物联网发展对移动核心网的需求.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除物联网发展对移动核心网的需求 近年来，M2M和物联网成为运营商关注的热点，基于M2M和物联网的各种应用为运营商带来了新的利润增长。本文重点分析了M2M和物联网对运营商网络尤其是核心网的影响和需求，包括设备管理、网络负荷、计费等方面。 M2M和物联网（IOT）应用正逐渐崛起 M2M是Machine to Machine的简称，专指机器与机器间通信的业务类型。物联网（IOT：Internet of Things）则是指M2M在广域网、特别是移动运营商网络中的应用，即以移动网络运营商的无线网络为平台，采用多种传输方式（CDMA/GSM/SMS等），通过特种行业终端，服务于行业用户机器到机器的无线数据传输业务。 M2M/IOT业务具有潜在的市场，地理分布广泛，可以部署在任何网络可达的位置，取代高成本的有人值守，实现真正意义上的无人值守，对于电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行业的信息采集意义巨大，有巨大的市场价值。 对于广泛分布的M2M终端，采用无线网络进行通信是优选方案之一，现有的一些行业应用，如远程抄表、水位监控等，都是采用GPRS网络传输传感器采集的数据信息。随着M2M应用的发展，对无线网络存在着迫切的需求。 M2M广阔的应用领域 M2M/IOT应用范围广阔，可应用与智能交通、远程医疗、监控、智能电网、环境检测、智能家居等多种场景，如图1所示。图1 M2M/IOT的应用领域 以智能交通为例，一个典型的智能交通系统由GPS/GLONASS卫星定位系统、移动车载终端、无线网络和ITS控制中心组成(见图2)。图2 M2M/IOT的智能交通应用 车载终端通过GPS模块接收导航卫星网络的测距信息，将车辆的经度、纬度、速度、时间等信息传给微控制器；通过视频图像设备采集车辆状态信息；微控制器通过GPRS模块与ITS控制中心进行双向的信息交互，完成车辆监控等功能。 目前M2M应用市场正进入快速增长期，据Strategy Analytics预测：移动M2M市场规模在2014年将超过570亿美元，这是一个极具潜力的新兴市场，是无线通信行业应用的一个蓝海。 M2M/IOT发展状况 自从2002年在美国首次商用以来，M2M便以星火燎原之势在全球迅速蔓延。在国外，Verizon、AT&T、Telenor、NTT docomo等纷纷推出了M2M和IOT应用。在国内，在工业化和信息化融合以及寻求市场新增点的双重驱动下，中国移动、中国电信等运营商这几年也开始了排兵布阵。最近，中国政府将M2M和IOT相关产业正式纳入国家信息产业科技发展十一五规划及2020 年中长期规划纲要十一五规划重点扶持项目。M2M和IOT产业将为社会民生带来的深远影响已经得到了政府的高度重视。 M2M/IOT对移动核心网的影响 设备标识资源 现在H2H终端采用IMEI、IMSI、MSISDN、IPv4地址作为设备标识的资源，以IMSI为例，IMSI号码为15位，由3位MCC国家码、3位MNC网络标识码、9位设备标识码组成。其资源对于H2H终端应该是足够的，全球的手机用户包括各类软终端目前还远不到10亿用户。但如果资源与M2M终端共用，就非常紧张。据预测，M2M终端在未来将是H2H终端的5到10倍，如此庞大的数量采用现有的资源肯定是远远不够的。 MTC（Machine Type Communication，机器类型通信）设备标识应能唯一标识一个M2M终端，可采用IMSI、MSISDN、IP addr、IMPU/IMPI等。随着M2M应用日益广泛，设备标识资源短缺问题必将日益突出，国际各标准组织如ITU、3GPP也在积极寻求解决方案，设备标识资源不足的问题对核心网的影响需要引起足够的关注。 核心网络负荷 当大量终端比较集中地接入网络时，对无线、核心网都将构成比较大的负荷，拥塞难免会发生，也会增加人与人之间通信的故障率。 核心网络负荷包括控制面负荷与媒体面负荷，可以想象，当大规模的M2M设备同时接入到核心网，同时发送数据到M2M应用平台，核心网会遭受非常大的负荷冲击。一方面，核心网的移动性管理网元需要同时处理终端的接入控制，频繁进行附着、激活、业务请求、创建承载等信令交互，会造成控制面负荷过载的发生。同时，当数据交互同时发生时，大量的M2M终端通过核心网的媒体网关与同一个远程服务器进行数据通信，这就可能造成媒体网关数据拥塞，特别是媒体网关到远程服务器的IP通道会造成数据阻塞，引起媒体面负荷过载的发生。 举例来说，当长江水位上涨到警戒水位时，大量水位监控器会向长江防洪指挥中心的远程服务器发送监控数据，部分检测点可能还会上传实时图像，这类突发的接入与数据传输是M2M应用的特点之一，这对核心网的信令面与媒体面的负荷冲击是瞬间的，对核心网通信的可靠性及健壮性造成相当的影响，需要从技术层面规避这种瞬间负荷对网络的冲击。 目前标准组织也提出了一些方案，如采用随机数接入机制，采用定时接入机制，对组内最大负荷进行限制等方法等来减小瞬间负荷对核心网的冲击。 核心网络安全 随着M2M终端的日益增多，M2M终端通信安全问题也引起各运营商的重视。对于MTC系统优化的通信安全性应不低于非MTC通信的安全性，如端到端连接安全、组认证安全等。M2M通信安全是多方面的，有终端接入鉴权安全、端到端通信安全、数据安全等多方面。在终端接入鉴权安全方面，需要防止M2M终端接入认证信息被恶意盗用，如H2H终端盗用M2M终端的USIM接入到核心网，影响与远程MTC服务器的数据通信安全。 端到端通信链路安全方面，现有的机制很多，如采用类似VPN的机制建立IPsec隧道等方式。在归属域，M2M终端与MTC服务器之间的端到端安全通过归属网络信任域进行保证，但当M2M终端漫游到其他运营商的网络时，M2M终端与MTC服务器通过运营商网络的非信任域进行通信，端到端安全无法保证，需要制定相应的安全机制。 终端管理和计费 MTC上下文中的标识需要扩展，网络同时还需要识别M2M设备组的标识。可采用OMA DM的机制对M2M终端进行远程管理，远程更新软件，配置M2M终端的初始化参数等。MTC计费需要进行优化，避免大规模M2M终端进行数据通信产生的CDR对网络的冲击。计费可以考虑按组进行计费，为属于同一组的M2M设备提供更简单的计费机制，或采用某种策略不生成设备的计费话单等各类灵活的计费方式。 针对M2M终端多样化的特点，对M2M终端也进行必要的分类，并针对不同类型进行优化。M2M终端主要类型可分为低移动性、低数据量、监控类、时间控制类、组管理类等。对于低移动性与低数据量类设备，需要提高网络资源利用率，降低对设备的移动性管理；对于监控类设备，需要网络对各类监控时间实现实时监控，若发现异常事件需要及时汇报给用户及管理后台，同时对设备进行一定的网络接入限制措施；对于组管理类，需要进一步优化组计费、组管理、组策略等组优化方案。 其他影响 M2M不同的应用对核心网都有特定的需求，如在测量监控的应用中，需要对测量设备进行实时控制，在现有网络中因IPv4地址限制原因，采用NAT进行内外网地址转换，将导致实时控制的时间延迟问题。 一些M2M应用中，M2M终端可能安装在无人值守的区域，如森林防火、水位监控、空气质量检测类终端，网络需要为这类终端提供防盗检测，一旦发现终端异常移动，网络需要对这类终端进行必要的限制，并及时通知到远程服务器及用户进行异常处理。 对于一个高可用性的场景，如动物监控，儿童走失监控、煤气监控、楼宇监控等，需要终端是低耗能设备，对核心网而言，可能需要提供低耗电移动性控制策略，如延长Paging、TAU时间等措施，保证M2M终端的电池使用时间持久。 其他场景还有很多，如核心网需要提供对特定区域的寻呼等。 中兴通讯端到端的物联网解决方案 中兴通讯目前可以提供包括核心网、M2M终端和M2M业务平台的端到端的物联网解决方案，如图3所示，带有M2M模组的各种M2M终端接收无线传感网络信息，通过移动分组核心网传递到统一的M2M业务平台，M2M业务平台再向不同的用户提供具体的应用。所有M2M终端和M2M业务平台采用标准的M2M通信协议和设备管理协议。另外，中兴通