机器通信与网络演进

（5）机器通信的其它重要特征

机器通信的一个重要特点就是通信终端的"程序自动控制"。程序自动控制通信操作，与人为控制通信操作有很大的不同。程序自动控制模式可以让终端在较短时间内产生大量的呼叫。例如，移动的机器终端可能会聚集到一个小区内，并都试图建立和网络的数据连接。由于小区容量有限，出现连接失败的情形。而连接失败的终端被程序控制，很快再次呼叫网络……如此往复，加剧了小区的通信处理负荷，甚至造成小区的拥塞。

另外，很多行业终端散布在诸如野外等无法提供电源的地点。虽然可以采用太阳能供电，但出于成本的考虑，绝大多数此类终端只能使用电池供电。为了降低维护保养成本，这些电池供电的终端至少能够持续工作半年，目的甚至能够达到1年以上。这就要求，包括通信单元在内的整个终端单元必须具备低功耗，甚至超低功耗的特征。

此外，机器通信还具备诸如"基于组的特性"、"双向触发"等特征。这里不再进行描述。总之，机器通信具备独特的通信模式和特征，对于主要基于传统语音通信和上网业务的通信网络提出了新的要求。

3 通信网络承载机器通信的演进趋势

当前的通信网络，尤其是蜂窝通信网络，在设计时是以所承载的业务主要是语音、上网等业务为前提的。从数据通道来看，无论从承载通道设计、信令交互设计、容量和覆盖规划等多个层面，都主要考虑的是以前向流量为主，以手机终端和上网卡为主的业务。在机器通信业务规模化发展的前景下，笔者认为，通信网络承载机器通信的演进趋势可以划分为3个阶段。如图1所示，即混同承载阶段、区别承载阶段以及远期的独立承载阶段。

（1）业务发展初期，通信网络采用混同承载方式

在混同承载阶段，通信网络从接入网开始，到核心网的各个环节都没有将机器通信和上网卡等数据业务区分开来。这些不同类型的通信业务，网络采用同一种模式进行承载。造成这种局面的主要原因是网络侧目前不能以比较简单的方式实现区分业务。而且虽然存在一定的需求，业务也开始形成一定的规模。但在机器通信发展的初期，业务规模仍然有限。从投入产出效益来看，没有足够的理由启动对网络的改造。

在混同承载阶段，基本处理策略是网络不作大的改动，网络参数基本不变，主要通过终端侧采取一些措施，应对程序自动化等特征带来的问题，间接地增强网络对机器通信的承载能力。同时，运营商也在探索构建针对机器通信的业务平台，例如M2M平台，通过提供针对机器终端的监测控制、以及业务数据路由等功能，从另一方面增强网络的承载能力。

（2）通信网络要实现对于机器通信的区别承载

毕竟，机器通信有其不同于以往传统数据通信的特征。随着机器通信业务的不断发展，业务规模的增加，逐渐对包括码号资源、传输信道资源等在内的通信网络资源造成了较大的压力。为了避免这种压力对整个通信网络造成大的负面影响，必须在网络侧进行相应的改造来实现区别承载。

欧洲电信标准化协会(ETSI)的专家们就此在M2M 功能架构中进行了相应阐述，如图2所示：

ETSI的专家们提出在接入网、核心网以及传输网层面都可能需要进行改造，以提供承载机器通信的新的网络能力。此外，还需要提供一些服务能力来支撑机器通信业务的承载。笔者认为后者将主要依靠M2M平台的演进来实现，而前者的实现需要根据机器通信的具体特征采取相应的改进机制。例如，针对低移动性、甚至固定安放的机器终端，可以简化移动性管理相关的信令处理流程。这样做，一方面可以减少信令数据流量，另一方面也可以减少终端通信单元的信令交互操作，从而达到降低功耗的目的。

要实现通信网络对于机器通信业务的区别承载，通信网络固然要具备针对性的承载机制。但首先，通信网络需要将机器通信业务从众多数据业务中识别出来，才能够进一步区别对待。要实现这种识别功能，可以采取多种措施，例如：

机器终端接入网络可以采用单独的网络接入标识符NAI；
机器终端可采用独立号段，将其和使用普通号段的终端区分开来；
在归属位置寄存器(HLR)等相关设备中，针对机器终端设置相应的区分标识。

需要注意的是，一方面，上述这些措施，实施工作量大小不一；另一方面，可能需要多种措施综合使用，方能达到较好的效果。而且，不但是网络承载，包括业务承载（业务开通、计费等）同样需要借助这些手段实现区别对待。

（3）远期，通信网络可能需要实现对于机器通信的独立承载

当机器通信业务规模继续扩大，和其它共享通信信道的数据业务之间会出现较大的互干扰问题，单纯从技术手段解决可能过于复杂。另外，可能出现大量对通信服务等级协议(SLA)要求较高的机器通信业务。这些因素导致可能需要采用物理或逻辑隔离的网络承载（部分）机器通信业务。这可能包含了物理或逻辑独立的接入网，以及核心网中专设的互联子网。

4 小结和展望

近年来，中国和国际上的通信标准组织在机器通信方面陆续开始开展相关研究。国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-T)主要从下一代网络(NGN)的视角出发关注泛在网的需求和架构等。第三代合作伙伴计划(3GPP)则主要从移动网络出发关注机器通信的需求，以及面向机器通信的网络改进和优化工作。为推动M2M支撑技术的研究，3GPP2在2010年1月曼谷会议上也通过了M2M的立项。明确了当运营商部署M2M 应用时，应给运营商带来较低的运营复杂度；优化网络工作模式，以降低对M2M终端功耗的影响等研究领域。中国通信标准化协会(CCSA)于2010年2月初成立了泛在网技术委员会（TC10），统一部署和开展泛在网的应用和技术研究。但总的来看，关于机器通信的标准仍然处于需求和架构分析阶段，即处于起步阶段。

从光接入、无线宽带接入、智能业务平台等通信网络的几大发展方向来看，机器通信对于无线宽带接入提出了更多的要求。机器通信业务具有和以往移动蜂窝网承载的数据通信业务不同的通信模式和特征，需要网络作出适应性的改变。如果说，机器通信业务的初始阶段，是业务适应网络。那么我们可以说，机器通信业务的大发展阶段，则应该是网络适应业务。当然，这是一个渐进的过程。而当前正处于从混同承载阶段向区别承载阶段的转变的过程之中。

总之，从机器通信业务的承载现状，以及未来物联网的发展愿景来看，目前的通信网络仍然有很多通信需求未能满足。机器通信业务的发展，将进一步推动通信网络的演进。

5 参考文献
[1] Draft ETSI TS 102 690 V<0.1.3> [S]. 2010.
[2] 3GPP TR 23.888 V0.1.2 [S]. 2010.