物联网技术第章MM技术ppt课件.ppt

第五章M2M技术 概述 M2M的体系结构 协议 内容 M2M应用 3 1 2 M2M前景和挑战 4 目录 5 1概述 上世纪90年代中后期 随着各种信息通讯手段的发展 加之地球上各类设备的不断增加 人们开始越来越多的关注于如何对设备和资产进行有效监视和控制 甚至如何用设备控制设备 M2M 理念由此起源 什么是M2M M2M是现阶段物联网最普遍的应用形式 是实现物联网的第一步 未来的物联网将是由无数个M2M系统构成 不同的M2M系统会负责不同的功能处理 通过中央处理单元协同运作 最终组成智能化的社会系统 相关概念 M2M 传感网 物联网 泛在网络 智慧地球 应用层 通信对象 网络层 传感器 近距离无线通信 低速 低功耗 传感器网 近距离无线通信RFID 二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端 传感器网 近距离无线通信RFID 二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端通信终端 手机 上网卡等 物 物 物 物人 物 物 物人 物人 人 不包括 一个或几个网络初期 传输后期 融合 协同 多网络 多技术异构协同智能 跨技术 跨网络 跨行业 跨应用 末端网 终端 基础网络 什么是M2M M2M表达的是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起机器对机器 MachinetoMachine 人对机器 MantoMachine 机器对人 MachinetoMan 移动网络对机器 MobiletoMachine M2M让机器 设备 应用处理过程与后台信息系统共享信息 并与操作者共享信息 什么是M2M M2M Machine Man to Machine Man 是一种以机器智能交互为核心的 网络化的应用与服务 简单地说 M2M是指机器之间的互联互通 M2M技术使所有机器设备都具备连网和通信能力 它让机器 人与系统之间实现超时空的无缝连接 M2M通信技术综合了通信和网络技术 将遍布在日常生产生活中的机器设备连接成网络 使这些设备变得更加 智能 从而可以创造出丰富的应用 给人们的日常生活 工业生产等带来新一轮的变革 M2M示意图 什么是M2M M2M MachinetoMachine 机器与机器之间自动的数据交换 包括传统意义上的机器 如汽车 自动售货机等也包括虚拟意义上的机器 如软件等基于通用通信网络实现的机器与机器之间的 交流 引出了所谓 物联网 的概念 其设想是 EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute ETSI ThirdGenerationPartnershipProject 3GPP ChinaCommunicationsStandardsAssociationCCSA 研究M2M的各大标准化组织 ETSIM2M通信功能体系架构 标准化组织 项目内容 3GPP标准化工作 项目 1 TC5WG7完成了移动M2M业务研究报告 描述了M2M的典型应用 分析了M2M的商业模式 业务特征以及流量模型 给出了M2M业务标准化的建议 2 TC5WG9于2010年立项的支持M2M通信的移动网络技术研究 任务是跟踪3GPP的研究进展 结合国内需求 研究M2M通信对RAN和核心网络的影响及其优化方案等 3 TC10WG2M2M业务总体技术要求 定义M2M业务概念 描述M2M场景和业务需求 系统架构 接口以及计费认证等要求 4 TC10WG2M2M通信应用协议技术要求 规定M2M通信系统中端到端的协议技术要求 CCSA标准化工作 各个组织对M2M的理解均不同 M2M也没有统一的标准 除了 ETSI 3GPP等标准化组织推进M2M标准化的进程之外 也有一些运营商制定相关的一些标准 5 2M2M的体系结构 协议 内容 M2M 机器 应用 中间件 M2M终端 通信网络 M2M系统构架 具体系统结构 M2M终端具有的功能 接收远程M2M平台激活指令本地故障报警数据通信远程升级使用短消息 彩信 GPRS等几种接口通信协议与M2M平台进行通信 M2M终端类型 终端管理模块 终端管理模块为软件模块 可以位于TE或MT设备中 主要负责维护和管理通信及应用功能 为应用层提供安全可靠和可管理的通信服务 M2M管理平台为客户提供统一的移动行业终端管理 终端设备鉴权支持多种网络接入方式 提供标准化的接口使得数据传输简单直接提供数据路由 监控 用户鉴权 内容计费等管理功能 M2M管理平台的功能 M2M平台 按照功能划分 M2M终端获得了信息以后 本身并不处理这些信息 而是将这些信息集中到应用平台上来 由应用系统来实现业务逻辑 应用系统 应用系统的主要功能 把感知和传输来的信息进行分析和处理 做出正确的控制和决策 实现智能化的管理 应用和服务 M2M系统结构的特点与影响 1 多数性设备的数量在数量级上的增加将导致应用程序结构和网络负载的压力移动网络在设计时并没有考虑这些M2M设备2 多样性M2M应用程序的实现导致了大量有多种需求的设备的出现 带来异构性 对互操作能力是一大挑战3 不可见性设备必须很少或不需要人的控制 这就要求设备管理被无缝地集成到服务和网络管理中 M2M系统结构的特点与影响 4 临界性一些应用 如智能电网上的电压 生命保障系统等 在延迟和可靠性上有严格要求 这将挑战和超越现代网络的能力5 隐私问题设备管理被集成到通信系统中 意味着对于设备上数据的隐私问题和安全问题成为人们关注的问题之一 从技术层面看 各环节发展现状及主要难点各不相同 现状 能满足部分应用短距离为主 嵌入式基本实现 功耗有待改进 目前能满足部分应用难点 技术标准及成本成为障碍技术协议和标准存在多种 且各有优劣 目前处于混战由于技术的发展不足以支撑终端成本的下降 成本成为重要障碍因素热点 业内关注ZigBee和RFIDZigBee功耗低 成本低50美分 组网方便 但缺乏安全规范及完善的标准RFID成本高 无源单向 未来重点研究超高频和有源RFID 推向民用 应用域 网络域 终端域 基础网络层面 能够支撑从带宽 网络结构方面 基本能够支撑 未来对于流量的增加应如何合理利用带宽和网络资源成为业内关注热点业务网络层面 支撑层从垂直向水平融合存在不足 需要搭建水平分层业务网络体系目前IP资源的紧缺 借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策复杂的应用层语言环境 内容管理等要求 传感网和通信网的无缝连接统一的协议栈 上下文感知技术信息和数据集成处理技术 终端及网络的融合 网络与应用的融合 M2M技术组成 M2M涉及到5个重要的技术部分 包括 智能化机器M2M硬件通信网络中间件应用 1 智能化机器 实现M2M的第一步就是从机器 设备中获取数据 然后把它们通过网络发送出去 使机器 开口说话 让机器具备信息感知能力 信息加工 计算能力 无线通信能力 使机器具备 说话 能力的基本方法有两种 生产设备的时候嵌入M2M硬件对已有机器或设备进行改装 使其具有通信能力 M2M设备的特征 1 功能受限大多数M2M设备的计算 存储能力要比目前出现的笔记本电脑或手机低几个数量级2 低功率多数位于室外 不能轻易与电源相连这将减少M2M程序之间的交互次数3 嵌入式部署后很难改变4 保持不变设备更换率低 2 M2M硬件 M2M硬件是使机器获得远程通信和联网功能的部件 主要用于进行信息的提取 从各种机器设备那里获取数据 并传到通信网络 现在的M2M硬件共分为5种 嵌入式硬件 嵌入到机器中 使其具有网络通信功能 常见的产品是支持GSM GPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入数据模块 可组装硬件 在M2M的工业应用中 厂商拥有大量不具备M2M通信和联网能力的机器 可组装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的 包括从传感器收集数据的I O设备 将数据发送到通信网络的连接终端 有些M2M硬件还具备回控功能 调制解调器 嵌入式模块要将数据传送到移动通信网路 起到的就是调制解调器的作用 如果要将数据通过公用电话网络或以太网送出 则需要相应的Modem 智能传感器 具有感知能力 计算能力和通信能力的微型传感器 由智能传感器组成的传感网络是M2M技术的重要组成部分 一组具备通信能力的智能传感器以AdHoc方式构成无线网络 协作感知 采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息并发布给观察者 也可以通过GSM网络或卫星通信网络将信息传给IT系统 识别标识 如同每个机器 每个商品的 身份证 使机器之间可以相互识别和区分 常用的技术包括条形码技术 RFID技术等 3 通信网络 将信息传送到目的地 通信网络在M2M技术中处于核心地位 包括 广域网 无线移动通信网络 卫星通信网络 Internet 公众电话网等 局域网 以太网 无线局域网 Bluetooth 个域网 ZigBee 传感器网络 4 中间件 中间件包括两部分M2M网关 是M2M系统中的翻译员 它获取来自通信网络的数据 将数据传输给信息处理系统 其主要功能是完成不同通信协议之间的转换数据收集 集成部件 此部件是为了将数据变成有价值的信息 对原始数据进行不同加工和处理 并将结果呈现给这些信息的观察者和决策者 这些中间件包括 数据分析和商业智能部件 异常情况报告和工作流程部件 数据仓库和存储部件等 5 应用 在M2M系统中 应用的主要功能是通过数据融合 数据挖掘等技术把感知和传输来的信息进行分析和处理 为决策和控制提供依据 实现智能化的M2M业务应用和服务 传感器及其网络技术 通信网络技术 专用芯片 模块 终端技术 M2M平台技术 它们之间的结合技术 实现M2M主要涉及的关键技术 IPv4地址正在急速消耗 预计将于2011年底告罄 M2M技术的出现 使得数以亿计的M2M设备接入进网络 IPv6采用128位地址长度 几乎可以不受限制地提供地址 设备众多 地址耗尽 解决方法 IPv6技术是M2M通信网络的重中之重可以说IPv6构筑M2M的基础 管理流 业务流并行模式 M2M应用模式 管理流 业务流分离模式 WMMP WirelessM2MProtocol 协议是为实现M2M业务中M2M终端与M2M平台之间 M2M终端之间 M2M平台与M2M应用平台之间的数据通信过程而设计的应用层协议 5 3M2M应用 为了解决各行业需求 M2M的业务模型由三部分组成 行业终端 移动通信网络 M2M应用平台 目前全球M2M应用主要集中于三大行业和三大领域 重点应用 日韩一直以推动个人业务为核心 公共事业刚刚起步以支撑U Japan和U Korea计划 系统由监护终端设备和无线专用传感器节点构成了一个微型监护网络 医疗传感器节点用来测量各种人体生理指标 传感器节点将采集到的数据 通过无线通信方式将数据发送至监护终端设备 再由监护终端上的通信装置将数据传输至服务器终端设备上 由专业医护人员对数据进行观察 提供必要的咨询服务和医疗指导 实现远程医疗 数据采集部分 管理及业务平台 传输部分 负责采集电表数据 传输数据的通道 管理及应用 无线抄表系统 无线通信网络技术 信息采集技术 数据库管理技术 智能交通关键技术 M2M技术发展遇到的挑战 缺乏完整的标准体系商业模式不清晰 未形成共赢的 规模化的产业链窄带网络限制了M2M业务的发展以及业务信息承载方式的多样性M2M业务运营支撑系统不完善 不能完全有效地支撑M2M业务的运营M2M各行业间融合难度大 促进M2M技术成熟的因素 高水平的框架这指的是一套新兴德基于结构 平台 技术的标准 是以开发非筒仓式的 不过时应用程序为方法整合的框架政策和政府鼓励措施标准各个行业需要创造出新的标准需求在全球系统的水平上处理M2M M2M高层框架 M2M产业面对的最大部分挑战是把垂直筒仓式转变成一套简单可发展的和递增可开展的应用程序 图1 5表明向M2M工业成熟迈进的第二阶段过渡的标志是水平平台的出现和部署 M2M工业成熟的阶段 这个水平平台指的是一个贯穿业务领域 网络和设备的 连贯的有效框架 这是一系列能够功能分离的技术 体系结构和过程 特别是在应用层和网络层 5 4M2M前景和挑战 现今市场中 透过固网和无线的传输 人与人 P2P 之间的沟通或许已经成熟 但机器于机器 M2M 之间的连接却还是一块正在开发的处女地 M2M市场当下已成为全球范围内快速增长的高科技市场之一 各国的知名调研机构