3 M2M業(yè)務對現(xiàn)網架構的影響

　　從對現(xiàn)網架構的影響來說，M2M業(yè)務可以分為兩類：A類是現(xiàn)有網絡不能滿足需要網絡優(yōu)化的業(yè)務，這類業(yè)務需要過載控制功能來避免網絡過載，以及針對客戶的業(yè)務需求提供差別化的服務;B類是對于現(xiàn)有網絡影響較小的業(yè)務，這類業(yè)務是對時效性要求不高的MTC業(yè)務，而且這些業(yè)務和現(xiàn)在的移動網絡業(yè)務有類似的需求。從整體來說，M2M業(yè)務中大部分是A類業(yè)務，以下分析的是A類業(yè)務對現(xiàn)網架構的影響[3]。

　　M2M業(yè)務的多樣性、差異化，網絡的多種接入方式，M2M終端的海量性、差異化，以及M2M業(yè)務表現(xiàn)出來的傳統(tǒng)電信業(yè)務所不具有的各種特點，都對現(xiàn)網架構和網元設備產生了很大影響，其直接后果是現(xiàn)網的核心網元如HLR/PCRF/GGSN的能力已經不能滿足M2M業(yè)務所帶來的信令、流量沖擊和業(yè)務控制需求，主要體現(xiàn)在以下方面：

　　(1)由于物聯(lián)網業(yè)務的特殊性，可能會產生瞬時大量的信令，會對無線網絡的關鍵信令控制設備(STP/HLR/PCRF)造成影響而導致全網的癱瘓。因此，一方面要大規(guī)模提高相關信令控制設備的容量或設備的信令處理能力;另一方面需要進行差異化、分優(yōu)先級的接入控制;此外，關鍵信令控制和處理設備要具備一定的設備過載保護機制以及高容災、高流控能力，避免關鍵網元的過載，從而有效提升整網的可靠性。

　　(2)由于物聯(lián)網業(yè)務的特殊性，其接入方式的多樣性，涉及行業(yè)及用戶和設備的多樣性、海量性，因此需要對用戶數(shù)據管理HLR網元進行相應增強，包括其數(shù)據庫的可擴展性和靈活性，除了標準的用戶簽約信息，還有設備序列號、設備驅動程序信息、位置信息和配額信息等運營商、M2M客戶私有字段等;對多種接入類型的支持，可對由不同接入類型(2G/3G/LTE)接入網絡的設備進行鑒權;對用戶標識和尋址的靈活動態(tài)支持，支持一卡多號或一號多卡;支持對終端設備基本狀態(tài)的查詢，能通過網絡側下發(fā)終端“蘇醒”請求，發(fā)現(xiàn)設備被盜時能夠立刻鎖死等。

　　(3)由于物聯(lián)網業(yè)務的特殊性及多樣性、群組性，因此有必要對業(yè)務進行區(qū)分，包括業(yè)務分類分級、QoS分級、用戶分組、設備分組，從而進行流量管理和業(yè)務管理，根據忙閑時、地理位置等各種特性采取不同的接入和傳輸處理策略等。此外，在現(xiàn)網PCC架構中疊加物聯(lián)網策略控制，因其特殊性，PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略與計費規(guī)則功能)進行策略控制時需先判斷是個人用戶還是物聯(lián)網用戶，而且物聯(lián)網數(shù)據的瞬時爆發(fā)性會影響現(xiàn)網PCC架構，所以有必要設置專用的物聯(lián)網M2M PCRF。

　　總之，需要對相關網元進行能力的增強和升級，可以改造現(xiàn)有相關網元，也可以設置M2M的專用網元疊加在現(xiàn)有H2H網絡上來解決相應問題。

　　4 國際標準組織提出的M2M網絡架構

　　國際標準組織如ITU、ETSI和3GPP等分別從不同角度提出了M2M的網絡架構[4]。

　　根據ITU-T發(fā)布的定義，物聯(lián)網體系架構主要可劃分為三個層面：感知層、網絡層和應用層。如圖1所示，該架構基本達成業(yè)界共識，但是其體系架構過于抽象屬于概念模型，在轉化為技術實現(xiàn)的過程中還需要細化。

　　在ITU-T物聯(lián)網體系架構的基礎上，ETSI提出了一種可看作邏輯模型的M2M應用頂層架構[5]。如圖2所示，ETSI把M2M體系架構劃分為M2M設備及網關和M2M網絡兩個大域。M2M設備及網關域包括M2M設備、M2M網關和M2M局域網，可以基于現(xiàn)有的各類標準實現(xiàn);M2M網絡域則包括廣域網和M2M應用系統(tǒng)。

　　相較于ITU的概念模型，ETSI的邏輯模型側重于M2M服務能力層，通過對服務能力和接口的定義來實現(xiàn)屏蔽網絡細節(jié)的M2M應用、M2M服務能力及網絡三者之間的相互調用，可供在研究平臺和網關設備功能及接口時參考。

　　在ETSI的體系架構基礎上，3GPP也提出了一種支持MTC應用的通信架構。如圖3所示，涉及到的實體包括MTC終端、承載網絡、MTC服務器和MTC應用。其中，MTC服務器是MTC業(yè)務的管理平臺;MTC應用負責業(yè)務邏輯的實現(xiàn)。承載M2M通信的移動網絡包括GPRS、EPC以及短消息和IMS網絡。

　　3GPP提出的MTC通信架構側重于M2M網絡層，對M2M網絡中各通信網元的功能和接口進行了定義，其適用于研究MTC業(yè)務的管理平臺以及M2M核心網絡的功能和接口時參考。

　　以上標準組織雖然都提出了M2M的網絡體系架構，但是有其局限性。ITU和ETSI的架構過于框架性，對于實際的網絡部署沒有較好的指導意義;3GPP雖然對于網絡網元功能增強有一定的研究，但是由于目前部署的H2H網絡大多處于R7或R8版本，而MTC網絡體系的研究是在R10以上版本的網絡基礎上進行的。因此，在現(xiàn)有網絡中按照標準來部署MTC網絡還為時尚早，需要研究一種網絡架構既具有在現(xiàn)有網絡基礎上投資和部署的可行性，又能滿足現(xiàn)階段MTC業(yè)務應用的需求。

　　5 3G網絡階段的M2M網絡架構

　　在現(xiàn)有的3G網絡階段，為解決發(fā)展M2M業(yè)務面臨的網絡運營和網絡資源問題，運營商可以通過采用物理上隔離的網絡來單獨承載機器通信業(yè)務，在初期可以通過核心網中專設的網元實現(xiàn)業(yè)務的隔離，在后期演進也可以延伸到采用專用的接入網實現(xiàn)物聯(lián)網業(yè)務的接入隔離。此外，物聯(lián)網管理平臺也是物聯(lián)網解決方案中必不可少的組成部分。物聯(lián)網管理平臺與物聯(lián)網獨立網元配合，在物聯(lián)網業(yè)務發(fā)展的初期階段主要實現(xiàn)物聯(lián)網獨立碼號集中管理和物聯(lián)網業(yè)務有效管控等功能。隨著物聯(lián)網的發(fā)展，平臺的功能也會逐步支撐更多資源管控與更多的業(yè)務流程，并開放更多資源及能力?？梢愿鶕﨧2M業(yè)務的特性，實現(xiàn)基于位置、時間段、接入類型的QoS控制和相應的計費策略;還可以根據用戶的屬性及行為進行相應的分組，實行基于群組的流量統(tǒng)計、事件分發(fā)和策略執(zhí)行等，這體現(xiàn)在核心網中PCRF/SPR/M2MSP的功能實現(xiàn)。綜上所述，在3G發(fā)展階段，M2M網絡架構的特征具體體現(xiàn)在以下四個方面：

　　(1)在無線接入側對Wi-Fi、2G、3G、無線傳感網絡等多種方式的整合，實現(xiàn)移動通信網絡對行業(yè)應用領域的廣覆蓋，構建面向行業(yè)的M2M移動網絡。

　　(2)在核心側構建M2M專用的HLR、GGSN、SMSC等網元，實現(xiàn)對M2M等物聯(lián)網業(yè)務的集中運維和管理，并能夠實現(xiàn)與“現(xiàn)網”的有效隔離，有利于網絡的安全、穩(wěn)定、擴容及升級。