第二章M2M技术中国铁道

第2章M2M技术内容2.1M2M技术概述2.2M2M的发展概况2.3M2M的标准化2.1M2M技术概述2.1.1M2M的概念，系统构成，基本特性，优点2.1.2M2M与物联网一、什么是M2MM2M是Machine-to-Machine的简称，指机器与机器间无线通信的业务类型。M2M业务为各种行业客户提供了一种集数据采集、传输、处理和业务管理的整套解决方案。例如：在电力行业主要是监测配电网运行参数，实现配电系统的监测、保护、控制、用电和配电的现代化管理维护；在石油行业主要用于采集油井工作情况信息，远程对油井设备进行遥调遥控，及时准确了解油井设备工作情况。在交通行业用于采集车载信息终端采集车辆信息（如车辆位置、行驶速度、行驶方向等），远程管理控制车辆。一、什么是M2MM：Machine,Man,Mobile。M2M:Machine–To–MachineMachine–To–ManMan–To–ManM2M是指通过各种无线通信技术，将机器、人组成一个巨大的网络，通过这个网络，实现各种应用，例如对终端设备的监控、医疗、车载、气象、智能家居等行业应用。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。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1.1什么是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：在未来机器与机器之间能够通过通信媒介，像人与人之间一样进行交流，并且这种交流是自主的、具有一定智能的二、M2M系统与构成移动通信网络用户移动设备用户设备M2M终端RS232用户设备M2M终端RS232M2M管理平台USERDATA数据库DataData通信接口通信接口Internet行业用户(应用程序)M2M终端行业用户(应用程序)行业用户(应用程序)具体系统结构1、通信模块及终端I.包括无线模块、内置传感器、智能RFID标签II.将通信模块植入到特种终端中，譬如：工业可编程控制器，具有无线传输能力的复印机，流水线机器人，智能手机等2、网络I.包括无线网络和有线网络II.要确保网络的覆盖能力和可靠性III.能够支撑标准通信协议以及为数据提供低成本、高效率的传输通道3、软件I.标准的平台扫清了改造升级的技术障碍并使客户与其合作伙伴、供应商合作无间II.标准化的应用服务使数据的采集与发布更加容易III.整合应用，根据M2M的核心业务定制M2M应用系统的构成M2M应用系统的核心包括以下三个重要组成部分从技术层面看，各环节发展现状及主要难点各不相同1.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2.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3.热点：业内关注ZigBee和RFID•ZigBee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1.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2.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1.借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策2.复杂的应用层语言环境、内容管理等要求1.传感网和通信网的无缝连接2.统一的协议栈1.上下文感知技术2.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的基本特性4、交互性3、普适性2、集中管理1、智能化实现功能特性使用者特性实现技术特性5、实时性2.2M2M的发展概况2.2.1国外2.2.2国内1.6国内外发展现状全球物联网发展主要的驱动因素和挑战驱动挑战政府产业链技术•各国都把物联网提到了国家信息化发展的战略高度，并纷纷提出了计划，制定目标和行动•终端：射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等逐步成熟•网络：3G、4G技术的发展会促进通信成本的下降•终端：技术有待提升促进成本持续下降•网络：IPv6在适用阶段，IPv4资源存在局限；多种无线传感技术与通信网络的融合尚未解决•应用：海量数据的计算和处理•产业链初步形成，各环节分工较为清晰•产业链各环节中以全球领先的跨国企业为核心，带动着产业链能力的总体提升•通信终端及通信模块环节：非常重视M2M的研发和投入，成为新一轮增长的驱动•全球运营商随着个人用户普及率的增长，需要寻求新的增长驱动•各产业环节初步形成了产业的相关能力•新兴的服务商看好产业机会，也在积极参与和推动•尚没有具体的扶持和立法政策出台•产业链各环节尚未形成共赢商业模式，且协同较差•产业链环节较长，复杂度高，导致整体成本很难降低•产业链各环节企业相对分散，规模小，尤其是服务环节。各环节总体属于投入阶段，很难实现收支平衡，规模小客户•客户存在潜在需求•对物联网的认知度较低欧美产业生态环境相对成熟，主要以政府推动为核心，产业链的主要推动者欧美和日韩有差异传感器提供商通信模块提供商电信运营商中间件及应用开发商服务提供商系统集成商用户行业监管者管理咨询服务商测试认证商服务二次销售商政府和行业监管成为主导因素欧美：美国的“智慧地球”、电子商务等；欧盟的“e-Call”、“物联网行动计划”日韩：日本的“E-Japan”、“I-Japan”；韩国的“U-korea”产业环境欧美：研发能力：产业内聚集全球100强企业，技术标准相对完善，生产制造领先市场认知：客户认知度和接受度高，工业应用相对领先，网络高带宽低资费产业链发展：产业链已经形成，并通过内部并购合作整合能力推进发展日韩：研发能力：日韩研发能力很强，紧跟欧美推行自主研发标准体系市场认知：客户认知较高，尤其是个人用户，带宽基础好，高带宽低资费产业链发展：产业链各环节清晰，但尚未看到产业链内整合厂商和运营商共同推进产业发展欧美：各环节传统厂商以及运营商共同推进，新兴专注于M2M厂商积极参与日韩：运营商成为产业链的主要推动力日韩由运营商担当服务商且欧美市场上，产业链各环节中全球大鳄们都在进行横纵向整合，抓住新一轮机遇传感器提供商通信模块提供商电信运营商中间件及应用开发商服务提供商系统集成商用户服务二次销售商以提升市场占有，提高技术解决方案能力及服务能力而展开横纵向并购及合作M2M部门nPhaseRedBend物联网技术标准：相关技术标准组织和切入点网关应用业务平台传感器网IP网络远距离传输网ITU-TNGNCENSmartMeteringISO/IECJTC1UWSNCENELECSmartmeteringOASISW3CIPSOIPV6harewareandprotocol;sZCLZigBeeAllianceZBApplicattionProfilesIETF6LowPANPhy-MacOverIPV6IETFROLLRoutingoverLowPowerLossyNetworksOMAGSMASCAG,……ETSIM2MTC3GPPSA1,SA3,,……ESMIGMeteringEPCGLobalGS1HGIHomeGatewayInitiativeUtilitiesMeteringWOSAKNXW-MbusIEEE802.15.4信息来源：ETSIM2MTC整体框架•ITU-TSG13–USN网络的需求和架构设计•ETSIM2MTC–M2M需求和功能架构•ISO/IECJTC1SC6SGSN–SN研究报告WSN/RFID•IEEE802.15–低速近距离无线通信技术标准•IETF6LoWPANROLL–基于IEEE802.15.4的IPv6，低功耗有损网络路由•EPCGlobalGS1–RFID标识和解析–EPCGlobal召开了有关ONS(ObjectNameService)的路由和命名问题的讨论智能电网/计量电信网•FCC：美国智能电网标准•IEEE：P2030：智能电网Guide802.15.4g：智能电网近距离无线标准•CEN/CENELEC/ETSI–欧洲智能计量标准•3GPPSA1/SA2/RAN2–M2M优化需求–网络和无线接入的M2M优化技术•GSMASCAG：智能SIM卡•OMADMM2M发展状况与前景机器的普及为人类带来了生产力的提高，带来了生活的便利。越来越多的机器带来另一个烦恼，对机器的管理、机器间协调、运行成本等问题。核心就是信息的传递。在M2M技术的应用方面，现在有了两点变化。移动通信技术的发展特别是3G、4G移动通信网络的商用使得M2M通讯更为简单、价格可能也会更低全球移动通信系统遍布全球，企业可以很快就建立起自己的通讯网络。美国一家名为AlexanderResources的调查公司，2010年，全球M2M市场总额将增长至2700亿美元。采用全球统一标准的移动通信系统技术将在其中占据重要地位。三、M2M发展状况与前景MachineScopeVoicevs.M2MtrafficM2M通信巨大市场空间世界上大约有25000亿台机器，其中大约6000亿台机器带有微处理器。“硅生物”之间的通信将是人类间通信的数百乃至上千倍。据权威咨询公司估计，仅在西欧就有3百万台电梯，1千万自动售货机，2亿个电表，每年新增2千万辆汽车。M2M市场预测—500亿机器终端联网2009年全球已经有超过1万亿台设备（仪表、传感器等）---TheEconomist(媒体)2010年，全球有超过4000亿台机器具备数据传输功能，M2M成为驱动移动通信发展的关键因素；---DoCoMo(运营商)2010年，欧洲有超过6亿设备，其中超过1.2亿台智能仪表通过蜂窝网络进行通信，降低劳动成本，提升效率---BergInsight（咨询公司）2015年，全球将有超过500亿仪表设备连接到蜂窝网络的能力，通过无线方式发送数据，实现M2M通信---M2MForumConnectingMachine由爱立信提供的数据显示：2003年约占电信总收入的18.1%，2006年则增至22.9%。其中，M2M被认为是最有希望的一个发展方向。2006年，全球范围内M2M应用市场规模已经达到了200亿欧元，到2010年，规模达到2200亿欧元，仅在欧美就会带来700亿欧元以上的年收入。目前，欧美发达国家和韩日等国已经实现了M2M商用，主要应用于安全监测、自动贩卖机、公共交通系统、车辆监控与管理、工业流程自动化、电动机械、城市信息化等领域。在中国市场上，用于车辆调度管理、跟踪监控等的含GPS的M2M应用已经比较成熟，电子支付、城市管理信息化等环节也在考虑更多的采用M2M通信技术以提高效率。探索新的商业模式面向行业应用的解决方案T