試論M2M移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究

　　【摘 要】文章對M2M業(yè)務(wù)特征和MTC通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行了探討。首先詳細分析M2M業(yè)務(wù)特征以及對現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的影響;然后借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)組織提出的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和M2M業(yè)務(wù)需求提出了3G網(wǎng)絡(luò)階段適用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

　　【關(guān)鍵詞】M2M 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) PCRF 核心網(wǎng) 專用網(wǎng)元

　　1 引言

　　物物通信(M2M，Machine to Machine)是一種涉及一個或多個實體的不需要人為干預(yù)的數(shù)據(jù)通信，也稱為機器類型通信(MTC，Machine-Type Communication)。隨著M2M業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的MTC正日益成為一種主要的移動通信方式，但是傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)畢竟是面向人人通信(H2H，Hu-man to human)業(yè)務(wù)設(shè)計的，適應(yīng)H2H的業(yè)務(wù)需求，卻不能滿足M2M業(yè)務(wù)需求。具體來說，MTC和傳統(tǒng)人人通信的不同之處包括以下方面[1]：

　　(1)基于MTC通信的應(yīng)用場景比H2H通信的場景豐富很多，而且具有差異性。根據(jù)功能特性劃分大致可歸納為位置感知和共享、環(huán)境信息感知、遠程控制與執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集發(fā)布、視頻監(jiān)控、近場通信等。這些應(yīng)用的差異化一方面表現(xiàn)為功能上的多樣性;另一方面也體現(xiàn)在應(yīng)用特征以及對網(wǎng)絡(luò)的需求上的差異化。

　　(2)數(shù)據(jù)通信為主，包括小流量數(shù)據(jù)包、視頻流等。

　　(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M業(yè)務(wù)是在H2H業(yè)務(wù)之后發(fā)展起來的，最小化成本是M2M業(yè)務(wù)生存的重要考慮。不同的應(yīng)用因其重要性不同，對通信的要求也是不同的，需要結(jié)合事件發(fā)生的可能性和需要付出的通信等綜合成本來考慮進行成本的最小化。

　　(4)M2M終端數(shù)目巨大，需要更靈活和有策略的終端管理。潛在的海量M2M終端接入通信網(wǎng)絡(luò)，而且M2M終端無論是從傳輸特性、QoS要求和移動性，還是從終端的分布密度方面，都與H2H終端有很大不同。

　　(5)以小數(shù)據(jù)量傳輸為主。

　　如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)來進行MTC通信，其系統(tǒng)的效率、成本和適用性都無法達到最優(yōu)。因此，在考慮M2M業(yè)務(wù)特征的同時減少對H2H業(yè)務(wù)的影響，從而設(shè)計MTC專用的通信系統(tǒng)，是當(dāng)前物物通信不斷發(fā)展背景下的一個重要課題。

　　2 M2M業(yè)務(wù)特征分析

　　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計，需要以網(wǎng)絡(luò)所承載的具體業(yè)務(wù)為出發(fā)點[2]。也就是說，M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計需要充分分析M2M業(yè)務(wù)特征和需求，結(jié)合終端上下行數(shù)據(jù)量、頻度、QoS需求等方面的業(yè)務(wù)特征，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分為如下五類。其中，對各類應(yīng)用的部分需求和特征進行了分析，包括移動性、群組通信、鑒權(quán)以及按計劃周期性處理等，不同場景間有較大差異。

　　(1)監(jiān)控報警類：傳感器本地監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生不符合預(yù)期的數(shù)據(jù)變化時通過網(wǎng)絡(luò)通知應(yīng)用層進行報警。

　　平均數(shù)據(jù)傳輸速率：低，僅在某些觸發(fā)條件下發(fā)送少量上行數(shù)據(jù)流量。

　　尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)。

　　QoS要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求以及當(dāng)前數(shù)據(jù)所代表的含義有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)持續(xù)性：低，僅在發(fā)生預(yù)置的事件時存在短暫的或者持續(xù)時間較短的數(shù)據(jù)傳輸。

　　與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置處理方式自動處理。

　　對連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無效。

　　終端移動性：因無下行流量需求，所以無移動性需求。

　　舉例：輸血車血液環(huán)境監(jiān)測;井蓋監(jiān)控;移動資產(chǎn)跟蹤。

　　(2)數(shù)據(jù)收集類

　　平均數(shù)據(jù)傳輸速率

　　上行流量：中，數(shù)據(jù)量較大，持續(xù)的數(shù)據(jù)上報或者周期性數(shù)據(jù)上報;下行流量：低，更多的是用于修改上報規(guī)則等。

　　尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)。

　　QoS要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求以及當(dāng)前數(shù)據(jù)所代表的含義有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)持續(xù)性：取決于數(shù)據(jù)傳輸間隔和傳輸方式的選擇。[論文網(wǎng)]

　　與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置處理方式自動處理。

　　對連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無效。

　　終端移動性：因偶爾有下行數(shù)據(jù)，所以需要優(yōu)化的移動性管理。

　　舉例：氣象信息監(jiān)測;火災(zāi)現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集;路況信息收集。