摘要：物聯(lián)網(wǎng)是世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，并已成為世界各國經(jīng)濟社會發(fā)展的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),。機器通信作為物聯(lián)網(wǎng)實施的重要一環(huán),，受到越來越多的關(guān)注并已應(yīng)用在很多領(lǐng)域,。文章介紹了機器通信的模式和特點,，其中最突出的特征是反向小流量業(yè)務(wù)是機器通信的主體。并將通信網(wǎng)絡(luò)承載機器通信的演進趨勢分為3個階段：即混同承載,、區(qū)別承載和獨立承載,。文章認為，機器通信業(yè)務(wù)的初始階段,，是業(yè)務(wù)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò),；而機器通信業(yè)務(wù)如果規(guī)模化到一定程度后,，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該適應(yīng)業(yè)務(wù),。

　　機器通信業(yè)務(wù)將向規(guī)模化,、泛在化,、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展

　　機器通信具備獨特的通信模式和特征，對通信網(wǎng)絡(luò)提出了新要求

　　通信網(wǎng)絡(luò)承載機器通信的演進趨勢可以劃分為3個階段：混同承載階段、區(qū)別承載階段以及遠期的獨立承載階段

　　通信網(wǎng)絡(luò)從誕生開始,，一直就以滿足人與人的語音通信為目標,。Internet興起后，為了承載各種新型數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),，在接入網(wǎng),、核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)等層面進行了相應(yīng)的演進。而今,，隨著機器通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展和對其未來的良好預(yù)期,，通信網(wǎng)絡(luò)的演進又獲得了重要的推動力。

　　1 機器通信概述

　　機器通信,，又稱為M2M通信,，指通信一方或雙方是機器，且機器通過程序控制能自動完成整個通信過程的通信形式,。機器通信包含機器到機器,、人到機器和機器到人3種類型的通信業(yè)務(wù)。通過機器通信,，不但機器和機器之間可以進行信息交互,，機器還可以響應(yīng)來自人或后端系統(tǒng)（也是一種機器）的控制指令，或?qū)⒉杉降男畔魉徒o人或后端系統(tǒng),。文章關(guān)注的機器通信業(yè)務(wù),，主要指借助電信運營商的通信網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱“通信網(wǎng)絡(luò)”）進行廣域互連的機器通信業(yè)務(wù)。同時,，論述的重點以采用移動蜂窩網(wǎng)接入的機器通信業(yè)務(wù)為主,。

　　機器通信業(yè)務(wù)早已存在，只不過一方面,，部分機器通信業(yè)務(wù)和公共通信網(wǎng)絡(luò)無關(guān),，例如在一些特定行業(yè)里，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)早已被用作遠距離數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的通信手段,；另一方面,，業(yè)務(wù)總體尚未到達一定規(guī)模，因而關(guān)注度相對不高,。

　　作為物聯(lián)網(wǎng)體系中的重要一環(huán),，機器通信業(yè)務(wù)從2009年下半年開始，似乎突然間受到了社會的重點關(guān)注,，形成了產(chǎn)業(yè)界的一股新浪潮,。人們發(fā)現(xiàn)，一方面機器通信當前已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域里：環(huán)境感知類應(yīng)用,、車載信息類應(yīng)用,、無線金融支付類應(yīng)用,、Telemetry類應(yīng)用和資產(chǎn)監(jiān)控類應(yīng)用；另一方面機器通信未來會有更廣泛的應(yīng)用：既有應(yīng)用的內(nèi)涵會加深,、規(guī)模會逐漸擴大,，并且將會出現(xiàn)節(jié)能減排、遠程醫(yī)療,、智能家居等更多的可以廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域,。

　　對于電信運營商而言，機器通信業(yè)務(wù)還有一層重要意義：隨著傳統(tǒng)通信市場的逐漸飽和,，機器通信業(yè)務(wù)成為運營商拓展空間的重要方向,。這是因為，未來連入網(wǎng)絡(luò)的機器數(shù)量十分可觀,，甚至超過連入網(wǎng)絡(luò)的人的數(shù)量,。電信運營商逐漸開始重視機器通信業(yè)務(wù)，并積極投身到機器通信業(yè)務(wù)的推進工作中,。例如,，Orange面對M2M業(yè)務(wù)，針對不同需求類型的客戶,，分別推出了通道化業(yè)務(wù),、標準業(yè)務(wù)平臺業(yè)務(wù)和行業(yè)定制化業(yè)務(wù)。而在中國,，中國電信和中國移動都在機器通信領(lǐng)域進行了大量的探索和實踐工作,。

　　面對龐大的應(yīng)用需求，在產(chǎn)業(yè)各方的積極推動下,，機器通信業(yè)務(wù)將向規(guī)?；⒎涸诨?、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展,。那么，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),，機器通信有哪些特點,？通信網(wǎng)絡(luò)如何承載機器通信業(yè)務(wù)？這些問題已經(jīng)成為當前通信界關(guān)注的熱點,。

　　2 機器通信特點

　　我們可以從多個角度來觀察并分析機器通信的特點。例如數(shù)據(jù)的流向,、數(shù)據(jù)流量所需帶寬,、機器終端的移動性、傳輸操作的觸發(fā)機制和時間特性等等,。

　?。?）反向流量是機器通信的主要流量

　　當前的大多數(shù)機器通信業(yè)務(wù),，處于機器通信發(fā)展的第一個階段，特點是以信息采集為主,。如智能測量中的抄表應(yīng)用,、水文監(jiān)測應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用等,。信息的流向是從采集點的機器終端通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶的后端應(yīng)用系統(tǒng),。借用移動蜂窩網(wǎng)的術(shù)語，當前的機器通信業(yè)務(wù)以反向流量為主,。隨著機器通信發(fā)展第二個階段的出現(xiàn),，遠程控制功能得以加強、信息發(fā)布類應(yīng)用廣泛出現(xiàn),，前向流量會逐漸增加,。而到了第三個階段，機器通信的目標變成了其它機器,，這種場景下數(shù)據(jù)流向特征可能就是基本對稱了,。

　　總的來說，綜合機器通信類應(yīng)用的特點,，尤其是后端客戶應(yīng)用系統(tǒng)的中樞智能特征等因素,，反向流量將仍然長期是機器通信的主要流量。與此形成對照的是,，目前手機終端的數(shù)據(jù)流量,、上網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)流量主要以前向流量為主。

　?。?）小流量業(yè)務(wù)是機器通信主體

　　從數(shù)據(jù)流量所需的帶寬來看,，機器通信大致可以分為大流量業(yè)務(wù)和小流量業(yè)務(wù)兩大類。大流量業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在兩類應(yīng)用：視頻采集類應(yīng)用和數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用,。視頻采集類應(yīng)用從監(jiān)視區(qū)域采集視頻信息以流媒體的形式上傳到遠端平臺,。在環(huán)保監(jiān)控類應(yīng)用、公交監(jiān)控類應(yīng)用中都有實際使用,。數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用的主要體現(xiàn)形式是使用無線路由器的應(yīng)用場景,。

 　　大流量業(yè)務(wù)之外，更廣泛的機器通信需求集中在小流量業(yè)務(wù)中,。這些小流量應(yīng)用的典型特征是一次通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)極其有限,，也就在1 ~10 kbit/s之間。這樣的數(shù)據(jù)傳輸量,，在通信質(zhì)量較好的2.5 Gbit/s蜂窩網(wǎng),，如CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)里，數(shù)秒之內(nèi)就可以傳輸完畢,。典型案例如出租車輛的軌跡跟蹤,，一次通信過程主要向后端應(yīng)用系統(tǒng)傳送定位信息,。而定位信息主要包含經(jīng)度、緯度,、高度,、速度等信息，數(shù)據(jù)流量很小,。甚至一些開關(guān)量應(yīng)用,，每次數(shù)據(jù)傳送只是“開”或者“關(guān)”信息，數(shù)據(jù)流量就更小了,。

　　從當前應(yīng)用情況來看,，小流量業(yè)務(wù)是機器通信的主體。

　?。?）大量終端具備低移動性的特點

　　從機器終端的移動性角度來看,，機器通信類應(yīng)用有4種情況。第一種是大范圍移動的機器終端,，如車載終端,，尤其是出租車車輛的車載終端；第二種是游牧型的機器終端,，如無線POS,；第三種是在一個很小范圍內(nèi)移動的機器終端，如在家居環(huán)境中的遠程健康監(jiān)測終端,；第四種則是基本不移動,，甚至可以說是在固定地點接入的機器終端，如很多用于環(huán)保監(jiān)控的終端,，基本就固定在環(huán)保監(jiān)控源附近,。

　　雖然有4種類型的機器通信類應(yīng)用，需要指出的是,，符合第四種情況的機器終端應(yīng)用,，不在少數(shù)。

　?。?）機器終端傳輸操作的觸發(fā)機制和時間特性各不相同

　　從傳輸操作觸發(fā)機制和時間特性來看,，主要可以分為3種類型。

　　第一種是條件觸發(fā)的即時性傳輸類型,。此類機器終端在滿足某種條件的情況下,，將包含相關(guān)信息的數(shù)據(jù)立即傳送到后臺應(yīng)用。所謂“某種條件”,，會因具體應(yīng)用的不同而存在不同情形,。例如，開關(guān)量監(jiān)控類應(yīng)用,，一旦開關(guān)量發(fā)生變化,，終端應(yīng)立即上報信息；指標監(jiān)控類應(yīng)用,，一旦指標超過門限,，終端應(yīng)立即上報信息。位置觸發(fā)類應(yīng)用,，一旦終端到達一定地域,，終端應(yīng)立即上報信息。

　　第二種是時間觸發(fā)的即時性傳輸類型,。例如,，車輛軌跡跟蹤類應(yīng)用。一般情況下,，車輛終端會以一定時長為周期,，周期性的上報車輛的定位信息。觸發(fā)數(shù)據(jù)上報操作的是以時間為基準的內(nèi)部觸發(fā)機制,。

　　第三種是時間觸發(fā)的非即時性傳輸類型,。此類應(yīng)用主要用于特定時刻的數(shù)據(jù)收集，后端應(yīng)用采集這些數(shù)據(jù)主要用于后分析,。此類應(yīng)用,，并不強調(diào)數(shù)據(jù)上傳的即時性。終端可以在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后的一定時間內(nèi)上傳數(shù)據(jù)即可,。

　?。?）機器通信的其它重要特征

　　機器通信的一個重要特點就是通信終端的“程序自動控制”。程序自動控制通信操作,，與人為控制通信操作有很大的不同,。程序自動控制模式可以讓終端在較短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的呼叫。例如,，移動的機器終端可能會聚集到一個小區(qū)內(nèi),，并都試圖建立和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接。由于小區(qū)容量有限,，出現(xiàn)連接失敗的情形,。而連接失敗的終端被程序控制，很快再次呼叫網(wǎng)絡(luò)……如此往復(fù),，加劇了小區(qū)的通信處理負荷,，甚至造成小區(qū)的擁塞。

　　另外,，很多行業(yè)終端散布在諸如野外等無法提供電源的地點,。雖然可以采用太陽能供電，但出于成本的考慮,，絕大多數(shù)此類終端只能使用電池供電,。為了降低維護保養(yǎng)成本,，這些電池供電的終端至少能夠持續(xù)工作半年，目的甚至能夠達到1年以上,。這就要求,，包括通信單元在內(nèi)的整個終端單元必須具備低功耗，甚至超低功耗的特征,。

　　此外,，機器通信還具備諸如“基于組的特性”、“雙向觸發(fā)”等特征,。這里不再進行描述,。總之,，機器通信具備獨特的通信模式和特征,，對于主要基于傳統(tǒng)語音通信和上網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。

　　3 通信網(wǎng)絡(luò)承載機器通信的演進趨勢

　　當前的通信網(wǎng)絡(luò),，尤其是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò),，在設(shè)計時是以所承載的業(yè)務(wù)主要是語音、上網(wǎng)等業(yè)務(wù)為前提的,。從數(shù)據(jù)通道來看,，無論從承載通道設(shè)計、信令交互設(shè)計,、容量和覆蓋規(guī)劃等多個層面,，都主要考慮的是以前向流量為主，以手機終端和上網(wǎng)卡為主的業(yè)務(wù),。在機器通信業(yè)務(wù)規(guī)?；l(fā)展的前景下，筆者認為,，通信網(wǎng)絡(luò)承載機器通信的演進趨勢可以劃分為3個階段,。如圖1所示，即混同承載階段,、區(qū)別承載階段以及遠期的獨立承載階段,。

　　（1）業(yè)務(wù)發(fā)展初期,，通信網(wǎng)絡(luò)采用混同承載方式

　　在混同承載階段,，通信網(wǎng)絡(luò)從接入網(wǎng)開始，到核心網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)都沒有將機器通信和上網(wǎng)卡等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)分開來,。這些不同類型的通信業(yè)務(wù),，網(wǎng)絡(luò)采用同一種模式進行承載。造成這種局面的主要原因是網(wǎng)絡(luò)側(cè)目前不能以比較簡單的方式實現(xiàn)區(qū)分業(yè)務(wù)。而且雖然存在一定的需求,，業(yè)務(wù)也開始形成一定的規(guī)模,。但在機器通信發(fā)展的初期，業(yè)務(wù)規(guī)模仍然有限,。從投入產(chǎn)出效益來看,，沒有足夠的理由啟動對網(wǎng)絡(luò)的改造,。

　　在混同承載階段,，基本處理策略是網(wǎng)絡(luò)不作大的改動，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)基本不變,，主要通過終端側(cè)采取一些措施,，應(yīng)對程序自動化等特征帶來的問題，間接地增強網(wǎng)絡(luò)對機器通信的承載能力,。同時,，運營商也在探索構(gòu)建針對機器通信的業(yè)務(wù)平臺，例如M2M平臺,，通過提供針對機器終端的監(jiān)測控制,、以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)路由等功能，從另一方面增強網(wǎng)絡(luò)的承載能力,。

 　?。?）通信網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)對于機器通信的區(qū)別承載

　　畢竟，機器通信有其不同于以往傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的特征,。隨著機器通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,，業(yè)務(wù)規(guī)模的增加，逐漸對包括碼號資源,、傳輸信道資源等在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)資源造成了較大的壓力,。為了避免這種壓力對整個通信網(wǎng)絡(luò)造成大的負面影響，必須在網(wǎng)絡(luò)側(cè)進行相應(yīng)的改造來實現(xiàn)區(qū)別承載,。

　　歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)的專家們就此在M2M 功能架構(gòu)中進行了相應(yīng)闡述,，如圖2所示：

　　ETSI的專家們提出在接入網(wǎng)、核心網(wǎng)以及傳輸網(wǎng)層面都可能需要進行改造,，以提供承載機器通信的新的網(wǎng)絡(luò)能力,。此外，還需要提供一些服務(wù)能力來支撐機器通信業(yè)務(wù)的承載,。筆者認為后者將主要依靠M2M平臺的演進來實現(xiàn),，而前者的實現(xiàn)需要根據(jù)機器通信的具體特征采取相應(yīng)的改進機制。例如,，針對低移動性,、甚至固定安放的機器終端，可以簡化移動性管理相關(guān)的信令處理流程。這樣做,，一方面可以減少信令數(shù)據(jù)流量,，另一方面也可以減少終端通信單元的信令交互操作，從而達到降低功耗的目的,。

　　要實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)對于機器通信業(yè)務(wù)的區(qū)別承載,，通信網(wǎng)絡(luò)固然要具備針對性的承載機制。但首先,，通信網(wǎng)絡(luò)需要將機器通信業(yè)務(wù)從眾多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中識別出來,，才能夠進一步區(qū)別對待。要實現(xiàn)這種識別功能,，可以采取多種措施,，例如：

　　機器終端接入網(wǎng)絡(luò)可以采用單獨的網(wǎng)絡(luò)接入標識符NAI；
機器終端可采用獨立號段,，將其和使用普通號段的終端區(qū)分開來,；
在歸屬位置寄存器(HLR)等相關(guān)設(shè)備中，針對機器終端設(shè)置相應(yīng)的區(qū)分標識,。

　　需要注意的是,，一方面，上述這些措施,，實施工作量大小不一,；另一方面，可能需要多種措施綜合使用,，方能達到較好的效果,。而且，不但是網(wǎng)絡(luò)承載,，包括業(yè)務(wù)承載（業(yè)務(wù)開通,、計費等）同樣需要借助這些手段實現(xiàn)區(qū)別對待。

　?。?）遠期,，通信網(wǎng)絡(luò)可能需要實現(xiàn)對于機器通信的獨立承載

　　當機器通信業(yè)務(wù)規(guī)模繼續(xù)擴大，和其它共享通信信道的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間會出現(xiàn)較大的互干擾問題,，單純從技術(shù)手段解決可能過于復(fù)雜,。另外，可能出現(xiàn)大量對通信服務(wù)等級協(xié)議(SLA)要求較高的機器通信業(yè)務(wù),。這些因素導(dǎo)致可能需要采用物理或邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)承載（部分）機器通信業(yè)務(wù),。這可能包含了物理或邏輯獨立的接入網(wǎng)，以及核心網(wǎng)中專設(shè)的互聯(lián)子網(wǎng),。

　　4 小結(jié)和展望

　　近年來,，中國和國際上的通信標準組織在機器通信方面陸續(xù)開始開展相關(guān)研究。國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組織(ITU-T)主要從下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的視角出發(fā)關(guān)注泛在網(wǎng)的需求和架構(gòu)等。第三代合作伙伴計劃(3GPP)則主要從移動網(wǎng)絡(luò)出發(fā)關(guān)注機器通信的需求,，以及面向機器通信的網(wǎng)絡(luò)改進和優(yōu)化工作,。為推動M2M支撐技術(shù)的研究，3GPP2在2010年1月曼谷會議上也通過了M2M的立項,。明確了當運營商部署M2M 應(yīng)用時,，應(yīng)給運營商帶來較低的運營復(fù)雜度；優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工作模式,，以降低對M2M終端功耗的影響等研究領(lǐng)域,。中國通信標準化協(xié)會(CCSA)于2010年2月初成立了泛在網(wǎng)技術(shù)委員會（TC10），統(tǒng)一部署和開展泛在網(wǎng)的應(yīng)用和技術(shù)研究,。但總的來看,，關(guān)于機器通信的標準仍然處于需求和架構(gòu)分析階段，即處于起步階段,。

　　從光接入、無線寬帶接入,、智能業(yè)務(wù)平臺等通信網(wǎng)絡(luò)的幾大發(fā)展方向來看,，機器通信對于無線寬帶接入提出了更多的要求。機器通信業(yè)務(wù)具有和以往移動蜂窩網(wǎng)承載的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)不同的通信模式和特征,，需要網(wǎng)絡(luò)作出適應(yīng)性的改變,。如果說，機器通信業(yè)務(wù)的初始階段,，是業(yè)務(wù)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò),。那么我們可以說，機器通信業(yè)務(wù)的大發(fā)展階段,，則應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù),。當然，這是一個漸進的過程,。而當前正處于從混同承載階段向區(qū)別承載階段的轉(zhuǎn)變的過程之中,。

　　總之，從機器通信業(yè)務(wù)的承載現(xiàn)狀,，以及未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展愿景來看,，目前的通信網(wǎng)絡(luò)仍然有很多通信需求未能滿足。機器通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,，將進一步推動通信網(wǎng)絡(luò)的演進,。

　　5 參考文獻

[1] Draft ETSI TS 102 690 V<0.1.3> [S]. 2010.
[2] 3GPP TR 23.888 V0.1.2 [S]. 2010.