M2M的業務范疇及其技術發展

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 （2014） 01-0044-04

M2M： Business Scope and Technical Development

摘要： 指出M2M是使用電信運營商提供的網絡和業務支撐平臺并提供給其他各種規模垂直行業的公共物聯網，它是物聯網應用的一個子集。M2M的主要技術包括Thing-based M2M技術、機器對機器直接通信技術和M2M通信網技術。M2M市場潛力巨大，但還存在很多不確定因素，需要我們開展更多研究。

關鍵詞： 機器對機器；物聯網；機器類型通信；傳感器；無線射頻識別

Abstract： M2M is a kind of IoT that supports all kinds of vertical industry applications that are based on a telecommunication network and a telecommunication service platform. M2M application is a subset of IoT applications. The main M2M technologies are thing-based M2M technology， technology for direct communication between machine and machine， and M2M communication network technology. The M2M market has great potential， but there is still much uncertainty and more research needs to be done.

Key words： M2M； internet of things； machine-type communication； sensor； radio frequency identification

隨著物聯網應用日趨廣泛，“M2M”也成為伴隨物聯網在信息通信領域中最熱門的詞匯，M2M應用、M2M業務、M2M平臺等名詞和術語層出不窮。如果把這些名詞術語中的M2M替換為物聯網，它們也是行業的高頻詞匯，而且這些詞匯的內涵和M2M相關詞匯的內涵非常相近。可以看出，物聯網和M2M的內涵和外延非常接近，也說明了目前物聯網和M2M的產業界線、業務研究范圍、技術發展方向仍然沒有特別清晰的認識。

1 M2M國際標準化現狀

1.1 ITU-T

國際電信聯盟遠程通信標準化組織（ITU-T）M2M焦點組（FG M2M）首次會議于2012年4月17—18日在日內瓦召開。會議吸引了眾多醫療和信息、通信和技術（ICT）領域的專家參與，共同探討垂直醫療市場的M2M標準化需求。焦點組的工作集中在醫療領域中M2M的應用，并據此分為3個工作組：第1工作組負責M2M使用案例和業務模型；第2工作組負責確定M2M業務層的要求和架構框架；第3工作組負責M2M應用程序接口（API）和協議，其工作將在前兩個工作組完成相關工作后逐步開始，目前主要是研究M2M業務層的需求和M2M業務層支持下的e-health。

ITU-T M2M焦點組的研究報告沒有給出M2M的準確范疇和定義，目前只是給出M2M業務層研究的范疇，即處于物聯網網絡層和應用層的功能。

1.2 OneM2M

為了促進國際物聯網標準化活動的協調統一，減少重復工作，降低企業生產及運營成本，保障各行業的物聯網應用，從而推動國際物聯網產業持續健康發展，2012年7月，由中國通信標準化協會（CCSA）、日本的無線工業及商貿聯合會（ARIB）和電信技術委員會（TTC）、美國的電信工業解決方案聯盟（TIS）和通信工業協會（TIA）、歐洲電信標準化協會（ETSI），以及韓國的電信技術協會（TTA）等7家標準組織推進成立了OneM2M。OneM2M專注于物聯網業務層標準的制訂，并致力于M2M設備在全球范圍內實現互通的技術規范和相關報告的制訂。

OneM2M已經成立了需求（WG1）、架構（WG2）、安全（WG3）、管理和語義（WG4）4個工作組。目前具體工作項目（WI）有：M2M需求、M2M術語、M2M架構3個項目，并有兩個內部項目，分別對應用場景和標準組織提交的架構融合問題進行相關研究。

1.3 3GPP

第三代合作伙伴計劃（3GPP）對M2M的研究聚焦在通過移動通信網絡進行數據傳輸的機器通信，既MTC。3GPP從R10開始對MTC進行相關的標準化工作，目前R10階段的工作已經完成，R11的相關標準研究接近尾聲，R12的研究工作開始啟動。R10階段的標準化重點是移動通信核心網擁塞控制的優化；R11階段的標準化涉及的內容包括MTC架構、標識、尋址、設備觸發、RAN的擁塞控制；R12階段則重點關注小數據和設備觸發、監控增強、UE低功耗優化、基于組的優化。MTC是不需要人干預的一個或多個實體之間的數據通信，可以看出MTC實際就是我們平常說的M2M通信。

1.4 ETSI

歐洲電信標準化委員會（ETSI）M2M工作組于2008年成立，以歐洲運營商主導，吸引了來自歐、美、中、日、韓等地區或國家的電信和ICT行業的參與，以制造商、網絡運營商為主（分別占59%、26%），也包括研究團體、政府管理機構、大學和一些最終用戶。ETSI M2M TC的主要研究目標是從端到端的全景角度研究機器對機器通信，并與ETSI內電信和互聯網融合業務及高級網絡協議（TISPAN）及3GPP已有的研究進行協同工作。

目前ETSI M2M Release 1核心的3個系列標準已經發布：M2M需求（ETSI TS 102 689）、M2M功能架構（ETSI TS 102 690）和M2M接口描述（ETSI TS 102 921）。OneM2M成立后，ETSI M2M的標準化成果將轉移到OneM2M中繼續研究，ETSI主要維護歐洲地區標準事務。

2 M2M內涵及邊界

M2M的范疇也在不斷放大，例如有人把M2M的縮略語解釋為機器對機器、人對機器或機器對人，這也就意味著M2M與物聯網的目標類似，都是提供未來人與物、物與物的通信。特別是OneM2M標準組織的成立，從名稱上就彰顯出“一個”M2M就能夠提供所有與機器相關的應用和業務，這似乎與物聯網的目標和業務范疇一樣。因此從產業、技術和標準化發展的角度有必要說明M2M的內涵及其與物聯網的關系。

物聯網目前還沒有大規模的應用，目前應用主要集中于各種小規模的垂直行業應用以及基于公眾通信網支撐的應用中。物聯網是在現有通信網的基礎上，通過增強網絡末梢的感知能力和應用層的信息處理能力來實現應用需求，因此通信網的應用服務體系同樣適用于物聯網的應用服務體系，即基于公眾通信網（包括電信網和互聯網）增強其感知能力構建公共物聯網。

公共物聯網不僅可以提供公眾物聯網應用，還可以使其他服務行業共享這種公共信息基礎設施，避免不同的行業物聯網重復建設；而電力、交通等行業的信息化程度相對較高，又有其自身特殊的、封閉的應用需求，它們將基于各自現有行業的信息通信網絡建設來發展行業專屬的物聯網，智能電網、智能交通（ITS）、智能工業將是這些行業專屬物聯網應用發展的目標，如圖1所示[1-3]。

這種公共物聯網的應用提供方式不同于專屬物聯網的應用提供方式，它是開放、共享信息通信基礎設施給應用提供者，因此從標準化的角度，有必要把這種方式與其他專屬物聯網應用提供的方式區別開。M2M近年來成為全球電信運營商廣泛使用的詞匯，電信運營商希望通過網關實現電信網與傳感器網絡等末梢延伸網的連接， 從而實現公眾通信網連接各種感知物理世界的感知設備，例如傳感器、射頻識別（RFID）裝置，這種使用電信運營商提供的網絡和業務支撐平臺而提供各種小規模垂直行業應用的公共物聯網，我們可以把它稱為M2M。如果說物聯網是一個全集，那么M2M就是基于電信運營商驅動的物聯網業務應用，應該是物聯網應用的一個子集。

3 M2M的主要技術

3.1 Thing-Based M2M

圖2是中國通信標準化協會基于電信運營商在物聯網應用方面的實踐制訂的現階段物聯網總體框架。由于現階段各行各業都在物聯網的旗幟下發展各自的行業信息化應用，因此圖2中雖然示意的是物聯網，但實際就是電信運營商驅動的物聯網應用——M2M。

端節點和通信網之間建立網絡連接的方式有兩種：一種是直接連接方式，端節點向通信網直接進行注冊認證，并從網絡獲取所需要的標志或地址等信息；另一種方式是通過接入網關和通信網建立連接，此時接入網關作為端節點和通信網之間的連接媒介和連接中轉節點，同時向端節點提供必要的連接配置信息，而對于接入網關中繼端節點到通信網之間的連接，某些端節點可能只具有近距離通信功能，為了連接到廣域通信網絡，需要通過延伸網和接入網關實現到廣域網的接入。另外一種典型需求是利用接入網關來實現網絡連接的匯聚和信息的匯聚，并簡化網絡連接和相應管理等。延伸網絡位于端節點與接入網關之間，主要是在現有網絡基礎上實現通信的進一步延伸，使通信的覆蓋區域和服務領域得到擴展。為了實現對各種物聯網端節點的接入，特別是工作在特定環境或場景下的智能節點設備的接入，延伸網絡通常會利用各種近距離技術、自組織組網技術等，通過多跳轉發等方式，來實現信息的傳遞，同時業務支撐平臺負責向應用提供一些共性的能力和支撐，并提供開放的接口，使應用可以接入和使用網絡資源和能力。通過向具體應用屏蔽底層具體網絡實現，可以簡化和降低上層應用開發和部署的復雜度。應用可能由第三方運營，在這種情況下，可以通過業務網關來實現應用的安全接入，此時業務網關來屏蔽物聯網網絡結構，對應用進行認證和授權，并可以提供統一的應用程序編程接口（API）接口等[4]。

目前典型的應用是利用物聯網端節點（如傳感器、RFID、視頻采集器等）采集物理世界中的信息，然后經接入網關傳送到應用層的服務器進行分析處理，再提供相應的應用。因此這種應用并非如M2M縮略語中的意思，提供機器到機器直接通信應用，因此我們就把它稱作為Thing-based M2M。

Thing-based M2M應用基本還是綜合利用現有的信息通信技術（包括現有的信息采集技術、信息傳遞技術）提供應用，而接入網關和業務支撐平臺則是需要重新構建功能或設備，此外由于電信運營商作為M2M平臺的業務提供者需要管理和維護終端，因此M2M業務支撐平臺和終端之間的管理和維護協議、業務傳送的協議也需要構建。中國電信運營商，例如中國電信、中國移動都為之定義了企業協議。中國電信M2M通信協議稱之為M2M終端管理協議（MDMP），中國移動M2M通信協議稱之為無線M2M協議（WMMP）通信協議，設計這些協議的目的是為了屏蔽不同應用在延伸網使用的不同技術協議，在接入網關、M2M終端與業務支撐平臺之間使用統一的協議實現M2M終端管理、控制和數據轉發的功能。雖然這些技術已經具備，但是從技術標準的角度看，M2M平臺和M2M通信協議由于不同運營商定義了不同的企業標準，因此還需要進一步的行業標準化[5]。

3.2 機器對機器通信

通信網絡技術的出現和發展，給社會生活帶來了極大的變化，越來越多的設備需要通信和連網。目前僅僅是計算機和其他一些IT類設備具備與其他機器的直接通信的能力，眾多的普通機器設備幾乎不具備聯網和其他機器直接通信的能力，例如工業設備、儀器儀表、家電、車輛、自動售貨機、工廠設備等。M2M技術的目標就是使所有機器設備都具備連網和通信能力，預計未來用于人對人通信的終端可能僅占整個終端市場的1/3，而更大數量的通信是機器對機器的直接通信業務。事實上，目前機器的數量至少是人類數量的4倍，因此M2M具有巨大的市場潛力[6]。

M2M通信將由M2M層、傳送層、ID層、網絡層、媒體接入控制（MAC）層、物理層構成，如圖3所示。

M2M層是為了實現采用不同語言的應用之間通信，而需要在網關設置代理實現語言翻譯而設計的通信層，目前可用的協議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應用時，傳送層根據應用對服務質量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統輸控制協議/因特網互聯協議（TCP/IP）協議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球尋址的技術出現，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業界正在研究位置與標識的分離；網絡層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網具體采用的通信技術。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發現和控制各種網絡設備，如網絡打印機、Internet網關等，并能提供相應服務。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網絡，可自動發現其他供應商提供的設備。在UPnP協議下，一個設備可動態加入網絡，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設備的功能。很多種類的設備都可以使用UPnP協議，包括智能設備、無線設備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協議，能夠很好地在現存網絡中使用。使用這些標準協議使UPnP從已有的各種經驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設備間的相互協作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務。圖4是UPnP協議棧。

（2）DPWS

設備的Web服務（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現安全的 Web 服務的最小接口集。 Windows Vista上內置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務實現，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務。圖5所示為DPWS的協議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網絡的協議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內容為資源抽象、指表述性狀態轉移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務，并且它提供的互操作性正是物聯網的關鍵討論內容，因此它被推向設備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務，而且對于資源能力受限的設備來說也過于復雜。

CoAP協議基于REST 構架，是互聯網資源訪問協議的一般性設計風格。為了克服HTTP對于受限環境的劣勢，CoAP需要考慮到數據報長度的最優化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸的不可靠性，CoAP定義了帶有重傳機制的事務處理機制，并且提供資源發現機制。CoAP協議不是盲目壓縮了HTTP協議，考慮到資源受限設備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設計了HTTP的部分功能以適應設備的約束條件。另外，為了使協議適應M2M 應用，CoAP協議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區別。HTTP協議的傳輸層采用了TCP協議，而CoAP協議的傳輸層使用UDP協議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網的技術需求

M2M應用具有海量終端接入和小數據頻發等特點，但是目前的移動通信網的設計是針對人類的通話設計，因此直接使用現有的移動通信技術支持M2M應用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現有移動通信網如何高效支持M2M 應用，包括體系架構、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監控特性的研究。

4 結束語

物聯網在中國被認為是未來的戰略性新興產業，是推動產業升級、邁向信息社會的“發動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯網和M2M能夠帶來真正新的產業是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.

[3] Microsoft. Introducing DPWS[EB/OL]. http：//msdn.microsoft.com/en-us/library/ dd170125.aspx， Aug. 2011.

[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.

[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：//www.ietf.org/id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.

[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：//www.w3.org/TR/soap12-part1/， Apr. 2007.

作者簡介

續合元，郵電部郵電科學研究院碩士畢業；現任工業和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網絡與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網絡協議有深入的研究，目前致力于下一代網（NGN）、泛在/物聯網的研究；現已發表論文幾十篇。

M2M層是為了實現采用不同語言的應用之間通信，而需要在網關設置代理實現語言翻譯而設計的通信層，目前可用的協議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應用時，傳送層根據應用對服務質量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統輸控制協議/因特網互聯協議（TCP/IP）協議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球尋址的技術出現，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業界正在研究位置與標識的分離；網絡層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網具體采用的通信技術。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發現和控制各種網絡設備，如網絡打印機、Internet網關等，并能提供相應服務。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網絡，可自動發現其他供應商提供的設備。在UPnP協議下，一個設備可動態加入網絡，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設備的功能。很多種類的設備都可以使用UPnP協議，包括智能設備、無線設備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協議，能夠很好地在現存網絡中使用。使用這些標準協議使UPnP從已有的各種經驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設備間的相互協作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務。圖4是UPnP協議棧。

（2）DPWS

設備的Web服務（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現安全的 Web 服務的最小接口集。 Windows Vista上內置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務實現，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務。圖5所示為DPWS的協議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網絡的協議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內容為資源抽象、指表述性狀態轉移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務，并且它提供的互操作性正是物聯網的關鍵討論內容，因此它被推向設備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務，而且對于資源能力受限的設備來說也過于復雜。

CoAP協議基于REST 構架，是互聯網資源訪問協議的一般性設計風格。為了克服HTTP對于受限環境的劣勢，CoAP需要考慮到數據報長度的最優化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸的不可靠性，CoAP定義了帶有重傳機制的事務處理機制，并且提供資源發現機制。CoAP協議不是盲目壓縮了HTTP協議，考慮到資源受限設備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設計了HTTP的部分功能以適應設備的約束條件。另外，為了使協議適應M2M 應用，CoAP協議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區別。HTTP協議的傳輸層采用了TCP協議，而CoAP協議的傳輸層使用UDP協議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網的技術需求

M2M應用具有海量終端接入和小數據頻發等特點，但是目前的移動通信網的設計是針對人類的通話設計，因此直接使用現有的移動通信技術支持M2M應用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現有移動通信網如何高效支持M2M 應用，包括體系架構、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監控特性的研究。

4 結束語

物聯網在中國被認為是未來的戰略性新興產業，是推動產業升級、邁向信息社會的“發動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯網和M2M能夠帶來真正新的產業是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.

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[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.

[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：//www.ietf.org/id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.

[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：//www.w3.org/TR/soap12-part1/， Apr. 2007.

作者簡介

續合元，郵電部郵電科學研究院碩士畢業；現任工業和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網絡與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網絡協議有深入的研究，目前致力于下一代網（NGN）、泛在/物聯網的研究；現已發表論文幾十篇。

M2M層是為了實現采用不同語言的應用之間通信，而需要在網關設置代理實現語言翻譯而設計的通信層，目前可用的協議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應用時，傳送層根據應用對服務質量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統輸控制協議/因特網互聯協議（TCP/IP）協議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球尋址的技術出現，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業界正在研究位置與標識的分離；網絡層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網具體采用的通信技術。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發現和控制各種網絡設備，如網絡打印機、Internet網關等，并能提供相應服務。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網絡，可自動發現其他供應商提供的設備。在UPnP協議下，一個設備可動態加入網絡，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設備的功能。很多種類的設備都可以使用UPnP協議，包括智能設備、無線設備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協議，能夠很好地在現存網絡中使用。使用這些標準協議使UPnP從已有的各種經驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設備間的相互協作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務。圖4是UPnP協議棧。

（2）DPWS

設備的Web服務（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現安全的 Web 服務的最小接口集。 Windows Vista上內置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務實現，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務。圖5所示為DPWS的協議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網絡的協議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內容為資源抽象、指表述性狀態轉移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務，并且它提供的互操作性正是物聯網的關鍵討論內容，因此它被推向設備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務，而且對于資源能力受限的設備來說也過于復雜。

CoAP協議基于REST 構架，是互聯網資源訪問協議的一般性設計風格。為了克服HTTP對于受限環境的劣勢，CoAP需要考慮到數據報長度的最優化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸的不可靠性，CoAP定義了帶有重傳機制的事務處理機制，并且提供資源發現機制。CoAP協議不是盲目壓縮了HTTP協議，考慮到資源受限設備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設計了HTTP的部分功能以適應設備的約束條件。另外，為了使協議適應M2M 應用，CoAP協議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區別。HTTP協議的傳輸層采用了TCP協議，而CoAP協議的傳輸層使用UDP協議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網的技術需求

M2M應用具有海量終端接入和小數據頻發等特點，但是目前的移動通信網的設計是針對人類的通話設計，因此直接使用現有的移動通信技術支持M2M應用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現有移動通信網如何高效支持M2M 應用，包括體系架構、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監控特性的研究。

4 結束語

物聯網在中國被認為是未來的戰略性新興產業，是推動產業升級、邁向信息社會的“發動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯網和M2M能夠帶來真正新的產業是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

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作者簡介

續合元，郵電部郵電科學研究院碩士畢業；現任工業和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網絡與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網絡協議有深入的研究，目前致力于下一代網（NGN）、泛在/物聯網的研究；現已發表論文幾十篇。