1、国际信息工程先进技术译丛M2M通信 David Boswarthick（法）Omar Elloumi著 Olivier Hersent 薛建彬 等译机 械 工 业 出 版 社 近几年，物联网从诞生到迅速发展，受到了产业界及学术界的广泛重视，并上升到国家战略性新兴产业的高度。物联网的概念和内涵目前仍处于不断发展之中，物联网涉及的技术较多，其中 M2M 技术也是其核心技术之一。本书紧跟 M2M 应用的最新发展，结合 M2M 工程应用的研究成果，采用通俗易懂的语言阐述相关技术，内容系统全面，材料充实丰富。在文字叙述中突出基本概念、基本理论及系统涉及的核心技术，同时对 M2M 的业务模式进行了探讨，重
2、点讲述 M2M 系统的特点及相关技术的使用，书中还对 M2M 的架构及协议进行了详细的介绍，并对 M2M 技术的未来发展进行了展望。读者通过对各章节的学习将对构建 M2M 应用系统有一个较为全面的认识，从中学习到 M2M 技术核心理论，为 M2M 系统的实施及应用打下良好的基础。本书适合物联网领域的研究人员和工程技术人员阅读，也可以作为物联网及相关专业的高年级本科生、研究生和教师的专业参考书。Copyright 2012 John Wiley&Sons Ltd All Rights Reserved.This translation published under license.Author
3、ized translation from theEnglish language edition，M2M communications：a systems approach，978-1-119-99475-6，byDavid Boswarthick，Omar Elloumi，Olivier Hersent，published by John Wiley&Sons，Ltd.Nopart of this book may be reproduced in any form without the written permission of the originalcopyrights holde
4、r.本书中文简体字版由机械工业出版社出版，未经出版者书面允许，本书的任何部分不得以任何方式复制或抄袭。版权所有，翻印必究。本书版权登记号：图字 01-2012-7586 号图书在版编目（CIP）数据 M2M 通信/（法）博斯沃西克（Boswarthick，D.）等著；薛建彬等译.北京：机械工业出版社，2013.4（2016.7 重印）（国际信息工程先进技术译丛）书名原文：M2M communications：a systems approach ISBN 978-7-111-41693-7.M.博薛.移动通信-研究.TN929.5 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 039663
5、号 机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：牛新国 责任编辑：闾洪庆 版式设计：霍永明 责任校对：闫玥红 封面设计：马精明 责任印制：乔 宇 北京机工印刷厂印刷（三河市南杨庄国丰装订厂装订）2016 年 7 月第 1 版第 2 次印刷169mm 239mm18 印张358 千字标准书号：ISBN 978-7-111-41693-7 定价：68.00 元 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 电话服务 网络服务 服务咨询热线：010-88361066 机 工 官 网： 读者购书热线：010-68326294 机 工 官 博： 010-883792
6、03 金书网：www.golden- 封面无防伪标均为盗版 教育服务网：译者序现代通信工具的发展促使我们的社会飞速前进。交流与沟通已经不仅仅局限于人类之间，科技的发展使得另外一种交流形式应运而生：机器对机器（Machine toMachine，M2M）通信。它是一种让机器“开口讲话”的技术，近年来已成为通信产业界的热门词汇。M2M 技术具有广阔的市场和应用前景，它将会为整个通信产业带来极大的发展机遇和经济增长，同时还将会推动人们社会生产和生活方式新一轮的变革。欧洲电信标准化协会（ETSI）M2M 技术委员会目前正在发挥主导作用，推动M2M 领域规范和标准化的制定工作。欧洲电信联盟 M2M 技术
7、官员 David Boswar-thick 在本书中全面地介绍了 M2M 的标准和系统架构的相关概念及具体实现，以及M2M 技术未来的发展前景。作者提出把机器对机器的服务和主流的相关通信技术结合起来作为一个大的系统从整体上提供 M2M 的解决方案。书中阐述了在电信网络解决方案中目前正在实施的由 ETSI（欧洲电信标准化协会）和 3GPP（第三代合作伙伴计划）提出的最新通信标准，这为 M2M 技术的发展提供了产业化和标准化的支持。作者在书中全面介绍了 M2M 的业务模式，M2M 的架构及协议，M2M 的应用，M2M 业务架构，M2M 通信方案，M2M 网络优化及 M2M 安全性等各个方面的技术信
8、息。作者还就 M2M 在智能仪表、智能电网和电子健康等主要应用领域的应用展开探讨。作为一门复杂技术领域的高级导论课程，通过本书的学习可以使读者能进一步掌握端对端技术的基础理论知识和基本技能。本书具有以下几个特点：1）本书是第一部有关 M2M 技术及业务介绍的书籍，并从标准化的视角来讨论 M2M 相关技术。2）涵盖了当前 M2M 行业主要面临的挑战，并提出了潜在的优化解决方案。3）提出了 M2M 的系统级架构，并明确定义了系统的一些方法和接口。4）对从事 M2M 和物联网领域的工程师们提供了许多重要信息。5）提出了一个 M2M 水平领域和垂直领域交叉的概念，并给出了一个可能的演化路径。本书内容极
9、其丰富，可以作为物联网工程及通信工程等相关专业学生学习M2M 技术的教材和自学参考书，也适合信息类专业人士自修提高使用。本书由薛建彬、马维俊、王志良组织翻译，秦立静、赵燕琴、梁波共同完成了本书的翻译、录入、校对等工作。译者在翻译过程中，对原书存在的一些错误进行了修正，以便进行正确的翻译。如果书中仍然存在疏忽与错误之处，恳请读者批评指正。译 者M2M 通 信原书序我非常荣幸地接受作者邀请为 M2M 和物联网两本系列书的第一本 M2M 通信 撰写序言。尽管机器对机器（M2M）的设备和应用市场仍然处于发展阶段，但我们已经可以预见，这项技术将对我们的生活产生深远的影响。随着对新应用领域的探索，我们可以
10、对 M2M 市场的发展有许多预测。例如，据估计移动设备从目前的约 60亿，最终将增加到超过 500 亿移动连接的机器。其他的估计表明，到 2012 年，M2M 和物联网的市场产值将达到 115 亿美元。事实上，M2M 市场可以按众多方式来划分，如根据硬件设备和软件来划分；根据连接技术或依照特定的行业应用领域来划分。既然 M2M 所使用的许多技术已经存在了数年，为何 M2M 市场的发展到现在才突然发力？现今 M2M 发展的一个关键因素是无处不在的、低成本连接的普及。我们已经习惯于低价、高速的家庭和企业互联网接入。现在许多地区的第三代移动通信 3G 网络和未来的第四代移动通信 LTE 网络提供类似
11、的接入速度，极具价格竞争力。忽然间，一个我们所梦想和需要的互联网网络连接的主机应用时代来临，它已经变得十分经济。在家居和工业领域中，大规模部署基于 IP 连接的传感器、监视器和驱动器，使我们可以开发新的互连的、可互操作的服务，这将会改变我们的日常生活。M2M 技术提供了在现实中采用混合技术搭建应用的视野，利用多个新信息来源，搭建虚拟世界 web 服务。这一设想被称为“物联网”，在物联网中连接的事物并不是最重要的，相反，最重要的是连接事物所提供的信息，以及人们如何将信息结合起来，呈现和使用这些信息，并在此基础上做出决策。物联网提供了一个新的技术视角，我们必须超前地看到它对社会的影响，以便于我们理
12、解如何使用这种技术来使我们未来的生活变得更加美好。展望未来，我们怎样才能建立一个灵活的 M2M 架构，其主要的特征需要我们将多样的技术、功能和需求考虑在内，并且此架构能很好地将现今及未来的各种技术融入其中？我们怎样才能提高互操作性？我们如何才能保护信息的保密性和隐私，而不是限制潜在有利的新应用？我们如何才能确保建立的这些系统的可靠性，因为我们越来越依赖于这些技术的发展？应对这些挑战的解决方案不在于任何一个组织或个人。这需要跨行业思维，它需要不同的有关行动者之间的合作，它需要在国际层面上的协调。达成一致共识的国际标准对确保 M2M 的技术和市场发展是必不可少的，提供全面解决方案，其中存在许多挑战
13、。欧洲电信标准化协会（ETSI）M2M 技术委员会目前正在发挥主导作用，推动这一领域的国际标准化工作。除了面对广泛的社会挑战，我们还面临着许多复杂的技术问题。快速部署和采用 M2M 的技术将导致我们现有网络上叠加了新的需求。M2M 业务在网络方面，往往需要高效率、低开销、低功耗和更大的灵活性。这些需求将遭遇现有网络高速、低延迟和大容量需求的瓶颈。我们可能需要重新思考我们该如何设计以及如何管理我们的网络，如果 M2M 业务成为普遍预期，我们需要考虑新的接入技术，以使新的无线技术更好地服务于新的应用。我们所确定的电信和数据网络标准将会对 M2M 应用的增长产生深远影响。欧洲电信标准化协会（ETSI
14、）已经在这方面开展了多年的工作，来推动规范和标准的制定工作。我敢肯定，本书将对我们完成这项任务提供有益的指导，并帮助我们更好地理解和解决这些问题，以创建一个 M2M 的世界。Luis Jorge Romero欧洲电信标准化协会总干事M2M 通 信贡献者名单M2M 通 信贡献者名单目录译者序原书序贡献者名单第 1 章 M2M 简介11.1 什么是 M2M21.2 M2M 的业务模式51.3 促进 M2M 技术的成熟9 1.3.1 M2M 高层框架9 1.3.2 政策和政府的鼓励措施101.4 M2M 标准12 1.4.1 选择哪一个标准121.5 本书路线图17参考文献18第 1 部分 M2M
15、现今发展状况第 2 章 M2M 的业务模式202.1 M2M 市场20 2.1.1 医疗保健行业21 2.1.2 物流行业21 2.1.3 能源行业222.2 M2M 市场的接受：驱动及障碍232.3 M2M 价值链252.4 市场规模预测262.5 商业模式27 2.5.1 网络运营商或 CSP 主导模式28 2.5.2 MVNO 主导模式29 2.5.3 企业客户主导模式302.6 M2M 业务指标302.7 市场演变31参考文献32第 3 章 早期 M2M 部署的经验教训333.1 引言333.2 早期 M2M 运营部署33 3.2.1 引言33 3.2.2 早期 M2M 运营部署举例3
16、5 3.2.3 早期 M2M 部署常见问题42 3.2.4 M2M 部署可能的优化443.3 本章小结47参考文献47第 2 部分 M2M 的架构及协议第 4 章 M2M 的需求及高层架构原则504.1 引言504.2 用例驱动的方法实现 M2M 需求50 4.2.1 何谓用例50 4.2.2 ETSI M2M 的用例51 4.2.3 用例开发的方法论514.3 ETSI M2M 智能计量方法52 4.3.1 引言52 4.3.2 典型的智能计量部署方案544.4 ETSI M2M 中的电子健康方法57 4.4.1 引言574.5 ETSI M2M 服务要求：高层概括和不同细分市场的适用性61
17、4.6 M2M 中流量模型及特殊方法对网络架构设计的要求和思考63 4.6.1 为何使用无线网络634.7 M2M 细分市场/应用说明64 4.7.1 汽车64 4.7.2 智能遥测65 4.7.3 监控和安全66 4.7.4 销售点（PoS）66 4.7.5 自动售货机66 4.7.6 电子健康67 4.7.7 视频直播67 4.7.8 楼宇自动化68目 录 4.7.9 M2M 工业自动化684.8 M2M 交通解决方案68 4.8.1 智能计量通信特性69 4.8.2 全局业务特性724.9 M2M 通信的高层架构原则784.10 本章小结80参考文献81第 5 章 ETSI M2M 业务
18、架构825.1 引言825.2 高层系统架构845.3 ETSI TC M2M 服务功能框架875.4 ETSI TC M2M 的版本 1 方案895.5 ETSI M2M 的服务功能90 5.5.1 可达性、寻址能力、知识库性能（xRAR）90 5.5.2 远程实体管理性能（xREM）91 5.5.3 安全性能（xSEC）945.6 M2M 的 REST 架构格式简介95 5.6.1 REST 简介95 5.6.2 为何在 M2M 中使用 REST96 5.6.3 REST 基础98 5.6.4 在 M2M 中应用 REST99 5.6.5 附加功能1005.7 ETSI TC M2M 基于
19、资源的 M2M 通信及规程109 5.7.1 引言109 5.7.2 在本节中使用的定义111 5.7.3 资源结构111 5.7.4 接口程序1155.8 本章小结122参考文献123第 6 章 公共移动网络中的 M2M 优化1246.1 概述1246.2 基于通信网络的 M2M124 6.2.1 引言124 6.2.2 M2M 通信方案125 6.2.3 移动或固定网络127M2M 通 信 6.2.4 M2M 应用的数据连接1296.3 M2M 的网络优化132 6.3.1 引言132 6.3.2 3GPP 机器类通信网络改进的标准化132 6.3.3 降低成本133 6.3.4 M2M
20、的增值服务140 6.3.5 编号、标识及寻址146 6.3.6 触发优化152 6.3.7 过载和拥塞控制158参考文献167第 7 章 IP 在 M2M 中的作用1687.1 引言168 7.1.1 IPv6 简介169 7.1.2 邻居发现协议1717.2 M2M 中的 IPv61727.3 6LoWPAN173 7.3.1 框架174 7.3.2 头信息压缩174 7.3.3 邻居发现1797.4 低功耗有损网络路由协议（RPL）182 7.4.1 RPL 网络拓扑1847.5 CoRE187 7.5.1 消息格式188 7.5.2 传输协议190 7.5.3 REST 架构193参考
21、文献196第 8 章 M2M 的安全性1978.1 引言197 8.1.1 蜂窝 M2M 的安全特性1988.2 M2M 生态系统中的委托关系2018.3 安全要求206 8.3.1 客户/M2M 设备用户206 8.3.2 接入网络提供商207 8.3.3 M2M 服务提供商207 8.3.4 M2M 应用提供商207目 录 8.3.5 需求引导2088.4 哪些类型的解决方案是合适的209 8.4.1 阻止黑客行为的途径209 8.4.2 公钥解决方案210 8.4.3 基于智能卡的解决方案213 8.4.4 基于预分配的对称密钥的方法214 8.4.5 基于身份加密的自引导协议215 8
22、.4.6 M2M 设备组的安全性2188.5 安全 M2M 和 MTC 通信的标准化工作220 8.5.1 ETSI M2M 安全性220 8.5.2 3GPP 安全性相关的机器类通信网络性能提升221参考文献222第 9 章 M2M 终端和模块2249.1 M2M 模块分类224 9.1.1 接入技术224 9.1.2 物理形式因素2279.2 硬件接口230 9.2.1 电源接口230 9.2.2 通用串行总线（USB）接口230 9.2.3 通用异步接收器/发送器（UART）接口231 9.2.4 天线接口231 9.2.5 通用集成电路卡（UICC）接口231 9.2.6 通用输入输出
23、（GPIO）接口232 9.2.7 串行外围接口（SPI）232 9.2.8 I2C 接口232 9.2.9 模-数转换器（ADC）接口232 9.2.10 脉码调制（PCM）接口232 9.2.11 脉宽调制（PWM）接口232 9.2.12 模拟音频接口2329.3 温度和耐久性2329.4 服务233 9.4.1 应用执行环境233 9.4.2 连接性服务234 9.4.3 管理服务235 9.4.4 应用服务2379.5 软件接口237M2M 通 信 9.5.1 AT 指令238 9.5.2 软件开发工具包（SDK）接口2389.6 蜂窝认证239 9.6.1 电信产业认证239 9.
24、6.2 移动网络运营商（MNO）认证240第 10 章 M2M 通信中的智能卡24110.1 引言24110.2 M2M 通信的安全性及隐私问题24110.3 采用基于硬件的安全解决方案的理由24210.4 独立安全要素及可信环境244 10.4.1 M2M 设备可信的环境244 10.4.2 可信未知设备：需要安全认证245 10.4.3 智能卡模型的优点24610.5 M2M 环境下特定智能卡属性248 10.5.1 可移动智能卡与嵌入式安全要素248 10.5.2 UICC 抗环境制约251 10.5.3 用于无人值守设备的自适应卡应用工具包253 10.5.4 使用工具包命令到达 UI
25、CC 外围设备254 10.5.5 第三方应用的安全及远程管理25510.6 智能卡在 M2M 环境中的未来演变256 10.6.1 基于集成电路的 M2M 服务标识模块应用256 10.6.2 UICC 的互联网协议集成25610.7 M2M 的安全要素的远程管理257 10.7.1 综述257 10.7.2 后期个性化订阅257 10.7.3 现场远程管理订阅258参考文献259第 3 部分 本书结语及对未来的展望第 11 章 结语262附录 缩略语264目 录第 1 章M2M 简介Emmanuel Darmois，Omar Elloumi阿尔卡特朗讯公司，维利兹，法国M2M（Machin
26、e-to-Machine，机器对机器）已经走向成熟。从扩大连接“网络”（无线、有线；私有部门、公共部门）实体范围的想法开始，而不仅仅是人类和他们的首选通信设备出现在“物联网”（IoT）、“互联网对象”或 M2M 的概念中，这已经有将近十年了。最初的想法是，无数很大程度上不被人类注意到的新设备共同作用去扩大终端用户服务的足迹。这将创造一种新的方式来考虑安全性或舒适性，优化各种货物传送的机制，确保人或车辆追踪的有效性，同时创造出新的系统，产生新的价值。每一个愿望都需要花时间来实现。早期的努力主要集中在通过测试新的商业模式，发展关键点的解决办法来测试可行性，并预测互操作性不足的影响来提炼最初的想法。
27、在过去的几年中，人们意识到能够出现一种新的满足可行性需求的资源并且能货币化，这种想法通过行业的推动将东拼西凑的独立元素和解决方案变成一个连贯的“系统的系统”，逐步把重点从“什么”转向“如何”，并开发适合的技术和标准。本章主要介绍 M2M 概念，并从今天众多可用的定义中提出了一个定义。它概述了新兴 M2M 业务的主要特点，提出了一种 M2M 框架的高级视图，这种框架将在随后的章节中进一步分解和剖析。另外，本章还分析了一些近些年出现的很大程度上使 M2M 开发成为可能的主要变化，也就是作为市场塑造者出现的规则和标准。这个标准是本书的中心主题之一，通过这个复杂的生态系统为主要的参与者和最近相关工作的
28、状态提供指导。最后，向读者介绍一下本套书的结构和内容，本套书实际上有两本。在读者手中不管是纸张的形式或是通过 M2M 应用程序下载到电子书阅读器上的形式，第一本书 M2M 通信 实质上介绍了 M2M 的框架需求，一些它主要系统方面的高级架构，例如 M2M 网络优化、安全和 IP 的角色。第二本书 物联网：关键应用和协议 将讨论更多特定的“互联网对象”扮演角色的领域，也就是 M2M 网络领域，特别是相关的协议和这样网络的互联。从这个角度我们也能分析出一些未来 M2M 的应用，例如智能电网和家庭自动化。1.1 什么是 M2M许多人都试图对 M2M 这个缩略词提出一个单独的定义：机器对机器，机器对移
29、动（反之亦然），机器对人，等等。本书中，M2M 被认为是机器对机器。定义完整的 M2M 概念不是一个简单的任务，这是由 M2M 的范围自然灵活，且范围也总是定义不清楚决定的。也许描述 M2M 最基本的方式如图 1-1（M2M 的“本质”）所示。M2M 角色建立的条件是允许一个设备通过一个通信网络与业务应用程序交换信息，以便这个设图 1-1 M2M 的本质备和/或应用程序能够作为信息交换的基础。在这个定义中，通信网络有一个关键角色：一个匹配的应用程序和设备很难被认为拥有 M2M 关系。这就是为什么 M2M 常常被缩短成 M2M 通信的缩略词，而它本身是 M2（CN2）M：机器对（通信网络对）机器
30、的缩略词。就其本身而言，这种描述仍然没有完全描述出 M2M 的特点。举个例子，一个移动电话在与一个呼叫中心应用程序交互的过程中并没有被看做是 M2M 应用程序，因为人起主导作用。为了澄清这一点，许多 M2M 关系中更复杂的特点在这种关系下被讨论。在许多情况下，M2M 是一组相似的设备与一个单独的应用程序之间的相互作用，如图 1-2 所示。车队管理就是这样一个应用的例子，其中的设备例如卡车，而通信网络是一个移动网络。在某些情况下，如图 1-3 所示，因为能力有限，组中的设备也许不会直接与应用程序交互。在这种情况下，两者之间的关系是由另外一种能够整合通信形式的设备（例如，一个网关）调节的。“智能计
31、量”是这样应用下的一个例子，其中的设备是智能电表，而通信网络可以是移动网络或是公共网络。考虑到这一点，“M2M 区域网络”这个术语被欧洲电信标准化协会（ETSI）介绍出来。一个 M2M 区域网络提供了连接到同一 M2M 区域网络的不同 M2M 设备之间的物理层和 MAC 层的连通性，这样通过一个路由器或是网关就可以允许 M2M设备来接入公共网络。M2M 独特的特点主要是由于终端设备的关键角色决定。这些设备在信息与通信技术（ICT）领域并不是新的，但是，市场将会看到一个带有非常独特特点的M2M 设备的新集合。这些特点将会在下面进一步讨论，特别是它们对那些直到现在还没有被认真考虑过的应用和网络需求
32、的影响。2M2M 通 信图 1-2 M2M 关系中的设备组 图 1-3 媒介化的 M2M 关系多数性：这是 M2M 带来的最该被提倡的变化。人们普遍认为连接在 M2M 关系中的设备的数量在不久会大大超过那些与人类直接交互的设备的总和（例如，移动电话、个人电脑、平板电脑等）。这些设备的数量在一个数量级上的增加将导致更多应用程序结构上的压力，对于网络负载也是一样，将会在被设计用来容纳更少“角色”，更高级别和更多类型业务的系统上产生特定的可扩展的问题。这类问题的一个早期例子是 M2M 设备对移动网络的影响，而移动网络在设计思想中并没有为这些设备设计，在这个过程中系统要适应去允许大量设备带有非标准使用
33、模式（这将在本章后面讨论）。多样性：这里已经记录下了大量可能的应用到不同环境和业务领域的 M2M用例。由于数据交换率、形式因素、计算和通信能力，最初 M2M 应用程序的实现已经导致了大量有多种需求的设备的出现。这种广泛多样性产生的一个结果就是异构性，对于互操作性，它本身就是一个巨大的挑战。这可能是普及 M2M 的一个主要障碍。为了定义和开发一般可能的能力，这对必须要在其上建立 M2M 应用程序的框架来说同样是个挑战。不可见性：在许多 M2M 应用程序中有一个强烈的需求 这些设备常规传送它们的服务时必须用很少或不用人的控制。特别地，这就阻止了人类纠正错误（也防止了创造新的错误）。结果，设备管理与
34、以往相比成为了服务和网络管理的关键部分，它需要被无缝地集成。临界性：一些设备是生命保障者，例如在电子健康领域（血液采集器、压降探测器等）。许多是性命攸关的基础设施的关键元素，例如智能电网上的电压或相位侦测器、断路器等。这些用途在延迟和可靠性上有严格的要求，这将挑战和超过3第 1 章 M2M 简介现代网络的能力。干扰性：许多新的 M2M 设备设计的意图很明确，那就是用来更好地管理一些系统，保证终端的良好、健康等。例子是已经提到的电子健康设备，用来测量的智能电表和/或家里用来控制电力消耗的设备等。这反过来会导致隐私的问题。实质上这对 ICT 系统不是一个新问题，但是这很可能会成为发展 M2M 系统
35、的主要障碍。当大型智能电表的部署需要在终端用户的隐私权和能源经销商为了更好地符合日常能量消耗的需求之间做出优先权衡时，这可能会出现。除了以上所列出的在 M2M 系统结构上的特点和影响，重要的是要考虑到 M2M设备的其他一些特征，而这些设备在通过网络通信的方式上有额外的限制。这可能需要一种新的方式将这些设备聚在一起（图 1-3 中提到的媒介化的方法）。除此之外，设备可以是：功能被限制的。大多数的 M2M 设备在计算能力上要比目前出现的现代笔记本电脑或智能手机低几个数量级。特别地，这些设备可能缺少远程软件更新能力。选择这种设计的一个主要原因是成本，这常常因为商业模式是需要非常有价格竞争力的设备（例
36、如，许多情况下的智能电表）。功能的限制也是由理性的决定引起的，而这些决定是根据交换信息和可执行作用的属性做出的：最多的传感器并不意味着是活跃的、操作复杂的。低功率的。虽然许多 M2M 设备与电力网相连，但是由于一系列的原因它们中的许多还需要不同的电力（常常是电池）。例如，它们中的大多数位于室外，它们不能轻易地与电源相连（例如，工业过程中的传感器、水表、路边监控）。这将减少这些设备与 M2M 应用程序之间交互的次数（例如，在信息交换的频率和质量方面）。嵌入式的。许多设备将会在特殊的（敌对的，安全的）操作条件下部署在系统中，如果对系统自身没有重大的影响，这将很难去改变。例如，建筑或者车上的嵌入式系
37、统很难去被替代（例如，当它们被焊接在汽车发动机上，而这些通常都是一些 M2M 设备）。保持不变的。最后但是并非最不重要的是，许多新的 M2M 设备将会根据不同的期望寿命部署在非 ICT 的应用中。在许多有潜力的 M2M 业务领域，设备的更换率也许会比 ICT 工业的低。由于不同的业务模式（例如，没有运营商的设备补给），由于它们是嵌入式的这个事实，而且由于在设备运行的工业过程中演变的复杂性（例如，服务的关键性使得电力系统设备的更换很困难，这导致这个领域中设备很长的生命周期），这可能都会与成本问题联系起来。关于 M2M 范围和定义清晰界限困难性的两点最后说明。首先，由于在一些情况下，设备能够在常规
38、和 M2M 两种模式下运行，所以常规 ICT 应用程序和 M2M 应用程序的分离就很大程度上纯粹是武断的。一个经典的4M2M 通 信例子就是亚马逊的电子阅读器。尽管它是一种集中了人机功能（能使用电子书）和界面（电子书阅读器）的常规 ICT 设备，但它也是一种扮演终端用户电子书提供者角色的 M2M 设备。当终端用户决定买电子书，点击得到它时，电子阅读器设备通过一个服务器（用合适的格式提供一个合适的文件）和网络（常规移动网络）进入 M2M 模式。由于一系列促成因素，包括设备中的 SIM 卡、通过网络的设备安全鉴别、运营网络中设备的提前开通，这对终端用户是完全透明的。第二，概述一些 M2M 设备与在
39、所谓的物联网（IoT）中涉及的作为事物或对象设备之间的不同点是重要的。实际上，M2M 和物联网大部分是重叠的，但是一个并不是另一个的子集，它们各自还是有自己特别特殊的地方。物联网是处理事物或是对象的，而 ICT 系统中 M2M 的关系可能不是这样。一个例子就是超市中向顾客提供带有射频识别（RFID）标签的物品。这些物品是被动的，没有直接的方法与 M2M 应用程序逆向地交流，但是它们能被 M2M 扫描仪所识别，这些扫描仪能够合计账单金额，同样为顾客做出另外的购买建议。从这个角度看，M2M 扫描仪是 M2M 关系的终结点。这些设备之间最初的 M2M 关系是它们被看作是一个人与机器界面之间直接的扩展
40、（例如，上面提到的电子阅读器终端），而不是作为物体（例如，终端用户冰箱）。从长远看，一方面是在传统形式与 M2M 通信形式之间，另一方面是在物联网与 M2M 领域之间，相对人工的区别将会被 M2M 的发展和现有系统中整合更多物体的能力进一步模糊。1.2 M2M 的业务模式经过十年逐渐的发展，尽管许多属于雏形、早期的实现和商业的部署，但是已经有了大量记录下来的 M2M 用例，而它们中的一些在过去图样的基础上从没有进步。由于产生的收入和实体的生态系统，只有很少数创造出了有意义的业务模型。但是这种情况正在迅速地发展。图 1-4 是 Beecham Research 关于 M2M 业务潜力的示意图，而
41、 M2M 业务描述了M2M 应用的主要部分。从这个角度出发，M2M 的潜在影响也被认为是很重要的，充分了解目前 M2M 的地位、阻止它快速出现的因素、加速它出现的措施是很必要的。这将在本书第一部分详细地解决。图 1-4 中另一个有意思的方面是它从数据率和移动性两个主要观点把业务领域和相关设备联系了起来。前者作为 M2M 设备多样性的一个方面已经被解决。后者因为在许多目前已经出现的 M2M 应用程序中的关键性，它也是很重要的，例如智能计量。图 1-4 中，特别是设备移动性的指示表明相比移动设备会涉及更多潜在的5第 1 章 M2M 简介固定设备。可是，在 M2M 发展的现阶段，相对于基于有线网络的
42、方法，基于已经被研究和部署的无线网络与蜂窝网络的方法是主要的。一个原因是它们从一些蜂窝网络可能的方面中受益。例如，部署作为移动设备的 M2M 设备的可能性（例如在设备中嵌入一个 SIM 卡），在工业设置中置入验证、安全和易配置。大量蜂窝网络中 M2M 应用程序的部署明显地驱动了这种需要来为固定的或是移动性低的 M2M设备优化网络，用这种方法来减少整个连通性的成本。不是为了试图建立整个 M2M 领域的名单和提供应用的例子，本节对于每一个主要 M2M 业务成熟性的调查是为了鉴定它涌现过程中的障碍和可能的促进因素。图 1-5 提出了对成熟 M2M 工业阶段性的观点。用长远的眼光（20 年）描述了M2
43、M 部署的三个阶段。目前 M2M 的关键阶段是蜂窝网络中心，在那里大多数的应用程序在遥测和快速管理的区域。它们大多使用现存的蜂窝网络基础设施，主要的企业对企业（B2B）应用程序的路由也是一样。考虑到我们快要到这个阶段的末尾，为了进入下一阶段（过渡），明确我们是否遇到这些条件就是很重要的，在下一阶段，很大比例的 M2M 市场将会被开发，特别是企业对消费者（B2C）应用程序，它将会比以前的 B2B 应用程序更被需要。除了 M2M 技术的发展，仍然有很多挑战，最有压力的一些是：解决方案的分离。在大量的例子中，迄今为止开发出的和实施的解决办法已经独立地解决了特定垂直应用程序的需求问题。这就根据技术、平
44、台、数据模式的异构性创造了筒仓式的解决办法。互操作性一般是很受限制的或是不存在的。克服这个挑战至少需要两方面的努力。第一，必须定义更广泛的标准，特别是关于数据模型。另外，要有能够使多种应用程序重复使用的服务平台，避免由于一般能力的缺乏而对每一种应用程序完全重新设计的需要。网络失调。如上所述，通信网络被设计用来满足许多实质上与 M2M 不同的需求，一个例子是没有设计去考虑大量设备的移动网络，这些设备产生很小数量的数据传输，以及潜在的大量控制超负荷和连接性平台（更不要说固定设备不需要漫游能力）。需要做许多对 M2M 业务的优化，这些必须在标准化下被替换。另一个例子是延迟，在一些应用中（例如，智能电
45、网）延迟的需求是大大的低于10ms，远程保护级别要比互联网协议语音（VoIP）级别低不止一级。安全。正如已经概述的，一些最有前途的 M2M 应用（电子健康，智能电网）是安全至上的，它必须被做得强健来对抗多种安全威胁。这就要求这种安全需要通过标准和证明被精确地理解和开发。隐私。为了开发和解决隐私这个敏感的问题，需要规则（一个必要的先决条件）和标准化。服务能力。为了应对破碎的市场，必须通过几个应用程序概述重复使用的能6M2M 通 信书 书 书图 1-4 M 2M服务与设备（本图得到 B e e c ha mR e S e a r c h 允许复制，还有作者提供的关于设备移动性和数据率的指示）7第
46、1 章 M2M 简介力。ICT 网络的历史表明这仍旧需要在不同的构架层之间做出一些分离。特别地，把应用程序从服务能力（例如，设备管理）和网络能力（例如，规则）中分离出来是关键。测试，证明。大量的 M2M 解决方案将不得不在传统筒仓式服务之外开发，用其他 M2M 或是传统应用程序去整合。这需要很大程度上的互操作性和提供商的承诺，这将反过来使设备与装置的测试和验证组织成为必需。这成为工业和/或标准化组织或论坛的角色。考虑了以上挑战，图 1-5 同样概述了三个主要的加速 M2M 成熟的因素，也就是：高水平的框架。这指的是一套新兴的基于结构、平台、技术的标准，这是以允许开发非筒仓式的、不过时应用程序为
47、方法整合的。特别地，这些框架允许规模经济，这将改变 M2M 业务模式的动态。政策和政府鼓励措施。许多 M2M 挑战也许不会被工业独立的处理，根据这种意识，公共机构和政府已经开始在通过雄心激励计划刺激投资和政策制定中扮演积极的角色。这反过来驱动了在更宽广的 M2M 生态系统上的更多投资，同样创造了更多对 M2M 工业可行性的信任。标准。来自各个行业（不仅是 ICT）的大量可靠的产业伙伴，大的或是小的，都已经开始一起工作，要创造出新的标准需求在全球系统的水平上处理 M2M。图 1-5 M2M 工业成熟的阶段（被 Yankee Group 允许复制）8M2M 通 信本章和本书更多的地方将聚焦这些方面
48、，特别是标准，用长远的眼光看，这些加速因素已经被利用，开始改变 M2M 的格局。1.3 促进 M2M 技术的成熟1.3.1 M2M 高层框架M2M 角色面对的最大部分挑战是把垂直筒仓式转变成一套简单可发展的和递增可开展的应用程序。图 1-5 表明向 M2M 成熟性第二阶段过渡的标志是水平平台的出现和部署。“水平”所表示的意思是一个贯穿业务领域、网络和设备，连贯的有效框架。这是一系列能够功能分离的技术、体系结构和过程，特别是应用层和网络层，如图1-6 所示。图 1-6 一个 M2M 的挑战：M2M 服务层的出现这样一个平台将依靠一系列以软件模块为形式的功能，向 M2M 应用提供软件模块是为了促进
49、它的发展、测试和部署的生命周期。通过彻底地分析行业内几个M2M 应用用例及它们相关的需要得到它们确切的需求、可能性和定义公共服务的能力。M2M 应用程序的开发和部署能够受益于一系列仔细的设计、测试和优化的构建模块，而不考虑部署的 M2M 应用的类型。本书剩余部分中，这种构建模块将作9第 1 章 M2M 简介为 M2M 服务能力被提到。除了应用程序所用其他方面中的 M2M 服务能力，简单列举几个，比如，设备激活、设备监控、设备定位、数据存储、对水平平台（M2M 设备运行能力）的媒介化，这个概念的进一步发展使得 M2M 应用主要集中到了业务逻辑上。一旦一系列固定的 M2M 服务能力被规定，合乎逻辑
50、的下一步就是通过应用程序编程接口（API）的使用向 M2M 应用去揭示它们。这将是解决以下部分的标准。1.3.2 政策和政府的鼓励措施经过最初缓慢的进展，公共机构和政府现在已经意识到他们要在 M2M 通信的腾飞中扮演关键角色，特别是因为 M2M 在许多对他们国家或地区的将来确实必要的新系统中是一个完整的单元。已经得到了一些经验，在相关的鼓励措施定义中应用了一些方法，特别是让基础设施能够优化的标准，经济规模和服务能力可重用性的积极影响，去作为一个主流部署的主要促成者。由于以下原因，目前，大量政策和政府鼓励措施已经落实到位，去扮演一个重要，有时是相当关键的角色。经济鼓励措施提供了一个有吸引力的、稳
