浅析M2M的特征与业务发展前景

摘 要：机器对机器（Machine to Machine， M2M）通信是物联网重要的组成部分，其重要性显而易见。确保业务的高效接入是实现万物互联的前提，但是当海量的业务同时发起接入请求时，将会给现有的网络带来巨大的压力甚至引起严重的拥塞现象，致使数据发送不成功进而影响系统的服务质量。理清M2M的类别以及与与传统的H2H通信业务特性的区别对于我们研究物联网至关重要。

关键词：物联网，M2M，H2H，5G移动通信

工信部发布了第五代移动通信系统使用的频段，并且由高通、中国移动和中兴通讯合作开展的5G新空口操作性开发测试（Interoperability Development，IoDT）与实验已经实现了全球首个基于3GPPR15标准的端到端5G新空口（5GNew Radio，5GNR）系统互通。这说明了用户距离高速连接、海量物联的5G生活更近了一步。

第五代移动通信系统（5G）有望在2020年商业化，数以百万计的设备将接入网络而实现真正的“万物互联”。机器对机器（Machine to Machine， M2M）通信是物联网重要的组成部分，其重要性显而易见。机器对机器通信是连接机器与机器的通信技术，可以使所有机器设备具备连网和通信能力，让机器与机器、机器与网络之间实现相互通信与控制。而物联网的最终目的是“物物相连”，M2M通信是在物联网中不可或缺的一部分，为物联网中的一些场景研究提供了灵活且简单的处理方法。M2M通信不需要人类干预，是机器之间自动进行数据传输。与传统的H2H通信不同，它们在網络架构、业务特性、应用领域等方面存在明显的差异。

M2M技术前期发展并不受重视，研究者主要关注于物联网发展的细节部分，而忽视了M2M技术的复杂性和经济性。随着通信技术的不断发展，研究者发现了M2M潜在的应用市场与经济效益，近几年M2M技术得到了各个国家运营商的重视，相继提出了各种策略、协议来发展M2M技术。

针对M2M海量设备随机接入的问题，很多学者已经进行了深入研究，主要从上行链路资源分配、碰撞回避策略、接入等级禁止因子的调整、区分优先级这四个方面进行研究，而且大部分的解决策略都围绕以下六个性能指标展开：吞吐量、接入时延、接入成功率、前导码碰撞率、能效以及对H2H业务的影响。

M2M通信业务特性与传统的H2H通信业务特性有明显的区别，主要体现在以下几个方面：（1）基于MTC通信的场景数目更多且具有明显的差异化。根据功能特性可大致分为环境信息感知、数据收集发布、位置感知和共享、视频监控、远程控制与执行、近场通信等。这些应用的差异化不仅表现在功能性上，还体现在对网络时延的容忍性的差异化。（2）M2M通信以数据通信为主，主要以小数据包为主。 （3）M2M通信要求成本较低。由于M2M通信是继H2H通信以后发展起来的，因此最小化成本是首要考虑的因素。要根据不同MTC设备的网络需求进行综合平衡考虑，已达到保证正常通信的基础上成本最小化。（4）M2M通信终端数目巨大，需要灵活的管理策略进行接入。由于海量的M2M终端接入与传统的H2H通信终端接入存在很大的区别，比如设备的移动性、设备终端的密度分布、传输特性、数据特性、QoS需求等方面。（5）M2M通信终端具有时延容忍性。M2M业务不像传统的H2H业务需要及时通信，除了特殊的警报业务外，一些M2M业务允许具有时延，这样并不会影响整个系统的服务质量。（6）M2M业务具有群组特性。很多M2M业务具有相似性，因此在接入过程可以看成一组同时进行处理。

综合不同的数据速率、频度、QoS需求等方面的需求，可将M2M业务分为以下五大类：（1）监控报警类：这类业务通过传感器监控本地数据，当发生异常数据时立即向上级网络进行报警。此类业务的平均数据传输速率较低且数据持续性低，QoS需求和可靠性传递需求依据不同的场景有不同的标准，与人交互性较低，由于无下行流量需求因此终端移动性较低。（2）数据收集类：该类业务的上行数据量较大，需要持续性上报数据或者周期性上报，但是下行数据量较小。当然不同的场景对QoS需求以及数据可靠性传输有明显的差异，数据的持续性取决于数据上报的特点。（3）信息推送类：该类业务上行流量通常较低，而下行流量较大，主要用于传递所推送的信息，可能持续发送也可能周期性推送。不同的场景对QoS需求以及数据可靠性传输也有所不同，由于需要用户做出反馈所以与人交互性较强，终端移动性出现明显的两极分化现象。（4）视频监控类：此类业务的上行流量较大，需要向上级网络传递所监控的视频数据，但是其下行流量较小。同时对连接性的需要较强，因为需要维护网络连接以保证数据的正常上传，数据持续性较强。（5）远程控制执行器类：此类业务的上下行数据流量都较低，但是与人交互性较强，因为需要根据人的操作进行相应的反应。也需要较强的连接性需求和数据持续性需求。

随着蜂窝网络的快速发展，M2M通信被认为是物联网中最不可或缺的一部分，因此在即将到来的5G时代更受到众多研究者的关注。M2M通信可以将无处不在的设备连接在一起，以一种自主的方式运作并且几乎没有人为干扰，可以创业前所未有的应用和新的商业模式，这些甚至都是今天无法预见的。但是实现大规模的M2M通信并非想象的那么容易，在研宄过程中遇到了很多挑战。

“智慧地球”是未来必然的趋势，而M2M又是其中的核心技术。因此，未来的M2M技术将会贯穿于我们的日常生活中，在我们的衣食住行等领域中无一不出现它的身影。全球数以千亿台的机器将会智能化的与人类“交流”，使世界将形成一个信息互通的整体。毋庸置疑，M2M技术将会使人类实现“智慧地球”这一美丽的蓝图

参考文献：

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[2]诸瑾文，王艺.从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J].电信科学，2010，26（04）：1-5.

[3]施歌.移动通信M2M系统架构设计[J].信息系统工程，2013（05）：134.

作者简介：

路玉（1996.3），男，汉族，河南固始人，河南大学欧亚国际学院2017级本科生，通信工程专业，研究方向：移动通信（河南大学欧亚国际学院 河南开封 475001）