吳險(xiǎn)峰，王寅峰

（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院，廣東 深圳510000）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)作為一項(xiàng)新興的技術(shù),已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的高度重視[1]。機(jī)器通訊(M2M，Machine to Machine)屬于物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)階段的重要應(yīng)用[2]。各標(biāo)準(zhǔn)組織如3GPP、歐洲歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) (ETSI，European Telecommunications Standards Institute）和中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) (CCSA，China Communications Standards Association)等都已經(jīng)啟動(dòng)關(guān)于 M2M 的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但總體而言仍處于初級(jí)階段。針對(duì) M2M 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中關(guān)鍵技術(shù)的分析和研究，對(duì)M2M未來的普及有著重要的指導(dǎo)作用。文獻(xiàn)[3-4]對(duì)國(guó)內(nèi)外 M2M 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況做了描述，文獻(xiàn)[5-6]分別介紹了M2M國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況和M2M終端標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。但因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)還在進(jìn)行和完善中，原有的 M2M 部分重要技術(shù)草案有了不同程度的修訂和變化[7-8]。考慮到3GPP類型的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在全球占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，本文重點(diǎn)研究3GPP定義的M2M技術(shù)。在 3GPP的定義中，M2M 也稱為機(jī)器類型通信(MTC，Machine-type Communications)。

1 3GPP M2M研究概況

按照 3GPP組織的工作流程，一項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定可分為研究項(xiàng)目(SI ，Study Item)和工作項(xiàng)目(WI ，Work Item)兩個(gè)階段。前者是可行性研究階段，負(fù)責(zé)分析該技術(shù)的業(yè)務(wù)需求，提出各種可能的解決方案并對(duì)其可行性做出評(píng)估，形成技術(shù)報(bào)告(TR，Technical Report)。后者是標(biāo)準(zhǔn)制定階段，主要根據(jù)SI階段的研究結(jié)論，在相應(yīng)技術(shù)規(guī)范工作組(TSG, Technical Specification Group)依次形成技術(shù)規(guī)范(TS ，Technical Specification)，通過版本號(hào)進(jìn)行區(qū)分。版本一旦凍結(jié)就不能再增加新特性，只能在原有基礎(chǔ)上修訂。到2011年10月，各階段主要進(jìn)展概況如表1示。

2 MTC基本架構(gòu)

圖1是R11階段的最新3GPP MTC整體框架[11]。主要接口有：①M(fèi)TCsp：負(fù)責(zé) MTC功能模塊（圖中的MTC-IWF）和MTC的信令交互；②MTCi：通過Ip方式和MTC服務(wù)器連接；③MTCsms：通過網(wǎng)絡(luò)短信方式與MTC服務(wù)器連接。

表1 3GPP M2M研究概況

圖1 R11階段MTC方案最新架構(gòu)

MTC通訊分成3類模型：

1）間接模型（Indirect Model）分為2種情況。MTC服務(wù)器不在運(yùn)營(yíng)商域內(nèi)，由第三方MTC服務(wù)提供商提供MTC通訊，MTCi、MTCsp 和 MTCsms是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的外部接口；MTC服務(wù)器在運(yùn)營(yíng)商域內(nèi)，MTCi, MTCsp 和 MTCsms 是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部接口。

2）直接模型（Direct Model）：MTC應(yīng)用直接連接到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，不需要MTC服務(wù)器。

3）混合模型（Hybrid Model）：直接模型和間接模型同時(shí)使用。典型例子就是用戶平面采用直接模型，而控制平面采用間接模型。

為了支持 MTC的間接模型和混合模型，3GPP專門定義了MTC交互功能模塊（MTC-IWF，MTC InterWorking Function），主要完成功能：①終結(jié)MTCsp協(xié)議；②提供MTC服務(wù)鑒權(quán)；③對(duì)來自MTC服務(wù)器的控制平面請(qǐng)求進(jìn)行授權(quán)，具體的請(qǐng)求消息種類還需要進(jìn)一步研究；④為3GPP網(wǎng)絡(luò)和MTC服務(wù)器之間的安全通訊提供支持；⑤需要進(jìn)一步擴(kuò)展的其他功能。

MTC-IWF可以是單獨(dú)網(wǎng)元，或者是其他網(wǎng)元中的一個(gè)功能模塊。由于只是研究報(bào)告，而不是最終的規(guī)范，網(wǎng)元還存在變數(shù)，后期可能根據(jù)需要增加新的網(wǎng)元。即使對(duì)于已有的網(wǎng)元如HLR/HSS、SGSN/MME、和GGSN/PGW等，都需要增加支持MTC通訊的功能模塊。并且此框架還沒有考慮漫游情況。

3 MTC接口協(xié)議棧

3.1 用戶平面

如圖2所示，MTC接入部分繼續(xù)沿用已有協(xié)議，只是到了MTC 服務(wù)器就改成新的MTCi接口。用戶平面功能模塊（MTC UP Function）不是一個(gè)必須的模塊，只是表示如果系統(tǒng)出現(xiàn)此類模塊，那么應(yīng)該包含在MTC服務(wù)器中。

圖2 MTC用戶平面協(xié)議棧

3.2 控制平面

包含MTCsp（如圖3）和MTCsms（如圖4）的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。對(duì)于 MTCsp協(xié)議棧，MTC-IWF到3GPP其他網(wǎng)元接口還沒有最后定論，而MTC-IWF本身協(xié)議棧在 MTC直接模式和間接模式的不同情況下也有待研究。

圖3 MTC用戶平面協(xié)議棧MTCsp類型

圖4 MTC用戶平面協(xié)議棧MTCsms類型

4 結(jié)語

和R10階段的MTC架構(gòu)[10]比較，新的MTC架構(gòu)出現(xiàn)了較大變化。在R10階段，還沒有考慮核心網(wǎng)，主要想通過無線側(cè)就解決機(jī)器的接入。但后來 3GPP發(fā)現(xiàn)大量機(jī)器的接入會(huì)導(dǎo)致信令擁塞，也需要對(duì)核心網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，于是后面的版本中，有關(guān)核心網(wǎng)的網(wǎng)元也涉及其中。個(gè)人認(rèn)為這是導(dǎo)致架構(gòu)出現(xiàn)變革的最主要原因。同時(shí)用戶平面和控制平面分離，并定義了新的 MTCsp接口，可實(shí)現(xiàn)更靈活高效的組網(wǎng)?，F(xiàn)在的MTC架構(gòu)還只是一個(gè)技術(shù)報(bào)告，而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范，已有的網(wǎng)元的 MTC功能擴(kuò)展還沒有完成定義。3GPP需要將其逐步轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)的M2M標(biāo)準(zhǔn)也在同步制定中，跟蹤3GPP在這方面的最新進(jìn)展，對(duì)中國(guó)M2M標(biāo)準(zhǔn)化研究有很好的參考借鑒作用。

[1] 趙靜,喻曉紅,黃波,等. 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展[J].通信技術(shù), 2010,43(09):112-114.

[2] 孫鵬,王耀輝,陳超. 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景[J].通信技術(shù), 2011,44(05):106-108.

[3] 彭曉睿.物聯(lián)網(wǎng)中M2M技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展[J]. 信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn), 2010 (11): 33-35.

[4] 朱浩,劉榮朵. M2M國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010(10):43-47.

[5] 音春. M2M業(yè)務(wù)信息化應(yīng)用研究[J]. 移動(dòng)通信,2011(01)：75-79.

[6] 張隨,張明坤,董文興. M2M終端標(biāo)準(zhǔn)化之研究[J]. 山東通信技術(shù),2011(02):5-7.

[7] ETSI TS 102 689. Machine-to-Machine Communications(M2M):M2M Service Requirements[S].France:[s.n.],2010.

[8] ETSI TS 102 690.Machine-to-Machine Communications(M2M)Functional architecture[S].France:[s.n.],2011.

[9] 3GPP TS 22.368. Service Requirements for Machine-Type Communications[S].USA:3GPP,2011.

[10] 3GPP TR 23.888. System improvements for Machine-Type Communications (Rel-10）[S]. USA:3GPP, 2010.

[11] 3GPP TR 23.888. System improvements for Machine-Type Communications (Rel-11）[S]. USA:3GPP,2011.