟量采集和转化，无线模块主要完成数据传输、终端状态检测、链路检测及系统通信功效。无线调制解调器含有终端管理模块功效和无线接入能力，用于在行业终端监控平台与网管系统间无线收发数据。手持设备通常含有查询M2M终端设备状态、远程监控行业作业现场和处理办公文件等功效。,物联网M2M概述,第12页,(3)终端管理模块：为软件模块，能够位于TE或MT设备中，主要负责维护和管理通信及应用功效，为应用层提供安全可靠和可管理通信服务。,物联网M2M概述,第13页,2)M2M平台,(1)M2M平台功效：为客户提供统一M2M终端管理、终端设备鉴权；支持各种网络接入方式，提供标准化接口使得数据传输简单直接；提供数据路由、监控、用户鉴权、内容计费等管理功效。,(2)M2M平台类型：按照功效划分为通信接入模块、终端接入模块、应用接入模块、业务处理模块、数据库模块和Web模块。,物联网M2M概述,第14页,通信接入模块：可分为行业网关接入模块和GPRS接入模块。行业网关接入模块负责完成行业网关接入，经过行业网关完成与短信网关、彩信网关接入，最终完成与M2M终端通信；GPRS接入模块使用GPRS方式与M2M终端传送数据。,终端接入模块：负责M2M平台经过行业网关或GGSN与M2M终端收发协议消息解析和处理。,物联网M2M概述,第15页,应用接入模块：实现M2M应用业务到M2M平台接入。,业务处理模块：是M2M平台关键业务处理引擎，实现M2M平台系统业务消息集中处理和控制。,数据库模块：保留各类配置数据、终端信息、集团客户(EC)信息、签约信息和黑/白名单、业务数据、信息安全信息、业务故障信息等。,Web模块：提供Web方式操作维护与配置功效。,物联网M2M概述,第16页,3)M2M应用业务,M2M应用业务为M2M应用服务客户提供各类M2M应用服务业务，由多个M2M应用业务平台组成，主要包含个人、家庭、行业三大类M2M应用业务平台。,应用业务主要功效是把感知和传输来信息进行分析和处理，做出正确控制和决议，实现智能化管理、应用和服务。,另外，图中短信网关：由行业网关或梦网网关组成，与短信中心等业务中心或业务网关连接，提供通信能力，负责短信等通信接续过程中业务鉴权、黑/白名单设置、EC/SI签约关系、黑/白名单导入。行业网关产生短信等通信原始使用话单，送给BOSS计费。,物联网M2M概述,第17页,USSDC：负责建立M2M终端与M2M平台USSD通信。,GGSN：负责建立M2M终端与M2M平台GPRS通信，提供数据路由、地址分配及必要网间安全机制。,BOSS：与短信网关、M2M平台相连，完成客户管理、业务受理、计费结算和收费功效，对EC/SI提供业务进行数据配置和管理，支持签约关系受理功效，支持经过HTTP/FTP接口与行业网关、M2M平台、EC/SI进行签约关系以及黑/白名单等同时功效。,行业终端监控平台：M2M平台提供FTP目录，将每个月统计文件存放在FTP目录，供行业终端监控平台下载，以同时M2M平台终端管理数据。,物联网M2M概述,第18页,2M2M通信协议,M2M终端可经过GSM、WCDMA、TD-SCDMA等不一样移动通信网络接入，通信方式包含短信、彩信等。,为了屏蔽不一样通信网络、不一样通信方式差异性，便于M2M终端设备快速接入M2M系统，需要对M2M终端与M2M平台之间通信协议进行规范。,物联网M2M概述,第19页,M2M经典通信协议使用中国移动提出无线机器管理协议(Wireless Machine Management Protocol，WMMP)。WMMP是为实现行业终端与M2M平台数据通信过程而设计，属于与详细通信网络及通信接入方式无关应用层协议，建立在UDP之上。WMMP协议栈结构如图8.2所表示。,物联网M2M概述,第20页,图8.2 WMMP协议栈结构,物联网M2M概述,第21页,因为GPRS网络带宽较窄，延迟较大，M2M不适于采取TCP进行通信。,采取UDP无连接方式传输，其优点是效率高、流量小、节约网络带宽资源，缺点是没有确认机制，有可能引发丢包。,依据实际经验发觉，经过在UDP上层应用层协议实现类似TCP包确认和重传机制，采取UDP方式传输，丢包率能控制在1%以下，从而可提升通信效率及可靠性。,物联网M2M概述,第22页,WMMP协议通信方式有长连接和短连接两种。,长连接是指在一个过程中能够连续发送多个数据包，假如没有数据包发送，需要行业终端发送心跳包以维持此连接。,短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个WMMP过程，数据发送完成后，则断开此WMMP过程。,物联网M2M概述,第23页,长连接和短连接比较如表8-1所表示。,WMMP流程以下：,M2M终端序列号注册和分配；,M2M终端登录系统；,M2M终端退出系统；,M2M连接检验；,终端上线失败错误状态上报；,M2M终端按照M2M平台要求上报采集数据、告警数据或统计数据，以及向M2M平台请求配置数据；,M2M平台从M2M终端提取所需数据，或向终端下发控制命令和配置信息；,M2M终端软件远程升级。,物联网M2M概述,第24页,表8-1 长连接和短连接比较,物联网M2M概述,第25页,WMMP是为实现M2M业务中M2M终端与M2M平台之间、M2M终端之间、M2M平台与M2M应用业务之间数据通信过程而设计应用层协议，其体系如图8.3所表示。,物联网M2M概述,第26页,图8.3 WMMP体系,物联网M2M概述,第27页,WMMP由M2M平台与M2M终端接口协议(WMMP-T)和M2M平台与M2M应用接口协议(WMMP-A)两部分组成。WMMP-T完成M2M平台与M2M终端之间数据通信，以及M2M终端之间借助M2M平台转发、路由所实现端到端数据通信。WMMP-A完成M2M平台与M2M应用业务之间数据通信，以及M2M终端与M2M应用业务之间借助M2M平台转发、路由所实现端到端数据通信。,物联网M2M概述,第28页,WMMP关键是其可扩展协议栈及报文结构，而在其外层是由WMMP关键衍生接入方式无关通信机制和安全机制。在此基础之上，由内向外依次为WMMPM2M终端管理功效和WMMPM2M应用扩展功效。,物联网M2M概述,第29页,8.1.3M2M支撑技术,1M2M系统关键支撑技术,M2M系统结构中包括五个主要支撑技术：机器、M2M硬件、通信网络、中间件和应用，如图8.4所表示。,图8.4 M2M系统关键支撑技术,物联网M2M概述,第30页,1)机器,实现M2M第一步就是从机器/设备中取得数据，然后把它们经过网络发送出去。不一样于传统通信网络中终端，M2M系统中机器应该是高度智能化机器。,“人、机器、系统联合体”是M2M有机结合体。能够说，机器是为人服务，而系统则是为了机器更加好地服务于人而存在。机器高度智能化即机器含有“开口说话”能力、信息感知、信息加工(计算能力)和无线通信能力。机器智能化实现方法是在生产设备时候嵌入M2M硬件或对已经有机器进行改装，使其具备与其它M2M终端通信/组网能力。,物联网M2M概述第31页,2)M2M硬件,M2M硬件是使机器取得远程通信和联网能力部件。普通来说，M2M 硬件产品可分为以下五类。,(1)嵌入式硬件。嵌入式硬件是嵌入到机器里面，使其具备网络通信能力。常见产品是支持GSM/GPRS或CDMA无线移动通信网络无线嵌入式数据模块。经典产品有诺基亚12 GSM；索尼爱立信 GR 48和GT 48；摩托罗拉G18/G20 for GSM、C18 for CDMA；西门子TC45、TC35i、MC35i等。,物联网M2M概述,第32页,(2)可改装硬件。在M2M工业应用中，厂商拥有大量不具备M2M 通信和联网能力机器设备，可改装硬件就是为满足这些机器网络通信能力而设计其实现形式各不相同，包含从传感器搜集数据输入/输出(I/O)部件；完成协议转换功效，将数据发送到通信网络连接终端(Connectivity Terminals)设备；有些M2M 硬件还具备回控功效。经典产品有诺基亚30/31 for GSM连接终端等。,物联网M2M概述,第33页,(3)调制解调器。嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时，起就是调制解调器(Modem)作用。而假如要将数据经过有线电话网络或者以太网送出去，则需要对应调制解调器。经典产品有BT-Series CDMA、GSM无线数据Modem等。,物联网M2M概述,第34页,(4)传感器。经由传感器，让机器具备信息感知能力。传感器可分为普通传感器和智能传感器两种。智能传感器(Smart Sensor)是指含有感知能力、计算能力和通信能力微型传感器。由智能传感器组成传感器网络是M2M技术主要组成部分。一组具备通信能力智能传感器以Ad-Hoc方式组成无线网络，协作感知、采集和处理网络所覆盖地理区域中感知对象信息，并公布给用户。也能够经过GSM网络或卫星通信网络将信息传给远方IT系统。经典产品如英特尔基于微型传感器网络“智能微尘(Smart Dust)”等。,物联网M2M概述,第35页,(5)识别标识。识别标识(Location Tags)如同每台机器设备“身份证”，使机器之间能够相互识别和区分。惯用技术如条形码技术、射频标签(RFID)技术等。标识技术已被广泛应用于商业库存和供给链管理,。,物联网M2M概述,第36页,3)通信网络,通信网络在整个M2M技术框架中处于关键地位，包含广域网(无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网)、局域网(以太网、无线局域网、蓝牙)、个域网(ZigBee、传感器网络)。,物联网M2M概述,第37页,4)中间件,中间件在通信网络和IT系统间起桥接作用。中间件包含两部分：M2M网关、数据搜集/集成部件。,网关是M2M系统中“翻译员”，它获取来自通信网络数据，并将数据传送给信息处理系统。网关主要功效是完成不一样通信协议之间转换。经典产品如NokiaM2M网关。,物联网M2M概述,第38页,数据搜集/集成部件是为了将数据变成有价值信息，对原始数据进行不一样加工和处理，并将结果展现给需要这些信息观察者和决议者。这些中间件包含数据分析和商业智能部件、异常情况汇报和工作流程部件、数据仓库和存放部件等。,物联网M2M概述,第39页,5)应用,在M2M系统中，应用主要功效是经过数据融合、数据挖掘等技术把感知和传输来信息进行分析和处理，为决议和控制提供依据，实现智能化M2M业务应用和服务。,物联网M2M概述,第40页,2M2M业务关键技术,一个经典M2M系统由传感器(或监控设备)、M2M终端、蜂窝移动通信网络、终端管理平台与终端软件升级服务器、运行支撑系统、行业应用系统等步骤组成。M2M业务包括一系列关键技术，包含系统架构设计，终端管理平台，专用芯片、模块、终端技术，服务质量(QoS)与流量控制，传感器网络技术等。,物联网M2M概述,第41页,1)系统架构设计,M2M业务系统架构设计中要兼顾宽带和窄带无线接入应用、实时和非实时应用，要能支持系统开放性方便于接入和二次运行。,物联网M2M概述,第42页,2)终端管理平台,终端管理平台实现对全网M2M终端统一鉴权认证，并能够支持终端远程诊疗功效和终端软件远程自动升级功效(此时与终端软件升级服务器配合使用)。终端管理平台可依据不一样行业和客户需要选择负担或者不负担客户数据传输功效；终端管理平台能够全网布署一套，也能够分区域布署，分区域布署时可采取云计算结构。,物联网M2M概述,第43页,3)专用芯片、模块、终端技术,M2M模块与终端之间接口与AT(Attention)指令集需要进行标准化设计，并可将标准化后管理协议栈从终端内置迁移到模块内置，以利于降低终端成本；因为许多行业应用终端一旦布署后不便实施经常性维护，或者对运行可靠性有较高要求，所以M2M终端和模块都迫切需要研发低功耗、高可靠性、长寿命处理方案，在另一些用量大、成本敏感行业中则需要研发低成本M2M终端方案，另外在部分应用场所中采取“机卡合一”方案可能更为适合；因为物联网和M2M业务成熟后终端数量巨大，当前就有必要引入独立13位终端号段，而且要求终端逐步实现对IPv6支持。,物联网M2M概述,第44页,4)QoS与流量控制,M2M业务使用无线网络传输数据信息，实现一定程度QoS和保障无线网络资源利用率是需要平衡两个主要目标，所以，需要引入流量控制和终端休眠机制。针对部分行业应用过程中可能出现空口资源过分占用或大批量终端同时接入情况尤其要采取适合处理机制，不然可能造成业务质量急剧恶化甚至业务中止。,5)传感网技术,传感器和传感器网络与M2M终端接口标准化，也是M2M业务发展一项基础性工作。,物联网M2M概述,第45页,8.2 M2M应用,8.2.1M2M业务应用,1M2M应用模式,M2M应用分为管理流-业务流并行模式和管理流-业务流分离模式。管理流是指承载M2M终端管理相关信息数据流，业务流是指承载M2M应用相关数据流。,物联网M2M概述,第46页,对于终端管理流，两种模式都由终端发送给M2M平台，或再由M2M平台转发给应用业务平台。对于业务流，在管理流-业务流并行模式下，业务流经过终端传递到M2M平台，再由M2M平台转发给M2M应用业务平台或者对端M2M终端；在管理流业务流分离模式下，业务流直接从终端送到M2M应用业务平台或者对端M2M终端，不经过M2M平台转发。,物联网M2M概述,第47页,网管系统与平台网络管理模块通信，完成配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及系统本身管理等功效。,业务数据从M2M终端传送到M2M平台，再由M2M平台转发给M2M应用业务平台或者对端M2M终端。这种模式下，管理数据和业务数据均由M2M平台统一接收，再依据不一样消息类型和目标地址进行分发或处理。,物联网M2M概述,第48页,2M2M业务应用,从狭义上说，M2M只代表机器和机器之间通信。M2M范围不应拘泥于此，而是应该扩展到人对机器、机器对人、移动网络对机器之间连接与通信。,现在，M2M应用遍布电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油等多个行业，以及车辆防盗、安全监测、自动售货、机械维修、公共交通管理等日常生,活当中。,物联网M2M概述,第49页,8.2.2M2M发展现实状况,1M2M产业发展现实状况,在国内，M2M应用领域包括电力、水利、交通、金融、气象等行业。在国外，沃达丰(Vodafone)现为世界上最大流动通信网络企业之一，在全球27个国家有投资，当前在M2M市场是全球第一，提供M2M全球服务平台以及应用业务，为企业客户M2M智能服务布署提供托管，能够集中控制和管理许多国家推出M2M设备，企业客户还可经过广泛无线智能设备搜集有用客户数据。M2M产业链如图8.5所表示。,物联网M2M概述,第50页,图8.5 M2M产业链,物联网M2M概述,第51页,伴随科学技术发展，越来越多设备含有了通信和联网能力，网络一切(Network Everything)逐步变为现实。人与人之间通信需要愈加直观精美界面和更丰富多媒体内容，而M2M通信更需要建立一个统一规范通信接口和标准化传输内容。,当前M2M业务发展中存在主要问题是标准不尽统一，行业终端厂商和集成商面向不一样M2M应用，每次都需进行重新开发和集成，大大增加了人力和时间成本，而开放性强、兼容性好M2M技术并不多见。,物联网M2M概述,第52页,2M2M标准化现实状况,国际上各大标准化组织中M2M相关研究和标准制订工作也在不停推进。几大主要标准化组织按照各自工作职能范围，从不一样角度开展了针对性研究。ETSI从经典物联网业务用例(比如智能医疗、电子商务、自动化城市、智能抄表和智能电网)相关研究入手，完成对物联网业务需求分析、支持物联网业务概要层体系结构设计以及相关数据模型、接口和过程定义。3GPP/3GPP2以移动通信技术为工作关键，重点研究3G，LTE/CDMA网络针对物联网业务提供所需要实施网络优化相关技术，研究包括业务需求、关键网和无线网优化、安全等领域。CCSA早在年就完成了M2M业务研究汇报，与M2M相关其它研究工作也已展开。,物联网M2M概述,第53页,M2M技术标准制订标准化组织包含欧洲电信标准协会(European Telecommunication Standards Institute，ETSI)、3GPP和中国通信标准化协会(CCSA)泛在网技术委员会(TC10)。,物联网M2M概述,第54页,1)ETSIM2M标准化进展,ETSI是国际上较早系统展开M2M相关研究标准化组织。年初，ETSI成立了专门TC来负责统筹M2M研究，意在制订一个水平化、不针对特定M2M应用端到端处理方案标准。其研究范围能够分为两个层面：第一个层面是针对M2M应用用例搜集和分析；第二个层面是在用例研究基础上，开展应用无关统一M2M处理方案业务需求分析，网络体系架构定义和数据模型、接口和过程设计等工作。,物联网M2M概述,第55页,ETSI M2M TC主要职责以下：,(1)从利益相关方搜集和制订M2M业务及运行需求。,(2)建立一个端到端M2M高层体系架构(假如需要会制订详细体系结构)。,(3)找出现有标准不能满足需求地方并制订对应详细标准。,(4)将现有组件或子系统映射到M2M体系结构中。,(5)M2M处理方案间互操作性(制订测试标准)。,(6)硬件接口标准化方面考虑。,(7)与其它标准化组织进行交流及合作。,物联网M2M概述,第56页,ETSI M2M TC当前研究工作以下：,(1)M2M业务需求(TS 102 689)：定义M2M业务应用对通信系统需求，以及M2M经典应用场景。,(2)M2M功效架构(TS102 690)：定义M2M业务应用功效架构以及相关呼叫会话流程。,(3)智能电表(Smart Metering)应用场景(TS 102 691)：智能电表应用场景和相关技术问题。,物联网M2M概述,第57页,(4)电子卫生保健(eHealth)应用场景(TS 102 732)：电子医疗应用场景和相关技术问题。,(5)消费者连接(Connected Consumers)应用场景(TS 102 857)：消费者连接应用场景和相关技术问题。,(6)M2M定义(TS 102 725)：M2M相关定义和名词术语。,物联网M2M概述,第58页,2)3GPPM2M标准化进展,3GPP在标准制订过程中，也将M2M称做机器类通信(Machine Type Communications，MTC)。3GPP早在年9月就开展了移动通信系统支持物联网应用可行性研究，正式研究于R10阶段开启。在205月，3GPP制订了研究项目针对机器类通信网络优化(Network Improvement for Machine Type Communications，NIMTC)。3GPP于2011月制订技术汇报TS 22.368中定义MTC普通需求，以及有别于人与人间通信一些独特业务需求，并详述了为满足MTC业务、网络优化需要做一些工作。,物联网M2M概述,第59页,3GPP支持机器类型通信网络增强研究课题在R10阶段关键工作为SA2工作组对MTC体系结构增强研究，其中重点述及支持MTC通信网络优化技术包含以下几点：,(1)体系架构：提出了对NIMTC体系结构修改，包含增加MTC IWF功效实体以实现运行商网络与位于专网或公网上物联网服务器进行数据和控制信令交互，同时要求修改后体系结构需要提供MTC终端漫游场景支持。,物联网M2M概述,第60页,(2)拥塞和过载控制：研究各种拥塞和过载场景要求网络能够准确定位拥塞发生位置和造成拥塞物联网应用，针对不一样拥塞场景和类型，给出了接入层阻止广播、低接入优先级指示、重置周期性位置更新时间等各种处理方案。,(3)签约控制：研究MTC签约控制相关问题，提出SGSN/MME具备依据MTC设备能力、网络能力、运行商策略和MTC签约信息来决定启用或禁用一些MTC特征能力；同时也指出了需要深入研究问题，比如网络获取MTC设备能力方法、MTC设备漫游场景等。,物联网M2M概述,第61页,(4)标识和寻址：MTC通信标识问题已经另外立项进行详细研究。本汇报主要研究了MT过程中MTC终端寻址方法，按照MTC服务器布署位置不一样，汇报详细分析了寻址功效需求，给出了NATTT和微端口转发技术寻址两种处理方案。,物联网M2M概述,第62页,(5)时间控制特征：适合用于那些能够在预设时间段内完成数据收发物联网应用。汇报指出，归属网络运行商应分别预设MTC终端许可时间段和服务禁止时间段。服务网络运行商能够依据当地策略修改许可时间段，设置MTC终端通信窗口等。,(6)MTC监控特征：MTC监控是运行商网络为物联网签约用户提供针对MTC终端行为监控服务，包含监控事件签约、监控事件侦测、事件汇报和后续行动触发等完整处理方案。,物联网M2M概述,第63页,3)3GPP2M2M标准化进展,为推进CDAM系统M2M支撑技术研究，3GPP2在年1月曼谷会议上经过了M2M立项。提议从以下几个方面加紧M2M研究进程。,(1)当运行商布署M2M应用时，应给运行商带来较低运行复杂度。,(2)降低处理大量M2M设备群组对网络影响和处理工作量。,(3)优化网络工作模式，以降低对M2M终端功耗影响等研究领域。,物联网M2M概述,第64页,(4)经过运行商提供满足M2M需要业务，勉励布署更多M2M应用。,3GPP2中M2M研究参考了3GPP中定义业务需求，研究重点在于CDMA网络怎样支持M2M通信，详细内容包含3GPP2体系结构增强、无线网络增强和分组数据关键网络增强。,物联网M2M概述,第65页,4)CCSAM2M标准化进展,中国通信标准化协会(CCSA)泛在网技术工作委员会(TC10)包含总体组、感知延伸组、应用组和网络组。CCSAM2M标准化工作主要内容以下：,(1)IC5 WG7完成了移动M2M业务研究汇报，描述了M2M经典应用、分析了M2M商业模式、业务特征以及流量模型，给出了M2M业务标准化提议。,物联网M2M概述,第66页,(2)TC5 WG9于年立项支持M2M通信移动网络技术研究，任务是跟踪3GPP研究进展，结合国内需求，研究M2M通信对RAN和关键网络影响及其优化方案等。,(3)TC10 WG2 M2M业务总体技术要求，定义M2M业务概念、描述M2M场景和业务需求、系统架构、接口以及计费认证等要求。,(4)TC10 WG2 M2M通信应用协议技术要求，要求M2M通信系统中端到端协议技术要求。,物联网M2M概述,第67页,3M2M业务面临挑战和发展趋势,M2M业务含有辽阔发展前景，但现阶段还面临不少现实难点和挑战：,(1)需要制订国家层面标准(即使中国三大移动业务运行商正在制订M2M标准也不一致)。只有在标准化基础上，才能产生含有规模化成本效应一系列模块和终端，才有可能产生与M2M发展潜力相配套产业格局。,物联网M2M概述,第68页,(2)商业模式问题。要想经过引入M2M业务真正有效地实现对客户价值，需要对特定行业业务流程进行深入研究、创新和试验，而不一样行业应用方案可能差异很大、前期成本较高、资费单价较低，怎样实现M2M产业链共赢模式还有待探索。,(3)关键技术挑战。传感器技术，低功耗、高可靠性、长寿命终端技术，含有QoS无线网络数据传输质量等均是M2M业务面临重大技术问题。,(4)许多行业还存在着不一样形式行业壁垒，政策环境有待完善。,物联网M2M概述,第69页,总而言之，现阶段各种形式物联网业务中最主要、最现实形态是M2M业务，M2M业务在许多国家受到高度重视，在一些行业中已经或将率先得到规模化应用，并逐步地影响到更多行业,。,物联网M2M概述,第70页,未来几年间，M2M业务将快速地进入很多行业，其用户数也将快速成长，预计至年底，中国国内基于移动蜂窝通信技术M2M用户数将可能到达三千万至四千万，M2M也会在若干年后成为LTE关键应用之一。同时，M2M业务终端在形态和业务支持上将展现高度创新性和融合性，在一些行业应用中将日益支持无线接入带宽与业务灵活调度管理，也可能与一些相邻业务实现一定程度融合(如支持更灵活、移动性、机动性视频监控及数据协同等业务)，在另一些行业应用中M2M终端将可能与一系列传感器和监测、控制设备深度融合。,物联网M2M概述,第71页,据工业和信息化部资料显示，M2M发展将展现5大趋势：技术改进将使M2M产品成本快速降低；伴随通信网络融合和升级，M2M通信费用将大大降低；用户将更关注与业务亲密融合应用处理方案，以及M2M带来创新服务；M2M产业专业化分工将快速形成，产业链协同将更紧密；M2M不不过“两化”融合一个主要推进力，而且其应用领域将从企业向个人和家庭用户方向延伸。,物联网M2M概述,第72页,8.3 M2M应用举例基于嵌入式ARM处理器M2M终端总体设计,1系统硬件组成,M2M终端硬件关键为GPRS通信模块MC35i和ARM处理器AT91SAM7S64，它们接口设计如图8.6所表示。M2M终端对外留有两个RS-232串口，经过发送预先定义好数字指令，能够实现M2M终端开启、关闭等。当M2M终端与Internet建立连接后，只需把封装好数据经过串口发送到M2M终端，由其完成向监控中心发送数据功效。,物联网M2M概述,第73页,图8.6 嵌入式M2M终端硬件组成,物联网M2M概述,第74页,1)GPRS模块,GPRS模块是实现M2M终端平台关键部分，设计中采取西门子企业GPRS通信模块MC35i。本模块包含CPU接口电路、SIM卡接口电路和MC35i外围电路。MC35i支持GPRS四种编码协议：CS-1、CS-2、CS-3和CS-4，理论上最高传输速率可达172 kb/s。它具备完整GSM和GPRS功效，能够广泛应用在相关M2M数据传输平台上。MC35i提供了标准AT命令界面和一个RS-232接口，用于与外部应用系统连接。,物联网M2M概述,第75页,2)ARM处理器,本数据传输平台处理器采取ATMEL企业生产32位ARM7TDMI体系结构处理器AT91SAM7S64。该芯片采取3.3 V电压进行供电，支持低功耗模式。它含有64 KBFLASH和16 KBSRAM，具备丰富外围设备资源，其中包含3个UART通信串口和1个USB2.0全速设备。利用本芯片完成系统功效同时能够实现系统高性价比。CPU模块硬件电路包含时钟电路、JTAG接口电路和RS-232接口电路等。,物联网M2M概述,第76页,3)电源设计,系统采取9V电源进行供电，经过TI企业LDO降压芯片UA7805进行一次降压，使电压降至5 V。GPRS模块MC35i要求电源电压为3.3 V4.8 V，而且要求电源必须能够提供2 A尖峰电流，所以需要将5 V电源经过一个0.7 V压降肖特基二极管1N5819后输入MC35i，同时需要接入耐压25 V、1000 F电解电容，认为MC35i提供足够尖峰电流。将5 V电源经过TI企业电源模块REG1117-3.3将电压降至3.3 V，为微处理器及其它芯片提供电源。,物联网M2M概述,第77页,2嵌入式软件设计,采取嵌入式实时操作系统能够更适当、有效地利用CPU资源，简化应用软件设计，缩短系统开发时间，更加好地确保系统实时性和可靠性。FreeRTOS是在Sourceforge网站上公布微内核嵌入式实时操作系统，它是完全无偿操作系统，含有源码公开、可移植、可淘汰、调度策略灵活特点。作为一个轻量级操作系统，FreeRTOS提供功效包含任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理等。,FreeRTOS支持优先级和轮换时间片两种调度算法，可依据用户需要设置为可剥夺型内核或不可剥夺型内核。下面基于FreeRTOS给出了M2M终端实现PPP协商以及数据封装传输软件设计方案。,物联网M2M概述,第78页,1)基于状态机设计GPRS连接任务,因为网络和信号较弱等原因，可能造成节点与GPRS网络连接失败，采取基于状态机结构设计方法对各个阶段产生错误进行处理，能保障模块与GPRS网络建立可靠连接。状态机设计流程如图8.7所表示。,物联网M2M概述,第79页,图8.7 GPRS网络连接任务状态机设计流程,物联网M2M概述,第80页,空闲待命态：此时MC35i处于离线关闭状态，节点处于低功耗模式下，系统复位后处于此状态。,GPRS参数设置态：处理器控制开启MC35i模块后进入此状态，经过发送AT命令对模块及必要网络参数进行设置，为使各个参数均设置成功，软件设计中增加了容错重试机制,。,物联网M2M概述,第81页,PPP协商态：GPRS参数设置完成后，经过发送AT*99*1#命令，开始MC35i模块与GPRS网络ISP(网络服务提供商)PPP协商。软件设计中采取LCPHandler()函数完成LCP协商，PAPHandler()完成认证，由IPCPHandler()完成IPCP协商，假如最终取得ISP和本节点IP地址，则进入PPPOVER态，今后就能进行数据传输了。因为GPRS网络等原因，PPP协商有时会失败，此时应重启MC35i模块，再按照状态机流程重新连接,。,物联网M2M概述,第82页,UDP数据传输态：当程序采取UDP方式进行数据传输时，程序进入此状态，经过xDataTrsmtTask()任务进行数据UDP/IP封装和解析。,TCP数据传输态：当节点调用uip_cionnect()函数与监控中心建立连接后，程序进入TCP数据传输态，进行基于TCP数据传输。,物联网M2M概述,第83页,2)数据封装和传输,经过GPRS进行数据传输需要经过Internet网络进行中转，因而传输数据封装必须进行TCP/IP协议。此处利用软件进行数据封装，需要传输数据经过传输层UDP协议头封装，然后是IP协议头封装，最后进行PPP协议封装。,MC35i将接收到数据透明地传输到Internet网络中，经过Internet网络路由器中转，最终将数据传输到监控中心。接收端对接收到数据按照对应层次进行解析，从而确定数据目标程序。,物联网M2M概述,第84页,系统软件设计采取分层结构，从底到上分别为串口驱动层(物理层)、PPP协议层(链路层)、IP协议层(网络层)UDP协议和ICMP层(传输层)以及应用层。在移植好LwIP协议栈中，经过在各层中建立对应功效线程，实现数据封装。底层软件为上层软件提供函数支持，上层软件利用底层软件完成应用程序编写和实现。软件采取自底向上设计方法逐步实现系统中各个函数功效，各部分函数实现均采取模块化设计方法。每个任务对应一个模块。对每个任务单独进行设计后，最终由FreeRTOS操作系统统一管理，经过采取信号量和邮箱方式实现多个任务之间通信。软件各部分主要函数之间关系如图8.8所表示。,物联网M2M概述,第85页,图8.8 软件各部分主要函数之间关系,物联网M2M概述,第86页,在MC35SerialISR()中将接收数据存