[ 導讀 ] 隨著接入互聯網的機器（Machine）數量的增多，甚至超過互聯網使用的人數。隨之帶來的是，機器對機器（machine-to-machine，即“M2M”）通信將有望在2013年中歷史性地首次超越人對人通信。通信機器的陣營也日益擴展，包括移動資源管理系統、儀表、機器人、自動售賣機、安

      隨著接入互聯網的機器（Machine）數量的增多，甚至超過互聯網使用的人數。隨之帶來的是，機器對機器（machine-to-machine，即“M2M”）通信將有望在2013年中歷史性地首次超越人對人通信。通信機器的陣營也日益擴展，包括移動資源管理系統、儀表、機器人、自動售賣機、安全系統、資產跟蹤系統、車輛、緊急呼叫系統等。
　　如今，各種量產化的低成本計算設備層出不窮，運行速度越來越快，數據收集能力日益增強，而無線接入互聯網也變得愈發便捷，聯網費用越來越低。因此，機器間“對話”的比重將很快超過人與人之間的對話也絲毫不足為奇。 然而，與此同時，IP地址資源也隨之將被耗盡，四十億多個IPv4（互聯網通信協議第4版）地址現已分配完畢。這是否意味著機器已經錯過了大好時機？答案是否定的。今后的互聯網將采用支持2的128次冪個地址的IPv6（互聯網通信協議第6版），使得全球的IP地址分配綽綽有余。因此，第四代移動網絡（4G）LTE能夠基于IPv6提供數據、語音、視頻等服務也是意料之中的事情。
　　這場網絡變革的動力很簡單，即所有能夠接入互聯網并從中獲益的設備和應用最終都將互相連接在一起。這也是手機、筆記本電腦、平板電腦、汽車及游戲設備等形形色色的“機器”全部具有聯網功能的原因所在。盡管這些是移動互聯最顯而易見的應用，但人類并不是互聯網的唯一使用者，還包括飛速增長的無形應用：每天都有上百萬臺機器以24×7全天候、無需人工操作的方式進行著數據交換，演繹著一場場無聲的“對話”。
　　只需嵌入低成本的小型（無線）調試解調器，任何設備都可以接入網絡。具備報告位置、速度或導航信息功能的應用還需要全球定位系統（GPS）或全球衛星導航系統（GNSS）接收器。這兩種元件，外加天線，都可以輕松地配置到比手機還小的設備上。
　　當下，在電子行業的各個領域，我們時刻都能看到這樣的情形。
　　然而，視應用不同，要為設備配以M2M通信能力還需要一些特殊的條件。無論在考慮最初設計、產品壽命（在進行必要的更換以前該設備能夠運行的時間）還是地理覆蓋（初始設計僅可在某一個地區使用，但現在需要在其他地區使用）或與無線網絡必然升級（2G到3G再到4G）的兼容性時，都需要考慮這些條件。
　　下文將介紹在設計M2M應用時需要考慮的一些重要技術特性，以及它們將如何影響特定類型設備的設計。
　　1） 耗電量

　　對于便攜式跟蹤設備、安全或個人安全設備而言，充電間隔時間是最重要的特性之一。例如，如果安裝在貨柜上的跟蹤器每天需要充電一次，這樣的間隔就太過頻繁，因為空運或陸運一般需要幾天時間，海運則需要幾周時間。
　　對于個人跟蹤或健康監測等消費設備以及設有預定標準的手機而言，電池持續時間應至少為3天。對此類應用的調制解調器和GNSS接收器的規格進行比較時，不僅需要考慮運行/待機耗電量，還需考慮省電模式（如自動啟動功能）及智能省電模式（如無需啟動主處理機自動記錄數據功能）。理想的情況是，這些元件能夠在多數時間處于最低耗電模式并且只在必要時啟動。
　　2） 蜂窩(wo)網(wang)絡支持(chi)性

　　設備能在哪些地區運行呢？隨著全球人員及貨物流動性的增強，調制解調器能否在不同的地區運行成為一個重要的考慮因素（GSM在全球受2個主要頻段支持;UMTS受6個頻段支持;LTE的支持頻段數量則超過30個）。對于這類應用來說，能夠明確設備的可運行區域并預計今后的擴大運行區域至關重要。明確了這項要求，便可選定與工作任務最匹配的無線調制解調器。
　　例如，需要監控全球所有地區貨運情況的資源管理系統配備四頻段GSM調制解調器或六頻段UMTS調制解調器。至于不常移動的設備（如住宅電表），只需一個單頻段就足夠了。其他應用則可能需要考慮一些額外的因素。例如，經常不被記住所在位置的自動售貨機可以隨時支持“電話撥通”，但它必須配有可在所在地區運行或定位的調制解調器。
　　3） 運營(ying)商認(ren)證

      所有利用GSM、UMTS或LTE通信的無線設備都必須在得到運營商的認證之后才能夠訪問其網絡。嵌在設備中的調制解調器也應得到運營商認證，以此簡化認證過程。可先確認跟蹤裝置運行區域的調制解調器認證列表，再選擇相應的調制解調器。多數調制解調器廠商均會在其網站上提供運營商認證列表。
　　4） 無線調試解調器的可升級性

      盡管僅有少量數據通信的遠程儀表應用通常需要使用GSM/GPRS，但是將GSM頻段分配給3G和4G服務已列在考慮范圍內。就自動儀表讀取系統而言，要將其加裝在成千上萬的遠程電表上，成本費用十分高昂。因此，著眼于未來的技術才不失為明智的設計。這就意味著：無論采用UMTS/HSPA調制解調器還是LTE調制解調器，或者至少確保硬件設計不過時，調制解調器升級都應盡可能地提高成本效益，這也進而引出了下一項特性。
      5） 嵌入式調制解調器設計

　　如今，M2M設備可能需要適應今后出現的新的移動通信標準或GNSS標準，或滿足某一地區的客戶需求，支持其使用相應的波段或衛星接收機標準。理想的情形是，只更新原有設計中的固件、天線和調制解調器或GNSS接收器來滿足這一市場要求。現實情況是，除非嵌入式設計是廠商產品的固有特性，否則這將是一場噩夢。特別是，印制電路板（PCB）的板面設計問題可能會產生一連串的昂貴設計及物流成本問題。
　　避免此類問題的最好辦法就是使用與所有無線調制解調器（GSM、CDMA、UMTS和LTE）模塊或GNSS接收器（GPS、GLONASS、伽利略、北斗衛星導航）模塊設置兼容的組件。利用這一方案可以使PCB的板面設計適應所有終端產品的變化。這一問題的解決也可以參考以下幾個問題：組件廠商是否支持嵌入式設計理念？他們的下一代調制解調器是否能夠適當地安裝在當前調制解調器產品的電路板上？他們是否提供技術文件支持以幫助完成嵌入式設計？
　　6） 帶寬要求

　　對于如今眾多的追蹤應用而言，只需要低帶寬連接就可以支持追蹤及信息收發功能。如果需要的只是數據，簡單的GPRS就可以滿足這一需求。如果需要語音信道，那么至少應支持GMS和GPRS。如果需要支持可視監控的視頻流，那么UMTS和HSPA則是更好的選擇。對于需要高清視頻、時延最低的應用（如遠程醫療終端）來說，LTE則是技術首選。可以確定的是，未來的追蹤應用對帶寬的要求將日益增加。選擇調制解調器不僅要根據現今的需求，還要根據三至五年后的需求，或是取決于調制解調器的可升級性和成本效益（參見上述嵌入式設計部分的內容）。
　　7） 汽(qi)車的要求

      應用在溫度、濕度及震動狀況可能發生極端變化環境中的車載系統，應采用符合AEC-Q100標準、在ISO/TS 16949認證地制造、符合汽車使用條件的組件。各組件的質量測試應符合ISO1675標準——《道路車輛電氣及電子設備的環境條件和測驗》。這對于車載設備、在室外、船只或有軌車上作業的工業設備來說都至關重要。
　　8） 支持緊急(ji)呼救系統

　　在新車上配備自動化系統已經成為一種全球性趨勢，這種自動化系統能夠自動發出事故報告，并能在車輛被盜時輔助找回車輛。美國、歐洲、俄羅斯和巴西均已發布了支持這類系統的全國性倡議，并逐步成為這些國家的強制要求。這類系統通常需要特定的調制解調器——“帶內”調制解調器。帶內調制解調器允許數據通過語音信道進行傳送，與傳真機通過電話線進行數據傳輸的原理相似。語音信道的優先性高于移動網絡數據，這也是需要帶內調制解調器的原因所在。在某種特殊情況下，語音信道的可用性高于數據信道的可用性，如GPRS或HSPA等在偏遠地區可能無法使用。在此情況下，語音信道是向緊急呼救中心傳輸數據的重要通信手段。
　　有關緊急呼救支持方面的問題，應向調制解調器廠商咨詢以下問題：是否為帶內調制解調器？是否同時支持2G和3G網絡？該調制解調器是否適用于汽車應用？衛星接收器是否支持航位推測？是否可以提供GPS和GLONASS接收器？（見上述相關內容）
　　9） 輔助定位(wei)

　　對于在市內環境中需要可靠位置信息的M2M應用來說，輔助定位系統的可用性應在考慮范圍之內。尤其是在衛星視程容易受到高層建筑物阻礙的城市，可通過調用遠程A-GPS服務器來解決丟失定位場景的情況。使用無線調制解調器從互聯網上下載幾字節的衛星軌道數據是一個較為簡單的過程。利用這些輔助數據，衛星僅需幾秒鐘即可計算出位置，而無需花上30秒鐘接收1500比特的衛星幀。
　　對(dui)(dui)于低端(duan)導航(hang)系(xi)統等特(te)定應用而言，位置(zhi)信息短(duan)暫缺失(shi)的(de)情況尚可(ke)(ke)容忍。而對(dui)(dui)于其他應用來說(shuo)（如車輛(liang)緊急呼救(jiu)或(huo)道路(lu)收費系(xi)統），即使位置(zhi)信息發生了短(duan)暫的(de)丟失(shi)，造成(cheng)的(de)后果也將不堪設想，這(zhe)使得輔助定位系(xi)統成(cheng)為一項備受關注(zhu)(zhu)的(de)功能。考慮(lv)輔助定位時(shi)應關注(zhu)(zhu)以(yi)下幾(ji)點(dian)：定位（GPS）接(jie)(jie)收器廠商是否(fou)(fou)支持(chi)在(zai)線輔助服(fu)務(wu)？服(fu)務(wu)是否(fou)(fou)可(ke)(ke)靠？是否(fou)(fou)提供(gong)可(ke)(ke)用性保證？支持(chi)哪些地區？是否(fou)(fou)包含支持(chi)服(fu)務(wu)的(de)客戶端(duan)軟件？定位接(jie)(jie)收器及無線調制解調器是否(fou)(fou)具有支持(chi)服(fu)務(wu)的(de)接(jie)(jie)口(kou)？服(fu)務(wu)是否(fou)(fou)支持(chi)GPS和GLONASS？

　　10） 航位推算(suan)支持(chi)

　　能夠準確記錄位置、航向及速度信息對于車載信息系統（如保險跟蹤系統）來說至關重要。然而，在沒有衛星信號的隧道中，需通過平行系統臨時生成位置信息。補充衛星信號的一項重要技術就是航位推測，這一技術可以根據車載傳感器輸入的數據推測出車輛的位置和速度。
　　有關定位接收器應明確以下問題：是否支持航位推測？是否可以直接插入到車載CAN（控制器局域網絡）總線來獲取數據？是否可以直接與車載傳感器（如回轉儀和里程計）連接？廠商是否提供完整、經驗證的、帶有評估環境的系統？組件能否自動升級？（參見下一特性）
      11） 室(shi)內(nei)定(ding)位

　　遺憾的是，GPS或其它任何衛星導航系統都無法用于室內。GPS微弱的信號很容易被墻體、金屬、甚至是很薄的水面所阻隔。但這并不意味著需利用資產位置信息的M2M應用在沒有空中視景的情況下注定無法運行。對于需要室內大致位置信息的應用來說，將衛星接收器與無線解調器相結合、利用2G或3G蜂窩的混合式方案就可以解決這一問題。
　　GSM或UMTS信號能夠輕松穿透墻體，因此如果已經獲悉了移動蜂窩的范圍，就可以根據蜂窩重疊位置計算出大概的位置信息。與上述輔助定位解決方案相似，這一方案也需要與外部服務進行無線連接。有關定位接收器和無線調制解調器來源應明確以下問題：是否支持此類方案？是已經得到驗證還是尙處于理論階段？是否提供線上服務，線上服務是否投入運行？選定的衛星接收器和無線調制解調器是否支持該服務？精確程度如何？
　　12） 定位系統的兼容性

　　早前只有GPS系統是需要考慮的系統。俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）、日本的準天頂衛星系統（QZSS）、中國的北斗衛星導航系統（BeiDou）和歐洲的伽利略衛星導航系統（Galileo）相繼推出后，與GPS及其他衛星系統的兼容性成為一項必須考慮的因素，以此提高系統的穩定性和準確性，同時滿足各地區對自身系統兼容性的要求。
　　通常來講，利用兩種系統進行平行操作將成為產品規格中不可分割的一部分。例如，俄羅斯的新型ERA-GLONASS車載緊急呼叫系統要求與GLONASS衛星系統相兼容。有關GPS/GNSS接收器應明確以下問題：是否提供多種GNSS支持？是否提供并行的GPS/GLONASS或GPS/BeiDou系統？
　　以上是設計M2M產品時需要考慮的一些因素。需要注意的是，許多有關無線和定位的新標準正處于轉變過程中，因此，產品在市場上的長期預期壽命和產品的目標市場不容忽視。此外，產品設計能夠支持下一代性能及網絡覆蓋以及產品的輕松升級等問題也同樣至關重要。

 

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