摘要

物聯網被稱為繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮，M2M作為物聯網在現階段最普遍的應用得到了各行業的廣泛關注，也是各大標準化組織研究和標準制定的工作重點所在。本文對M2M在ETSI的標準狀況，3GPP和3GPP2開展的M2M的標準工作，以及CCSA在M2M標準方面的進展情況進行了介紹。

1  引言

物聯網被稱為繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮，將給IT和通信帶來廣闊的新市場。

2005年國際電信聯盟（ITU）在信息社會世界峰會（WSIS）上發布的《ITU互聯網報告2005：物聯網》報告中正式提出了“物聯網”概念，報告指出：“無所不在的物聯網通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷，從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換”。總的來說，物聯網就是“物與物相連的網絡”。這里有兩層含義：首先，信息的提供者和使用者從人逐步擴展到物理實體，物體之間通過物聯網實現通信和信息交換；其次，通過各種無線和/或有線的、長距離和/或短距離通訊網絡實現物理實體間的互聯互通，通信和傳輸過程不需要或僅需要有限的人工干預。

歐洲智能系統集成技術平臺（EPoSS）在《Internet of Things in 2020》報告中分析預測，未來物聯網的發展將經歷4個階段，2010年之前RFID被廣泛應用于物流、零售和制藥領域，2010—2015年物體互聯，2015—2020年物體進入半智能化，2020年之后物體進入全智能化。

M2M是“機器對機器通信（Machine to Machine）”或者“人對機器通信（Man to Machine）”的簡稱。主要是指通過“通信網絡”傳遞信息從而實現機器對機器或人對機器的數據交換，也就是通過通信網絡實現機器之間的互聯、互通。移動通信網絡由于其網絡的特殊性，終端側不需要人工布線、可以提供移動性支撐，有利于節約成本，并可以滿足在危險環境下的通信需求，使得以移動通信網絡作為承載的M2M服務得到了業界的廣泛關注。

M2M作為物聯網在現階段的最普遍的應用形式，在歐洲、美國、韓國、日本等國家實現了商業化應用。主要應用在安全監測、機械服務和維修業務、公共交通系統、車隊管理、工業自動化、城市信息化等領域。提供M2M業務的主流運營商包括英國的BT和Vodafone，德國的T-Mobile，日本的NTT-DoCoMo，韓國SK等。中國的M2M應用起步較早，目前正處于快速發展階段，各大運營商都在積極研究M2M技術，盡力拓展M2M的應用市場。

國際上各大標準化組織中M2M相關研究和標準制定工作也在不斷推進。幾大主要標準化組織按照各自的工作職能范圍，從不同角度開展了針對性研究。ETSI從典型物聯網業務用例，例如智能醫療、電子商務、自動化城市、智能抄表和智能電網的相關研究入手，完成對物聯網業務需求的分析、支持物聯網業務的概要層體系結構設計以及相關數據模型、接口和過程的定義。3GPP/3GPP2以移動通信技術為工作核心，重點研究3G，LTE/CDMA網絡針對物聯網業務提供而需要實施的網絡優化相關技術，研究涉及業務需求、核心網和無線網優化、安全等領域。CCSA早在2009年完成了M2M的業務研究報告，與M2M相關的其他研究工作已經展開。

本文主要介紹M2M在國際和國內標準化組織中的工作進展狀況。

2  M2M在ETSI的進展概況

ETSI是國際上較早系統展開M2M相關研究的標準化組織，2009年初成立了專門的TC來負責統籌M2M的研究，旨在制定一個水平化的、不針對特定M2M應用的端到端解決方案的標準。其研究范圍可以分為兩個層面，第一個層面是針對M2M應用用例的收集和分析；第二個層面是在用例研究的基礎上，開展應用無關的統一M2M解決方案的業務需求分析，網絡體系架構定義和數據模型、接口和過程設計等工作。按照TC的計劃，研究工作分為3個階段進行，具體參見表1。

表1  ETSI TC M2M研究階段表

ETSI 研究的M2M相關標準有十多個，具體內容包括：

（1）M2M 業務需求，該研究課題描述了支持M2M通信服務的、端到端系統能力的需求。報告已于2010年8月發布。

（2）M2M 功能體系架構，重點研究為M2M應用提供M2M服務的網絡功能體系結構，包括定義新的功能實體，與ETSI其他TB或其他標準化組織標準間的標準訪問點和概要級的呼叫流程。本研究課題輸出將是第三階段工作的出發點，也是與其他標準組織物聯網相關研究之間進行協調的參照點。圖1是該報告中提出了M2M的體系架構，從圖中可以看出，M2M技術涉及到了通信網絡中從終端到網絡再到應用的各個層面，M2M的承載網絡包括了3GPP，TISPAN以及IETF定義的多種類型的通信網絡。

圖1  ETSI M2M通信功能體系架構

（3）M2M 術語和定義，對M2M的術語進行定義，從而保證各個工作組術語的一致性。目前正在進行初稿的討論，預計2011年第1季度末發布正式版本。

（4）Smart Metering的M2M應用實例研究，該課題對Smart Metering的用例進行描述。包括角色和信息流的定義，將作為智能抄表業務需求定義的基礎。

（5）eHealth的M2M應用實例研究，該課題通過對智能醫療這一重點物聯網應用用例的研究，來展示通信網絡為支持M2M服務在功能和能力方面的增強。該課題與ETSI TC eHEALTH中的相關研究保持協調，預計2011年7月發布正式版本。

（6）用戶互聯的M2M應用實例研究，該研究報告定義了用戶互聯這一M2M應用的用例，預計2011年7月發布正式版本。

（7）城市自動化的M2M應用實例研究，本課題通過收集自動化城市用例和相關特點，來描述未來具備M2M能力網絡支持該應用的需求和網絡功能與能力方面的增強。目前正在進行初稿的討論，預計于2011年7月發布正式版本。

（8）基于汽車應用的M2M應用實例研究，課題通過收集自動化應用用例和相關特點，來描述未來具備M2M能力網絡支持該應用的需求和網絡功能與能力方面的增強。目前正在進行初稿的討論，預計2011年7月發布正式版本。

（9）ETSI關于 M/441的工作計劃和輸出總結，這一研究屬于歐盟Smart Meter項目（EU Mandate M/441）的組成部分，本課題將向EU Mandate M/441提交研究報告，報告包括支撐Smart Meter應用的規劃和其他技術委員會輸出成果。目前正在進行初稿的討論，預計于2011年7月發布正式版本。

（10）智能電網對M2M平臺的影響，該課題基于ETSI定義的M2M概要級的體系結構框架，研究M2M平臺針對智能電網的適用性并分析現有標準與實際應用間的差異。目前正在啟動前準備階段，預計2011年5月發布正式版本。

（11）M2M 接口，該課題在網絡體系結構研究的基礎上，主要完成協議/API、數據模型和編碼等工作。目前上述內容合在一個標準中，未來等標準進入穩定階段，可能會按不同的接口拆分成多個標準文稿發布。目前正在處于初稿起草階段，預計2011年2月發布正式版版本。

3  M2M在3GPP標準進展概況

3GPP早在2005年9月就開展了移動通信系統支持物聯網應用的可行性研究，正式研究于R10階段啟動。M2M在3GPP內對應的名稱為機器類型通信（MTC，Machine-Type Communication）。3GPP并行設立了多個工作項目（Work Item）或研究項目（Study Item），由不同工作組按照其領域，并行展開針對MTC的研究，下面按照項目的分類簡述3GPP在MTC領域相關研究工作的進展情況。

（1）FS_M2M：這個項目是3GPP針對M2M通信進行的可行性研究報告，由SA1負責相關研究工作。研究報告《3GPP系統中支持M2M通信的可行性研究》于2005年9月立項，2007年3月完成。

（2）NIMTC相關課題，重點研究支持機器類型通信對移動通信網絡的增強要求，包括對GSM、UTRAN、EUTRAN的增強要求，以及對GPRS，EPC等核心網絡的增強要求，主要的項目包括：

●FS_NIMTC_GERAN：該項目于2010年5月啟動，重點研究GERAN系統針對機器類型通信的增強。

●FS_NIMTC_RAN：該項目于2009年8月啟動，重點研究支持機器類型通信對3G的無線網絡和LTE無線網絡的增強要求。

●NIMTC：這一研究項目是機器類型通信的重點研究課題，負責研究支持機器類型終端與位于運營商網絡內、專網內或互聯網上的物聯網應用服務器之間通信的網絡增強技術。由SA1，SA2，SA3和CT1，CT3，CT4工作組負責其所屬部分的工作。

——3GPP SA1工作組負責機器類型通信業務需求方面的研究。于2009年初啟動技術規范，將MTC對通信網絡的功能需求劃分為共性和特性兩類可優化的方向。

——SA2工作組負責支持機器類型通信的移動核心網絡體系結構和優化技術的研究。于2009年底正式啟動研究報告《支持機器類型通信的系統增強》。報告針對第一階段需求中給出共性技術點和特性技術點給出解決方案。

——SA3工作組負責安全性相關研究。于2007年啟動了《遠程控制及修改M2M終端簽約信息的可行性研究》報告，研究M2M應用在UICC中存儲時，M2M設備的遠程簽約管理，包括遠程簽約的可信任模式、安全要求極其對應的解決方案等。2009年啟動的《M2M通信的安全特征》研究報告，計劃在SA2工作的基礎上，研究支持MTC通信對移動網絡的安全特征和要求。

（3）FS_MTCe：支持機器類型通信的增強研究是計劃在R11階段立項的新研究項目。主要負責研究支持位于不同PLMN域的MTC設備之間的通信的網絡優化技術。此項目的研究需要與ETSI TC M2M中的相關研究保持協同。

（4）FS_AMTC：本研究項目旨在尋找E.164的替代，用于標識機器類型終端以及終端之間的路由消息，是R11階段新立項的研究課題，已于2010年2月啟動。

（5）SIMTC： 支持機器類型通信的系統增強研究，此為R11階段的新研究課題。在FS_MTCe項目的基礎上，研究R10階段NIMTC的解決方案的增強型版本。

3GPP支持機器類型通信的網絡增強研究課題在R10階段的核心工作為SA2工作組正在進行的MTC體系結構增強的研究，其中重點述及的支持MTC通信的網絡優化技術包括：

●體系架構

研究報告提出了對NIMTC體系結構的修改，其中包括增加MTC IWF功能實體以實現運營商網絡與位于專網或公網上的物聯網服務器進行數據和控制信令的交互，同時要求修改后的體系結構需要提供MTC終端漫游場景的支持。

●擁塞和過載控制

由于MTC終端數量可能達到現有手機終端數量的幾個數量級以上，所以由于大量MTC終端同時附著或發起業務請求造成的網絡擁塞和過載時移動網絡運營商面對的最急迫的問題。研究報告在這一方面進行了重點研究，討論了多種的擁塞和過載場景要求網絡能夠精確定位擁塞發生的位置和造成擁塞的物聯網應用，針對不同的擁塞場景和類型，給出了接入層阻止廣播，低接入優先級指示，重置周期性位置更新時間等多種解決方案。

●簽約控制

研究報告分析了MTC簽約控制的相關問題，提出SGSN/MME具備根據MTC設備能力，網絡能力，運營商策略和MTC簽約信息來決定啟用或禁用某些MTC特性的能力。同時也指出了需要進一步研究的問題，例如網絡獲取MTC設備能力的方法，MTC 設備的漫游場景下等。

●標識和尋址

MTC通信的標識問題已經另外立項進行詳細研究。本報告主要研究了MT過程中MTC終端的尋址方法，按照MTC服務器部署位置的不同，報告詳細分析了尋址功能的需求，給出了NATTT和微端口轉發技術尋址兩種解決方案。

●時間控制特性

時間受控特性適用于那些可以在預設時間段內完成數據收發的物聯網應用。報告指出，歸屬網絡運營商應分別預設MTC終端的許可時間段和服務禁止時間段。服務網絡運營商可以根據本地策略修改許可時間段，設置MTC終端的通信窗口等。

●MTC監控特性

MTC監控是運營商網絡為物聯網簽約用戶提供的針對MTC終端行為的監控服務。包括監控事件簽約、監控事件偵測、事件報告和后續行動觸發等完整的解決方案。

4  M2M在3GPP2的標準進展概況

為推動CDAM系統M2M支撐技術的研究，3GPP2在2010年1月曼谷會議上通過了M2M的立項。建議從以下方面加快M2M的研究進程。

（1）當運營商部署M2M 應用時，應給運營商帶來較低的運營復雜度。

（2）降低處理大量M2M設備群組對網絡的影響和處理工作量。

（3）優化網絡工作模式，以降低對M2M終端功耗的影響等研究領域。

（4）通過運營商提供滿足M2M需要的業務，鼓勵部署更多的M2M應用。

3GPP2中M2M的研究參考了3GPP中定義的業務需求，研究的重點在于cdma2000網絡如何支持M2M通信，具體內容包括3GPP2體系結構增強、無線網絡增強和分組數據核心網絡增強。

5  M2M在CCSA的進展概況

M2M相關的標準化工作在中國通信標準化協會中主要在移動通信工作委員會（TC5）和泛在網技術工作委員會（TC10）進行。主要工作內容如下：

（1）TC5 WG7完成了移動M2M業務研究報告，描述了M2M的典型應用、分析了M2M的商業模式、業務特征以及流量模型，給出了M2M業務標準化的建議。

（2）TC5 WG9于2010年立項的支持M2M通信的移動網絡技術研究，任務是跟蹤3GPP的研究進展，結合國內需求，研究M2M通信對RAN和核心網絡的影響及其優化方案等。

（3）TC10 WG2 M2M業務總體技術要求，定義M2M業務概念、描述M2M場景和業務需求、系統架構、接口以及計費認證等要求。

（4）TC10 WG2 M2M通信應用協議技術要求，規定M2M通信系統中端到端的協議技術要求。

6  結束語

M2M研究是ETSI和3GPP以及3GPP2標準化組織的研究重點之一，研究相對更加系統，進展也比較快，在完成需求階段工作基礎上，第二階段網絡系統架構也已獲得初步成果。3GPP的研究重點在于移動網絡優化技術，目前已經有了階段性的研究成果；ETSI研究了多種行業應用需求，成果向應用的移植過程比較平穩，同時這兩個標準化組織注意保持兩個研究體系間的協同和兼容，國內的標準化工作正在如火如荼的進行。標準化是物聯網發展過程中的重要一環，研究和制定M2M的標準化工作有對物聯網的發展有著重要的意義，對我國物聯網技術發展，乃至對通信業與物聯網應用行業間的融合有著重要的借鑒價值和指導意義。