M2M技术基础课件

M2M技术基础第一章概述1精选2021版课件参考书《M2M通信》薛建彬等译机械工业出版社2精选2021版课件第一章概述1.1什么是M2M1.2M2M系统架构1.3M2M技术组成1.4M2M应用领域及挑战1.5促进M2M技术成熟的因素1.6国内外发展现状3精选2021版课件1.1什么是M2MM2M起源上世纪90年代中后期，随着各种信息通讯手段（如Internet、遥感勘测、远程信息处理、远程控制等）的发展，加之地球上各类设备的不断增加，人们开始越来越多的关注于如何对设备和资产进行有效监视和控制，甚至如何用设备控制设备——“M2M”理念由此起源。4精选2021版课件1.1什么是M2M M2M是现阶段物联网最普遍的应用形式，是实现物联网的第一步。 未来的物联网将是由无数个M2M系统构成，不同的M2M系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统。5精选2021版课件相关概念M2M传感网物联网泛在网络智慧地球应用层通信对象网络层传感器+近距离无线通信（低速、低功耗）传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端通信终端：手机、上网卡等物-物物-物人-物物-物人-物人-人不包括一个或几个网络初期：传输后期：融合，协同多网络、多技术异构协同智能：跨技术、跨网络、跨行业、跨应用末端网/终端基础网络6精选2021版课件1.1什么是M2MM2M表达的是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起机器对机器（MachinetoMachine）人对机器（MantoMachine）机器对人（MachinetoMan）移动网络对机器（MobiletoMachine）M2M让机器，设备，应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。7精选2021版课件1.1什么是M2MM2M（Machine/Man-to-Machine/Man）是一种以机器智能交互为核心的、网络化的应用与服务。简单地说，M2M是指机器之间的互联互通。M2M技术使所有机器设备都具备连网和通信能力，它让机器、人与系统之间实现超时空的无缝连接。M2M通信技术综合了通信和网络技术，将遍布在日常生产生活中的机器设备连接成网络，使这些设备变得更加“智能”，从而可以创造出丰富的应用，给人们的日常生活、工业生产等带来新一轮的变革。8精选2021版课件M2M示意图9精选2021版课件1.1什么是M2MM2M（MachinetoMachine）机器与机器之间自动的数据交换。包括传统意义上的机器，如汽车、自动售货机等也包括虚拟意义上的机器，如软件等基于通用通信网络实现的机器与机器之间的“交流”引出了所谓“物联网”的概念，其设想是：10精选2021版课件1.2M2M系统架构M2M业务流程涉及众多环节，其数据通信过程内部也涉及多个业务系统包括M2M终端M2M管理平台应用系统11精选2021版课件具体系统结构12精选2021版课件M2M终端具有的功能接收远程M2M平台激活指令本地故障报警数据通信远程升级使用短消息/彩信/GPRS等几种接口通信协议与M2M平台进行通信13精选2021版课件终端设备（TE）:

主要完成行业数字模拟量的采集和转化无线模块（MT，移动终端）:

主要完成数据传输、终端状态检测、链路检测及系统通信功能行业专用终端无线调制解调器:又称为无线模块，具有终端管理模块功能和无线接入能力。用于在行业监控终端与系统间无线收发数据手持设备:通常具有查询M2M终端设备状态、远程监控行业作业现场和处理办公文件等功能。

M2M终端类型14精选2021版课件终端管理模块终端管理模块为软件模块，可以位于TE或MT设备中，主要负责维护和管理通信及应用功能，为应用层提供安全可靠和可管理的通信服务。15精选2021版课件M2M管理平台为客户提供统一的移动行业终端管理、终端设备鉴权支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接提供数据路由、监控、用户鉴权、内容计费等管理功能M2M管理平台的功能16精选2021版课件GPRS接入模块:

使用GPRS方式与M2M终端传送数据行业网关接入模块:

负责完成行业网关的接入，通过行业网关完成与短信网关、彩信网关的接入，最终完成与M2M终端的通信通信接入模块终端接入模块:

负责M2M平台系统通过行业网关或GGSN与M2M终端收发协议消息的解析和处理数据库模块:

保存各类配置数据、终端信息、集团客户（EC）信息、签约信息和黑/白名单、业务数据、信息安全信息、业务故障信息等应用接入模块:

实现M2M应用系统到M2M平台的接入业务处理模块:

是M2M平台的核心业务处理引擎，实现M2M平台系统的业务消息的集中处理和控制Web模块:

提供Web方式操作维护与配置功能M2M平台(按照功能划分)17精选2021版课件 M2M终端获得了信息以后，本身并不处理这些信息，而是将这些信息集中到应用平台上来，由应用系统来实现业务逻辑。应用系统18精选2021版课件应用系统的主要功能

把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务19精选2021版课件M2M系统结构的特点与影响1.多数性设备的数量在数量级上的增加将导致应用程序结构和网络负载的压力移动网络在设计时并没有考虑这些M2M设备2.多样性M2M应用程序的实现导致了大量有多种需求的设备的出现。带来异构性，对互操作能力是一大挑战3.不可见性设备必须很少或不需要人的控制，这就要求设备管理被无缝地集成到服务和网络管理中。20精选2021版课件M2M系统结构的特点与影响4.临界性一些应用（如智能电网上的电压、生命保障系统等）在延迟和可靠性上有严格要求，这将挑战和超越现代网络的能力5.隐私问题设备管理被集成到通信系统中，意味着对于设备上数据的隐私问题和安全问题成为人们关注的问题之一21精选2021版课件从技术层面看，各环节发展现状及主要难点各不相同现状：能满足部分应用短距离为主，嵌入式基本实现，功耗有待改进，目前能满足部分应用难点：技术标准及成本成为障碍技术协议和标准存在多种，且各有优劣，目前处于混战由于技术的发展不足以支撑终端成本的下降，成本成为重要障碍因素热点：业内关注ZigBee和RFIDZigBee功耗低，成本低50美分，组网方便，但缺乏安全规范及完善的标准RFID成本高，无源单向，未来重点研究超高频和有源RFID，推向民用应用域网络域终端域基础网络层面：能够支撑从带宽、网络结构方面，基本能够支撑。未来对于流量的增加应如何合理利用带宽和网络资源成为业内关注热点业务网络层面：支撑层从垂直向水平融合存在不足，需要搭建水平分层业务网络体系目前IP资源的紧缺借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策复杂的应用层语言环境、内容管理等要求传感网和通信网的无缝连接统一的协议栈上下文感知技术信息和数据集成处理技术终端及网络的融合网络与应用的融合22精选2021版课件1.3M2M技术组成M2M涉及到5个重要的技术部分，包括：智能化机器M2M硬件通信网络中间件应用23精选2021版课件1.智能化机器实现M2M的第一步就是从机器/设备中获取数据，然后把它们通过网络发送出去。使机器“开口说话”，让机器具备信息感知能力、信息加工（计算能力）、无线通信能力。使机器具备“说话”能力的基本方法有两种：生产设备的时候嵌入M2M硬件对已有机器或设备进行改装，使其具有通信能力24精选2021版课件M2M设备的特征1.功能受限大多数M2M设备的计算、存储能力要比目前出现的笔记本电脑或手机低几个数量级2.低功率多数位于室外，不能轻易与电源相连这将减少M2M程序之间的交互次数3.嵌入式部署后很难改变4.保持不变设备更换率低25精选2021版课件2.M2M硬件M2M硬件是使机器获得远程通信和联网功能的部件。主要用于进行信息的提取，从各种机器设备那里获取数据，并传到通信网络。26精选2021版课件现在的M2M硬件共分为5种：嵌入式硬件：嵌入到机器中，使其具有网络通信功能。常见的产品是支持GSM/GPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入数据模块。可组装硬件：在M2M的工业应用中，厂商拥有大量不具备M2M通信和联网能力的机器，可组装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的。包括从传感器收集数据的I/O设备，将数据发送到通信网络的连接终端，有些M2M硬件还具备回控功能。调制解调器：嵌入式模块要将数据传送到移动通信网路，起到的就是调制解调器的作用。如果要将数据通过公用电话网络或以太网送出，则需要相应的Modem。27精选2021版课件智能传感器：具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由智能传感器组成的传感网络是M2M技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以AdHoc方式构成无线网络，协作感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息并发布给观察者；也可以通过GSM网络或卫星通信网络将信息传给IT系统。识别标识：如同每个机器，每个商品的“身份证”，使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术包括条形码技术，RFID技术等。28精选2021版课件3.通信网络将信息传送到目的地。通信网络在M2M技术中处于核心地位。包括：广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网等）局域网（以太网、无线局域网、Bluetooth）个域网（ZigBee、传感器网络）29精选2021版课件4.中间件中间件包括两部分M2M网关：是M2M系统中的翻译员，它获取来自通信网络的数据，将数据传输给信息处理系统。其主要功能是完成不同通信协议之间的转换数据收集/集成部件：此部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件，异常情况报告和工作流程部件，数据仓库和存储部件等。30精选2021版课件5.应用 在M2M系统中，应用的主要功能是通过数据融合、数据挖掘等技术把感知和传输来的信息进行分析和处理，为决策和控制提供依据，实现智能化的M2M业务应用和服务。31精选2021版课件1.4M2M应用领域M2M在每个应用领域中的市场机制和标准化机制是不同的，所以每个企业必须根据实际情况来确定自己的战略建筑管理和能源管理交通控制和Car2X（汽车与其他交通工具或机器之间的通信）移动支付和金融服务运输、贸易和物流电动汽车和交通工具远程控制32精选2021版课件目前全球M2M应用主要集中于三大行业和三大领域公共事业/服务交通运输个人用户批发零售工业/制造业商业/服务业农业开采/建筑金融定位/跟踪/导航安全/监控移动支付及管理自动化和远程管理计量/检测远程医疗重点应用日韩一直以推动个人业务为核心，公共事业刚刚起步以支撑U-Japan和U-Korea计划33精选2021版课件M2M技术发展遇到的挑战缺乏完整的标准体系商业模式不清晰，未形成共赢的、规模化的产业链窄带网络限制了M2M业务的发展以及业务信息承载方式的多样性M2M业务运营支撑系统不完善，不能完全有效地支撑M2M业务的运营M2M各行业间融合难度大34精选2021版课件1.5促进M2M技术成熟的因素高水平的框架这指的是一套新兴德基于结构、平台、技术的标准，是以开发非筒仓式的、不过时应用程序为方法整合的框架政策和政府鼓励措施标准各个行业需要创造出新的标准需求在全球系统的水平上处理M2M35精选2021版课件1.5.1M2M高层框架M2M产业面对的最大部分挑战是把垂直筒仓式转变成一套简单可发展的和递增可开展的应用程序。图1-5表明向M2M工业成熟迈进的第二阶段过渡的标志是水平平台的出现和部署。36精选2021版课件图1-5M2M工业成熟的阶段37精选2021版课件这个水平平台指的是一个贯穿业务领域、网络和设备的，连贯的有效框架。这是一系列能够功能分离的技术、体系结构和过程，特别是在应用层和网络层。38精选2021版课件1.5.2政策和政府的鼓励措施经济鼓励措施提供了一个有吸引力的、稳定的框架，在新项目和运行部署中为M2M投资创造额外的机会。规则为一套可适用的、在一个国家或地区强制实行的标准的发展提供了明确的方向。合作研究和项目发展的基金既是导致标准发展的一步，也是开发概念验证、验证现存标准的方法。39精选2021版课件1.5.3M2M标准M2M市场需要强大的标准去确保长期投资安全需要M2M标准的几个关键领域数据模型M2M区域网络M2M接入和核心网络优化水平服务平台和相关APIM2M模块和终端的认证M2M标准化组织生态系统40精选2021版课件1.数据模型数据模型明确地决定了交换数据的结构，主要在M2M应用程序之间。最终标准化数据模型所依赖的逻辑就是如果使用同样的数据结构去存储和接收数据，那么不同的应用程序就能够以一个可互操作的形式交换数据41精选2021版课件2.M2M区域网络定义：指的是能够为连接到同一M2M区域网络的不同M2M设备之间提供物理层和MAC层的连通性，或者通过路由器或网关允许M2M设备连接到公共网络的任何网络技术。例如：个人局域网技术（IEEE802.15.x、ZigBee、KNX、蓝牙等本地网络。如电力线通信，仪表总线，无线仪表总线等42精选2021版课件3.M2M接入和核心网络优化为了处理额外的M2M业务量，远程通信运营商认为要完成接入和核心网络的改善和提高这种改善的一个关键因素是M2M业务量的特殊属性：低数据，不可预测性，低优先级，突发性多种M2M设备的另一个显著特点是它们产生低容量数据43精选2021版课件应对M2M业务量的增涨重新构建接入和核心网络，以便更好地适应M2M业务量的基本特点，同时避免了影响与个人通信相关的高收益服务根据3GPP和3GPP2中M2M标准的开发工作，逐渐地部署新设备、软件升级和为了M2M业务类型而优化网络解决方案44精选2021版课件4.水平服务平台和相关API下一阶段M2M业务的出现将依赖于执行一系列服务能力的水平平台的部署，这是与M2M应用相接触的软件模块，为了加快它们的发展、测试和部署生命周期。例如，ETSIM2M正在制定基于REST，使用HTTP协议的API标准45精选2021版课件5.M2M模块和终端认证认证指的是设备项目某一特点的证明（通常基于一个标准），一般由一些外部评审、教育部门或者一个独立实体执行评定的形式提供的。认证程序的目的在于确保设备坚持特定的环境和电磁兼容性特性，而且还不能在运营网络中引起任何损害。认证可以被分为：自愿监管认证。自愿性认证。通常由运营商为部署在网络中的设备授权46精选2021版课件6.M2M标准化组织生态系统47精选2021版课件1.6国内外发展现状48精选2021版课件欧美产业生态环境相对成熟，主要以政府推动为核心，产业链的主要推动者欧美和日韩有差异传感器提供商通信模块提供商电信运营商中间件及应用开发商服务提供商系统集成商用户行业监管者管理咨询服务商测试认证商服务二次销售商政府和行业监管成为主导因素欧美：美国的“智慧地球”、电子商务等；欧盟的“e-Call”、“物联网行动计划”日韩：日本的“E-Japan”、“I-Japan”；韩国的“U-korea”产业环境欧美：研发能力：产业内聚集全球100强企业，技术标准相对完善，生产制造领先市场认知：客户认知度和接受度高，工业应用相对领先，网络高带宽低资费产业链发展：产业链已经形成，并通过内部并购合作整合能力推进发展日韩：研发能力：日韩研发能力很强，紧跟欧美推行自主研发标准体系市场认知：客户认知较高，尤其是个人用户，带宽基础好，高带宽低资费产业链发展：产业链各环节清晰，但尚未看到产业链内整合厂商和运营商共同推进产业发展欧美：各环节传统厂商以及运营商共同推进，新兴专注于M2M厂商积极参与日韩：运营商成为产业链的主要推动力日韩由运营商担当服务商49精选2021版课件且欧美市场上，产业链各环节中全球大鳄们都在进行横纵向整合，抓住新一轮机遇传感器提供商通信模块提供商电信运营商中间件及应用开发商服务提供商系统集成商用户服务二次销售商以提升市场占有，提高技术解决方案能力及服务能力而展开横纵向并购及合作M2M部门nPhaseRedBend50精选2021版课件物联网技术标准：相关技术标准组织和切入点网关应用业务平台传感器网IP网络远距离传输网ITU-TNGNCENSmartMeteringISO/IECJTC1UWSNCENELECSmartmeteringOASISW3CIPSOIPV6harewareandprotocol;sZCLZigBeeAllianceZBApplicattionProfilesIETF6LowPANPhy-MacOverIPV6IETFROLLRoutingoverLowPowerLossyNetworksOMAGSMASCAG,……ETSIM2MTC3GPPSA1,SA3,,……ESMIGMeteringEPCGLobalGS1HGIHomeGatewayInitiativeUtilitiesMeteringWOSAKNXW-MbusIEEE802.15.4信息来源：ETSIM2MTC整体框架ITU-TSG13USN网络的需求和架构设计ETSIM2MTCM2M需求和功能架构ISO/IECJTC1SC6SGSNSN研究报告WSN/RFIDIEEE802.15低速近距离无线通信技术标准IETF6LoWPANROLL基于IEEE802.15.4的IPv6，低功耗有损网络路由EPCGlobalGS1RFID标识和解析EPCGlobal召开了有关ONS(ObjectNameService)的路由和命名问题的讨论智能电网/计量电信网FCC：美国智能电网标准IEEE：P2030：智能电网Guide802.15.4g：智能电网近距离无线标准CEN/CENELEC/ETSI欧洲智能计量标准3GPPSA1/SA2/RAN2M2M优化需求网络和无线接入的M2M优化技术GSMASCAG：智能SIM卡OMADM51精选2021版课件

M2M标准化现状

技术标准制定主要是在：欧洲电信标准协会（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute，ETSI）3GPP（第三代协作项目组织）

国内主要是在：中国通信标准化协会（CCSA）的泛在网技术委员会（TC10）52精选2021版课件

ETSI的M2M标准化进展ETSI专门成立了一个专项小组（M2MTC）以研究如何对快速成长的M2M技术进行标准化53精选2021版课件ETSIM2MTC的主要研究目标

从端到端的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NGN的研究及3GPP已有的研究进行协同工作54精选2021版课件ETSIM2MTC的职责从利益相关方收集和制定M2M业务及运营需求；建立一个端到端的M2M高层体系架构（如果需要会制定详细的体系结构）；找出现有标准不能满足需求的地方并制定相应的具体标准；将现有的组件或子系统映射到M2M体系结构中；M2M解决方案间的互操作性（制定测试标准）；硬件接口标准化方面的考虑；与其他标准化组织进行交流及合作55精选2021版课件

ETSIM2MTC目前的研究工作①M2M业务需求（TS102689）：定义M2M业务应用对通信系统的需求，以及M2M的典型应用场景。②M2M功能架构（TS

102690）：定义M2M业务应用的功能架构以及相关的呼叫会话流程。③智能电表（SmartMetering）的应用场景（TS102691）：智能电表的应用场景和相关技术问题。④电子卫生保健（eHealth）的应用场景（TS102732）：电子医疗的应用场景和相关技术问题。⑤消费者连接（ConnectedConsumers）的应用场景（TS102857）：消费者连接的应用场景和相关技术问题。⑥M2M定义（TS102725）：M2M相关的定义和名词术语。56精选2021版课件

3GPP的M2M标准化进展3GPP针对M2M的研究主要从移动网络出发，研究M2M应用对网络的影响，包括网络优化技术等。3GPP在标准制定过程中，也将M2M称作机器类通信（MachineTypeCommunications，

MTC）。在2008年5月，3GPP制定了研究项目—针对机器类通信的网络优化（NetworkImprovementforMachineTypeCommunications，NIMTC）。3GPP于2009年11月制定的技术报告TS22.368中定义MTC的一般需求，以及有别于人与人间通信的一些独特的业务需求，并详述了为满足MTC的业务需求，网络优化需要做的一些工作。57精选2021版课件3GPP对于M2M的研究范围只讨论移动网的M2M通信；只定义M2M业务，不具体定义特殊的M2M应用；无线侧和网络侧的改进，不讨论跟SIM卡和/或SIM卡管理的新模型相关的内容58精选2021版课件

CCSA的M2M标准化进展中国通信标准化协会（CCSA）泛在网技术工作委员会（TC10）包括总体组、感知延伸组、应用组和网络组

M2M应用通信协议技术要求由网络组进行研究59精选2021版课件CCSA对M2M标准化的两个方面M2M业务的总体技术要求：包括M2M业务定义、业务特征、应用场景和业务需求，M2M系统结构和接口、计费、认证鉴权和网络管理等方面的技术要求。M2M应用通信协议技术要求：包括M2M终端设备与M2M平台间、M2M平台与M2M应用平台间的通信协议的协议概述、协议结构、报文定义、报文交互机制、安全机制等。60精选2021版课件我国物联网政策环境良好，产业环境建设正处于起步阶段物联网已经成为国家发展战略初步明确了未来发展方向和重点领域正在着手制定相关财政、金融政策和法规以确保物联网发展体制的有效性国家今年在通信信息领域改革力度大，步伐较快，对通信市场可能造成一定冲击，过渡分散运营商精力产业和行业标准正在建立，是机遇也是挑战近期全球金融危机，一定程度上影响国内的经济发展，会影响企业对信息化需求和相关资源的配备行业内产、学、研机构推动力加大全国知名研究机构积极参与企业分散，规模小技术能力薄弱对信息化的认知较低支付意愿和能力有限环境保护压力节能减排要求人民生活质量和生活水平的提高人民收入的持续增长有利不利或挑战有利不利有利不利有利不利中国企业正在随着国家的快速发展，持续提升竞争力和国际影响力，对物联网的需求逐步呈现企业对信息化方面的认知提高，经济支付能力也将增强经济环境产业环境…政策环境社会环境宏观环境61精选2021版课件根据国际重点行业经验及国家重点推进行业确定重点关注领域重点行业结论重点关注领域排序(按规模和应用情况)目前国内与国外相比，国内物联网的应用和发展速度相比国外要快一些欧美国家重视，市场发展依赖企业推动，国家不参与推动，但企业更关注短期利益国内国家统一调控，统筹力度大，推进要比国外政府推进得快定位/跟踪/导航安全/监控移动支付及管理自动化和远程管理计量/检测远程医疗重点应用公共事业/服务交通运输个人用户批发零售工业/制造业商业/服务业农业开采/建筑金融重点行业行业应用1公共设施(电力、公交、环境)定位、监控、计量、管理、医疗2物流仓储定位、监控、管理3个人支付及智能家居定位、监控、医疗、支付4医疗卫生及社保体系监控、管理5农林牧渔监控、管理6工业制造业监控、管理欧美日韩中国图例62精选2021版课件产业技术不成熟，国家倡导自主创新将加大产业链发展周期技术薄弱：导致成本很难