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基于公众移动通讯网的物联网应用研讨

发布时间:2018-12-29 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于公众移动通讯网的物联网应用研讨作者:未知   【摘要】文章对基于公众移动通讯网开展物联网技能的业务需求进行了研讨,介绍了当前针对移动通讯网中机器类通讯的解决方法,并阐述了国内外相关标准化事务进展。
  【关键字】物联网 机器类通讯 M2M 公众移动通讯网
  1 引言
   信息通讯技能的不时发展,使得人与人之间的通讯手段日益丰富和完善。近年,通讯技能的发展似乎已经超越了通讯市场的需求。物联网观念的提出,指出通讯不但要完成人与人之间的信息传递,而且要完成人与物、物与物之间的通讯。与人手一个通讯终端相比,物与物的通讯市场更加庞大。物与物的通讯能够满足人类世界数量繁多的机器之间信息智能化传递。机器到机器(M2M,Machine to Machine)通讯带给整个信息通讯家当链上各个关节纽带以无尽的想象力。在未来的3G及超3G时代,M2M通讯产生的数据流量将超过“人与人”和“人与机”产生的通讯流量。ITU和3GPP等国际组织,以及国内的CCSA等标准化组织,在M2M业务需求日益高涨的背景下也起初在这个领域加强了标准研讨与开发事务。其中,3GPP将这类通讯技能统一定义为“机器类通讯”( MTC,Machine Type Communication)。
   MTC通讯技能能够广泛应用于智能交通、医疗保健、视频监控、智能家居、智能电网等领域。例如,在视频监控方面中国电信推出的“全球眼”,中国联通推出的“宽视界”和“神眼”,以及中国移动在电力系统内实现无线抄表业务等。移动MTC业务风雨欲来,特别在物联网家当在全球蓬勃兴起的背景下,研讨移动MTC业务特点及其存在的问题,对我们理解和研发MTC技能,尤为有益。
  
  2 移动MTC业务需求
  在移动网络中部署MTC应用,存在着两种场景。一种是通讯运营商运营维护MTC服务器,如图1所示。在这种场景中,MTC用户通过运营商提供的应用程序接口(API)接入MTC服务器。第二种方式中,运营商提供接入到MTC服务器的通道而并不直接运维MTC服务器,如图2所示。
  与当前移动网络相比,M2M通讯市场、应用场景不同。同时,M2M终端数量极其庞大,但每个终端数据量可能很少。这些终端的移动性较低,因此,M2M通讯对移动网络有着特殊的需求。例如,对于MTC业务的移动运营商,能够自主的激活网络中的MTC业务。而移动通讯网络需要对大量的MTC终端维护网络连通性,并具有降低MTC业务并发造成的数据和信令的峰值数据量。由于MTC终端可能能量受限,移动网络还需要有一定的节能机制,来保证MTC终端的低功耗特性。根据运营商策略或者具体业务应用特点,MTC终端在没有通讯发生的时候,能够保持在线状态或脱机状态。此外,移动网络中开展M2M业务还有如下业务具体的需求:
  ◆设备触发:网络可以触发MTC设备与MTC服务器建立通讯。
  ◆寻址:网络应该具有寻址能力,使的处于公共地址空间的MTC服务器能够和处于私有地址空间的MTC设备进行通讯。
  ◆标识:每个MTC设备具有独立标识。
  ◆计费:对MTC设备或MTC群组进行计费。
  ◆平安:MTC类业务具有不低于非MTC类业务的平安需求。
  ◆远程MTC设备管理:MTC类设备的管理能够由已有的机制(如OMA的数据管理标准)来提供。
  根据MTC类业务特性,MTC类业务还有如下特殊的一些需求:
  (1)低移动性
  MTC设备具有较低移动性,固定、低速移动或者仅在一定区域内移动。针对低移动性,网络运营商能够降低(或动态调整)移动性管理进程的频率或简化MTC设备的移动性管理策略。网络运营商还能够具有自定义MTC设备位置更新的频率等能力。
  (2)时间抑制
  移动网络能够为某些MTC应用提供时间抑制功能。这些应用需要在特定的时间周期内发送或接收数据。网络运营商能够允许这些MTC应用在特定周期以外发送接收数据和信令,然而可能计费策略有所不同。例如,在特定的接入授权时间周期内,网络能够接收请求(如网络附着或建立数据连接),而在禁止授权时间,网络会拒绝这些请求。
  (3)延时
  局部MTC业务传输的数据并不是紧急数据或时延要求较高的数据。在诸如无线接入网络负载过大的情况下,网络运营商需要临时阻止MTC设备接入网络进行数据传输。因此,移动网络中的MTC设备需要具有延时数据传输能力。
  (4)小数据包传输
  在MTC业务中,MTC设备传输的数据包大局部为尺寸较小的数据包。因此,系统需要支持在信令负荷、网络资源、时延方面进行妥善设计,以降低小数据包传输对网络的影响。
  (5)MTC监测
  网络能够监测MTC设备相关事件,如MTC设备改变了附着点、释放了连接等。MTC用户能够定义哪些事件能够被监测。一旦监测到相应事件,网络可能会给MTC用户或MTC服务器发出警告通知,限制提供给MTC设备的服务(例如,削减分配的资源)。MTC用户需要定义相应事件的处理方法。
  (6)优先级报警消息
  在MTC设备不可以正常事务的时候,它能够针对某些事件发出有优先级的报警信息。例如盗窃、破坏或者其他需要立即关注的事件。
  (7)平安连接
  MTC设备与MTC服务器之间需要足够平安的通讯连接,特别是局部设备连接到漫游的运营商网络的时候。
  (8)位置触发
  MTC设备处于特定区域的时候,可能需要触发特定的MTC应用。由于MTC业务应用时,移动性管理的频率降低。MTC设备移动到特定位置的时候,更是需要位置触发功能。这项功能需要网络与终端设备的共同作用。
  (9)稀疏传输
  MTC业务的发送不是持续的,而可能是断续的、频率较低。网络仅需要提供在传输发生的时候建立连接。MTC设备在需要发生数据的时候连接到网络,发送或接收数据,然后在传输完成后变为脱机状态。
  (10)群组特性
  MTC业务往往具有群组特性。大量的MTC设备具有相同的业务能力和服务指标。它们可能会接收相同的信息。这些设备具有相同的传输策略。在寻址方式上具有相似的特性。
  以上是移动网络中开展MTC业务所需要的需求。当前网络尚不能完全满足MTC业务的开展。相应网络的功能设计和开发将在3GPP的后续事务中开展。
  
  3 解决方案
   针对以上MTC业务的特殊需求,家当界开展了大量的研讨事务。目前,已经厂商提出了局部解决方案。下面我们介绍几种移动网络中针对MTC业务特殊需求的解决方案。
   (1)寻呼机制
   MTC设备不需要频繁移动切换,或者只需要在小范围内移动。在这种场景应用下,我们能够根据MTC的签约信息,在HLR/HSS中将寻呼机制配置为只在小范围寻呼。SGSN/MME能够把寻呼区域作为用户数据的一局部进行存储。在为移动终端服务时,如果只在小范围内进行寻呼,那么寻呼产生的流量将会大幅度降低。当然,在这种机制中,可能会出现另外一种情况,即MTC设备漫游等机制需要进行调整。
   在漫游场景下,可行的方法有阶梯式寻呼。寻呼起初时,仅在上一次服务区域或签约小区寻呼。如果没有响应,SGSN/MME能够在更广泛的区域寻呼MTC设备。
   (2)小数据包传输
   对于小数据包传输,短消息是一种对照好的方式。小尺寸数据能够封装在短消息里。一方面,短消息包含内容较少。另一方面,短消息也对照适应数据发送频度较低的MTC业务。而短消息传输对于系统负载方面的影响也比普通分组数据传输要低。
   (3)未附着MTC设备的触发
   对于未附着的MTC设备,网络并不知道其位置。但是,在很多情况下,MTC用户是明白MTC设备的位置的。在这些场景下,MTC用户能够提供给PLMN关于MTC设备的位置信息。基于这些信息,PLMN能够在相关小区或小区群广播触发消息。即使MTC设备没有附着网络,仍然能够收听到PLMN广播信道的信息。
   (4)MTC监测
   MTC监测事件能够作为MTC签约信息的一局部配置在HLR/HSS中。同时,针对监测事件的默认行为也能够预配置在HLR/HSS中。监测MTC事件的任务能够由SGSN/MME负责。相关配置信息(需要监测的事件及默认行为)能够由HLR/HSS中下载。当SGSN/MME监测到发生了特定事件,SGSN/MME负责产生相关汇报并向MTC服务器报告。在这种情况下,需要在网络架构中为SGSN/MME提供新的参考点。对于MTC监测,另外一种方法是由GGSN/P-GW负责监测任务和产生监测汇报的任务。
  针对MTC业务,相关的研讨还在进行中。很多问题,业界并没有达到共识。例如,如何进行信令优化、如何对网络单元功能、接口功能进行重新定义等。这方面的研讨事务成果,将体如今3GPP R10的文档中。
  
  4 标准化进展
   3GPP SA1事务组在2005年9月起初就针对M2M进行了研讨,到2007年底完成了研讨汇报:TR 22.868 《 Facilitating M2M Communication in GSM and UMTS》,并在2008年5月起初了TS阶段的事务: TS 22.368 《Service requirements for machine-type communications》 ,主要研讨在公众移动通讯网上开展MTC业务时的业务需求问题。2009年,3GPP又启动了在LTE系统中针对M2M业务进行系统增强的技能研讨,并与2010年3月22日输出了名为《System Improvements for Machine-Type Communications》(3GPP TR 23.888)的标准草案。面对M2M技能的发展,国内企业在开展了相关研讨。中国通讯标准化协会组织了中国移动、中国联通、中国网通以及华为、中兴等国内企业开展了对M2M技能的研讨,并于2009年8月提交了《移动M2M业务研讨汇报》。2010年,中国通讯标准化协会成立了泛在网技能事务委员会内,并立项研讨移动M2M行业标准。
  
  5 结束语
  在我国,公众移动通讯网络具有全覆盖的优势。这为移动通讯运营商及设备商迎接物联网浪潮奠定了良好的基础设施优势。而我国在建的3G网络、试验中的LTE网络等,也为我国开展MTC业务带来更好的网络优势。我国三大运营商都具有全业务运营牌照。人与人的通讯市场潜力已被进行充分挖掘,市场竞争渐趋严峻。因此,在公众移动通讯网上开展物联网应用,将成为未来很长一段时间市场竞争的重要战场。
  
  参考文献:
  [1] 3GPP TR 23.888V0.3.2(2010-03). 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; System Improvements for Machine-Type Communications;(Release 10)[S].
  [2] 3GPP TS 22.368 V2.0.0 (2010-03). 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Service requirements for machine-type communications;
  Stage 1 (Release 10)[S].
  
  【作者简介】
  戴力:工学学士,毕业于浙江大学计算机软件专业,工程师,现任职中国移动通讯集团浙江公司网络部,主要从事网管支撑项目管理事务,研讨方向主要为电信网络管理、移动信息化应用等。
  

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