機器通信的模式和特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò )前景

文章介紹了機器通信的模式和特點(diǎn)，其中最突出的特征是反向小流量業(yè)務(wù)是機器通信的主體。并將通信網(wǎng)絡(luò )承載機器通信的演進(jìn)趨勢分為3個(gè)階段：即混同承載、區別承載和獨立承載。文章認為，機器通信業(yè)務(wù)的初始階段，是業(yè)務(wù)適應網(wǎng)絡(luò )；而機器通信業(yè)務(wù)如果規?；揭欢ǔ潭群?，網(wǎng)絡(luò )應該適應業(yè)務(wù)。

　　機器通信業(yè)務(wù)將向規?；?、泛在化、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展

　　機器通信具備獨特的通信模式和特征，對通信網(wǎng)絡(luò )提出了新要求

　　通信網(wǎng)絡(luò )承載機器通信的演進(jìn)趨勢可以劃分為3個(gè)階段：混同承載階段、區別承載階段以及遠期的獨立承載階段

　　通信網(wǎng)絡(luò )從誕生開(kāi)始，一直就以滿(mǎn)足人與人的語(yǔ)音通信為目標。Internet興起后，為了承載各種新型數據通信業(yè)務(wù)，在接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)等層面進(jìn)行了相應的演進(jìn)。而今，隨著(zhù)機器通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展和對其未來(lái)的良好預期，通信網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)又獲得了重要的推動(dòng)力。

　　1 機器通信概述

　　機器通信，又稱(chēng)為M2M通信，指通信一方或雙方是機器，且機器通過(guò)程序控制能自動(dòng)完成整個(gè)通信過(guò)程的通信形式。機器通信包含機器到機器、人到機器和機器到人3種類(lèi)型的通信業(yè)務(wù)。通過(guò)機器通信，不但機器和機器之間可以進(jìn)行信息交互，機器還可以響應來(lái)自人或后端系統（也是一種機器）的控制指令，或將采集到的信息傳送給人或后端系統。文章關(guān)注的機器通信業(yè)務(wù)，主要指借助電信運營(yíng)商的通信網(wǎng)絡(luò )（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“通信網(wǎng)絡(luò )”）進(jìn)行廣域互連的機器通信業(yè)務(wù)。同時(shí)，論述的重點(diǎn)以采用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)接入的機器通信業(yè)務(wù)為主。

　　機器通信業(yè)務(wù)早已存在，只不過(guò)一方面，部分機器通信業(yè)務(wù)和公共通信網(wǎng)絡(luò )無(wú)關(guān)，例如在一些特定行業(yè)里，數據采集與監控系統(SCADA)早已被用作遠距離數據采集和設備控制的通信手段；另一方面，業(yè)務(wù)總體尚未到達一定規模，因而關(guān)注度相對不高。

　　作為物聯(lián)網(wǎng)體系中的重要一環(huán)，機器通信業(yè)務(wù)從2009年下半年開(kāi)始，似乎突然間受到了社會(huì )的重點(diǎn)關(guān)注，形成了產(chǎn)業(yè)界的一股新浪潮。人們發(fā)現，一方面機器通信當前已經(jīng)應用在很多領(lǐng)域里：環(huán)境感知類(lèi)應用、車(chē)載信息類(lèi)應用、無(wú)線(xiàn)金融支付類(lèi)應用、Telemetry類(lèi)應用和資產(chǎn)監控類(lèi)應用；另一方面機器通信未來(lái)會(huì )有更廣泛的應用：既有應用的內涵會(huì )加深、規模會(huì )逐漸擴大，并且將會(huì )出現節能減排、遠程醫療、智能家居等更多的可以廣泛應用的領(lǐng)域。

　　對于電信運營(yíng)商而言，機器通信業(yè)務(wù)還有一層重要意義：隨著(zhù)傳統通信市場(chǎng)的逐漸飽和，機器通信業(yè)務(wù)成為運營(yíng)商拓展空間的重要方向。這是因為，未來(lái)連入網(wǎng)絡(luò )的機器數量十分可觀(guān)，甚至超過(guò)連入網(wǎng)絡(luò )的人的數量。電信運營(yíng)商逐漸開(kāi)始重視機器通信業(yè)務(wù)，并積極投身到機器通信業(yè)務(wù)的推進(jìn)工作中。例如，Orange面對M2M業(yè)務(wù)，針對不同需求類(lèi)型的客戶(hù)，分別推出了通道化業(yè)務(wù)、標準業(yè)務(wù)平臺業(yè)務(wù)和行業(yè)定制化業(yè)務(wù)。而在中國，中國電信和中國移動(dòng)都在機器通信領(lǐng)域進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐工作。

　　面對龐大的應用需求，在產(chǎn)業(yè)各方的積極推動(dòng)下，機器通信業(yè)務(wù)將向規?；?、泛在化、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展。那么，相對于傳統的數據通信業(yè)務(wù)，機器通信有哪些特點(diǎn)？通信網(wǎng)絡(luò )如何承載機器通信業(yè)務(wù)？這些問(wèn)題已經(jīng)成為當前通信界關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　2 機器通信特點(diǎn)

　　我們可以從多個(gè)角度來(lái)觀(guān)察并分析機器通信的特點(diǎn)。例如數據的流向、數據流量所需帶寬、機器終端的移動(dòng)性、傳輸操作的觸發(fā)機制和時(shí)間特性等等。

　?。?）反向流量是機器通信的主要流量

　　當前的大多數機器通信業(yè)務(wù)，處于機器通信發(fā)展的第一個(gè)階段，特點(diǎn)是以信息采集為主。如智能測量中的抄表應用、水文監測應用、環(huán)境監測應用等。信息的流向是從采集點(diǎn)的機器終端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳送到客戶(hù)的后端應用系統。借用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的術(shù)語(yǔ)，當前的機器通信業(yè)務(wù)以反向流量為主。隨著(zhù)機器通信發(fā)展第二個(gè)階段的出現，遠程控制功能得以加強、信息發(fā)布類(lèi)應用廣泛出現，前向流量會(huì )逐漸增加。而到了第三個(gè)階段，機器通信的目標變成了其它機器，這種場(chǎng)景下數據流向特征可能就是基本對稱(chēng)了。

　　總的來(lái)說(shuō)，綜合機器通信類(lèi)應用的特點(diǎn)，尤其是后端客戶(hù)應用系統的中樞智能特征等因素，反向流量將仍然長(cháng)期是機器通信的主要流量。與此形成對照的是，目前手機終端的數據流量、上網(wǎng)卡的數據流量主要以前向流量為主。

　?。?）小流量業(yè)務(wù)是機器通信主體

　　從數據流量所需的帶寬來(lái)看，機器通信大致可以分為大流量業(yè)務(wù)和小流量業(yè)務(wù)兩大類(lèi)。大流量業(yè)務(wù)主要體現在兩類(lèi)應用：視頻采集類(lèi)應用和數據匯聚傳輸類(lèi)應用。視頻采集類(lèi)應用從監視區域采集視頻信息以流媒體的形式上傳到遠端平臺。在環(huán)保監控類(lèi)應用、公交監控類(lèi)應用中都有實(shí)際使用。數據匯聚傳輸類(lèi)應用的主要體現形式是使用無(wú)線(xiàn)路由器的應用場(chǎng)景。

　　大流量業(yè)務(wù)之外，更廣泛的機器通信需求集中在小流量業(yè)務(wù)中。這些小流量應用的典型特征是一次通信過(guò)程中傳輸的數據極其有限，也就在1 ~10 kbit/s之間。這樣的數據傳輸量，在通信質(zhì)量較好的2.5 Gbit/s蜂窩網(wǎng)，如CDMA 1X網(wǎng)絡(luò )里，數秒之內就可以傳輸完畢。典型案例如出租車(chē)輛的軌跡跟蹤，一次通信過(guò)程主要向后端應用系統傳送定位信息。而定位信息主要包含經(jīng)度、緯度、高度、速度等信息，數據流量很小。甚至一些開(kāi)關(guān)量應用，每次數據傳送只是“開(kāi)”或者“關(guān)”信息，數據流量就更小了。

　　從當前應用情況來(lái)看，小流量業(yè)務(wù)是機器通信的主體。

　?。?）大量終端具備低移動(dòng)性的特點(diǎn)

　　從機器終端的移動(dòng)性角度來(lái)看，機器通信類(lèi)應用有4種情況。第一種是大范圍移動(dòng)的機器終端，如車(chē)載終端，尤其是出租車(chē)車(chē)輛的車(chē)載終端；第二種是游牧型的機器終端，如無(wú)線(xiàn)POS；第三種是在一個(gè)很小范圍內移動(dòng)的機器終端，如在家居環(huán)境中的遠程健康監測終端；第四種則是基本不移動(dòng)，甚至可以說(shuō)是在固定地點(diǎn)接入的機器終端，如很多用于環(huán)保監控的終端，基本就固定在環(huán)保監控源附近。

　　雖然有4種類(lèi)型的機器通信類(lèi)應用，需要指出的是，符合第四種情況的機器終端應用，不在少數。

　?。?）機器終端傳輸操作的觸發(fā)機制和時(shí)間特性各不相同

　　從傳輸操作觸發(fā)機制和時(shí)間特性來(lái)看，主要可以分為3種類(lèi)型。

　　第一種是條件觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類(lèi)型。此類(lèi)機器終端在滿(mǎn)足某種條件的情況下，將包含相關(guān)信息的數據立即傳送到后臺應用。所謂“某種條件”，會(huì )因具體應用的不同而存在不同情形。例如，開(kāi)關(guān)量監控類(lèi)應用，一旦開(kāi)關(guān)量發(fā)生變化，終端應立即上報信息；指標監控類(lèi)應用，一旦指標超過(guò)門(mén)限，終端應立即上報信息。位置觸發(fā)類(lèi)應用，一旦終端到達一定地域，終端應立即上報信息。

　　第二種是時(shí)間觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類(lèi)型。例如，車(chē)輛軌跡跟蹤類(lèi)應用。一般情況下，車(chē)輛終端會(huì )以一定時(shí)長(cháng)為周期，周期性的上報車(chē)輛的定位信息。觸發(fā)數據上報操作的是以時(shí)間為基準的內部觸發(fā)機制。

　　第三種是時(shí)間觸發(fā)的非即時(shí)性傳輸類(lèi)型。此類(lèi)應用主要用于特定時(shí)刻的數據收集，后端應用采集這些數據主要用于后分析。此類(lèi)應用，并不強調數據上傳的即時(shí)性。終端可以在數據產(chǎn)生后的一定時(shí)間內上傳數據即可。

　?。?）機器通信的其它重要特征

　　機器通信的一個(gè)重要特點(diǎn)就是通信終端的“程序自動(dòng)控制”。程序自動(dòng)控制通信操作，與人為控制通信操作有很大的不同。程序自動(dòng)控制模式可以讓終端在較短時(shí)間內產(chǎn)生大量的呼叫。例如，移動(dòng)的機器終端可能會(huì )聚集到一個(gè)小區內，并都試圖建立和網(wǎng)絡(luò )的數據連接。由于小區容量有限，出現連接失敗的情形。而連接失敗的終端被程序控制，很快再次呼叫網(wǎng)絡(luò )……如此往復，加劇了小區的通信處理負荷，甚至造成小區的擁塞。

　　另外，很多行業(yè)終端散布在諸如野外等無(wú)法提供電源的地點(diǎn)。雖然可以采用太陽(yáng)能供電，但出于成本的考慮，絕大多數此類(lèi)終端只能使用電池供電。為了降低維護保養成本，這些電池供電的終端至少能夠持續工作半年，目的甚至能夠達到1年以上。這就要求，包括通信單元在內的整個(gè)終端單元必須具備低功耗，甚至超低功耗的特征。

　　此外，機器通信還具備諸如“基于組的特性”、“雙向觸發(fā)”等特征。這里不再進(jìn)行描述?？傊?，機器通信具備獨特的通信模式和特征，對于主要基于傳統語(yǔ)音通信和上網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò )提出了新的要求。