（通信与信息系统专业论文）关于M2M通信技术应用的研究.pdf

武汉理j ：人学硕十学位论文 摘要 将从移动设备测量到的不同类型的数据，传送到位于中心的一个存储器当 中在很多情况下成为一种需求。在这样的机器对机器( m 2 m ) 通信的应用中， 此过程应该是自动化的，不需要用户界面的。根据实际情况不同，收集到的信 息可以是多种类型的，例如它可能是二进制型文件，一个x m l 文件，音频文 件，图片，视频文件，等等。移动设备需要在特定的时间( 如检测到警报或者 是根据计划的时间表) 传送出测量的到数据到一个中心的数据服务器上。 电子家庭医疗是m 2 m 技术应用到的一个典型。这项新的技术在医疗保健 方面有着广泛的应用。基于对心脏病疾病治疗的应用，本文描述了这样一个电 子医疗的系统设计方法，并且讨论了该项应用中的一些要求，例如传输数据的 速度，数据的安全因素等方面。 基于该应用中的要求，此论文着重于对合适的m 2 m 设备进行了评估。评 估从以下一些性能方面进行：网络协议例如t c p , u d p , h t l l p f t p , f t p s 等等； 移动通信系统( g p r s ，e d g e ，u m t s ) 。在此应用模型当中，首先选择合适的网 络协议，然后将采集到的信息通过移动通信系统( g p r s ，e d g e ，u m t s ) ，经由 互联网自动的传送到中心的一个基于w e b 的服务器中。同时，本论文也推荐了 一些可以运用于此应用当中的保护数据安全的措施。 运用选取的支持g p r s 通信的新的无线通信m 2 m 设备，本论文设计了一 个模型，在此模型中，病人的心电图得以成功的从m 2 m 设备中传输到远端的 基于w e b 的服务器上，其中做了一些编程的工作。这个模型显示了m 2 m 这项 新技术运用于电子家庭医疗当中的可能性。 一些新技术应用到m 2 m 通信系统之中的可能性需要进一步讨论，以便对 于将来的m 2 m 系统提出改进。 关键词：机器对机器，g p r s ，3 g 公钥基础设施，医疗保健 i l 武汉理t 大学硕十学位论文 a b s t r a c t i nm a n ys i t u a t i o n st h e r ei san e e df o rm o b i l ed e v i c e st oc o l l e c td i f i e r e n tt y p e so fd a t a a n dt r a n s m i tt h i si n f o r m a t i o nt oac e n t r a ls t o r a g e i ns u c hm a c h i n e t o m a c h i n e ( m 2 m ) s i t u a t i o n s ，t h i sp r o c e s ss h o u l db ea u t o m a t i cw i t hn on e e do fu s e ri n t e r f e r e n c c t h et y p eo fc o l l e c t e di n f o r m a t i o nc a nb ei nm a n yd i f i e r e n tf o r m a t sd e p e n d i n gu p o n t h ea c t u a ls i t u a t i o n a n dm a yf o ri n s t a n c eb eab i n a r yf i l e a nx m l f i l e ，v o i c e r e c o r d i n g s ，p i c t u r e s ，v i d e or e c o r d i n g s ，e t c t h em o b i l ed e v i c es h o u l db ea b l et o t r a n s m i tm e a s u r e dd a t aa tad e f i n e dt i m e ( p r o b a b l yd e p e n d a n to ns o m ea l a r m d e t e c t i o n so rap r e d e f i n e dt i m es c h e d u l e ) t oac e n t r a ld a t as e r v e r t e l e h o m e c a r ei sat y p i c a la p p l i c a t i o no fm 2 m t e c h n o l o g y i t sw i d e l yu s e di nt h e h e a l t hc a r ea r e a b a s e do nah e a r td i s e a s es c e n a r i os i t u a t i o n ，t h i st h e s i sd e s c r i b e s h o ws u c has y s t e mc a nb ed e s i g n e d ，a n dd i s c u s s e ss o m er e q u i r e m e n t si nt h es c e n a r i o s u c ha sd a t as p e e d ，s e c u r i t yi s s u e s b a s e do nt i l er e q u i r e m e n t si nt h es c e n a r i o t h i st h e s i sf a l c u s e so ne v a l u a t i o no f s u i t a b l em o d u l e sf r o mt h es p e c i f i c a t i o no fp r o t o c o l ss u c ha st cp u d 只h t t p f t 只 f t p sa n ds oo nt ob eu s e df o ra u t o m a t i ct r a n s m i s s i o no f s u c hr e c o r d e di n f o r m a t i o n ， a n dt h es p e c i f i c a t i o no f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( g p r s ，e d g e ，u m t s ) w i t h w h i c hv i ai n t e r n e ts e n dt h i si n f c ) r m a t i o nt oac e n t r a lw e b b a s e ds e r v e r s o m e m e t h o d so fh o wt ok e e pt h es e c u r i t yo fd a t aa r ea l s or e c o m m e n d e di nt h et h e s i s b yt h eu s eo f n e w c h o s e nw i r e l e s sd a t am o d e m st h a ts u p p o r t sg p r sc o m m u n i c a t i o n ； t h et h e s i sd e s i g n sap r o t o t y p ei nw h i c ha ne c go fp a t i e n ti s 缸a n s f b r r e ds u c c e s s f u l l y f r o mt h em o d u l et oaw e b - b a s e ds e r v e rw i t hs o m ep r o g r a m m ew o r ki nt h ep r o t o t y p e i ts h o w st h ep o s s i b i l i t i e so f t h i sn e wt e c h n o l o g yc a nb eu s e di nt h et e l e h o m e c a r e t h ep o s s i b i l i t i e si nn e wt e c h n o l o g ys h o u l db ee v a l u a t e dw i t hr e s p e c tt om 2 m c o m m u n i c a t i o n ，i no r d e rt og i v es o m er e c o m m e n d a t i o n sf o raf u t u r es y s t e md e s i g n k e yw o r d s ：m 2 m ，g p r s ，3 gp k i ，h e a l t h c a r e 武汉理工人学硕士学伉论文 a c r o n y m sa n da b b r e v i a t i o n s a i m a m p s a h b s s b t s b s c c a c d m a c s d c r c c n i d t e d c e e c g e d g e e s p f c s f t p g p r s g g s n g b n g s n g m s k i p i s o i s d n i e t f i t u i m t a u t o m a t i ct e l l i n gm a c h i n e a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r b a s es t a t i o ns y s t e m b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o n b a s es t a t i o nc o n l x o l l e r c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c i r c u i ts w i s h e dd a t a c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ki n t e r f a c e ( c o m p a n yn a m e ) d a t at e r m i n a le q u i p m e n t d a t ac i r c u i t t e r m i n a t i n ge q u i p m e n t e l e c t r o c a r d i o g r a m e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a d f r a m e c h e c ks e q u e n c e f i l et r a n s f e rp r o t o c o l g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e g p r sb a c k b o n en e t w o r k g p r ss u p p o r tn o d e g a u s s i a nm i n i m u ms m rk e y i n g i n t e r n e tp r o t o c o l i n t e m a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k i n t e r a c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n i n t e m e tm o b i l et e l e c o m m t m i c a t i o n l i i 武汉理丁大学硕士学何论文 l c p m 2 m n c p p o s p s n q p d a p d c p d n p d p p p p p s k p b c c h r f c r f i d s g s n t c p t d m a u d p u m t s x m l l i n kc o n t r o lp r o t o c o l m a c h i n et om a c h i n e n e t w o r kc o n t r o lp r o t o c o l p o i n to fs a l e p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t p a c i f i cd i g i t a lc e l l u l a r p a c k e td a t an e t w o r k p a c k e td a t ap r o t o c o l p o i n tt op o i n tp r o t o c o l p h a s es h i rk e y i n g p a c k e tb r o a d c a s tc e n t r a lc h a n n e l r e q u e s t sf o rc o m m e n t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e t r a n s m i s s i o nc o n t r o ip r o t o c o l t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 独创性声明 y8 g 0 2 , 3 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究性工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文字特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 奎盛日期：垫吐皇! 翌 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生签名：监导师签日期：垫6 ：51 矽 竹 名 量望望二! 盔兰堡主堂堡堡苎 1 2t h e s i sd e f i n i t i o n c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n t h et h e s i s t i t l ej s ： e v a 1 u a t i o no f s o l u t i o n s f o ra u t o m a t e di n f o r m a t i o nt r a n s f e r 幻md 州o b i l ed e v f c p 肋 aw e b b a s e dd a t a s e r v e rw i t hu s eo f w i r e l e s sm 2 m c d m m m 蛇i c a f o n t h ef i n a ld e f i n i t i o no ft h et h e s i si s ：b a s e do nas u i t a b l e s c e n a r i os i t u a t j o n i ti s n e c ，e s s a r y 鼍，d e s c r i b eh o w s u c ham 2 ms y s t e mc a nb e d e s i g n e d ，a n di ts h o u l db e e v a j u a t e d t lr e s p e c tt ot r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , r e l i a b i l i t ya n d s e c u r i t yi s s u e s ， 裟罴鉴吣 鸥埘啦 鬻一试蔫_；| w ；刍曜扭硎一嚣盎 g ，m 蜥 一一一 胁 删叭觚 嚣 孽 篇麓 m 岫一吨 岫蛐批吣 一一 一一一 一一一 一一 一一一一一一一一一 一一 武汉理工大学硕士学位论文 t h et h e s i sw i l lf o c u so ne v a l u a t i o no fs u i t a b l em o d u l e sa n dp r o t o c o l st ob eu s e df o r a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o no fs u c hr e c o r d e di n f o r m a t i o n b y t h eu s eo fm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ( g p r s ，e d g e ，u m t s ) a n dv i ai n t e m e ts e n dt h i si n f o r m a t i o nt oa e e n t r a lw e b b a s e ds e r v e r b yt h eu s eo fn e ww i r e l e s sd a t am o d u l et h a ts u p p o r t sg p r sc o m m u n i c a t i o n ；i ts h o u l d b ep o s s i b l et od e s i g nap r o t o t y p ei no r d e rt os h o wt h ep o s s i b i l i t i e si nt h i sn e w t e c h n o l o g y ，t h ep o s s i b i l i t i e si nn e wt e c h n o l o g ys h o u l db ee v a l u a t e dw i t hr e s p e c tt o m 2 mc o m m u n i c a t i o n ，i no r d e rt o g i v es o m er e c o m m e n d a t i o n sf o raf u t u r es y s t e m d e s i g n 1 3r e p o r to u t l i n e f i r s to fa l l ，t h et h e s i si n t r o d u c e sm 2 m t e c h n o l o g ym a di t sa p p l i c a t i o n sw h i c hi sl h e b a c k g r o u n do f m 2 m t h e s ea r ei nt h ec h a p t e r la n dc h a p t e r 2 m a i n l yt h et h e s i sd i ds o m er e s e a r c ho nu s i n gt h i st e c h n o l o g yi n t oh e a t t h c a r e ，i nt h e t e l e h o m e c a r ea p p l i c a t i o nt h e r ea r em a n yr e q u i r e m e n t sf o rt h i sn e wt e c h n o l o g y t h e r e f o r es o m es p e c i f i c a t i o n sl i k et h ei n t e m e tp r o t o c o l s ，t r a n s m i s s i o ns y s t e m sa n d s e c u r i t y i s s u e sa r ee v a l u a t e di nt h et h e s i s t h e s ea r ed o n ei nt h ec h a p t e r 4a n d c h a p t e r 5w h i c ha r eb a s e do nt h et h e o r ys t u d yi nc h a p t e r 3 t h ec o n t r i b u t i o no ft h et h e s i si st oc l a i mt h eb e s ts p e c i f i c a t i o n so ft h em 2 mm o d u l e u s i n gi nt h eh e a r td i s e a s es c e n a r i o f r o mt h e s es p e c i f i c a t i o n st h eb e s tm o d u l ei nt h e m a r k e tn o w a d a y si sc h o s e nt od ot h er e s e a r c h a n ds u c ham 2 ms y s t e mc a nb e d e s i g n e d l a t e ri nt h ed e s i g n e ds y s t e m ，ap ci sc o n s i d e r e da sa ne x t e r n a ld e v i c ew h i c ht r a n s f e r s t h ee c g p i c t u r et ot h em o d u l et h e nv i ai n t e r n e tt oas e r v e r , w i t ht h eu s eo ft h ej a v a p r o g r a m ，t h ee c gp i c t u r ei ss u c c e s s f u l l yt r a n s f e r r e dt ot h es e r v e rw h i c bs h o w st h e p o s s i b i l i t y o ft h et e c h n o l o g yu s e di nt h et e l e h o m e - c a r ef o rh e a l xd i s e a s ep e o p l e t h e s ea r ed o n ei nc h a p t e r 6a n dc h a p t e r 7 h o w e v e rt h e r ea r es t i l ls o m ew o r kc a nb ep r o g r e s s e di nt h ep r o t o t y p ew h i c hc a nb e v e r yu s e f u li nt h ea p p l i c a t i o no fh e a l t h c a r ec h a p t e r 8a n dc h a p t e r 9a r ea b o u tt h e s e 2 武汉理工大学硕士学位论文 c h a p t e r2t y p i c a la p p l i c a t i o n so fm 2 mt e c h n o l o g y 2 1i n t r o d u c t i o nf o rm 2 m m 2 m t e c h n o l o g yi sa na d v a n c e dm a c h i n et om a c h i n ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi ti s i nr a p i di n c r e a s i n gn o w i ts t a n d sf o rm a c h i n e t o - m a c h i n e m a i n l yu s e df o re n d - t o e n d w i r e l e s st r a n s m i s s i o n f o re x a m p l e ，ad i k ei sb e i n gt h r e a t e n e db yt h ef l o o d ，a n dt h e w a t e r1 e v e ri sg o i n gt or e a c ht h ed a n g e r o u sl e v e ew bc a l lm a k ea ne m e r g e n c yn u m b e r t h e r e ，a n di ft h ew a t e rl e v e ri sr e a c h i n gt h e r e am a c h i n ew i l lm o n i t o ri t ，a n df a s t t r a n s f e r st h i se m e r g e n c yc i r c u m s t a n c et ot h ec o n t r o lc e n t r eo fa n o t h e rm a c h i n e t h e p r o c e s si sw i r e l e s sa n da u t o m a t i c t h i sc o u l db ed o n ew i t has i n a i la n da ni n t e l l i g e n t m 2 md e v i c e s ow ec a l ls e et h a tt h i sk i n do ft e c h n o l o g yi sv e r yu s e f u la n dc a np l a y a ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep r a c t i c e b r o a d l ys t a t e d ，m 2 mi st h ec o n n e c t i o na n dc o m m u n i c a t i o na m o n ga l la s p e c t so ft h e p h y s i c a le n t e r p r i s e ：k n o w l e d g ew o r k e r s ，b u s i n e s sa p p l i c a t i o n s ，a n dr e m o t e l y d i s p e r s e da s s e t sa n de q u i p m e n t am a c h i n ec a nb ed e f i n e da sa n y t h i n gw i t hm e c h a n i c a l ，e l e c t r i c a l ，e l e c t r o n i c ，o r e n v i r o n m e n t a lp r o p e r t i e s e x a m p l e si n c l u d em a n n f a c t u r i n gm a c h i n e r y ，r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s 。t e l e c o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t ，s e r v e rc a b i n e t s ，d a t ac e n t e r s ，s t o r a g et a n k s ， a n ds e c u r i t ye q u i p m e n t i n d u s t r y s p e c i f i ca s s e t sl i k eu t i l i t ye q u i p m e n t ，n a t u r a lg a s c o m p r e s s o r s a n dp i p e l i n e s ，t r a f f i c m a n a g e m e n ts y s t e m s ，a n d r e s t a u r a n ta n d c o n v e n i e n c es t o r ee q u i p m e n tc a na l s ob ec o n s i d e r e dm a t h i n e si nt h ec o n t e x to fm 2 m 1 一 c o m m u n i c a t i o nw i t ht h e s et y p e so f p h y s i c a la s s e t s ( a n de f f o r t st o1 i n kt h e mb a c kt o t h ee n t e r p r i s ei ns o m 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r i v i n gs t y l eo fp o l i c y h o l d e r si ne x c h a n g ef o rl o w e ri n s u r a n c ep r e m i u m s ，o rf o rp a y t h ei n s u r a n c eb ym i l ed r i v e n f a r m e r sa r eu s i n gi tt om o n i t o r c r o py i e l d si nt h ef i e l d s a n d e n g i n e e r sa r eu s i n gi tt oc h e c kw a t e rl e v e l so nt h ef l o o dp l a i n s g e n e r a l l y , t h et e c h n o l o g yi sn o w u s e di ns e v e r a lf i e l d sa sb e l o w 2 2a p p l i c a t i o n so f m 2 m 2 2 1t e l e m e t r y ( 1 ) u t i l i t ym e t e rr e a d i n g ( w a t e r g a s e l e c t r i c i t y ) e v e r yf a m i l yu s e st h ew a t e r , g a sa n de l e c t r i c i t y a n dt h ea m o u n tn e e db ec h e c k e d e v e r yt i m ew h e ni ti st ob ec h a r g e d b u ti t sav e r yh u g ew o r kt od ot h a tt oc h a r g e e v e r yf a m i l y sm e t e r w ew a n tt of m dai n t e l l i g e n tw a yt os o l v et h i sq u e s t i o n t h e r e h a v eb e e ns e v e r a lm e t h o d sp r o v 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