1 物联网与M2M的关系
M2M是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块,以无线通信等为接入手段,为客户提供综合的信息化解决方案,以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。
从定义上看,M2M的定义是Machine to Machine,将通信能力植入机器,以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务;而物联网的定义是Thing toThing,将感知、通信、处理能力植入物体,具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界的网络。因此物联网在定义上从机器的通信发展到物与物之间的通信,扩大了通信的范畴。
从内涵上看,M2M强调的是机器与机器之间的可靠通信,而物联网并重强调信息的全面感知,可靠传送、智能处理,是物联的网络,是通过信息技术对物理世界的多维度呈现与智能反馈。因此物联网在内涵上从通信为核心的服务发展到以信息为核心的服务。
从感知能力上看,M2M已具备通过M2M终端连接外部设备,获得条形码、RFID、传感器、摄像头等感知能力,由于受到终端能耗、体积和移动通信网络覆盖等影响,只能实现信息的有限感知,而物联网补充了传感器网络作为感知神经末梢网,由于其易部署、低能耗、自组网等特点,可以帮助实现信息的全面感知。
从通信能力上看,M2M是以移动通信为主,只能实现信息的有限传送,而物联网实现多种通信技术的结合,将通信网络作为物联网的基础设施,实现信息的更自由传送。从应用场景上看,M2M由于受网络覆盖、终端能耗、终端体积、部署成本的影响,主要应用在机器监控领域;物联网的发展会带来感知能力、网络能力及处理能力的全面提升,在应用场景上将更大的丰富。
综上所述,M2M是物联网现阶段最普遍的应用形式。
2 物联网总体架构需求分析
2.1业务发展对物联网总体架构的需求
业务发展对物联网总体架构有如下3方面需求。
2.1.1实现物联网信息服务提供商的需求
国内与全球运营商面临物联网业务开展的共同问题,即是仅能提供基于网络的通信服务,而且由于大部分物联网终端通信产生的数据流量比较小,因此单终端ARPU值明显低于手机用户。因此,运营商如果希望在物联网产业链中获取更大的话语权,实现从通信服务到信息服务的提升,必须建设一套体现运营商核心价值的物联网运营架构。
2.1.2统一服务能力,寻求与行业深入合作的需求与行业深入合作的端到端应用需要有效的商业模式来支持,同时也需要有效的技术架构来配合。为了推动产业链上下游的合作,便于行业集成商快速开发应用,低成本部署与维护业务,需要要统一服务能力,并提供开放的开发与调用接口。
2.1.3统一运营支撑能力,降低运营成本的需求
现网已有的物联网业务,大部分没有按照统一的技术标准来开发与运营,造成难以形成规模优势,运营成本较高,尤其物联网终端无人值守的特征,若没有统一的技术标准,运维的成本更会显著增加。因此有必要在全网推广统一的技术架构、统一的通信协议、统一的终端能力。
2.2技术发展对物联网总体架构的需求
物联网在机器到机器通信的基础上,更强调对物理世界信息的全面感知、可靠传输和智能处理,因此对应物联网的感知层、网络层、应用层分别需要增强以下功能:
感知层:增加传感器网络等局域网络接入及管理能力,增加感知外设即插即用及管理能力;感知设备低能耗、小型化、低成本要求等。
网络层:增加传感器网络管理等局域网络管理能力;增加对外设和物品的管理能力;基于接入网、核心网、传输网的优化满足业务规模发展的需求;增加端到端QoS、安全要求;增加物品和感知外设等感知对象和能力的统一编码和寻址能力。
应用层:增加海量信息存储、共享能力;增加信息挖掘和聚合能力。
3 物联网总体架构介绍
对应物联网3层参考体系架构,为了满足统一架构、统一协议、统一终端能力的物联网总体技术需求,对物联网总体技术架构设计如图1所示。
图1 物联网总体技术架构图
在感知层,物联网终端形态包括普通M2M终端、感知接入网关、感知子网节点、手持终端、终端外设及卡识读物等。感知层的主要功能是信息采集与封装,以及对上层下达控制命令的执行。
普通M2M终端是指嵌入远距离通信模块(包括移动通信模块或者是有线接入通信模块)的通信设备,包含终端中间件和终端应用两部分,终端中间件是终端能力的汇集、封装和开放的部件,终端应用是驻留在终端上的应用逻辑。终端外设是指传感器、控制器、GPS、摄像头、条码读写器、RFID读写器等外部装置。卡识读物是指条码或者是RFID标签。感知接入网关是指将感知层子网接入运营商网络的网关设备,包括网关中间件和网关应用两部分。感知层子网包括无线传感器网络、Wi—Fi网络、有线局域网等局域网络。子网节点为接入到感知接入网关的感知子网终端设备,包括节点中间件与节点应用量部分。子网节点同时也可以接终端外设和卡识读物。手持终端是指具有远距离通信能力、数据存储和处理能力,人机界面交互能力的便携设备,包含终端中间件和终端应用两部分,可视具体应用情况而具备M2M终端、感知接入网关或感知子网节点的功能。
在网络层,主要包括接入网、传输网、核心网、业务网、网管系统和业务支撑系统。其中接入网、传输网、核心网在承载基本通信能力以外,还考虑为机器到机器通信进行优化,由于现有网络是基于人人通信设计的,对于机器通信具有不同的话务模型,可以通过优化来降低网络成本,为大规模机器接入提供技术支撑。而业务网中的M2M业务中间件是实现物联网业务运营能力、统一通信服务能力,信息服务能力的核心业务能力集。网络层的主要功能是实现应用层与感知层之间信息的可靠传送,以及对应用与感知设备的管理与鉴权。
接入网、传输网、核心网在提供已有功能的基础上都需要针对物联网通信特征进行优化,并开放M2M能力,并与业务网协同形成整体的网络能力。业务网主要是封装运营商的全部通信能力、业务管理能力、感知层远程维护能力,并向应用系统提供统一的开放接口。网管系统对现有网络设备进行管理的基础上,还需要对各层增强的M2M能力进行管理。业务支撑系统为满足物联网业务受理、计费等需求进行业务支撑。
在应用层,先阶段主要是各个行业的垂直应用,例如智能抄表、车载导航、路灯控制,环境监控、安防监控等,在物联网业务发展到较成熟的阶段后,可以发展基于海量信息挖掘的聚合服务。物联网业务规模发展要求应用系统通过统一接口来实现与网络层的通信,从而可以简化应用系统的实现,应用层可以通过代理模式(例如MAS)与企业已有的信息系统实现集成,也可以通过应用托管模式(例如ADC)来提供SaaS服务。应用层的主要功能是业务逻辑的实现以及提供与用户的交互界面。
4 物联网关键技术
物联网的主要特征包括全面感知、可靠传送、智能处理3大方面。
4.1在感知层,要解决的主要问题及关键技术
(1)远程管理:物联网的服务质量保证首先来自于有效的信息采集。因此对于传感器、RFID读写器、GPS,摄像头等感知设备的管理、对通信终端设备的管理、以及对感知层子网、感知接入网关设备的有效远程管理是基本的关键技术;
(2)低成本:低成本是实现物联网大规模应用的一个重要技术,包括低成本的传感器技术、RFID标签技术,M2M模组技术等;
(3)低功耗:低功耗是降低物联网感知层设备对供电依赖,满足更多应用场景需要的一项关键技术,可以通过优化网络通信协议来降低通信的功耗需求,或研究其它方式来进行能源补充,例如太阳能供电、生物环境供电等技术,
(4)传感器感知能力:智能传感器、生物传感器、MEMS是传感器领域的发展方向;
(5)传感器网络产业化;传感器网络是移动通信网络的重要补充,其核心技术与工程技术的不断完善是实现产业化的重要前提;
(6)外设即插即用;外设包括传感器、控制器、GPS、摄像头、RFID识读器等感知设备,外设的即插即用是实现业务灵活部署,以及对感知能力有效管理的重要技术。
4.2在网络层,要解决的主要问题及关键技术
(1)业务运营能力:业务运营能力包括通信能力运营与信息能力运营,不断加强通信服务能力,并积极开发信息运营能力相关关键技术,是实现物联网可持续发展的重要方向,
(2)大规模接入:物联网的发展预期是将超过人人通信规模的,因此为应对更大规模的机器通信需求,为低成本可靠实现机器通信,移动通信网络优化关键技术必不可少;
(3)码号体系:码号作为运营商的核心资源之一,为满足业务持续发展,需要提供充足的码号资源和有效的机器寻址体系;
(4)端到端QoS,物联网承载的信息差异化非常大,对于不同价值的信息应该进行区分并提供不同的服务质量,实现端到端的QoS差分服务,满足不同业务的需求;
(5)端到端安全:物联网承载的信息对安全的要求差异化也比较大,对于涉及到企业生产、政府管理、人们生活等相关关键信息,有极强的端到端安全需求。
4.3在应用层,要解决的主要问题及关键技术
(1)行业融合技术:通信、网络技术与行业IT技术的有效融合是物联网价值的重要体现;
(2)应用集成技术:包括系统集成技术和应用设计、部署,维护等工程关键技术。
5 物联网标准体系介绍
5.1物联网标准化策略
在分析物联网业务发展时,标准化是影响物联网快速发展的重要原因之一,因此全方面推广物联网标准化是物联网产业发展的重要环节。物联网标准化工作包括中国通信行业标准、中国其他行业标准、中国相关国家标准、国际标准等。
物联网标准体系在全球都处于初步阶段,中国物联网相关行业和企业在物联网标准体系领域具备参与制定甚至引领标准化的机遇。建议的工作开展策略是:
技术研究先行,在架构确定后,加快核心技术与产品研究,同时完善国内通信行标、其他行标,作为物联网在相关行业推广的一种重要市场手段。
尽量挖掘国际专利,确保物联网在国际标准组织的话语权,并倡导成立国际推广组织进行推广,加强企业知识产权在国际标准组织的部署,积极倡导成立国际标准推广组织。
5.2物联网标准体系内容
5.2.1行业及国家标准
物联网主要相关国内技术标准组织包括CCSA(中国电信通信标准化协会),TCIO(泛在网技术工作委员会)与传感器网络标准工作组(WGSN)。
CCSA TCIO第一次会议于2010年2月在北京召开,设总体工作组、应用工作组,网络工作组、感知延伸工作组4个工作组。
WGSN是2009年9月11日成立的中国传感器网络标准工作组,WGSN设国际标准化、标准体系与系统架构、通信与信息交互、协同信息处理、标识、安全,接口、行业应用、网关、设备与测试、无线频谱研究与测试标准等工作组。
物联网标准体系在相关行业的行业标准或者是国家标准的推广是物联网技术与行业融合的一种重要手段,可以重点考虑的行业或者国家标准包括《中国物流标准》、《中国汽车行业标准》、《中国交通行业标准》、《中国环境标准》等。
5.2.2国际标准
物联网主要相关国际标准组织包括ETSI(EuropeanTelecommunications Standards Institute)、3GPP、ZigBee Alliance/IEEE 802.15.4。
ETSI TC M2M第1次会议于2009年1月举行,其主要工作内容是收集和定义M2M需求、定义M2Moverall high level架构、补充现有标准所没有覆盖的M2M的需求,并对这些需求进行标准化,为ETSI提供M2M领域知识支持、协调ETSI与其他标准化组织之间的M2M的工作。TC M2M的主要工作组包括需求组、架构组,智能仪表应用组、术语组、电子医疗应用组、消费电子应用组、城市自动化应用组。
3GPP中包括SAl(需求工作组)、SA2(架构工作组)、SA3(安全工作组)、RAN(3G/LTE无线工作组)、GERAN(GSM无线工作组)、CT6(用户卡工作组)分别成立了M2M相关的标准组。全面开展满足M2M对移动通信网络优化的标准化研究。
ZigBee Alliance/IEEE 802.15.4是国际上最早最成熟的传感器网络标准,其中ZigBee Alliance/定义了无线传感器网络与应用层标准,IEEE 802.15.4定义了无线传感器网络的物理层和MAC层标准。ZigbeeAlliance工作组包括协议栈规范,Stack Profile、ZigBee Cluster Library、Application Profile、测试规范、网关规范等,IEEE 802.15.4当前正在研究的是802.15.4e(MAC层改进)、802.15.4f(主动式RFID改进)、802.15.49(电力应用物理层改进)等工作组。
核心关注:拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用,蕴涵了丰富的ERP管理思想,集成了ERP软件业务管理理念,功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理,全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域,是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处:拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题:物联网标准体系介绍