通用M2M設(shè)備推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)普及

       通用M2M模型解決了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的5w2h問題，即who(誰)，where(在哪兒)，when(什么時(shí)候)，what(傳什么)，why(當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可以檢測出錯(cuò)原因)，howmuch(傳多少)，how(怎樣傳)的五個(gè)基本問題。

       M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應(yīng)用形式。M可以是人(Man)，也可以是機(jī)器(Machine)，M2M泛指人、機(jī)器之間建立連接的所有技術(shù)和手段，其核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切。 

       物聯(lián)網(wǎng)作為未來通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展的趨勢之一，已被業(yè)界人士廣泛接受。M2M的通信體系架構(gòu)大體上可分為設(shè)備層、通信網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)管理層，它們分別代表傳感網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。其中M2M設(shè)備是指M2M體系中核心的硬件設(shè)施，主要負(fù)責(zé)從具體檢測對(duì)象上獲取所需數(shù)據(jù)，并進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)匯聚處理。 

      一般的M2M設(shè)備主要有三大部分組成：數(shù)據(jù)提取模塊、M2M平臺(tái)模塊和業(yè)務(wù)提供模塊,如圖1所示。 

      雖然M2M設(shè)備種類繁多，功能各異，應(yīng)用廣泛，但是，目前M2M設(shè)備市場仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，大多數(shù)的M2M設(shè)備只具有一些例如數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和簡單的數(shù)據(jù)處理功能，智能性不高。更重要的是缺乏一種通用的M2M設(shè)備，以便應(yīng)用于不同領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)一切的核心理念。 

      一種通用的M2M設(shè)備模型

      M2M設(shè)備應(yīng)該具有以下幾種基本功能：1.要有相應(yīng)信息的接收器；2.要有數(shù)據(jù)傳輸通路；3.要有一定的存儲(chǔ)功能；4.要有CPU；5.要有操作系統(tǒng)；6.要有專門的應(yīng)用程序；7.要有數(shù)據(jù)發(fā)送器；8、遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；9.有可被識(shí)別的唯一編號(hào)等。因此通用M2M設(shè)備模型設(shè)計(jì)如圖2所示。 

      下面詳細(xì)介紹一下通用M2M設(shè)備模型中各個(gè)模塊的功能：1.信息傳感模塊，具有RFID等信息傳感功能，負(fù)責(zé)捕獲物理世界中的各類信息；2.有線、無線接入模塊，有線具有RS232、USB等接口，無線支持WiFi、藍(lán)牙、紅外等功能，負(fù)責(zé)將信息傳感模塊中感知的信息通過有線或無線的方式(how)傳送給信息接入模塊；3.物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議模塊，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，具有定時(shí)更新的功能，并支持感覺模塊的“熱插撥”，保證M2M設(shè)備可以在物聯(lián)網(wǎng)中正常運(yùn)行；4.電源模塊，負(fù)責(zé)提供M2M設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需能量；5.設(shè)備唯一編號(hào)模塊，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)M2M設(shè)備的編號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一切的美好愿景，該物理標(biāo)識(shí)必須是唯一的，類似于IP地址，從而讓每個(gè)M2M設(shè)備都能明白自身是誰(who)，成為智能設(shè)備；6.信息接入模塊，具有信息篩選功能，負(fù)責(zé)從各類信息中提取有用信息并將提取后的信息上傳至自身處理模塊，同時(shí)還負(fù)責(zé)管理有線、無線接入模塊，控制傳輸信息的流量(howmuch)；7.自身處理模塊，具有定位模塊、CPU、操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)器四個(gè)部分，其中定位模塊負(fù)責(zé)準(zhǔn)確地定位M2M設(shè)備的位置(where)，可采用GPS、AGPS或者我國未來準(zhǔn)備應(yīng)用的北斗定位系統(tǒng)等來定位；CPU負(fù)責(zé)處理、運(yùn)算所有數(shù)據(jù)；操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理M2M設(shè)備的硬件和軟件，可以采用微嵌入式系統(tǒng)(Linux或Symbian等)；存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息；8.應(yīng)用處理模塊，具有多種應(yīng)用接口，負(fù)責(zé)將經(jīng)過自身處理模塊處理過的信息分配至相應(yīng)的具體的應(yīng)用(what)；9.接口管理模塊，負(fù)責(zé)管理信息上傳下達(dá)的各類網(wǎng)關(guān)和接口，并控制信息傳送時(shí)間(when)；10.自檢模塊，具有一定的自檢測功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可以檢測出錯(cuò)原因(why)，并發(fā)送報(bào)錯(cuò)信息；11.用戶管理模塊，負(fù)責(zé)管理用戶的相關(guān)信息；12.上傳網(wǎng)絡(luò)模塊，具有連接核心網(wǎng)絡(luò)的功能，包括G網(wǎng)、C網(wǎng)乃至4G網(wǎng)絡(luò)的接口等，負(fù)責(zé)將信息采用何種方式(how)傳送至核心網(wǎng)絡(luò)。 

      綜上所述，通用M2M模型解決了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的5w2h問題，即M2M通信體系中的who(誰)，where(在哪兒)，when(什么時(shí)候)，what(傳什么)，why(當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可以檢測出錯(cuò)原因)，howmuch(傳多少)，how(怎樣傳)的五個(gè)基本問題。 

      通用M2M設(shè)備與核心網(wǎng)絡(luò)間的通信 

      通用M2M設(shè)備通過接口管理模塊、應(yīng)用處理模塊和上傳網(wǎng)絡(luò)模塊相互配合來實(shí)現(xiàn)與核心網(wǎng)絡(luò)間的通信。接口管理模塊支持短消息、USSD、GPRS等幾種通信接口，將不同網(wǎng)絡(luò)通訊承載協(xié)議的接口消息進(jìn)行處理后封裝成統(tǒng)一的接口消息提供給應(yīng)用處理模塊，保證了應(yīng)用處理模塊對(duì)于不同網(wǎng)絡(luò)通訊承載協(xié)議的穩(wěn)定性。消息經(jīng)應(yīng)用處理模塊處理后按照不同的應(yīng)用請(qǐng)求分別傳送至上傳網(wǎng)絡(luò)模塊，上傳網(wǎng)絡(luò)模塊采用有線或無線技術(shù)，根據(jù)統(tǒng)一的接口消息接入核心網(wǎng)絡(luò)，從而完成M2M設(shè)備與核心網(wǎng)絡(luò)間的通信。 

       通用M2M設(shè)備間的通信

       設(shè)備與設(shè)備間的通信，主要通過信息傳感模塊、信息接入模塊和自身處理模塊配合完成。信息傳感模塊接收到其他設(shè)備的信息，通過有線或無線接入模塊將信息傳送給信息接入模塊，經(jīng)信息接入模塊對(duì)信息的提取、分類，將有用的信息上傳至自身處理模塊。信息經(jīng)自身處理模塊處理成兩類：需要上傳至核心網(wǎng)絡(luò)的信息和M2M設(shè)備間通信的信息。需要上傳至核心網(wǎng)絡(luò)的信息的通信方式遵循通用M2M設(shè)備與核心網(wǎng)絡(luò)間的通信方式，而M2M設(shè)備間傳輸?shù)男畔t通過自主通信的方式完成通信，即M2M設(shè)備通過自身處理模塊處理將信息處理后，采用有線或無線的方式，自主地和其他設(shè)備通信。如圖4所示。 

       通用M2M設(shè)備的組網(wǎng)

       一個(gè)方式是自組織網(wǎng)絡(luò)，即設(shè)備之間相互感知信息，自建成網(wǎng)，組成動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，設(shè)備可以自由地加入或撤出，但不影響整個(gè)M2M網(wǎng)絡(luò)的通信，這種組網(wǎng)方式方便、快捷，但穩(wěn)定性相對(duì)較差，通信能力、業(yè)務(wù)處理能力等有限；另一個(gè)方式是設(shè)備先與核心通信網(wǎng)相連，再通過核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備間的通信，這種組網(wǎng)方式穩(wěn)定性好，功能強(qiáng)大，但組網(wǎng)比較繁瑣，不易重組和維護(hù)。 

       具體的組網(wǎng)方案有：1.有線局域網(wǎng)，即每個(gè)通用M2M設(shè)備分配一個(gè)唯一的物理標(biāo)識(shí)地址，存儲(chǔ)在設(shè)備唯一編號(hào)模塊中，設(shè)備通過上傳網(wǎng)絡(luò)模塊直接接入核心網(wǎng)絡(luò)，再通過物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議模塊調(diào)用各類通信協(xié)議進(jìn)行通信即可。但是，這種組網(wǎng)方式成本過高，目前的網(wǎng)絡(luò)覆蓋普及有困難；2.無線局域網(wǎng)+家庭網(wǎng)關(guān)，即通用M2M設(shè)備通過無線接入模塊與家庭網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，家庭網(wǎng)關(guān)通過固網(wǎng)與核心網(wǎng)連接，作為核心網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。該方案適合終端密集型應(yīng)用，如智能家居。 

       在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況，安排不同的M2M組網(wǎng)方案，從而最大限度地發(fā)揮M2M通信的優(yōu)勢。 

       本文提出一種通用M2M理論模型，并針對(duì)這一設(shè)備模型的組網(wǎng)通信進(jìn)行了遠(yuǎn)景闡述，為將來普及物聯(lián)網(wǎng)提供一個(gè)有益探索。