淺析M2M的特征與業(yè)務(wù)發(fā)展前景

摘 要：機(jī)器對機(jī)器（Machine to Machine， M2M）通信是物聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分，其重要性顯而易見。確保業(yè)務(wù)的高效接入是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的前提，但是當(dāng)海量的業(yè)務(wù)同時(shí)發(fā)起接入請求時(shí)，將會(huì)給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的壓力甚至引起嚴(yán)重的擁塞現(xiàn)象，致使數(shù)據(jù)發(fā)送不成功進(jìn)而影響系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。理清M2M的類別以及與與傳統(tǒng)的H2H通信業(yè)務(wù)特性的區(qū)別對于我們研究物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，M2M，H2H，5G移動(dòng)通信

工信部發(fā)布了第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的頻段，并且由高通、中國移動(dòng)和中興通訊合作開展的5G新空口操作性開發(fā)測試（Interoperability Development，IoDT）與實(shí)驗(yàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)基于3GPPR15標(biāo)準(zhǔn)的端到端5G新空口（5GNew Radio，5GNR）系統(tǒng)互通。這說明了用戶距離高速連接、海量物聯(lián)的5G生活更近了一步。

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）有望在2020年商業(yè)化，數(shù)以百萬計(jì)的設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。機(jī)器對機(jī)器（Machine to Machine， M2M）通信是物聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分，其重要性顯而易見。機(jī)器對機(jī)器通信是連接機(jī)器與機(jī)器的通信技術(shù)，可以使所有機(jī)器設(shè)備具備連網(wǎng)和通信能力，讓機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)相互通信與控制。而物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是“物物相連”，M2M通信是在物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，為物聯(lián)網(wǎng)中的一些場景研究提供了靈活且簡單的處理方法。M2M通信不需要人類干預(yù)，是機(jī)器之間自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)的H2H通信不同，它們在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、業(yè)務(wù)特性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面存在明顯的差異。

M2M技術(shù)前期發(fā)展并不受重視，研究者主要關(guān)注于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的細(xì)節(jié)部分，而忽視了M2M技術(shù)的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)了M2M潛在的應(yīng)用市場與經(jīng)濟(jì)效益，近幾年M2M技術(shù)得到了各個(gè)國家運(yùn)營商的重視，相繼提出了各種策略、協(xié)議來發(fā)展M2M技術(shù)。

針對M2M海量設(shè)備隨機(jī)接入的問題，很多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入研究，主要從上行鏈路資源分配、碰撞回避策略、接入等級(jí)禁止因子的調(diào)整、區(qū)分優(yōu)先級(jí)這四個(gè)方面進(jìn)行研究，而且大部分的解決策略都圍繞以下六個(gè)性能指標(biāo)展開：吞吐量、接入時(shí)延、接入成功率、前導(dǎo)碼碰撞率、能效以及對H2H業(yè)務(wù)的影響。

M2M通信業(yè)務(wù)特性與傳統(tǒng)的H2H通信業(yè)務(wù)特性有明顯的區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）基于MTC通信的場景數(shù)目更多且具有明顯的差異化。根據(jù)功能特性可大致分為環(huán)境信息感知、數(shù)據(jù)收集發(fā)布、位置感知和共享、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制與執(zhí)行、近場通信等。這些應(yīng)用的差異化不僅表現(xiàn)在功能性上，還體現(xiàn)在對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的容忍性的差異化。（2）M2M通信以數(shù)據(jù)通信為主，主要以小數(shù)據(jù)包為主。 （3）M2M通信要求成本較低。由于M2M通信是繼H2H通信以后發(fā)展起來的，因此最小化成本是首要考慮的因素。要根據(jù)不同MTC設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行綜合平衡考慮，已達(dá)到保證正常通信的基礎(chǔ)上成本最小化。（4）M2M通信終端數(shù)目巨大，需要靈活的管理策略進(jìn)行接入。由于海量的M2M終端接入與傳統(tǒng)的H2H通信終端接入存在很大的區(qū)別，比如設(shè)備的移動(dòng)性、設(shè)備終端的密度分布、傳輸特性、數(shù)據(jù)特性、QoS需求等方面。（5）M2M通信終端具有時(shí)延容忍性。M2M業(yè)務(wù)不像傳統(tǒng)的H2H業(yè)務(wù)需要及時(shí)通信，除了特殊的警報(bào)業(yè)務(wù)外，一些M2M業(yè)務(wù)允許具有時(shí)延，這樣并不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。（6）M2M業(yè)務(wù)具有群組特性。很多M2M業(yè)務(wù)具有相似性，因此在接入過程可以看成一組同時(shí)進(jìn)行處理。

綜合不同的數(shù)據(jù)速率、頻度、QoS需求等方面的需求，可將M2M業(yè)務(wù)分為以下五大類：（1）監(jiān)控報(bào)警類：這類業(yè)務(wù)通過傳感器監(jiān)控本地?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生異常數(shù)據(jù)時(shí)立即向上級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)警。此類業(yè)務(wù)的平均數(shù)據(jù)傳輸速率較低且數(shù)據(jù)持續(xù)性低，QoS需求和可靠性傳遞需求依據(jù)不同的場景有不同的標(biāo)準(zhǔn)，與人交互性較低，由于無下行流量需求因此終端移動(dòng)性較低。（2）數(shù)據(jù)收集類：該類業(yè)務(wù)的上行數(shù)據(jù)量較大，需要持續(xù)性上報(bào)數(shù)據(jù)或者周期性上報(bào)，但是下行數(shù)據(jù)量較小。當(dāng)然不同的場景對QoS需求以及數(shù)據(jù)可靠性傳輸有明顯的差異，數(shù)據(jù)的持續(xù)性取決于數(shù)據(jù)上報(bào)的特點(diǎn)。（3）信息推送類：該類業(yè)務(wù)上行流量通常較低，而下行流量較大，主要用于傳遞所推送的信息，可能持續(xù)發(fā)送也可能周期性推送。不同的場景對QoS需求以及數(shù)據(jù)可靠性傳輸也有所不同，由于需要用戶做出反饋所以與人交互性較強(qiáng)，終端移動(dòng)性出現(xiàn)明顯的兩極分化現(xiàn)象。（4）視頻監(jiān)控類：此類業(yè)務(wù)的上行流量較大，需要向上級(jí)網(wǎng)絡(luò)傳遞所監(jiān)控的視頻數(shù)據(jù)，但是其下行流量較小。同時(shí)對連接性的需要較強(qiáng)，因?yàn)樾枰S護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接以保證數(shù)據(jù)的正常上傳，數(shù)據(jù)持續(xù)性較強(qiáng)。（5）遠(yuǎn)程控制執(zhí)行器類：此類業(yè)務(wù)的上下行數(shù)據(jù)流量都較低，但是與人交互性較強(qiáng)，因?yàn)樾枰鶕?jù)人的操作進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)。也需要較強(qiáng)的連接性需求和數(shù)據(jù)持續(xù)性需求。

隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，M2M通信被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)中最不可或缺的一部分，因此在即將到來的5G時(shí)代更受到眾多研究者的關(guān)注。M2M通信可以將無處不在的設(shè)備連接在一起，以一種自主的方式運(yùn)作并且?guī)缀鯖]有人為干擾，可以創(chuàng)業(yè)前所未有的應(yīng)用和新的商業(yè)模式，這些甚至都是今天無法預(yù)見的。但是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的M2M通信并非想象的那么容易，在研宄過程中遇到了很多挑戰(zhàn)。

“智慧地球”是未來必然的趨勢，而M2M又是其中的核心技術(shù)。因此，未來的M2M技術(shù)將會(huì)貫穿于我們的日常生活中，在我們的衣食住行等領(lǐng)域中無一不出現(xiàn)它的身影。全球數(shù)以千億臺(tái)的機(jī)器將會(huì)智能化的與人類“交流”，使世界將形成一個(gè)信息互通的整體。毋庸置疑，M2M技術(shù)將會(huì)使人類實(shí)現(xiàn)“智慧地球”這一美麗的藍(lán)圖

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作者簡介：

路玉（1996.3），男，漢族，河南固始人，河南大學(xué)歐亞國際學(xué)院2017級(jí)本科生，通信工程專業(yè)，研究方向：移動(dòng)通信（河南大學(xué)歐亞國際學(xué)院 河南開封 475001）