M2M技术基础ppt.ppt

M2M技术基础,第一章 概述,参考书,M2M通信薛建彬 等译机械工业出版社,第一章 概述,1.1 什么是M2M1.2 M2M系统架构1.3 M2M技术组成1.4 M2M应用领域及挑战1.5 促进M2M技术成熟的因素1.6 国内外发展现状,1.1 什么是M2M,M2M起源上世纪90年代中后期，随着各种信息通讯手段（如Internet、遥感勘测、远程信息处理、远程控制等）的发展，加之地球上各类设备的不断增加，人们开始越来越多的关注于如何对设备和资产进行有效监视和控制，甚至如何用设备控制设备“M2M”理念由此起源。,1.1 什么是M2M,M2M是现阶段物联网最普遍的应用形式，是实现物联网的第一步。未来的物联网将是由无数个M2M系统构成，不同的M2M系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统。,相关概念,M2M,传感网,物联网,泛在网络,智慧地球,应用层,通信对象,网络层,传感器+近距离无线通信（低速、低功耗）,传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端,传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端通信终端：手机、上网卡等,物-物,物-物人-物,物-物人-物人-人,不包括,一个或几个网络初期：传输后期：融合，协同,多网络、多技术异构协同智能：跨技术、跨网络、跨行业、跨应用,末端网/终端,基础网络,1.1 什么是M2M,M2M表达的是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起 机器对机器（Machine to Machine）人对机器（Man to Machine）机器对人（Machine to Man）移动网络对机器（Mobile to Machine）M2M让机器，设备，应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。,1.1 什么是M2M,M2M（Machine/Man-to-Machine/Man）是一种以机器智能交互为核心的、网络化的应用与服务。简单地说，M2M是指机器之间的互联互通。M2M 技术使所有机器设备都具备连网和通信能力，它让机器、人与系统之间实现超时空的无缝连接。M2M通信技术综合了通信和网络技术，将遍布在日常生产生活中的机器设备连接成网络，使这些设备变得更加“智能”，从而可以创造出丰富的应用，给人们的日常生活、工业生产等带来新一轮的变革。,M2M示意图,1.1 什么是M2M,M2M（Machine to Machine）机器与机器之间自动的数据交换。包括传统意义上的机器，如汽车、自动售货机等也包括虚拟意义上的机器，如软件等基于通用通信网络实现的机器与机器之间的“交流”引出了所谓“物联网”的概念，其设想是：,1.2 M2M系统架构,M2M业务流程涉及众多环节，其数据通信过程内部也涉及多个业务系统包括M2M终端M2M管理平台应用系统,具体系统结构,M2M 终端具有的功能,接收远程M2M平台激活指令本地故障报警数据通信远程升级使用短消息/彩信/GPRS等几种接口通信协议与M2M平台进行通信,。,M2M终端类型,终端管理模块,终端管理模块为软件模块，可以位于TE或MT设备中，主要负责维护和管理通信及应用功能，为应用层提供安全可靠和可管理的通信服务。,M2M管理平台为客户提供统一的移动行业终端管理、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、内容计费等管理功能,M2M管理平台的功能,M2M平台(按照功能划分),M2M终端获得了信息以后，本身并不处理这些信息，而是将这些信息集中到应用平台上来，由应用系统来实现业务逻辑。,应用系统,应用系统的主要功能,把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务,M2M系统结构的特点与影响,1.多数性设备的数量在数量级上的增加将导致应用程序结构和网络负载的压力移动网络在设计时并没有考虑这些M2M设备2.多样性M2M应用程序的实现导致了大量有多种需求的设备的出现。带来异构性，对互操作能力是一大挑战3.不可见性设备必须很少或不需要人的控制，这就要求设备管理被无缝地集成到服务和网络管理中。,M2M系统结构的特点与影响,4.临界性一些应用（如智能电网上的电压、生命保障系统等）在延迟和可靠性上有严格要求，这将挑战和超越现代网络的能力5.隐私问题设备管理被集成到通信系统中，意味着对于设备上数据的隐私问题和安全问题成为人们关注的问题之一,从技术层面看，各环节发展现状及主要难点各不相同,现状：能满足部分应用短距离为主，嵌入式基本实现，功耗有待改进，目前能满足部分应用难点：技术标准及成本成为障碍技术协议和标准存在多种，且各有优劣，目前处于混战由于技术的发展不足以支撑终端成本的下降，成本成为重要障碍因素热点：业内关注ZigBee和RFIDZigBee功耗低，成本低50美分，组网方便，但缺乏安全规范及完善的标准RFID成本高，无源单向，未来重点研究超高频和有源RFID，推向民用,应用域,网络域,终端域,基础网络层面：能够支撑从带宽、网络结构方面，基本能够支撑。未来对于流量的增加应如何合理利用带宽和网络资源成为业内关注热点业务网络层面：支撑层从垂直向水平融合存在不足，需要搭建水平分层业务网络体系目前IP资源的紧缺,借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策复杂的应用层语言环境、内容管理等要求,传感网和通信网的无缝连接统一的协议栈,上下文感知技术信息和数据集成处理技术,终端及网络的融合,网络与应用的融合,1.3 M2M技术组成,M2M涉及到5个重要的技术部分，包括：智能化机器M2M硬件通信网络中间件应用,1.智能化机器,实现M2M的第一步就是从机器/设备中获取数据，然后把它们通过网络发送出去。使机器“开口说话”，让机器具备信息感知能力、信息加工（计算能力）、无线通信能力。使机器具备“说话”能力的基本方法有两种：生产设备的时候嵌入M2M硬件对已有机器或设备进行改装，使其具有通信能力,M2M设备的特征,1.功能受限大多数M2M设备的计算、存储能力要比目前出现的笔记本电脑或手机低几个数量级2.低功率多数位于室外，不能轻易与电源相连这将减少M2M程序之间的交互次数3.嵌入式部署后很难改变4.保持不变设备更换率低,2.M2M硬件,M2M硬件是使机器获得远程通信和联网功能的部件。主要用于进行信息的提取，从各种机器设备那里获取数据，并传到通信网络。,现在的M2M硬件共分为5种：嵌入式硬件：嵌入到机器中，使其具有网络通信功能。常见的产品是支持GSM/GPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入数据模块。可组装硬件：在M2M的工业应用中，厂商拥有大量不具备M2M通信和联网能力的机器，可组装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的。包括从传感器收集数据的I/O设备，将数据发送到通信网络的连接终端，有些M2M硬件还具备回控功能。调制解调器：嵌入式模块要将数据传送到移动通信网路，起到的就是调制解调器的作用。如果要将数据通过公用电话网络或以太网送出，则需要相应的Modem。,智能传感器：具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由智能传感器组成的传感网络是M2M技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以Ad Hoc方式构成无线网络，协作感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息并发布给观察者；也可以通过GSM网络或卫星通信网络将信息传给IT系统。识别标识：如同每个机器，每个商品的“身份证”，使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术包括条形码技术，RFID技术等。,3.通信网络,将信息传送到目的地。通信网络在M2M技术中处于核心地位。包括：广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网等）局域网（以太网、无线局域网、Bluetooth）个域网（ZigBee、传感器网络）,4.中间件,中间件包括两部分M2M网关：是M2M系统中的翻译员，它获取来自通信网络的数据，将数据传输给信息处理系统。其主要功能是完成不同通信协议之间的转换数据收集/集成部件：此部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件，异常情况报告和工作流程部件，数据仓库和存储部件等。,5.应用,在M2M系统中，应用的主要功能是通过数据融合、数据挖掘等技术把感知和传输来的信息进行分析和处理，为决策和控制提供依据，实现智能化的M2M业务应用和服务。,1.4 M2M应用领域,M2M在每个应用领域中的市场机制和标准化机制是不同的，所以每个企业必须根据实际情况来确定自己的战略建筑管理和能源管理交通控制和Car2X（汽车与其他交通工具或机器之间的通信）移动支付和金融服务运输、贸易和物流电动汽车和交通工具远程控制,目前全球M2M应用主要集中于三大行业和三大领域,重点应用,日韩一直以推动个人业务为核心，公共事业刚刚起步以支撑U-Japan和U-Korea计划,M2M技术发展遇到的挑战,缺乏完整的标准体系商业模式不清晰，未形成共赢的、规模化的产业链窄带网络限制了M2M业务的发展以及业务信息承载方式的多样性M2M业务运营支撑系统不完善，不能完全有效地支撑M2M业务的运营M2M各行业间融合难度大,1.5 促进M2M技术成熟的因素,高水平的框架这指的是一套新兴德基于结构、平台、技术的标准，是以开发非筒仓式的、不过时应用程序为方法整合的框架政策和政府鼓励措施标准各个行业需要创造出新的标准需求在全球系统的水平上处理M2M,1.5.1 M2M高层框架,M2M产业面对的最大部分挑战是把垂直筒仓式转变成一套简单可发展的和递增可开展的应用程序。图1-5表明向M2M工业成熟迈进的第二阶段过渡的标志是水平平台的出现和部署。,图1-5 M2M工业成熟的阶段,这个水平平台指的是一个贯穿业务领域、网络和设备的，连贯的有效框架。这是一系列能够功能分离的技术、体系结构和过程，特别是在应用层和网络层。,1.5.2 政策和政府的鼓励措施,经济鼓励措施提供了一个有吸引力的、稳定的框架，在新项目和运行部署中为M2M投资创造额外的机会。规则为一套可适用的、在一个国家或地区强制实行的标准的发展提供了明确的方向。合作研究和项目发展的基金既是导致标准发展的一步，也是开发概念验证、验证现存标准的方法。,1.5.3 M2M标准,M2M市场需要强大的标准去确保长期投资安全需要M2M标准的几个关键领域数据模型M2M区域网络M2M接入和核心网络优化水平服务平台和相关APIM2M模块和终端的认证M2M标准化组织生态系统,1.数据模型,数据模型明确地决定了交换数据的结构，主要在M2M应用程序之间。最终标准化数据模型所依赖的逻辑就是如果使用同样的数据结构去存储和接收数据，那么不同的应用程序就能够以一个可互操作的形式交换数据,2.M2M区域网络,定义：指的是能够为连接到同一M2M区域网络的不同M2M设备之间提供物理层和MAC层的连通性，或者通过路由器或网关允许M2M设备连接到公共网络的任何网络技术。例如：个人局域网技术（、ZigBee、KNX、蓝牙等本地网络。如电力线通信，仪表总线，无线仪表总线等,3.M2M接入和核心网络优化,为了处理额外的M2M业务量，远程通信运营商认为要完成接入和核心网络的改善和提高这种改善的一个关键因素是M2M业务量的特殊属性：低数据，不可预测性，低优先级，突发性多种M2M设备的另一个显著特点是它们产生低容量数据,应对M2M业务量的增涨重新构建接入和核心网络，以便更好地适应M2M业务量的基本特点，同时避免了影响与个人通信相关的高收益服务根据3GPP和3GPP2中M2M标准的开发工作，逐渐地部署新设备、软件升级和为了M2M业务类型而优化网络解决方案,4.水平服务平台和相关API,下一阶段M2M业务的出现将依赖于执行一系列服务能力的水平平台的部署，这是与M2M应用相接触的软件模块，为了加快它们的发展、测试和部署生命周期。例如，ETSI M2M正在制定基于REST，使用HTTP协议的API标准,5.M2M模块和终端认证,认证指的是设备项目某一特点的证明（通常基于一个标准），一般由一些外部评审、教育部门或者一个独立实体执行评定的形式提供的。认证程序的目的在于确保设备坚持特定的环境和电磁兼容性特性，而且还不能在运营网络中引起任何损害。认证可以被分为：自愿监管认证。自愿性认证。通常由运营商为部署在网络中的设备授权,6.M2M标准化组织生态系统,1.6 国内外发展现状,欧美产业生态环境相对成熟，主要以政府推动为核心，产业链的主要推动者欧美和日韩有差异,传感器提供商,通信模块提供商,电信运营商,中间件及应用开发商,服务提供商,系统集成商,用户,行业监管者,管理咨询服务商,测试认证商,服务二次销售商,政府和行业监管成为主导因素,欧美：美国的“智慧地球”、电子商务等；欧盟的“e-Call”、“物联网行动计划”日韩：日本的“E-Japan”、“I-Japan”；韩国的“U-korea”,产业环境,欧美：研发能力：产业内聚集全球100强企业，技术标准相对完善，生产制造领先市场认知：客户认知度和接受度高，工业应用相对领先，网络高带宽低资费产业链发展：产业链已经形成，并通过内部并购合作整合能力推进发展日韩：研发能力：日韩研发能力很强，紧跟欧美推行自主研发标准体系市场认知：客户认知较高，尤其是个人用户，带宽基础好，高带宽低资费产业链发展：产业链各环节清晰，但尚未看到产业链内整合,厂商和运营商共同推进产业发展,欧美：各环节传统厂商以及运营商共同推进，新兴专注于M2M厂商积极参与日韩：运营商成为产业链的主要推动力,日韩由运营商担当服务商,且欧美市场上，产业链各环节中全球大鳄们都在进行横纵向整合，抓住新一轮机遇,传感器提供商,通信模块提供商,电信运营商,中间件及应用开发商,服务提供商,系统集成商,用户,服务二次销售商,以提升市场占有，提高技术解决方案能力及服务能力而展开横纵向并购及合作,M2M部门,nPhase,Red Bend,物联网技术标准：相关技术标准组织和切入点,信息来源：ETSI M2M TC,整体框架,ITU-T SG13USN网络的需求和架构设计ETSI M2M TCM2M需求和功能架构ISO/IEC JTC1 SC6 SGSNSN研究报告,WSN/RFID,IEEE802.15低速近距离无线通信技术标准IETF 6LoWPAN ROLL基于的IPv6，低功耗有损网络路由EPCGlobal GS1RFID标识和解析EPC Global召开了有关ONS(Object Name Service)的路由和命名问题的讨论,智能电网/计量,电信网,FCC：美国智能电网标准IEEE：P2030：智能电网Guide：智能电网近距离无线标准CEN/CENELEC/ETSI欧洲智能计量标准,3GPP SA1/SA2/RAN2M2M优化需求网络和无线接入的M2M优化技术GSMA SCAG：智能SIM卡OMA DM,M2M标准化现状,技术标准制定主要是在：欧洲电信标准协会（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）3GPP（第三代协作项目组织）国内主要是在：中国通信标准化协会（CCSA）的泛在网技术委员会（TC10）,ETSI的M2M标准化进展,ETSI专门成立了一个专项小组（M2M TC）以研究如何对快速成长的M2M技术进行标准化,ETSI M2M TC的主要研究目标,从端到端的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NGN的研究及3GPP已有的研究进行协同工作,ETSI M2M TC的职责,从利益相关方收集和制定M2M业务及运营需求；建立一个端到端的M2M高层体系架构（如果需要会制定详细的体系结构）；找出现有标准不能满足需求的地方并制定相应的具体标准；将现有的组件或子系统映射到M2M体系结构中；M2M解决方案间的互操作性（制定测试标准）；硬件接口标准化方面的考虑；与其他标准化组织进行交流及合作,ETSI M2M TC目前的研究工作,M2M业务需求（TS 102 689）：定义M2M业务应用对通信系统的需求，以及M2M的典型应用场景。M2M功能架构（TS102 690）：定义M2M业务应用的功能架构以及相关的呼叫会话流程。智能电表（Smart Metering）的应用场景（TS 102 691）：智能电表的应用场景和相关技术问题。电子卫生保健（eHealth）的应用场景（TS 102 732）：电子医疗的应用场景和相关技术问题。消费者连接（Connected Consumers）的应用场景（TS 102 857）：消费者连接的应用场景和相关技术问题。M2M定义（TS 102 725）：M2M相关的定义和名词术语。,3GPP的M2M标准化进展,3GPP针对M2M的研究主要从移动网络出发，研究M2M应用对网络的影响，包括网络优化技术等。3GPP在标准制定过程中，也将M2M称作机器类通信（Machine Type Communications，MTC）。在2008年5月，3GPP制定了研究项目针对机器类通信的网络优化（Network Improvement for Machine Type Communications，NIMTC）。3GPP于2009年11月制定的技术报告TS 22.368中定义MTC的一般需求，以及有别于人与人间通信的一些独特的业务需求，并详述了为满足MTC的业务需求，网络优化需要做的一些工作。,3GPP对于M2M的研究范围,只讨论移动网的M2M通信；只定义M2M业务，不具体定义特殊的M2M应用；无线侧和网络侧的改进，不讨论跟SIM卡和/或SIM卡管理的新模型相关的内容,CCSA的M2M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）包括总体组、感知延伸组、应用组和网络组 M2M应用通信协议技术要求由网络组进行研究,CCSA对M2M标准化的两个方面,M2M业务的总体技术要求：包括M2M业务定义、业务特征、应用场景和业务需求，M2M系统结构和接口、计费、认证鉴权和网络管理等方面的技术要求。M2M应用通信协议技术要求：包括M2M终端设备与M2M平台间、M2M平台与M2M应用平台间的通信协议的协议概述、协议结构、报文定义、报文交互机制、安全机制等。,我国物联网政策环境良好，产业环境建设正处于起步阶段,物联网已经成为国家发展战略初步明确了未来发展方向和重点领域正在着手制定相关财政、金融政策和法规以确保物联网发展体制的有效性,国家今年在通信信息领域改革力度大，步伐较快，对通信市场可能造成一定冲击，过渡分散运营商精力产业和行业标准正在建立，是机遇也是挑战,近期全球金融危机，一定程度上影响国内的经济发展，会影响企业对信息化需求和相关资源的配备,有利,不利或挑战,有利,不利,有利,不利,有利,不利,中国企业正在随着国家的快速发展，持续提升竞争力和国际影响力，对物联网的需求逐步呈现企业对信息化方面的认知提高，经济支付能力也将增强,经济环境,产业环境,政策环境,社会环境,宏观环境,根据国际重点行业经验及国家重点推进行业确定重点关注领域,重点行业,结论,重点关注领域排序(按规模和应用情况),目前国内与国外相比，国内物联网的应用和发展速度相比国外要快一些欧美国家重视，市场发展依赖企业推动，国家不参与推动，但企业更关注短期利益国内国家统一调控，统筹力度大，推进要比国外政府推进得快,公共事业/服务,交通运输,个人用户,批发零售,工业/制造业,商业/服务业,农业,开采/建筑,金融,重点行业,欧美,日韩,中国,图例,产业技术不成熟，国家倡导自主创新将加大产业链发展周期,技术薄弱：导致成本很难下降，成为产业发展的阻碍因素很难提供满足用户需求的个性化解决方案目前近距离技术如RFID等已经成功应用，且价格较低，有推广基础,结论,终端侧及应用侧技术环节薄弱,技术标准紧跟国际步伐并有一定的影响力,传感器和芯片,信息网络和传输,海量信息处理,智能感知与处理,制造、集成、预处理技术非常薄弱,基础好但与国际相比，仍有一定差距带宽管理体系薄弱,软件薄弱,软件、业务模式和流程需要创新,部分技术相对较为成熟，已经在市场上规模化应用比如RFID低频和高频技术及导航技术相对成熟,开始传感网相关研究,启动传感网标准化研究,参与国际传感器网络研究组的建立,成立传感网器网络标准工作组,成为ISO国际传感网器网络标准组主要成员,向国际标准化组织提交多项标准提案被采纳,成立传感网项目组,标准：中国在建立自主标准方面具有一定优势，并有成为主导标准的机会国内产业各环节的企业未来的主导能力决定于在标准制定中扮演角色技术行业标准未形成，且制定需要一个较长周期，因此行业规模化推广可能会受标准的制约,同时，产业链商业模式尚不成熟，运营商需斟酌定位,以应用带动产业发展的共赢商业模式需要各环节有效协同，运营商需要明确自身在整个商业模式中的定位和作用产业链各环节衔接不畅，相互制约产品接口不统一，很难规模化产业链资金承担量不同，集成环节压力大目前运营商在产业链上可能的着力点终端：接口协议统一网络：宽带建设和平台搭建应用：协议标准统一标准化集成：培养，合作及资金支撑,结论,产业链各环节均存在一定问题,终端,网络,应用开发,系统集成,客户,现有难点,整个产业链主导推动力：政府及产业联盟,推动方向,M2M产业发展现状,国内主要由中移动、电信和联通，应用领域涉及电力、水利、交通、金融、气象等行业国外Vodafone目前在M2M市场是全球第一，提供M2M全球服务平台以及应用业务，为企业客户的M2M智能服务部署提供托管，能够集中控制和管理许多国家推出的M2M设备，企业客户还可通过广泛的无线智能设备收集有用的客户数据,