試論M2M移動通信網絡架構研究

　　【摘 要】文章對M2M業務特征和MTC通信網絡架構進行了探討。首先詳細分析M2M業務特征以及對現網架構的影響;然后借鑒國際標準組織提出的M2M網絡架構，并在此基礎上根據現階段的網絡現狀和M2M業務需求提出了3G網絡階段適用的網絡架構。

　　【關鍵詞】M2M 網絡架構 PCRF 核心網 專用網元

　　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的數據通信，也稱為機器類型通信(MTC，Machine-Type Communication)。隨著M2M業務的快速發展，基于移動通信網絡的MTC正日益成為一種主要的移動通信方式，但是傳統移動通信網絡畢竟是面向人人通信(H2H，Hu-man to human)業務設計的，適應H2H的業務需求，卻不能滿足M2M業務需求。具體來說，MTC和傳統人人通信的不同之處包括以下方面[1]：

　　(1)基于MTC通信的應用場景比H2H通信的場景豐富很多，而且具有差異性。根據功能特性劃分大致可歸納為位置感知和共享、環境信息感知、遠程控制與執行、數據收集發布、視頻監控、近場通信等。這些應用的差異化一方面表現為功能上的多樣性;另一方面也體現在應用特征以及對網絡的需求上的差異化。

　　(2)數據通信為主，包括小流量數據包、視頻流等。

　　(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M業務是在H2H業務之后發展起來的，最小化成本是M2M業務生存的重要考慮。不同的應用因其重要性不同，對通信的要求也是不同的，需要結合事件發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終端接入通信網絡，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)以小數據量傳輸為主。

　　如果繼續使用傳統移動通信系統來進行MTC通信，其系統的效率、成本和適用性都無法達到最優。因此，在考慮M2M業務特征的同時減少對H2H業務的影響，從而設計MTC專用的通信系統，是當前物物通信不斷發展背景下的一個重要課題。

　　2 M2M業務特征分析

　　網絡架構的設計，需要以網絡所承載的具體業務為出發點[2]。也就是說，M2M網絡架構的設計需要充分分析M2M業務特征和需求，結合終端上下行數據量、頻度、QoS需求等方面的業務特征，將物聯網應用分為如下五類。其中，對各類應用的部分需求和特征進行了分析，包括移動性、群組通信、鑒權以及按計劃周期性處理等，不同場景間有較大差異。

　　(1)監控報警類：傳感器本地監測數據，當發生不符合預期的數據變化時通過網絡通知應用層進行報警。

　　平均數據傳輸速率：低，僅在某些觸發條件下發送少量上行數據流量。

　　尖峰數據傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應用需求確定的傳輸的數據內容有關。

　　QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求以及當前數據所代表的含義有關。

　　數據安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。

　　數據可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。

　　數據持續性：低，僅在發生預置的事件時存在短暫的或者持續時間較短的數據傳輸。

　　與人交互性：低，通常由系統根據預置處理方式自動處理。

　　對連接性的需求：需要監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：輸血車血液環境監測;井蓋監控;移動資產跟蹤。

　　(2)數據收集類

　　平均數據傳輸速率

　　上行流量：中，數據量較大，持續的數據上報或者周期性數據上報;下行流量：低，更多的是用于修改上報規則等。

　　尖峰數據傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應用需求確定的傳輸的數據內容有關。

　　QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求以及當前數據所代表的含義有關。

　　數據安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。

　　數據可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。

　　數據持續性：取決于數據傳輸間隔和傳輸方式的選擇。[論文網]

　　與人交互性：低，通常由系統根據預置處理方式自動處理。

　　對連接性的需求：需要監控連接性以防破壞或無效。

　　終端移動性：因偶爾有下行數據，所以需要優化的移動性管理。

　　舉例：氣象信息監測;火災現場數據收集;路況信息收集。