物聯(lián)網(wǎng)技術-第5章-M2M技術.pptVIP

第五章M2M技術,概述,M2M的體系結(jié)構(gòu)，協(xié)議，內(nèi)容,M2M應用,3,1,2,M2M前景和挑戰(zhàn),4,目錄,5.1概述,上世紀90年代中后期，隨著各種信息通訊手段的發(fā)展，加之地球上各類設備的不斷增加，人們開始越來越多的關注于如何對設備和資產(chǎn)進行有效監(jiān)視和控制，甚至如何用設備控制設備“M2M”理念由此起源。,什么是M2M,M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應用形式，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的第一步。未來的物聯(lián)網(wǎng)將是由無數(shù)個M2M系統(tǒng)構(gòu)成，不同的M2M系統(tǒng)會負責不同的功能處理，通過中央處理單元協(xié)同運作，最終組成智能化的社會系統(tǒng)。,相關概念,M2M,傳感網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng),泛在網(wǎng)絡,智慧地球,應用層,通信對象,網(wǎng)絡層,傳感器+近距離無線通信（低速、低功耗）,傳感器網(wǎng)+近距離無線通信RFID、二維碼近距離中高速通信內(nèi)置移動通信模塊各種終端,傳感器網(wǎng)+近距離無線通信RFID、二維碼近距離中高速通信內(nèi)置移動通信模塊各種終端通信終端：手機、上網(wǎng)卡等,物-物,物-物人-物,物-物人-物人-人,不包括,一個或幾個網(wǎng)絡初期：傳輸后期：融合，協(xié)同,多網(wǎng)絡、多技術異構(gòu)協(xié)同智能：跨技術、跨網(wǎng)絡、跨行業(yè)、跨應用,末端網(wǎng)/終端,基礎網(wǎng)絡,什么是M2M,M2M表達的是多種不同類型的通信技術有機的結(jié)合在一起機器對機器（MachinetoMachine）人對機器（MantoMachine）機器對人（MachinetoMan）移動網(wǎng)絡對機器（MobiletoMachine）M2M讓機器，設備，應用處理過程與后臺信息系統(tǒng)共享信息，并與操作者共享信息。,什么是M2M,M2M（Machine/Man-to-Machine/Man）是一種以機器智能交互為核心的、網(wǎng)絡化的應用與服務。簡單地說，M2M是指機器之間的互聯(lián)互通。M2M技術使所有機器設備都具備連網(wǎng)和通信能力，它讓機器、人與系統(tǒng)之間實現(xiàn)超時空的無縫連接。M2M通信技術綜合了通信和網(wǎng)絡技術，將遍布在日常生產(chǎn)生活中的機器設備連接成網(wǎng)絡，使這些設備變得更加“智能”，從而可以創(chuàng)造出豐富的應用，給人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等帶來新一輪的變革。,M2M示意圖,什么是M2M,M2M（MachinetoMachine）機器與機器之間自動的數(shù)據(jù)交換。包括傳統(tǒng)意義上的機器，如汽車、自動售貨機等也包括虛擬意義上的機器，如軟件等基于通用通信網(wǎng)絡實現(xiàn)的機器與機器之間的“交流”引出了所謂“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，其設想是：,（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute,ETSI）,（ThirdGenerationPartnershipProject，3GPP）,（ChinaCommunicationsStandardsAssociationCCSA）,研究M2M的各大標準化組織,ETSIM2M通信功能體系架構(gòu),標準化組織,項目內(nèi)容,3GPP標準化工作,項目,(1)TC5WG7完成了移動M2M業(yè)務研究報告，描述了M2M的典型應用、分析了M2M的商業(yè)模式、業(yè)務特征以及流量模型，給出了M2M業(yè)務標準化的建議。,(2)TC5WG9于2010年立項的支持M2M通信的移動網(wǎng)絡技術研究，任務是跟蹤3GPP的研究進展，結(jié)合國內(nèi)需求，研究M2M通信對RAN和核心網(wǎng)絡的影響及其優(yōu)化方案等。,(3)TC10WG2M2M業(yè)務總體技術要求，定義M2M業(yè)務概念、描述M2M場景和業(yè)務需求、系統(tǒng)架構(gòu)、接口以及計費認證等要求。,(4)TC10WG2M2M通信應用協(xié)議技術要求，規(guī)定M2M通信系統(tǒng)中端到端的協(xié)議技術要求。,CCSA標準化工作,各個組織對M2M的理解均不同，M2M也沒有統(tǒng)一的標準。除了，ETSI,3GPP等標準化組織推進M2M標準化的進程之外，也有一些運營商制定相關的一些標準。,5.2M2M的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、內(nèi)容,M2M,機器,應用,中間件,M2M終端,通信網(wǎng)絡,M2M系統(tǒng)構(gòu)架,具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu),M2M終端具有的功能,接收遠程M2M平臺激活指令本地故障報警數(shù)據(jù)通信遠程升級使用短消息/彩信/GPRS等幾種接口通信協(xié)議與M2M平臺進行通信,。,M2M終端類型,終端管理模塊,終端管理模塊為軟件模塊，可以位于TE或MT設備中，主要負責維護和管理通信及應用功能，為應用層提供安全可靠和可管理的通信服務。,M2M管理平臺為客戶提供統(tǒng)一的移動行業(yè)終端管理、終端設備鑒權(quán)支持多種網(wǎng)絡接入方式，提供標準化的接口使得數(shù)據(jù)傳輸簡單直接提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權(quán)、內(nèi)容計費等管理功能,M2M管理平臺的功能,M2M平臺(按照功能劃分),M2M終端獲得了信息以后，本身并不處理這些信息，而是將這些信息集中到應用平臺上來，由應用系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務邏輯。,應用系統(tǒng),應用系統(tǒng)的主要功能,把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應用和服務,M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點與影響,1.多數(shù)性設備的數(shù)量在數(shù)量級上的增加將導致應用程序結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡負載的壓力移動網(wǎng)絡在設計時并沒有考慮這些M2M設備2.多樣性M2M應用程序的實現(xiàn)導致了大量有多種需求的設備的出現(xiàn)。帶來異構(gòu)性，對互操作能力是一大挑戰(zhàn)3.不可見性設備必須很少或不需要人的控制，這就要求設備管理被無縫地集成到服務和網(wǎng)絡管理中。,M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點與影響,4.臨界性一些應用（如智能電網(wǎng)上的電壓、生命保障系統(tǒng)等）在延遲和可靠性上有嚴格要求，這將挑戰(zhàn)和超越現(xiàn)代網(wǎng)絡的能力5.隱私問題設備管理被集成到通信系統(tǒng)中，意味著對于設備上數(shù)據(jù)的隱私問題和安全問題成為人們關注的問題之一,從技術層面看，各環(huán)節(jié)發(fā)展現(xiàn)狀及主要難點各不相同,現(xiàn)狀：能滿足部分應用短距離為主，嵌入式基本實現(xiàn)，功耗有待改進，目前能滿足部分應用難點：技術標準及成本成為障礙技術協(xié)議和標準存在多種，且各有優(yōu)劣，目前處于混戰(zhàn)由于技術的發(fā)展不足以支撐終端成本的下降，成本成為重要障礙因素熱點：業(yè)內(nèi)關注ZigBee和RFIDZigBee功耗低，成本低50美分，組網(wǎng)方便，但缺乏安全規(guī)范及完善的標準RFID成本高，無源單向，未來重點研究超高頻和有源RFID，推向民用,應用域,網(wǎng)絡域,終端域,基礎網(wǎng)絡層面：能夠支撐從帶寬、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方面，基本能夠支撐。未來對于流量的增加應如何合理利用帶寬和網(wǎng)絡資源成為業(yè)內(nèi)關注熱點業(yè)務網(wǎng)絡層面：支撐層從垂直向水平融合存在不足，需要搭建水平分層業(yè)務網(wǎng)絡體系目前IP資源的緊缺,借助云計算等新的運算處理系統(tǒng)來處理信息和輔助決策復雜的應用層語言環(huán)境、內(nèi)容管理等要求,傳感網(wǎng)和通信網(wǎng)的無縫連接統(tǒng)一的協(xié)議棧,上下文感知技術信息和數(shù)據(jù)集成處理技術,終端及網(wǎng)絡的融合,網(wǎng)絡與應用的融合,M2M技術組成,M2M涉及到5個重要的技術部分，包括：智能化機器M2M硬件通信網(wǎng)絡中間件應用,1.智能化機器,實現(xiàn)M2M的第一步就是從機器/設備中獲取數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡發(fā)送出去。使機器“開口說話”，讓機器具備信息感知能力、信息加工（計算能力）、無線通信能力。使機器具備“說話”能力的基本方法有兩種：生產(chǎn)設備的時候嵌入M2M硬件對已有機器或設備進行改裝，使其具有通信能力,M2M設備的特征,1.功能受限大多數(shù)M2M設備的計算、存儲能力要比目前出現(xiàn)的筆記本電腦或手機低幾個數(shù)量級2.低功率多數(shù)位于室外，不能輕易與電源相連這將減少M2M程序之間的交互次數(shù)3.嵌入式部署后很難改變4.保持不變設備更換率低,2.M2M硬件,M2M硬件是使機器獲得遠程通信和聯(lián)網(wǎng)功能的部件。主要用于進行信息的提取，從各種機器設備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳到通信網(wǎng)絡。,現(xiàn)在的M2M硬件共分為5種：嵌入式硬件：嵌入到機器中，使其具有網(wǎng)絡通信功能。常見的產(chǎn)品是支持GSM/GPRS或CDMA無線移動通信網(wǎng)絡的無線嵌入數(shù)據(jù)模塊?？山M裝硬件：在M2M的工業(yè)應用中，廠商擁有大量不具備M2M通信和聯(lián)網(wǎng)能力的機器，可組裝硬件就是為滿足這些機器的網(wǎng)絡通信能力而設計的。包括從傳感器收集數(shù)據(jù)的I/O設備，將數(shù)據(jù)發(fā)送到通信網(wǎng)絡的連接終端，有些M2M硬件還具備回控功能。調(diào)制解調(diào)器：嵌入式模塊要將數(shù)據(jù)傳送到移動通信網(wǎng)路，起到的就是調(diào)制解調(diào)器的作用。如果要將數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)絡或以太網(wǎng)送出，則需要相應的Modem。,智能傳感器：具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器。由智能傳感器組成的傳感網(wǎng)絡是M2M技術的重要組成部分。一組具備通信能力的智能傳感器以AdHoc方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息并發(fā)布給觀察者；也可以通過GSM網(wǎng)絡或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡將信息傳給IT系統(tǒng)。識別標識：如同每個機器，每個商品的“身份證”，使機器之間可以相互識別和區(qū)分。常用的技術包括條形碼技術，RFID技術等。,3.通信網(wǎng)絡,將信息傳送到目的地。通信網(wǎng)絡在M2M技術中處于核心地位。包括：廣域網(wǎng)（無線移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡、Internet、公眾電話網(wǎng)等）局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、Bluetooth）個域網(wǎng)（ZigBee、傳感器網(wǎng)絡）,4.中間件,中間件包括兩部分M2M網(wǎng)關：是M2M系統(tǒng)中的翻譯員，它獲取來自通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給信息處理系統(tǒng)。其主要功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)收集/集成部件：此部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價值的信息。對原始數(shù)據(jù)進行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給這些信息的觀察者和決策者。這些中間件包括：數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件，異常情況報告和工作流程部件，數(shù)據(jù)倉庫和存儲部件等。,5.應用,在M2M系統(tǒng)中，應用的主要功能是通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，為決策和控制提供依據(jù)，實現(xiàn)智能化的M2M業(yè)務應用和服務。,傳感器及其網(wǎng)絡技術,通信網(wǎng)絡技術,專用芯片、模塊、終端技術,M2M平臺技術,它們之間的結(jié)合技術,實現(xiàn)M2M主要涉及的關鍵技術,IPv4地址正在急速消耗，預計將于2011年底告罄。,M2M技術的出現(xiàn)，使得數(shù)以億計的M2M設備接入進網(wǎng)絡。,IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。,設備眾多,地址耗盡,解決方法,IPv6技術是M2M通信網(wǎng)絡的重中之重可以說IPv6構(gòu)筑M2M的基礎。,管理流業(yè)務流并行模式,M2M應用模式,管理流業(yè)務流分離模式,WMMP(WirelessM2MProtocol)協(xié)議是為實現(xiàn)M2M業(yè)務中M2M終端與M2M平臺之間、M2M終端之間、M2M平臺與M2M應用平臺之間的數(shù)據(jù)通信過程而設計的應用層協(xié)議。,5.3M2M應用,為了解決各行業(yè)需求，M2M的業(yè)務模型由三部分組成：行業(yè)終端、移動通信網(wǎng)絡、M2M應用平臺。,目前全球M2M應用主要集中于三大行業(yè)和三大領域,重點應用,日韓一直以推動個人業(yè)務為核心，公共事業(yè)剛剛起步以支撐U-Japan和U-Korea計劃,系統(tǒng)由監(jiān)護終端設備和無線專用傳感器節(jié)點構(gòu)成了一個微型監(jiān)護網(wǎng)絡。醫(yī)療傳感器節(jié)點用來測量各種人體生理指標。傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)，通過無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護終端設備，再由監(jiān)護終端上的通信裝置將數(shù)據(jù)傳輸至服務器終端設備上，由專業(yè)醫(yī)護人員對數(shù)據(jù)進行觀察，提供必要的咨詢服務和醫(yī)療指導，實現(xiàn)遠程醫(yī)療。,數(shù)據(jù)采集部分,管理及業(yè)務平臺,傳輸部分,負責采集電表數(shù)據(jù),傳輸數(shù)據(jù)的通道,管理及應用,無線抄表系統(tǒng),無線通信網(wǎng)絡技術,信息采集技術,數(shù)據(jù)庫管理技術,智能交通關鍵技術,M2M技術發(fā)展遇到的挑戰(zhàn),缺乏完整的標準體系商業(yè)模式不清晰，未形成共贏的、規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)鏈窄帶網(wǎng)絡限制了M2M業(yè)務的發(fā)展以及業(yè)務信息承載方式的多樣性M2M業(yè)務運營支撐系統(tǒng)不完善，不能完全有效地支撐M2M業(yè)務的運營M2M各行業(yè)間融合難度大,促進M2M技術成熟的因素,高水平的框架這指的是一套新興德基于結(jié)構(gòu)、平臺、技術的標準，是以開發(fā)非筒倉式的、不過時應用程序為方法整合的框架政策和政府鼓勵措施標準各個行業(yè)需要創(chuàng)造出新的標準需求在全球系統(tǒng)的水平上處理M2M,M2M高層框架,M2M產(chǎn)業(yè)面對的最大部分挑戰(zhàn)是把垂直筒倉式轉(zhuǎn)變成一套簡單可發(fā)展的和遞增可開展的應用程序。圖1-5表明向M2M工業(yè)成熟邁進的第二階段過渡的標志是水平平臺的出現(xiàn)和部署。,M2M工業(yè)成熟的階段,這個水平平臺指的是一個貫穿業(yè)務領域、網(wǎng)絡和設備的，連貫的有效框架。這是一系列能夠功能分離的技術、體系結(jié)構(gòu)和過程，特別是在應用層和網(wǎng)絡層。,5.4M2M前景和挑戰(zhàn),現(xiàn)今市場中，透過固網(wǎng)和無線的傳輸，人與人（P2P）之間的溝通或許已經(jīng)成熟，但機器于機器（M2M）之間的連接卻還是一塊正在開發(fā)的處女地。M2M市場當下已成為全球范圍內(nèi)快速增長的高科技市場之一，各國的知名調(diào)研機構(gòu)均對M2M應用進行過市場估