中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 （2014） 01-0044-04

M2M： Business Scope and Technical Development

摘要： 指出M2M是使用電信運營商提供的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)支撐平臺并提供給其他各種規(guī)模垂直行業(yè)的公共物聯(lián)網(wǎng)，它是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個子集。M2M的主要技術(shù)包括Thing-based M2M技術(shù)、機器對機器直接通信技術(shù)和M2M通信網(wǎng)技術(shù)。M2M市場潛力巨大，但還存在很多不確定因素，需要我們開展更多研究。

關(guān)鍵詞： 機器對機器；物聯(lián)網(wǎng)；機器類型通信；傳感器；無線射頻識別

Abstract： M2M is a kind of IoT that supports all kinds of vertical industry applications that are based on a telecommunication network and a telecommunication service platform. M2M application is a subset of IoT applications. The main M2M technologies are thing-based M2M technology， technology for direct communication between machine and machine， and M2M communication network technology. The M2M market has great potential， but there is still much uncertainty and more research needs to be done.

Key words： M2M； internet of things； machine-type communication； sensor； radio frequency identification

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日趨廣泛，“M2M”也成為伴隨物聯(lián)網(wǎng)在信息通信領(lǐng)域中最熱門的詞匯，M2M應(yīng)用、M2M業(yè)務(wù)、M2M平臺等名詞和術(shù)語層出不窮。如果把這些名詞術(shù)語中的M2M替換為物聯(lián)網(wǎng)，它們也是行業(yè)的高頻詞匯，而且這些詞匯的內(nèi)涵和M2M相關(guān)詞匯的內(nèi)涵非常相近。可以看出，物聯(lián)網(wǎng)和M2M的內(nèi)涵和外延非常接近，也說明了目前物聯(lián)網(wǎng)和M2M的產(chǎn)業(yè)界線、業(yè)務(wù)研究范圍、技術(shù)發(fā)展方向仍然沒有特別清晰的認識。

1 M2M國際標準化現(xiàn)狀

1.1 ITU-T

國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組織（ITU-T）M2M焦點組（FG M2M）首次會議于2012年4月17—18日在日內(nèi)瓦召開。會議吸引了眾多醫(yī)療和信息、通信和技術(shù)（ICT）領(lǐng)域的專家參與，共同探討垂直醫(yī)療市場的M2M標準化需求。焦點組的工作集中在醫(yī)療領(lǐng)域中M2M的應(yīng)用，并據(jù)此分為3個工作組：第1工作組負責(zé)M2M使用案例和業(yè)務(wù)模型；第2工作組負責(zé)確定M2M業(yè)務(wù)層的要求和架構(gòu)框架；第3工作組負責(zé)M2M應(yīng)用程序接口（API）和協(xié)議，其工作將在前兩個工作組完成相關(guān)工作后逐步開始，目前主要是研究M2M業(yè)務(wù)層的需求和M2M業(yè)務(wù)層支持下的e-health。

ITU-T M2M焦點組的研究報告沒有給出M2M的準確范疇和定義，目前只是給出M2M業(yè)務(wù)層研究的范疇，即處于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能。

1.2 OneM2M

為了促進國際物聯(lián)網(wǎng)標準化活動的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少重復(fù)工作，降低企業(yè)生產(chǎn)及運營成本，保障各行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從而推動國際物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，2012年7月，由中國通信標準化協(xié)會（CCSA）、日本的無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會（ARIB）和電信技術(shù)委員會（TTC）、美國的電信工業(yè)解決方案聯(lián)盟（TIS）和通信工業(yè)協(xié)會（TIA）、歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI），以及韓國的電信技術(shù)協(xié)會（TTA）等7家標準組織推進成立了OneM2M。OneM2M專注于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)層標準的制訂，并致力于M2M設(shè)備在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)互通的技術(shù)規(guī)范和相關(guān)報告的制訂。

OneM2M已經(jīng)成立了需求（WG1）、架構(gòu)（WG2）、安全（WG3）、管理和語義（WG4）4個工作組。目前具體工作項目（WI）有：M2M需求、M2M術(shù)語、M2M架構(gòu)3個項目，并有兩個內(nèi)部項目，分別對應(yīng)用場景和標準組織提交的架構(gòu)融合問題進行相關(guān)研究。

1.3 3GPP

第三代合作伙伴計劃（3GPP）對M2M的研究聚焦在通過移動通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C器通信，既MTC。3GPP從R10開始對MTC進行相關(guān)的標準化工作，目前R10階段的工作已經(jīng)完成，R11的相關(guān)標準研究接近尾聲，R12的研究工作開始啟動。R10階段的標準化重點是移動通信核心網(wǎng)擁塞控制的優(yōu)化；R11階段的標準化涉及的內(nèi)容包括MTC架構(gòu)、標識、尋址、設(shè)備觸發(fā)、RAN的擁塞控制；R12階段則重點關(guān)注小數(shù)據(jù)和設(shè)備觸發(fā)、監(jiān)控增強、UE低功耗優(yōu)化、基于組的優(yōu)化。MTC是不需要人干預(yù)的一個或多個實體之間的數(shù)據(jù)通信，可以看出MTC實際就是我們平常說的M2M通信。

1.4 ETSI

歐洲電信標準化委員會（ETSI）M2M工作組于2008年成立，以歐洲運營商主導(dǎo)，吸引了來自歐、美、中、日、韓等地區(qū)或國家的電信和ICT行業(yè)的參與，以制造商、網(wǎng)絡(luò)運營商為主（分別占59%、26%），也包括研究團體、政府管理機構(gòu)、大學(xué)和一些最終用戶。ETSI M2M TC的主要研究目標是從端到端的全景角度研究機器對機器通信，并與ETSI內(nèi)電信和互聯(lián)網(wǎng)融合業(yè)務(wù)及高級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TISPAN）及3GPP已有的研究進行協(xié)同工作。

目前ETSI M2M Release 1核心的3個系列標準已經(jīng)發(fā)布：M2M需求（ETSI TS 102 689）、M2M功能架構(gòu)（ETSI TS 102 690）和M2M接口描述（ETSI TS 102 921）。OneM2M成立后，ETSI M2M的標準化成果將轉(zhuǎn)移到OneM2M中繼續(xù)研究，ETSI主要維護歐洲地區(qū)標準事務(wù)。

2 M2M內(nèi)涵及邊界

M2M的范疇也在不斷放大，例如有人把M2M的縮略語解釋為機器對機器、人對機器或機器對人，這也就意味著M2M與物聯(lián)網(wǎng)的目標類似，都是提供未來人與物、物與物的通信。特別是OneM2M標準組織的成立，從名稱上就彰顯出“一個”M2M就能夠提供所有與機器相關(guān)的應(yīng)用和業(yè)務(wù)，這似乎與物聯(lián)網(wǎng)的目標和業(yè)務(wù)范疇一樣。因此從產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和標準化發(fā)展的角度有必要說明M2M的內(nèi)涵及其與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。

物聯(lián)網(wǎng)目前還沒有大規(guī)模的應(yīng)用，目前應(yīng)用主要集中于各種小規(guī)模的垂直行業(yè)應(yīng)用以及基于公眾通信網(wǎng)支撐的應(yīng)用中。物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過增強網(wǎng)絡(luò)末梢的感知能力和應(yīng)用層的信息處理能力來實現(xiàn)應(yīng)用需求，因此通信網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)體系同樣適用于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)體系，即基于公眾通信網(wǎng)（包括電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)）增強其感知能力構(gòu)建公共物聯(lián)網(wǎng)。

公共物聯(lián)網(wǎng)不僅可以提供公眾物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還可以使其他服務(wù)行業(yè)共享這種公共信息基礎(chǔ)設(shè)施，避免不同的行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重復(fù)建設(shè)；而電力、交通等行業(yè)的信息化程度相對較高，又有其自身特殊的、封閉的應(yīng)用需求，它們將基于各自現(xiàn)有行業(yè)的信息通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)來發(fā)展行業(yè)專屬的物聯(lián)網(wǎng)，智能電網(wǎng)、智能交通（ITS）、智能工業(yè)將是這些行業(yè)專屬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的目標，如圖1所示[1-3]。

這種公共物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供方式不同于專屬物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供方式，它是開放、共享信息通信基礎(chǔ)設(shè)施給應(yīng)用提供者，因此從標準化的角度，有必要把這種方式與其他專屬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供的方式區(qū)別開。M2M近年來成為全球電信運營商廣泛使用的詞匯，電信運營商希望通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)電信網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)等末梢延伸網(wǎng)的連接， 從而實現(xiàn)公眾通信網(wǎng)連接各種感知物理世界的感知設(shè)備，例如傳感器、射頻識別（RFID）裝置，這種使用電信運營商提供的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)支撐平臺而提供各種小規(guī)模垂直行業(yè)應(yīng)用的公共物聯(lián)網(wǎng)，我們可以把它稱為M2M。如果說物聯(lián)網(wǎng)是一個全集，那么M2M就是基于電信運營商驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，應(yīng)該是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個子集。

3 M2M的主要技術(shù)

3.1 Thing-Based M2M

圖2是中國通信標準化協(xié)會基于電信運營商在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的實踐制訂的現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)總體框架。由于現(xiàn)階段各行各業(yè)都在物聯(lián)網(wǎng)的旗幟下發(fā)展各自的行業(yè)信息化應(yīng)用，因此圖2中雖然示意的是物聯(lián)網(wǎng)，但實際就是電信運營商驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——M2M。

端節(jié)點和通信網(wǎng)之間建立網(wǎng)絡(luò)連接的方式有兩種：一種是直接連接方式，端節(jié)點向通信網(wǎng)直接進行注冊認證，并從網(wǎng)絡(luò)獲取所需要的標志或地址等信息；另一種方式是通過接入網(wǎng)關(guān)和通信網(wǎng)建立連接，此時接入網(wǎng)關(guān)作為端節(jié)點和通信網(wǎng)之間的連接媒介和連接中轉(zhuǎn)節(jié)點，同時向端節(jié)點提供必要的連接配置信息，而對于接入網(wǎng)關(guān)中繼端節(jié)點到通信網(wǎng)之間的連接，某些端節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到廣域通信網(wǎng)絡(luò)，需要通過延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入。另外一種典型需求是利用接入網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的匯聚和信息的匯聚，并簡化網(wǎng)絡(luò)連接和相應(yīng)管理等。延伸網(wǎng)絡(luò)位于端節(jié)點與接入網(wǎng)關(guān)之間，主要是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)通信的進一步延伸，使通信的覆蓋區(qū)域和服務(wù)領(lǐng)域得到擴展。為了實現(xiàn)對各種物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點的接入，特別是工作在特定環(huán)境或場景下的智能節(jié)點設(shè)備的接入，延伸網(wǎng)絡(luò)通常會利用各種近距離技術(shù)、自組織組網(wǎng)技術(shù)等，通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)等方式，來實現(xiàn)信息的傳遞，同時業(yè)務(wù)支撐平臺負責(zé)向應(yīng)用提供一些共性的能力和支撐，并提供開放的接口，使應(yīng)用可以接入和使用網(wǎng)絡(luò)資源和能力。通過向具體應(yīng)用屏蔽底層具體網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，可以簡化和降低上層應(yīng)用開發(fā)和部署的復(fù)雜度。應(yīng)用可能由第三方運營，在這種情況下，可以通過業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)應(yīng)用的安全接入，此時業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)來屏蔽物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對應(yīng)用進行認證和授權(quán)，并可以提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序編程接口（API）接口等[4]。

目前典型的應(yīng)用是利用物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點（如傳感器、RFID、視頻采集器等）采集物理世界中的信息，然后經(jīng)接入網(wǎng)關(guān)傳送到應(yīng)用層的服務(wù)器進行分析處理，再提供相應(yīng)的應(yīng)用。因此這種應(yīng)用并非如M2M縮略語中的意思，提供機器到機器直接通信應(yīng)用，因此我們就把它稱作為Thing-based M2M。

Thing-based M2M應(yīng)用基本還是綜合利用現(xiàn)有的信息通信技術(shù)（包括現(xiàn)有的信息采集技術(shù)、信息傳遞技術(shù)）提供應(yīng)用，而接入網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)支撐平臺則是需要重新構(gòu)建功能或設(shè)備，此外由于電信運營商作為M2M平臺的業(yè)務(wù)提供者需要管理和維護終端，因此M2M業(yè)務(wù)支撐平臺和終端之間的管理和維護協(xié)議、業(yè)務(wù)傳送的協(xié)議也需要構(gòu)建。中國電信運營商，例如中國電信、中國移動都為之定義了企業(yè)協(xié)議。中國電信M2M通信協(xié)議稱之為M2M終端管理協(xié)議（MDMP），中國移動M2M通信協(xié)議稱之為無線M2M協(xié)議（WMMP）通信協(xié)議，設(shè)計這些協(xié)議的目的是為了屏蔽不同應(yīng)用在延伸網(wǎng)使用的不同技術(shù)協(xié)議，在接入網(wǎng)關(guān)、M2M終端與業(yè)務(wù)支撐平臺之間使用統(tǒng)一的協(xié)議實現(xiàn)M2M終端管理、控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。雖然這些技術(shù)已經(jīng)具備，但是從技術(shù)標準的角度看，M2M平臺和M2M通信協(xié)議由于不同運營商定義了不同的企業(yè)標準，因此還需要進一步的行業(yè)標準化[5]。

3.2 機器對機器通信

通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，給社會生活帶來了極大的變化，越來越多的設(shè)備需要通信和連網(wǎng)。目前僅僅是計算機和其他一些IT類設(shè)備具備與其他機器的直接通信的能力，眾多的普通機器設(shè)備幾乎不具備聯(lián)網(wǎng)和其他機器直接通信的能力，例如工業(yè)設(shè)備、儀器儀表、家電、車輛、自動售貨機、工廠設(shè)備等。M2M技術(shù)的目標就是使所有機器設(shè)備都具備連網(wǎng)和通信能力，預(yù)計未來用于人對人通信的終端可能僅占整個終端市場的1/3，而更大數(shù)量的通信是機器對機器的直接通信業(yè)務(wù)。事實上，目前機器的數(shù)量至少是人類數(shù)量的4倍，因此M2M具有巨大的市場潛力[6]。

M2M通信將由M2M層、傳送層、ID層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入控制（MAC）層、物理層構(gòu)成，如圖3所示。

M2M層是為了實現(xiàn)采用不同語言的應(yīng)用之間通信，而需要在網(wǎng)關(guān)設(shè)置代理實現(xiàn)語言翻譯而設(shè)計的通信層，目前可用的協(xié)議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應(yīng)用時，傳送層根據(jù)應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統(tǒng)輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球?qū)ぶ返募夹g(shù)出現(xiàn)，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業(yè)界正在研究位置與標識的分離；網(wǎng)絡(luò)層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術(shù)（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網(wǎng)具體采用的通信技術(shù)。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發(fā)現(xiàn)和控制各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)打印機、Internet網(wǎng)關(guān)等，并能提供相應(yīng)服務(wù)。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網(wǎng)絡(luò)，可自動發(fā)現(xiàn)其他供應(yīng)商提供的設(shè)備。在UPnP協(xié)議下，一個設(shè)備可動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設(shè)備的功能。很多種類的設(shè)備都可以使用UPnP協(xié)議，包括智能設(shè)備、無線設(shè)備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協(xié)議，能夠很好地在現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中使用。使用這些標準協(xié)議使UPnP從已有的各種經(jīng)驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設(shè)備間的相互協(xié)作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務(wù)。圖4是UPnP協(xié)議棧。

（2）DPWS

設(shè)備的Web服務(wù)（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現(xiàn)安全的 Web 服務(wù)的最小接口集。 Windows Vista上內(nèi)置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設(shè)備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現(xiàn)在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務(wù)實現(xiàn)，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務(wù)。圖5所示為DPWS的協(xié)議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、指表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務(wù)，并且它提供的互操作性正是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵討論內(nèi)容，因此它被推向設(shè)備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協(xié)議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務(wù)，而且對于資源能力受限的設(shè)備來說也過于復(fù)雜。

CoAP協(xié)議基于REST 構(gòu)架，是互聯(lián)網(wǎng)資源訪問協(xié)議的一般性設(shè)計風(fēng)格。為了克服HTTP對于受限環(huán)境的劣勢，CoAP需要考慮到數(shù)據(jù)報長度的最優(yōu)化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統(tǒng)一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協(xié)議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸?shù)牟豢煽啃?，CoAP定義了帶有重傳機制的事務(wù)處理機制，并且提供資源發(fā)現(xiàn)機制。CoAP協(xié)議不是盲目壓縮了HTTP協(xié)議，考慮到資源受限設(shè)備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設(shè)計了HTTP的部分功能以適應(yīng)設(shè)備的約束條件。另外，為了使協(xié)議適應(yīng)M2M 應(yīng)用，CoAP協(xié)議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協(xié)議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區(qū)別。HTTP協(xié)議的傳輸層采用了TCP協(xié)議，而CoAP協(xié)議的傳輸層使用UDP協(xié)議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網(wǎng)的技術(shù)需求

M2M應(yīng)用具有海量終端接入和小數(shù)據(jù)頻發(fā)等特點，但是目前的移動通信網(wǎng)的設(shè)計是針對人類的通話設(shè)計，因此直接使用現(xiàn)有的移動通信技術(shù)支持M2M應(yīng)用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網(wǎng)進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現(xiàn)有移動通信網(wǎng)如何高效支持M2M 應(yīng)用，包括體系架構(gòu)、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監(jiān)控特性的研究。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)在中國被認為是未來的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯(lián)網(wǎng)和M2M能夠帶來真正新的產(chǎn)業(yè)是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.

[3] Microsoft. Introducing DPWS[EB/OL]. http：//msdn.microsoft.com/en-us/library/ dd170125.aspx， Aug. 2011.

[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.

[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：//www.ietf.org/id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.

[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：//www.w3.org/TR/soap12-part1/， Apr. 2007.

作者簡介

續(xù)合元，郵電部郵電科學(xué)研究院碩士畢業(yè)；現(xiàn)任工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網(wǎng)絡(luò)與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有深入的研究，目前致力于下一代網(wǎng)（NGN）、泛在/物聯(lián)網(wǎng)的研究；現(xiàn)已發(fā)表論文幾十篇。

M2M層是為了實現(xiàn)采用不同語言的應(yīng)用之間通信，而需要在網(wǎng)關(guān)設(shè)置代理實現(xiàn)語言翻譯而設(shè)計的通信層，目前可用的協(xié)議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應(yīng)用時，傳送層根據(jù)應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統(tǒng)輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球?qū)ぶ返募夹g(shù)出現(xiàn)，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業(yè)界正在研究位置與標識的分離；網(wǎng)絡(luò)層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術(shù)（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網(wǎng)具體采用的通信技術(shù)。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發(fā)現(xiàn)和控制各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)打印機、Internet網(wǎng)關(guān)等，并能提供相應(yīng)服務(wù)。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網(wǎng)絡(luò)，可自動發(fā)現(xiàn)其他供應(yīng)商提供的設(shè)備。在UPnP協(xié)議下，一個設(shè)備可動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設(shè)備的功能。很多種類的設(shè)備都可以使用UPnP協(xié)議，包括智能設(shè)備、無線設(shè)備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協(xié)議，能夠很好地在現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中使用。使用這些標準協(xié)議使UPnP從已有的各種經(jīng)驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設(shè)備間的相互協(xié)作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務(wù)。圖4是UPnP協(xié)議棧。

（2）DPWS

設(shè)備的Web服務(wù)（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現(xiàn)安全的 Web 服務(wù)的最小接口集。 Windows Vista上內(nèi)置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設(shè)備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現(xiàn)在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務(wù)實現(xiàn)，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務(wù)。圖5所示為DPWS的協(xié)議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、指表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務(wù)，并且它提供的互操作性正是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵討論內(nèi)容，因此它被推向設(shè)備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協(xié)議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務(wù)，而且對于資源能力受限的設(shè)備來說也過于復(fù)雜。

CoAP協(xié)議基于REST 構(gòu)架，是互聯(lián)網(wǎng)資源訪問協(xié)議的一般性設(shè)計風(fēng)格。為了克服HTTP對于受限環(huán)境的劣勢，CoAP需要考慮到數(shù)據(jù)報長度的最優(yōu)化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統(tǒng)一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協(xié)議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸?shù)牟豢煽啃裕珻oAP定義了帶有重傳機制的事務(wù)處理機制，并且提供資源發(fā)現(xiàn)機制。CoAP協(xié)議不是盲目壓縮了HTTP協(xié)議，考慮到資源受限設(shè)備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設(shè)計了HTTP的部分功能以適應(yīng)設(shè)備的約束條件。另外，為了使協(xié)議適應(yīng)M2M 應(yīng)用，CoAP協(xié)議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協(xié)議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區(qū)別。HTTP協(xié)議的傳輸層采用了TCP協(xié)議，而CoAP協(xié)議的傳輸層使用UDP協(xié)議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網(wǎng)的技術(shù)需求

M2M應(yīng)用具有海量終端接入和小數(shù)據(jù)頻發(fā)等特點，但是目前的移動通信網(wǎng)的設(shè)計是針對人類的通話設(shè)計，因此直接使用現(xiàn)有的移動通信技術(shù)支持M2M應(yīng)用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網(wǎng)進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現(xiàn)有移動通信網(wǎng)如何高效支持M2M 應(yīng)用，包括體系架構(gòu)、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監(jiān)控特性的研究。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)在中國被認為是未來的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯(lián)網(wǎng)和M2M能夠帶來真正新的產(chǎn)業(yè)是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.

[3] Microsoft. Introducing DPWS[EB/OL]. http：//msdn.microsoft.com/en-us/library/ dd170125.aspx， Aug. 2011.

[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.

[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：//www.ietf.org/id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.

[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：//www.w3.org/TR/soap12-part1/， Apr. 2007.

作者簡介

續(xù)合元，郵電部郵電科學(xué)研究院碩士畢業(yè)；現(xiàn)任工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網(wǎng)絡(luò)與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有深入的研究，目前致力于下一代網(wǎng)（NGN）、泛在/物聯(lián)網(wǎng)的研究；現(xiàn)已發(fā)表論文幾十篇。

M2M層是為了實現(xiàn)采用不同語言的應(yīng)用之間通信，而需要在網(wǎng)關(guān)設(shè)置代理實現(xiàn)語言翻譯而設(shè)計的通信層，目前可用的協(xié)議有UPnP、DPWS、CoAP。

傳送層將用于提供端到端的性能保證，特別是按序并有一定的可靠性傳送，因此在提供M2M應(yīng)用時，傳送層根據(jù)應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求可以是任選；ID層是對傳統(tǒng)輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議棧簇增加的的標識層。由于IP作為全球?qū)ぶ返募夹g(shù)出現(xiàn)，不僅用于標記“位置”，還用于標記“標志（資源名）”，目前業(yè)界正在研究位置與標識的分離；網(wǎng)絡(luò)層用于分組包的尋址，目前基本還是采用IP的技術(shù)（可能是IPv4或IPv6）；MAC層和物理層決定于通信網(wǎng)具體采用的通信技術(shù)。

（1）UPnP

通用型即插即用（UPnP）是即插即用（PnP）的擴展，它可發(fā)現(xiàn)和控制各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)打印機、Internet網(wǎng)關(guān)等，并能提供相應(yīng)服務(wù)。但UPnP不是即插即用的簡單擴展，它支持“0配置”和無線網(wǎng)絡(luò)，可自動發(fā)現(xiàn)其他供應(yīng)商提供的設(shè)備。在UPnP協(xié)議下，一個設(shè)備可動態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)，獲得IP地址，廣播其功能，并了解其他設(shè)備的功能。很多種類的設(shè)備都可以使用UPnP協(xié)議，包括智能設(shè)備、無線設(shè)備。UPnP使用標準的TCP/IP和Internet協(xié)議，能夠很好地在現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中使用。使用這些標準協(xié)議使UPnP從已有的各種經(jīng)驗和知識中獲利，打破各種信息孤島，越過各種物理層，具有設(shè)備間的相互協(xié)作基本特點。M2M通信也需要管理M2M終端，未來UPnP可以用來為之服務(wù)。圖4是UPnP協(xié)議棧。

（2）DPWS

設(shè)備的Web服務(wù)（DPWS），它定義了在資源有限的終端上使用的、用于實現(xiàn)安全的 Web 服務(wù)的最小接口集。 Windows Vista上內(nèi)置了DPWS的客戶端類庫（WSDAPI）， 那些支持DPWS的設(shè)備（比如常見的某些支持DPWS的打印機）自動出現(xiàn)在Windows Vista的Network Explorer中。從某種程度上說，DPWS是UPnP的Web 服務(wù)實現(xiàn)，未來M2M通信也需要用來管理M2M終端，因此DPWS可以用來為之服務(wù)。圖5所示為DPWS的協(xié)議棧。

（3）CoAP

CoAP是一種面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它采用了與HTTP類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、指表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（REST）式交互以及可擴展的頭選項等等。

HTTP作為IETF 成功長期采用的標準，可以用較小的腳本程序來融合不同的資源和服務(wù)，并且它提供的互操作性正是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵討論內(nèi)容，因此它被推向設(shè)備層面。由于HTTP基于TCP傳輸協(xié)議，采用點對點的通信模型，因此不適合推送通知服務(wù)，而且對于資源能力受限的設(shè)備來說也過于復(fù)雜。

CoAP協(xié)議基于REST 構(gòu)架，是互聯(lián)網(wǎng)資源訪問協(xié)議的一般性設(shè)計風(fēng)格。為了克服HTTP對于受限環(huán)境的劣勢，CoAP需要考慮到數(shù)據(jù)報長度的最優(yōu)化以及可靠通信。一方面，CoAP提供統(tǒng)一資源標志符（URI），REST 式的方法（如GET，POST，PUT和DELETE），以及可以獨立定義的頭選項提供的可擴展性。另一方面，CoAP基于輕量級的UDP協(xié)議，允許IP多播，而組通信是M2M最重要的需求之一。為了彌補UDP傳輸?shù)牟豢煽啃?，CoAP定義了帶有重傳機制的事務(wù)處理機制，并且提供資源發(fā)現(xiàn)機制。CoAP協(xié)議不是盲目壓縮了HTTP協(xié)議，考慮到資源受限設(shè)備的低處理能力和低功耗限制，CoAP重新設(shè)計了HTTP的部分功能以適應(yīng)設(shè)備的約束條件。另外，為了使協(xié)議適應(yīng)M2M 應(yīng)用，CoAP協(xié)議改進了一些機制，同時增加了一些功能。圖6 顯示了HTTP和CoAP的協(xié)議棧。CoAP和HTTP在傳輸層有明顯的區(qū)別。HTTP協(xié)議的傳輸層采用了TCP協(xié)議，而CoAP協(xié)議的傳輸層使用UDP協(xié)議，開銷明顯降低，并支持多播。

3.3 M2M對通信網(wǎng)的技術(shù)需求

M2M應(yīng)用具有海量終端接入和小數(shù)據(jù)頻發(fā)等特點，但是目前的移動通信網(wǎng)的設(shè)計是針對人類的通話設(shè)計，因此直接使用現(xiàn)有的移動通信技術(shù)支持M2M應(yīng)用將會造成對頻率資源的低效使用。為了充分利用頻譜資源，需要對移動通信網(wǎng)進行改造和增強。

目前3GPP正在研究現(xiàn)有移動通信網(wǎng)如何高效支持M2M 應(yīng)用，包括體系架構(gòu)、擁塞和過載控制、簽約控制、標識和尋址、時間控制特性、MTC監(jiān)控特性的研究。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)在中國被認為是未來的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動機”，而M2M無疑是其中重要的生力軍。物聯(lián)網(wǎng)和M2M能夠帶來真正新的產(chǎn)業(yè)是什么，仍在探索中，還存在著很多不確定因素，需要我們投入更多的精力來研究。

參考文獻

[1] Nixon T， Regnier A， Driscoll D， and Mensch A. OASIS Devices Profile for Web Ser- vices （DPWS） Version 1.1 [EB/OL]. http：//docs.oasis-open.org/ws-dd/ns/dpws/2009/01， July 2009.

[2] Nixon T. Web Services Discovery and Web Services Devices Profile [C]// Connectivity Week 2009， Santa Clara， June 2009.

[3] Microsoft. Introducing DPWS[EB/OL]. http：//msdn.microsoft.com/en-us/library/ dd170125.aspx， Aug. 2011.

[4] Hernández V， López L， Prieto O， MartSnez J F， García A B， and Da-Silva A， Security Framework for DPWS Compliant Devices： Service-Oriented Device Communications using the Devices Profile for Web Services[C]//the Third International Conference on Emerging Security Information， Systems and Technologies， Athens， Glyfada， Greece， June 2009.

[5] Shelby Z， Hartke K， Bormann C， and Frank B. Constrained Application Protocol （CoAP） [EB/OL]. http：//www.ietf.org/id/draft-ietf-core-coap-07. txt， July 2011.

[6] Gudgin M， Hadley M， Mendelsohn N， Moreau J J， Nielsen H F， Karmarkar A， and Lafon Y， SOAP Version 1.2 Part 1： Messaging Framework （Second Edition） [EB/OL]. http：//www.w3.org/TR/soap12-part1/， Apr. 2007.

作者簡介

續(xù)合元，郵電部郵電科學(xué)研究院碩士畢業(yè)；現(xiàn)任工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所總工程師、教授級高級工程師；長期從事電信網(wǎng)絡(luò)與交換方面的研究和標準制訂工作，對于信令和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有深入的研究，目前致力于下一代網(wǎng)（NGN）、泛在/物聯(lián)網(wǎng)的研究；現(xiàn)已發(fā)表論文幾十篇。