1.M2M/MTC标准进展概述

随着物联网技术研发及市场推广的不断深入，全球各通信标准化组织都在加强物联网标准化工作。在技术标准方面，业内已基本达成相关共识，即M2M技术高层架构应由网络连接层、业务能力层（SCL）和应用服务层构成，并且ETSI M2M技术委员在2011年10月正式发布的M2M功能架构标准ETSI TS 102690中就提出了相关架构^[1]。在该标准中定义了网络域和终端/网关域的SCL，并采用了RESTful API接口，各SCL可提供应用使能、通用通信、远程终端管理、可达性/寻址、电信网能力开放、历史/数据保存、交易管理及安全功能等。网络域的网络业务能力层（NSCL）负责提供能在不同应用平台间共享的M2M功能，并通过mIa接口将NSCL的功能暴露给M2M应用平台，从而简化和优化了应用的开发和部署。终端/网关域的M2M应用程序通过dIa接口可调用终端/网关业务能力层（D/GSCL）。NSCL与D/G SCL间，通过mId接口进行交互。各SCL都包含有一个标准化的用于存储信息的树形资源结构，进而ETSI对处理这些资源的流程进行了标准化，从而使SCL与各应用及各应用间能通过标准接口以资源形式交互信息。

为了促进国际物联网标准化活动的协调统一，减少重复工作，降低企业生产及运营成本，保障各行业的物联网应用，从而推动国际物联网产业持续健康发展。2011年5月，在ICT领域一些重要公司的推动下，欧洲电信标准化协会（ETSI）联络美国和中、日、韩各通信标准化组织（共7家），提议参照3GPP的模式，成立物联网领域国际标准化组织“oneM2M”。同时邀请垂直行业加入，共同开展物联网业务层国际标准的制定。2012年7月24日，7家发起组织于美国共同签署了伙伴协议，宣告物联网领域国际标准化组织“oneM2M”正式成立。目前其成员单位包括了行业制造商和供应商、用户设备制造商、零部件供应商以及电信业务提供商等各个行业的思想领袖。oneM2M组织伙伴包括：ARIB（日本）、ATIS（美国）、CCSA（中国）、ETSI（欧洲）、TIA（美国）、TTA（韩国）以及TTC（日本）。其他对oneM2M工作做出贡献的相关伙伴组织包括：宽带论坛（BBF）、Continua健康联盟、家庭网关组织（HGI）以及开放移动联盟（OMA）。截至目前，相关oneM2M工作组已经发布了用例收集研究报告，基本完成了需求技术规范；完成了各成员组织既有的架构分析和融合研究，确定了功能性架构技术规范中的基本架构和参考点，初步形成了业务层各通用服务功能（CSF）列表，为后续标准化工作的深入打下基础。OneM2M的业务层标准与ETSI标准相比，虽然也将M2M应用确定为3层架构，但更明确了业务层与网络层间接口，使3层间的能力开放和能力调用逻辑更加一致。因此，运营商参与物联网发展的主要模式应是发展与其传统核心业务紧密相关的M2M应用。在相关的应用生态系统中，运营商除能在网络层提供M2M连接服务及通信管控服务外，可在业务层提供终端管理、数据分享、地理围栏等M2M通用业务能力服务，还可依托自身网络层和业务层服务，在几个选定的垂直应用领域拓展端到端的应用服务及视频监控、GIS、IaaS等非M2M的通用应用使能能力服务。

2.3GPP标准中MTC的标准进展

MTC在3GPP标准中进展顺利^[2-6]，在标准版本Release 8制定时，M2M的研究就已经开始，项目代号FS_M2M^[7]。该研究主要针对M2M通信的市场前景、应用场景、通信方式、大规模终端设备的管理、计费、安全以及寻址等方面问题的应用需求展开研究，由SA1小组负责，并形成了研究项目完成研究报告（TR 22.868）。研究结果表明，M2M通信技术在物流跟踪、健康监护、远程管理/控制、电子支付、无线抄表等方面具有极为广阔的应用前景，由此对移动通信网络在支持机器类通信服务方面提出了新的需求。部分针对网络优化的建议包括限制静态物体移动性、对低移动终端进行信令优化、特定时间的位置更新、克服IMSI对于终端的数量限制等。

在3GPP Release 9制定中，3GPP又从安全角度出发，研究远程管理M2M终端USIM应用的可行性，并建立远程管理信任模型，相关项目代号FS UM2M。同时，该项目还负责分析在引入远程管理USIM应用之后带来的安全威胁及安全需求，以及引入新的USIM应用所需要增加的其他功能。本项目由负责网络安全的SA3小组负责，并完成了相关研究报告（3GPP TR33.812）。

3GPP在Release 10版本启动MTC网络增强项目，项目代号NIMTC，并将M2M通信正式定义为MTC，以避免众多的M2M标准混淆。该项目由3GPP多个工作组协同参与，包含MTC整体需求和架构、CN需求、GERAN需求和防止核心网拥塞的RAN控制机制四个部分，整个项目于2011年9月完成。SA1小组负责分析MTC业务行为特征对移动通信网络提出的优化需求，从而使传统面向H2H通信而设计的3GPP网络能够以较低成本为机器类通信应用提供服务。2010年3月，SA1发布了TS 22.368，成为3GPP Release 10版本MTC正式的需求规范。该规范主要研究MTC终端通过移动通信网络与MTC服务器进行通信的应用场景，不考虑MTC终端直接相互通信的场景。SA2小组针对TS 22.368的结论进行具体解决方案标准化。SA2对于NIMTC的方案选择基于“现网影响最小原则”，也就是尽量使用非3GPP的解决方案，其次是选择对3GPP系统没有影响或影响小的方案，最后才选择对当前3GPP系统有影响的解决方案，从而对现网影响最小。另外，CT1、CT3以及CT4三个工作组对现有3GPP网络NAS协议、MAP协议、S6a/d协议、GTP-C协议、Gx/Gxx/S9交互协议产生的影响进行评估，并对受到影响的协议进行更新及维护。RAN2和RAN3小组则负责防止核心网拥塞的RAN控制机制项目NIMTC-RAN_overload。基于SA2的需求，网络过载主要是大量MTC终端并发请求而导致，或是大量漫游MTC终端的服务网络故障而驻留至当地其他网络而导致的。对此，RAN2可能为终端引入新的指示用于在终端发起接入时告知RAN节点其接入类型，之后RAN2可制定可行的方案来配合核心网避免网络拥塞。而RAN3则需要修改接口现有过载指示过程，从而使RAN也能够对MTC终端接入进行控制。(www.daowen.com)

在Release 11版本标准中，SIMTC（MTC系统增强）项目是继续Release 10中NIMTC工作项目的研究，对原有方案做进一步完善。2011年9月，SIMTC第一阶段工作已经完成，并更新了TS 22.368和TR 23.888。MTC架构也有所更新，将MTC通信分成三类模型：淤间接模型：分两种情况。MTC服务器不在运营商域内，由第三方MTC服务提供商提供MTC通信，MTCi、MTCsp和MTCsms是运营商网络的外部接口；或者MTC服务器在运营商域内，MTCi、MTCsp和MTCsms是运营商网络的内部接口。于直接模型：MTC应用直接连接到运营商网络，不需要MTC服务器。盂混合模型：直接模型和间接模型同时使用。典型例子就是用户平面采用直接模型，而控制平面采用间接模型。与原有架构相比，新的MTC架构将用户层和控制层分离，定义了新的MTCsp接口，实现更灵活高效的组网。与原有架构比，MTC对核心网部分的研究更加深入，但MTC-IWF（MTC交互功能模块）的功能实现还需要进一步研究。

其他Release 11中还研究的MTC相关项目有，NIMTC-RAN，FS-NIMTC-GERAN以及FS-LC-MTC-LTE项目。其中NIMTC-RAN项目开始于2009年9月，当时Release 10已经启动，但因为NIMTC增加了对RAN小组的工作需求而推迟到Release 11。2011年9月已经完成报告TR 37.868。主要目标是根据SA1提出的需求研究MTC业务模型及特征并尽可能重用UTRA和EUTRA系统现有特性从而以最小代价实现对M2M应用的支持。而FS-NIMTC-GERAN项目于2010年5月启动，重点研究GERAN系统针对机器类型通信的增强。包括MTC接入网络对RACH性能、信道性能、寻址方式等的影响，以及适应MTC。此类“thin modem”接入而对网络结构更改的评估，目标是为了最大限度地减少MTC对于现网的影响。FS-LC-MTC-LTE项目研究基于LTE网络的低成本MTC终端。由于很多MTC终端的低数据传输，GSM网络完全可以承载。如何避免网络升级后能同样低成本的为MTC提供服务，需要专门研究。

在最新的Release 12阶段，3GPP仍在继续深化针对MTC方面的网络优化工作，启动了MTCe工作项目^[1]。在该项目下，SA3工作组将完成MTCe特性网安全架构的增强规范，并形成新的技术规范TS 33.187。该特性的其他工作还包括以下内容。淤MTCe-SIMSE和MT-Ce-SRM子项目。SA1工作组已明确了为与ETSI所定义SCL交互所需的网络升级及其他需求，并已更新到TS 22.368。于MTCe-小数据传输与终端触发（SDDTE）子项目。SA2工作组将在其Release 11阶段成果基础上，针对如何在信令面实现小数据传输功能和提供更多终端触发机制（如基于T5接口触发）方面形成研究报告，并更新TS 23.682规范。盂MTCe-终端能耗优化（UEPCOP）子项目。SA2工作组将针对降低终端能耗形成研究报告，并更新TS 23.682、TS 23.401和TS 23.060规范。同时，RAN2工作组还启动了研究项目FS-MT-Ce-RAN，并将形成研究报告TR 37.869。RAN2工作组将寻找和评估针对小数据传输的RAN侧能力增强机制，并调查和评估SA2工作组针对SDDTE和UEP-COP提出的与RAN侧相关解决方案，特别是提高信令效率、降低小数据背景下的终端能耗。在降低信令开销方面，该项目将研究改善RRC连接管理流程、支持短时间连接或无连接方法的潜在机制、改善连接状态下的小数据传输处理机制及上述流程中控制面信令（S1AP、RANAP等）优化问题。RAN1工作组还启动了研究项目FS-LC-MTC-LTE，希望通过简化LTE硬件模块为客户提供低成本M2M终端，研究成果正汇集到研究报告TR 36.888中。消减终端成本思路如下所述：淤减少可使用的最大带宽，如下行基带仅支撑1.4 MHz带宽；于减少所支持的下行传输模式，如仅支持TM1和TM2模式；盂降低峰值速率，如降低上下行最大传输块尺寸；榆降低发射功率到0～5 dBm，以降低功放成本；虞仅实现半双工FDD操作，取消射频双工器；⑥仅实现单射频接收链路，不支持两天线和双射频接收链路。

未来Release 13的版本的标准演进中^[8]，3GPP希望进一步降低LTE网络中MTC设备的复杂性；在Release 12的FS-LC-MTC-LTE项目中，MTC设备的覆盖性能增强方面研究虽然取得了一些进展，但由于时间原因并未完成，也将被推迟到Release 13版本的标准中进行进一步研究；功耗问题也是另一个值得关注的重要问题，虽然降低功耗需要进行跨层设计，但最重要的实际上是减少在物理层对收发信机的收发持续时间。在Release 13的研究目标中，包括基于Release 12低复杂度UE类型、定义新的Release 13版本更低复杂度的UE类型；在上述新的UE类型以及其他MTC应用的UE的通信延迟容限范围内，要对FDD提高15dB的覆盖改善；对新UE类型提供更低的功耗设计，以延长使用时间；半双工FDD、全双工FDD以及TDD均应该被支持；移动性支持可以减少以求可以达成相关目标。

可以看到，M2M/MTC技术早已被产业界认可，并积极推动相关技术的标准化工作，以快速适应新领域、新需求，并持续完善自身技术。未来，M2M/MTC技术标准化研究工作仍会持续演进。