機(jī)器通信特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)前景

文章介紹了機(jī)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(jī)器通信的主體。并將通信網(wǎng)絡(luò)承載機(jī)器通信的演進(jìn)趨勢分為3個(gè)階段：即混同承載、區(qū)別承載和獨(dú)立承載。文章認(rèn)為，機(jī)器通信業(yè)務(wù)的初始階段，是業(yè)務(wù)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；而機(jī)器通信業(yè)務(wù)如果規(guī)模化到一定程度后，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該適應(yīng)業(yè)務(wù)。

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

　　機(jī)器通信具備獨(dú)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(jī)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(qū)別承載階段以及遠(yuǎn)期的獨(dú)立承載階段

　　通信網(wǎng)絡(luò)從誕生開始，一直就以滿足人與人的語音通信為目標(biāo)。Internet興起后，為了承載各種新型數(shù)據(jù)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(yīng)的演進(jìn)。而今，隨著機(jī)器通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展和對其未來的良好預(yù)期，通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)又獲得了重要的推動(dòng)力。

　　1 機(jī)器通信概述

　　機(jī)器通信，又稱為M2M通信，指通信一方或雙方是機(jī)器，且機(jī)器通過程序控制能自動(dòng)完成整個(gè)通信過程的通信形式。機(jī)器通信包含機(jī)器到機(jī)器、人到機(jī)器和機(jī)器到人3種類型的通信業(yè)務(wù)。通過機(jī)器通信，不但機(jī)器和機(jī)器之間可以進(jìn)行信息交互，機(jī)器還可以響應(yīng)來自人或后端系統(tǒng)（也是一種機(jī)器）的控制指令，或?qū)⒉杉降男畔魉徒o人或后端系統(tǒng)。文章關(guān)注的機(jī)器通信業(yè)務(wù)，主要指借助電信運(yùn)營商的通信網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱“通信網(wǎng)絡(luò)”）進(jìn)行廣域互連的機(jī)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(jī)器通信業(yè)務(wù)為主。

　　機(jī)器通信業(yè)務(wù)早已存在，只不過一方面，部分機(jī)器通信業(yè)務(wù)和公共通信網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，例如在一些特定行業(yè)里，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)早已被用作遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的通信手段；另一方面，業(yè)務(wù)總體尚未到達(dá)一定規(guī)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(jī)器通信業(yè)務(wù)從2009年下半年開始，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(xiàn)，一方面機(jī)器通信當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域里：環(huán)境感知類應(yīng)用、車載信息類應(yīng)用、無線金融支付類應(yīng)用、Telemetry類應(yīng)用和資產(chǎn)監(jiān)控類應(yīng)用；另一方面機(jī)器通信未來會(huì)有更廣泛的應(yīng)用：既有應(yīng)用的內(nèi)涵會(huì)加深、規(guī)模會(huì)逐漸擴(kuò)大，并且將會(huì)出現(xiàn)節(jié)能減排、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居等更多的可以廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　對于電信運(yùn)營商而言，機(jī)器通信業(yè)務(wù)還有一層重要意義：隨著傳統(tǒng)通信市場的逐漸飽和，機(jī)器通信業(yè)務(wù)成為運(yùn)營商拓展空間的重要方向。這是因?yàn)?，未來連入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器數(shù)量十分可觀，甚至超過連入網(wǎng)絡(luò)的人的數(shù)量。電信運(yùn)營商逐漸開始重視機(jī)器通信業(yè)務(wù)，并積極投身到機(jī)器通信業(yè)務(wù)的推進(jìn)工作中。例如，Orange面對M2M業(yè)務(wù)，針對不同需求類型的客戶，分別推出了通道化業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)平臺(tái)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(jī)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(yīng)用需求，在產(chǎn)業(yè)各方的積極推動(dòng)下，機(jī)器通信業(yè)務(wù)將向規(guī)?；⒎涸诨?、產(chǎn)業(yè)化的方向加速發(fā)展。那么，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，機(jī)器通信有哪些特點(diǎn)？通信網(wǎng)絡(luò)如何承載機(jī)器通信業(yè)務(wù)？這些問題已經(jīng)成為當(dāng)前通信界關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　2 機(jī)器通信特點(diǎn)

　　我們可以從多個(gè)角度來觀察并分析機(jī)器通信的特點(diǎn)。例如數(shù)據(jù)的流向、數(shù)據(jù)流量所需帶寬、機(jī)器終端的移動(dòng)性、傳輸操作的觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性等等。

　?。?）反向流量是機(jī)器通信的主要流量

　　當(dāng)前的大多數(shù)機(jī)器通信業(yè)務(wù)，處于機(jī)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(yīng)用、水文監(jiān)測應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用等。信息的流向是從采集點(diǎn)的機(jī)器終端通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶的后端應(yīng)用系統(tǒng)。借用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的術(shù)語，當(dāng)前的機(jī)器通信業(yè)務(wù)以反向流量為主。隨著機(jī)器通信發(fā)展第二個(gè)階段的出現(xiàn)，遠(yuǎn)程控制功能得以加強(qiáng)、信息發(fā)布類應(yīng)用廣泛出現(xiàn)，前向流量會(huì)逐漸增加。而到了第三個(gè)階段，機(jī)器通信的目標(biāo)變成了其它機(jī)器，這種場景下數(shù)據(jù)流向特征可能就是基本對稱了。

　　總的來說，綜合機(jī)器通信類應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是后端客戶應(yīng)用系統(tǒng)的中樞智能特征等因素，反向流量將仍然長期是機(jī)器通信的主要流量。與此形成對照的是，目前手機(jī)終端的數(shù)據(jù)流量、上網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)流量主要以前向流量為主。

　?。?）小流量業(yè)務(wù)是機(jī)器通信主體

　　從數(shù)據(jù)流量所需的帶寬來看，機(jī)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。大流量業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在兩類應(yīng)用：視頻采集類應(yīng)用和數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用。視頻采集類應(yīng)用從監(jiān)視區(qū)域采集視頻信息以流媒體的形式上傳到遠(yuǎn)端平臺(tái)。在環(huán)保監(jiān)控類應(yīng)用、公交監(jiān)控類應(yīng)用中都有實(shí)際使用。數(shù)據(jù)匯聚傳輸類應(yīng)用的主要體現(xiàn)形式是使用無線路由器的應(yīng)用場景。

　　大流量業(yè)務(wù)之外，更廣泛的機(jī)器通信需求集中在小流量業(yè)務(wù)中。這些小流量應(yīng)用的典型特征是一次通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)極其有限，也就在1 ~10 kbit/s之間。這樣的數(shù)據(jù)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(shù)秒之內(nèi)就可以傳輸完畢。典型案例如出租車輛的軌跡跟蹤，一次通信過程主要向后端應(yīng)用系統(tǒng)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(shù)據(jù)流量很小。甚至一些開關(guān)量應(yīng)用，每次數(shù)據(jù)傳送只是“開”或者“關(guān)”信息，數(shù)據(jù)流量就更小了。

　　從當(dāng)前應(yīng)用情況來看，小流量業(yè)務(wù)是機(jī)器通信的主體。

　?。?）大量終端具備低移動(dòng)性的特點(diǎn)

　　從機(jī)器終端的移動(dòng)性角度來看，機(jī)器通信類應(yīng)用有4種情況。第一種是大范圍移動(dòng)的機(jī)器終端，如車載終端，尤其是出租車車輛的車載終端；第二種是游牧型的機(jī)器終端，如無線POS；第三種是在一個(gè)很小范圍內(nèi)移動(dòng)的機(jī)器終端，如在家居環(huán)境中的遠(yuǎn)程健康監(jiān)測終端；第四種則是基本不移動(dòng)，甚至可以說是在固定地點(diǎn)接入的機(jī)器終端，如很多用于環(huán)保監(jiān)控的終端，基本就固定在環(huán)保監(jiān)控源附近。

　　雖然有4種類型的機(jī)器通信類應(yīng)用，需要指出的是，符合第四種情況的機(jī)器終端應(yīng)用，不在少數(shù)。

　?。?）機(jī)器終端傳輸操作的觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性各不相同

　　從傳輸操作觸發(fā)機(jī)制和時(shí)間特性來看，主要可以分為3種類型。

　　第一種是條件觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類型。此類機(jī)器終端在滿足某種條件的情況下，將包含相關(guān)信息的數(shù)據(jù)立即傳送到后臺(tái)應(yīng)用。所謂“某種條件”，會(huì)因具體應(yīng)用的不同而存在不同情形。例如，開關(guān)量監(jiān)控類應(yīng)用，一旦開關(guān)量發(fā)生變化，終端應(yīng)立即上報(bào)信息；指標(biāo)監(jiān)控類應(yīng)用，一旦指標(biāo)超過門限，終端應(yīng)立即上報(bào)信息。位置觸發(fā)類應(yīng)用，一旦終端到達(dá)一定地域，終端應(yīng)立即上報(bào)信息。

　　第二種是時(shí)間觸發(fā)的即時(shí)性傳輸類型。例如，車輛軌跡跟蹤類應(yīng)用。一般情況下，車輛終端會(huì)以一定時(shí)長為周期，周期性的上報(bào)車輛的定位信息。觸發(fā)數(shù)據(jù)上報(bào)操作的是以時(shí)間為基準(zhǔn)的內(nèi)部觸發(fā)機(jī)制。

　　第三種是時(shí)間觸發(fā)的非即時(shí)性傳輸類型。此類應(yīng)用主要用于特定時(shí)刻的數(shù)據(jù)收集，后端應(yīng)用采集這些數(shù)據(jù)主要用于后分析。此類應(yīng)用，并不強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)上傳的即時(shí)性。終端可以在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后的一定時(shí)間內(nèi)上傳數(shù)據(jù)即可。

　?。?）機(jī)器通信的其它重要特征

　　機(jī)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(nèi)產(chǎn)生大量的呼叫。例如，移動(dòng)的機(jī)器終端可能會(huì)聚集到一個(gè)小區(qū)內(nèi)，并都試圖建立和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接。由于小區(qū)容量有限，出現(xiàn)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(fù)，加劇了小區(qū)的通信處理負(fù)荷，甚至造成小區(qū)的擁塞。

　　另外，很多行業(yè)終端散布在諸如野外等無法提供電源的地點(diǎn)。雖然可以采用太陽能供電，但出于成本的考慮，絕大多數(shù)此類終端只能使用電池供電。為了降低維護(hù)保養(yǎng)成本，這些電池供電的終端至少能夠持續(xù)工作半年，目的甚至能夠達(dá)到1年以上。這就要求，包括通信單元在內(nèi)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(jī)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(jī)器通信具備獨(dú)特的通信模式和特征，對于主要基于傳統(tǒng)語音通信和上網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求。