物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)-第5章-M2M技術(shù).ppt

第五章M2M技術(shù),概述,M2M的體系結(jié)構(gòu)，協(xié)議，內(nèi)容,M2M應(yīng)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(shè)備的不斷增加，人們開始越來越多的關(guān)注于如何對設(shè)備和資產(chǎn)進行有效監(jiān)視和控制，甚至如何用設(shè)備控制設(shè)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(yīng)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(guān)概念,M2M,傳感網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng),泛在網(wǎng)絡(luò),智慧地球,應(yīng)用層,通信對象,網(wǎng)絡(luò)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(luò)初期：傳輸后期：融合，協(xié)同,多網(wǎng)絡(luò)、多技術(shù)異構(gòu)協(xié)同智能：跨技術(shù)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)、跨應(yīng)用,末端網(wǎng)/終端,基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),什么是M2M,M2M表達的是多種不同類型的通信技術(shù)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(luò)對機器（MobiletoMachine）M2M讓機器，設(shè)備，應(yīng)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(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。簡單地說，M2M是指機器之間的互聯(lián)互通。M2M技術(shù)使所有機器設(shè)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(shù)綜合了通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將遍布在日常生產(chǎn)生活中的機器設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，使這些設(shè)備變得更加“智能”，從而可以創(chuàng)造出豐富的應(yīng)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(luò)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(shè)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(wù)研究報告，描述了M2M的典型應(yīng)用、分析了M2M的商業(yè)模式、業(yè)務(wù)特征以及流量模型，給出了M2M業(yè)務(wù)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(luò)技術(shù)研究，任務(wù)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(luò)的影響及其優(yōu)化方案等。,(3)TC10WG2M2M業(yè)務(wù)總體技術(shù)要求，定義M2M業(yè)務(wù)概念、描述M2M場景和業(yè)務(wù)需求、系統(tǒng)架構(gòu)、接口以及計費認證等要求。,(4)TC10WG2M2M通信應(yīng)用協(xié)議技術(shù)要求，規(guī)定M2M通信系統(tǒng)中端到端的協(xié)議技術(shù)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(guān)的一些標準。,5.2M2M的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、內(nèi)容,M2M,機器,應(yīng)用,中間件,M2M終端,通信網(wǎng)絡(luò),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(shè)備中，主要負責維護和管理通信及應(yīng)用功能，為應(yīng)用層提供安全可靠和可管理的通信服務(wù)。,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(shè)備鑒權(quán)支持多種網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用平臺上來，由應(yīng)用系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。,應(yīng)用系統(tǒng),應(yīng)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(yīng)用和服務(wù),M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點與影響,1.多數(shù)性設(shè)備的數(shù)量在數(shù)量級上的增加將導致應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)負載的壓力移動網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計時并沒有考慮這些M2M設(shè)備2.多樣性M2M應(yīng)用程序的實現(xiàn)導致了大量有多種需求的設(shè)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(shè)備必須很少或不需要人的控制，這就要求設(shè)備管理被無縫地集成到服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)管理中。,M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點與影響,4.臨界性一些應(yīng)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(luò)的能力5.隱私問題設(shè)備管理被集成到通信系統(tǒng)中，意味著對于設(shè)備上數(shù)據(jù)的隱私問題和安全問題成為人們關(guān)注的問題之一,從技術(shù)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(yīng)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(yīng)用難點：技術(shù)標準及成本成為障礙技術(shù)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(shù)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(guān)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(yīng)用域,網(wǎng)絡(luò)域,終端域,基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層面：能夠支撐從帶寬、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，基本能夠支撐。未來對于流量的增加應(yīng)如何合理利用帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源成為業(yè)內(nèi)關(guān)注熱點業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(shù)信息和數(shù)據(jù)集成處理技術(shù),終端及網(wǎng)絡(luò)的融合,網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用的融合,M2M技術(shù)組成,M2M涉及到5個重要的技術(shù)部分，包括：智能化機器M2M硬件通信網(wǎng)絡(luò)中間件應(yīng)用,1.智能化機器,實現(xiàn)M2M的第一步就是從機器/設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的時候嵌入M2M硬件對已有機器或設(shè)備進行改裝，使其具有通信能力,M2M設(shè)備的特征,1.功能受限大多數(shù)M2M設(shè)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(shè)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(shè)備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳到通信網(wǎng)絡(luò)。,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(luò)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(luò)的無線嵌入數(shù)據(jù)模塊。可組裝硬件：在M2M的工業(yè)應(yīng)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(luò)通信能力而設(shè)計的。包括從傳感器收集數(shù)據(jù)的I/O設(shè)備，將數(shù)據(jù)發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)或以太網(wǎng)送出，則需要相應(yīng)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(luò)是M2M技術(shù)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(luò)，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)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(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)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(shù)包括條形碼技術(shù)，RFID技術(shù)等。,3.通信網(wǎng)絡(luò),將信息傳送到目的地。通信網(wǎng)絡(luò)在M2M技術(shù)中處于核心地位。包括：廣域網(wǎng)（無線移動通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、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(luò)）,4.中間件,中間件包括兩部分M2M網(wǎng)關(guān)：是M2M系統(tǒng)中的翻譯員，它獲取來自通信網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用,在M2M系統(tǒng)中，應(yīng)用的主要功能是通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)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(wù)應(yīng)用和服務(wù)。,傳感器及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),專用芯片、模塊、終端技術(shù),M2M平臺技術(shù),它們之間的結(jié)合技術(shù),實現(xiàn)M2M主要涉及的關(guān)鍵技術(shù),IPv4地址正在急速消耗，預計將于2011年底告罄。,M2M技術(shù)的出現(xiàn)，使得數(shù)以億計的M2M設(shè)備接入進網(wǎng)絡(luò)。,IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。,設(shè)備眾多,地址耗盡,解決方法,IPv6技術(shù)是M2M通信網(wǎng)絡(luò)的重中之重可以說IPv6構(gòu)筑M2M的基礎(chǔ)。,管理流業(yè)務(wù)流并行模式,M2M應(yīng)用模式,管理流業(yè)務(wù)流分離模式,WMMP(WirelessM2MProtocol)協(xié)議是為實現(xiàn)M2M業(yè)務(wù)中M2M終端與M2M平臺之間、M2M終端之間、M2M平臺與M2M應(yīng)用平臺之間的數(shù)據(jù)通信過程而設(shè)計的應(yīng)用層協(xié)議。,5.3M2M應(yīng)用,為了解決各行業(yè)需求，M2M的業(yè)務(wù)模型由三部分組成：行業(yè)終端、移動通信網(wǎng)絡(luò)、M2M應(yīng)用平臺。,目前全球M2M應(yīng)用主要集中于三大行業(yè)和三大領(lǐng)域,重點應(yīng)用,日韓一直以推動個人業(yè)務(wù)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(shè)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(luò)。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(shè)備，再由監(jiān)護終端上的通信裝置將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器終端設(shè)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(wù)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(wù)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(yīng)用,無線抄表系統(tǒng),無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),信息采集技術(shù),數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),智能交通關(guān)鍵技術(shù),M2M技術(shù)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(luò)限制了M2M業(yè)務(wù)的發(fā)展以及業(yè)務(wù)信息承載方式的多樣性M2M業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)不完善，不能完全有效地支撐M2M業(yè)務(wù)的運營M2M各行業(yè)間融合難度大,促進M2M技術(shù)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(shù)的標準，是以開發(fā)非筒倉式的、不過時應(yīng)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(yīng)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(wù)領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的，連貫的有效框架。這是一系列能夠功能分離的技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)和過程，特別是在應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用進行過市場估