通用M2M設備推動物聯網普及
通用M2M模型解決了物聯網設備中的5w2h問題,即who(誰),where(在哪兒),when(什么時候),what(傳什么),why(當發生故障時可以檢測出錯原因),howmuch(傳多少),how(怎樣傳)的五個基本問題。
M2M是現階段物聯網最普遍的應用形式。M可以是人(Man),也可以是機器(Machine),M2M泛指人、機器之間建立連接的所有技術和手段,其核心理念就是網絡一切。
物聯網作為未來通信網絡技術與應用發展的趨勢之一,已被業界人士廣泛接受。M2M的通信體系架構大體上可分為設備層、通信網絡層和業務管理層,它們分別代表傳感網絡、傳輸網絡和應用網絡。其中M2M設備是指M2M體系中核心的硬件設施,主要負責從具體檢測對象上獲取所需數據,并進行傳感器網絡中的數據匯聚處理。
一般的M2M設備主要有三大部分組成:數據提取模塊、M2M平臺模塊和業務提供模塊,如圖1所示。
雖然M2M設備種類繁多,功能各異,應用廣泛,但是,目前M2M設備市場仍處于發展的初級階段,大多數的M2M設備只具有一些例如數據采集、監控和簡單的數據處理功能,智能性不高。更重要的是缺乏一種通用的M2M設備,以便應用于不同領域,從而實現物聯網網絡一切的核心理念。
一種通用的M2M設備模型
M2M設備應該具有以下幾種基本功能:1.要有相應信息的接收器;2.要有數據傳輸通路;3.要有一定的存儲功能;4.要有CPU;5.要有操作系統;6.要有專門的應用程序;7.要有數據發送器;8、遵循物聯網的通信協議;9.有可被識別的唯一編號等。因此通用M2M設備模型設計如圖2所示。
下面詳細介紹一下通用M2M設備模型中各個模塊的功能:1.信息傳感模塊,具有RFID等信息傳感功能,負責捕獲物理世界中的各類信息;2.有線、無線接入模塊,有線具有RS232、USB等接口,無線支持WiFi、藍牙、紅外等功能,負責將信息傳感模塊中感知的信息通過有線或無線的方式(how)傳送給信息接入模塊;3.物聯網通信協議模塊,負責存儲物聯網通信協議,具有定時更新的功能,并支持感覺模塊的“熱插撥”,保證M2M設備可以在物聯網中正常運行;4.電源模塊,負責提供M2M設備運行時所需能量;5.設備唯一編號模塊,負責存儲M2M[FS:PAGE]設備的編號,為了實現網絡一切的美好愿景,該物理標識必須是唯一的,類似于IP地址,從而讓每個M2M設備都能明白自身是誰(who),成為智能設備;6.信息接入模塊,具有信息篩選功能,負責從各類信息中提取有用信息并將提取后的信息上傳至自身處理模塊,同時還負責管理有線、無線接入模塊,控制傳輸信息的流量(howmuch);7.自身處理模塊,具有定位模塊、CPU、操作系統和存儲器四個部分,其中定位模塊負責準確地定位M2M設備的位置(where),可采用GPS、AGPS或者我國未來準備應用的北斗定位系統等來定位;CPU負責處理、運算所有數據;操作系統負責管理M2M設備的硬件和軟件,可以采用微嵌入式系統(Linux或Symbian等);存儲器負責存儲信息;8.應用處理模塊,具有多種應用接口,負責將經過自身處理模塊處理過的信息分配至相應的具體的應用(what);9.接口管理模塊,負責管理信息上傳下達的各類網關和接口,并控制信息傳送時間(when);10.自檢模塊,具有一定的自檢測功能,當發生故障時可以檢測出錯原因(why),并發送報錯信息;11.用戶管理模塊,負責管理用戶的相關信息;12.上傳網絡模塊,具有連接核心網絡的功能,包括G網、C網乃至4G網絡的接口等,負責將信息采用何種方式(how)傳送至核心網絡。
綜上所述,通用M2M模型解決了物聯網設備中的5w2h問題,即M2M通信體系中的who(誰),where(在哪兒),when(什么時候),what(傳什么),why(當發生故障時可以檢測出錯原因),howmuch(傳多少),how(怎樣傳)的五個基本問題。
通用M2M設備與核心網絡間的通信
如圖3所示,通用M2M設備通過接口管理模塊、應用處理模塊和上傳網絡模塊相互配合來實現與核心網絡間的通信。接口管理模塊支持短消息、USSD、GPRS等幾種通信接口,將不同網絡通訊承載協議的接口消息進行處理后封裝成統一的接口消息提供給應用處理模塊,保證了應用處理模塊對于不同網絡通訊承載協議的穩定性。消息經應用處理模塊處理后按照不同的應用請求分別傳送至上傳網絡模塊,上傳網絡模塊采用有線或無線技術,根據統一的接口消息接入核心網絡,從而完成M2M設備與核心網絡間的通信。
通用M2M設備間的通信
設備與設備間的通信,主要通過信息傳感模塊、信息接入模塊和自身處理模塊配合完成。信息傳感模塊接收到其[FS:PAGE]他設備的信息,通過有線或無線接入模塊將信息傳送給信息接入模塊,經信息接入模塊對信息的提取、分類,將有用的信息上傳至自身處理模塊。信息經自身處理模塊處理成兩類:需要上傳至核心網絡的信息和M2M設備間通信的信息。需要上傳至核心網絡的信息的通信方式遵循通用M2M設備與核心網絡間的通信方式,而M2M設備間傳輸的信息則通過自主通信的方式完成通信,即M2M設備通過自身處理模塊處理將信息處理后,采用有線或無線的方式,自主地和其他設備通信。如圖4所示。
通用M2M設備的組網
一個方式是自組織網絡,即設備之間相互感知信息,自建成網,組成動態的網絡拓撲,設備可以自由地加入或撤出,但不影響整個M2M網絡的通信,這種組網方式方便、快捷,但穩定性相對較差,通信能力、業務處理能力等有限;另一個方式是設備先與核心通信網相連,再通過核心網絡實現設備與設備間的通信,這種組網方式穩定性好,功能強大,但組網比較繁瑣,不易重組和維護。
具體的組網方案有:1.有線局域網,即每個通用M2M設備分配一個唯一的物理標識地址,存儲在設備唯一編號模塊中,設備通過上傳網絡模塊直接接入核心網絡,再通過物聯網通信協議模塊調用各類通信協議進行通信即可。但是,這種組網方式成本過高,目前的網絡覆蓋普及有困難;2.無線局域網+家庭網關,即通用M2M設備通過無線接入模塊與家庭網關之間進行數據通信,家庭網關通過固網與核心網連接,作為核心網的網關。該方案適合終端密集型應用,如智能家居。
在實際應用中,需要根據具體情況,安排不同的M2M組網方案,從而最大限度地發揮M2M通信的優勢。
本文提出一種通用M2M理論模型,并針對這一設備模型的組網通信進行了遠景闡述,為將來普及物聯網提供一個有益探索。
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