(最新)基于移动网络的机器通讯研究

《(最新)基于移动网络的机器通讯研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

2012年第03期，第45卷通信技术Vol.45，No.03,2012总第243期CommunicationsTechnologyNo.243,Totally·业务与系统·基于移动网络的机器通讯研究吴险峰，王寅峰（深圳信息职业技术学院软件学院，广东深圳510000）【摘要】机器通讯（M2M）是物联网的研究热点。国内外各标准组织已经启动M2M的相关研究。目前属于第三代合作伙伴计划(3GPP，3rdGenerationPartnershipProject)类型移动网络占有绝对优势地位。3GPP在R8阶段就开始了相关研究，现在已经进展到了R12阶段。描述了3GPP的M2M研究发展动态和最新进展，对比了3GPP机器通讯标准MTC的更新架构，介绍了最新的MTC框架和相关协议栈，分析了架构更新的原因，对下一步发展方向进行了展望。【关键词】机器通讯；物联网；机器类型通讯【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2012)03-0066-03StudyonM2MbasedonPLMNWUXian-feng，WANGYin-feng(SoftwareSchool,ShenzhenInstituteofInformationTechnology,ShenzhenGuangdong510000,China)【Abstract】TheM2M(Machine-to-Machine)communicationisthehotspotofIoT(internetofthings),andmanystandardizationorganizationsbothathomeandabroadalwaysfocustheirstudyonit.Themobilenetworkfrom3GPP(3rdGenerationPartnershipProject)issignificantforitswideapplication.3GPPhasstudiedM2MfromRelease8toRelease12.ThispaperdescribesthedevelopmentandthelatestprogressofM2Mfrom3GPP.Meanwhile,itgivestheanalysisofMTC(Machine-TypeCommunications)architecturefrom3GPP.Finally,thefurtherstudyonMTCispredicted.【Keywords】M2M;IoT(InternetofThings);MTC0引言文献[3-4]对国内外M2M标准进展情况做了描述，物联网作为一项新兴的技术,已经引起国内学文献[5-6]分别介绍了M2M国内应用情况和M2M终术界、工业界的高度重视[1]。机器通讯(M2M，端标准化进展。但因为标准还在进行和完善中，原MachinetoMachine)属于物联网在现阶段的重要应有的M2M部分重要技术草案有了不同程度的修订[7-8]用[2]。各标准组织如3GPP、欧洲欧洲电信标准化协和变化。考虑到3GPP类型的移动网络在全球占会(ETSI，EuropeanTelecommunicationsStandards据绝对优势，本文重点研究3GPP定义的M2M技术。Institute）和中国通信标准化协会(CCSA，China在3GPP的定义中，M2M也称为机器类型通信CommunicationsStandardsAssociation)等都已经启(MTC，Machine-typeCommunications)。动关于M2M的标准化工作，但总体而言仍处于初级阶段。针对M2M标准化进程中关键技术的分析13GPPM2M研究概况和研究，对M2M未来的普及有着重要的指导作用。按照3GPP组织的工作流程，一项技术标准的收稿日期：2011-12-02。制定可分为研究项目(SI，StudyItem)和工作项目基金项目：广东省自然科学基金项目（No.S2011010006109）。(WI，WorkItem)两个阶段。前者是可行性研究阶作者简介：吴险峰（1975-），男，工程师，博士，主要研段，负责分析该技术的业务需求，提出各种可能的究方向为物联网、模式识别和无线通讯；王寅峰（1974-），男，工程师，博士后，主要研究方解决方案并对其可行性做出评估，形成技术报告向为软件技术、物联网和云计算。(TR，TechnicalReport)。后者是标准制定阶段，主66 要根据SI阶段的研究结论，在相应技术规范工作组2MTC基本架构(TSG,TechnicalSpecificationGroup)依次形成技术规图1是R11阶段的最新3GPPMTC整体框架[11]。范(TS，TechnicalSpecification)，通过版本号进行主要接口有：①MTCsp：负责MTC功能模块（图区分。版本一旦冻结就不能再增加新特性，只能在中的MTC-IWF）和MTC的信令交互；②MTCi：通原有基础上修订。到2011年10月，各阶段主要进过Ip方式和MTC服务器连接；③MTCsms：通过展概况如表1示。网络短信方式与MTC服务器连接。表13GPPM2M研究概况课题版本输出文档说明号机器通信可行性研究（FS_M2M，StudyonFacilitatingR8TR22.8683GPP针对M2M通信进行的最初的可行性研究报告，2005年9月启动，MachinetoMachine，）2007年3月完成。远程管理M2M终端USIM应用的可行性研究R9TR33.812研究并建立远程管理信任模型。（FS_UM2M，StudyonRemotemanagementofUSIMapplicationonM2M）[9]机器通信网络增强（NIMTC，NetworkImprovementsR10TS22.368M2M通信正式定义为MTC。规范包含MTC整体需求和架构，是3GPPforMachineTypeCommunications）:TR23.888关于MTC规范的最重要文档之一。机器通信系统增强（SIMTC，SystemImprovementsforR11修订TS22.368本项目是继续R10中NIMTC工作项目的研究，对原有提案做进一步完善。MachineTypeCommunications）和TR23.888机器通信网络增强无线侧研究（FS_NIMTC_RAN,StudyR11TR37.868研究MTC业务模型及特征并尽可能重用通用通信无线接入（UTRA，onRANimprovementsforMachine-TypeUniversalTelecommunicationRadioAccess）和UTRA演进（E-UTRA）系Communications）统现有特性从而以最小代价实现对M2M应用的支持机器通信网络增强基于GERAN研究（FS_NIMTC_R11未定研究GERAN系统针对机器类型通信的增强。GERAN，StudyonGERANimprovementsforMachine-TypeCommunications）基于LTE的机器通信用户设备研究（FS_LC_MTC_R11未定研究基于LTE网络的低成本的MTC终端。LTE，Studyonprovisionoflow-costMTCUserEquipmentsbasedonLTE）机器通信中E.164的替代研究（FS_AMTC，StudyonR12TR22.988本研究项目旨在寻找E.164的替代，用于标识机器类型终端以及终端之间AlternativestoE.164forMTC的路由消息，原来是R11阶段新立项的研究课题，已于2010年3月启动。预计2012年6月完成。机器通信增强研究（FS_MTCe，StudyonEnhancementsR12TR22.888MTC设备间的通信以及引入MTC网关等新场景下研究新增的功能需求forMTC）SMS-SC/IP-SM-HLR/GWHSSMTC服务器由服务商维护Gr/S6a/MTCsmsMTC服务器由运营商维护S6d接口MTC-SGSN/IWFMMEMTCspMTCRANGGSNMTC服1MTCMTCUE/PGW/应用务器应用用户ePDGMTCiAPIUm/Uu/间接模型l1LTE-Uu直接模型2Gi/SGi2控制平面用户平面混合模型1+23GPP边界线图1R11阶段MTC方案最新架构67 MTC通讯分成3类模型：1）间接模型（IndirectModel）分为2种情况。MTC服务器不在运营商域内，由第三方MTC服务提供商提供MTC通讯，MTCi、MTCsp和MTCsms是运营商网络的外部接口；MTC服务器在运营商域内，MTCi,MTCsp和MTCsms是运营商网络内部图3MTC用户平面协议栈MTCsp类型接口。2）直接模型（DirectModel）：MTC应用直接连接到运营商网络，不需要MTC服务器。3）混合模型（HybridModel）：直接模型和间接模型同时使用。典型例子就是用户平面采用直接模图4MTC用户平面协议栈MTCsms类型型，而控制平面采用间接模型。为了支持MTC的间接模型和混合模型，3GPP4结语专门定义了MTC交互功能模块（MTC-IWF，MTC和R10阶段的MTC架构[10]比较，新的MTC架构InterWorkingFunction），主要完成功能：①终结出现了较大变化。在R10阶段，还没有考虑核心网，MTCsp协议；②提供MTC服务鉴权；③对来自MTC主要想通过无线侧就解决机器的接入。但后来3GPP服务器的控制平面请求进行授权，具体的请求消息发现大量机器的接入会导致信令拥塞，也需要对核心种类还需要进一步研究；④为3GPP网络和MTC服网进行优化，于是后面的版本中，有关核心网的网元务器之间的安全通讯提供支持；⑤需要进一步扩展也涉及其中。个人认为这是导致架构出现变革的最主的其他功能。要原因。同时用户平面和控制平面分离，并定义了新MTC-IWF可以是单独网元，或者是其他网元中的的MTCsp接口，可实现更灵活高效的组网。现在的一个功能模块。由于只是研究报告，而不是最终的规MTC架构还只是一个技术报告，而不是一个标准的技范，网元还存在变数，后期可能根据需要增加新的网术规范，已有的网元的MTC功能扩展还没有完成定元。即使对于已有的网元如HLR/HSS、SGSN/MME、义。3GPP需要将其逐步转化为标准。国内的M2M标和GGSN/PGW等，都需要增加支持MTC通讯的功准也在同步制定中，跟踪3GPP在这方面的最新进展，能模块。并且此框架还没有考虑漫游情况。对中国M2M标准化研究有很好的参考借鉴作用。3MTC接口协议栈参考文献3.1用户平面[1]赵静,喻晓红,黄波,等.物联网的结构体系与发展[J].如图2所示，MTC接入部分继续沿用已有协议，通信技术,2010,43(09):112-114.[2]孙鹏,王耀辉,陈超.物联网核心技术与应用场景[J].只是到了MTC服务器就改成新的MTCi接口。用通信技术,2011,44(05):106-108.户平面功能模块（MTCUPFunction）不是一个必须[3]彭晓睿.物联网中M2M技术与标准进展[J].信息技术与的模块，只是表示如果系统出现此类模块，那么应标准,2010(11):33-35.该包含在MTC服务器中。[4]朱浩,刘荣朵.M2M国内外标准进展[J].电信网技术，2010(10):43-47.[5]音春.M2M业务信息化应用研究[J].移动通信,2011(01)：75-79.[6]张随,张明坤,董文兴.M2M终端标准化之研究[J].山东通信技术,2011(02):5-7.[7]ETSITS102689.Machine-to-MachineCommunications(M2M):M2MServiceRequirements[S].France:[s.n.],2010.图2MTC用户平面协议栈[8]ETSITS102690.Machine-to-MachineCommunications(M2M)3.2控制平面Functionalarchitecture[S].France:[s.n.],2011.[9]3GPPTS22.368.ServiceRequirementsforMachine-包含MTCsp（如图3）和MTCsms（如图4）的TypeCommunications[S].USA:3GPP,2011.协议栈结构。对于MTCsp协议栈，MTC-IWF到[10]3GPPTR23.888.SystemimprovementsforMachine-3GPP其他网元接口还没有最后定论，而MTC-IWFTypeCommunications(Rel-10）[S].USA:3GPP,2010.本身协议栈在MTC直接模式和间接模式的不同情[11]3GPPTR23.888.SystemimprovementsforMachine-况下也有待研究。TypeCommunications(Rel-11）[S].USA:3GPP,2011.68