物联网与移动通信网的融合发展研究

物-物
传 感 器 网 +近 距 离 无 线 通 信 ；RFID 、二 维 码 ；近 距 离 中 高 速 通 信 ；内 置 移 动 通 信 模 块 各 种 终 端
物-物、人-物
传 感 器 网+近 距 离 无 线 通 信 ；RFID、二 维 码 ；近 距 离 中 高 速 通 信 ；内 置 移 动 通 信 模 块 各 种 终 端 ；通 信 终 端 包 括 手 物-物、人-物、人-人 机、上网卡等
China；2. Henan Air Traffic Management Bureau.CAAC，Zhengzhou 451163，China）
摘 要： 首先分析了物联网的网络特点和网络架构；然后就物联网与移动通信网的融合发展 进行了深入的研究，并提出运营商在物联网发展中的策略；最后，总结了移动核心网 的改造需求，并提出基于核心网优化的 M2M 整体方案架构。
Keywords：
Internet of things ；M2M；PLMN
0 前言
物联网是继互联网后又一个网络发展重点，随着 2009 年 IBM 智慧地球、欧盟行动计划和温总理“感知 中国”的提出，国内对于物联网的关注推向了前所未 有的高度，其他与之相关的名词，如泛在网、传感网、 M2M 等也越来越频繁地出现，和物联网一起成为热门 概念。 究竟什么是物联网，物联网带来了怎样的机遇 与挑战，本文从电信运营商角度，分析、探讨了物联网 的体系架构及关键技术，并提出了在这样的技术和产 业背景下，移动通信网的改造建议。
关键词： 物联网；M2M；移动通信网 中 图 分 类 号 ：TN9 1 4 文 献 标 识 码 ：A 文章编号：1007- 3043（2011）07- 0025- 05
Abstract：
It firs tly analyzes the traits and architecture of internet of things ，m akes an intens ive s tudy on the integration of internet of things and PLMN，pres ents the developm ent s trategies of internet of things for telecom operators . Finally it propos es a M2M fram ew ork bas ed on the m obile core netw ork evolution.
国内运营商纷纷推出物联网的战略定位和具体规 划［3］（见表 2）。
其中， 中国移动在物联网市场和相关应用开发方 面相对领先， 已经在 M2M 产品方面取得了显著的成 果并积累了一定经验。主推的产品有车务通、电梯运营 管理系统、企业安防监控管理系统、航标遥测遥控管理 系统、路灯监控系统、危险源集中监控系统、一卡通、动 物溯源等。 中国联通也有自己的优点，联通的 WCDMA 技术较为成熟，相关终端成本较低，相关厂商多，并且 物联网在国际上已经有可借鉴经验。 中国电信虽然作 为传统的固网运营商，对于物联网缺少技术支撑能力， 但中国电信已经开始搭建 M2M 平台， 拥有自主集成 公司，并且电信的网络能力强，CDMA 制式上行速率较
明确了物联网努力方向，
尚未明确提出物联网在公司战略中的定位，没有对物联网发
转变原有的传输通道型
展制定明确目标，正在尝试推进；已经开始尝试建立开放的
应用，提供端到端的综合 服务，但尚没有具体战略
M2M 业务管理平台
具体规划
制定物联网三步走发展策略，第一步信息汇聚， 第二步协同感知，第三步泛在网络。积极成立运
邮电设计技术/2011/07 25
本期关注 周 莹，冷 锦，刘中华
Monthly Focus 物联网与移动通信网的融合发展研究
概念 传感网 M2M 物联网
泛在网
表 1 几个概念对比
末梢网的关键支撑技术
对象
传感器+近距离无线通信（低速、低功耗）
物-物
物联网发展的初级阶段，以移动网络运营商的无线网络为平台
业务， 尤其挪威电信，M2M 业务量占到其业务总量的 40％。 M2M 是物联网的雏形，是物联网在现阶段的主 要形式，是目前电信运营商普遍认可的观点。它以移动 网络运营商的无线网络为平台， 采用多种方式（SMS/ GPRS/WAP/USSD/MMS 等），通过 行 业 终 端 ，服 务 于 行 业用户机器到机器的无线数据传输业务。
泛在网也被称作无所不在的网络， 是物联网的发 展远景。 泛在网将 4A 作为其主要特征，即可以实现在 任 何 时 间 （Anytime）、 任 何 地 点 （Anywhere） 与 任 何 人 （Anyone）、 任 何 物 （Anything） 都 能 方 便 地 通 信 ， 因 此 其 在内涵上更多的是以人为核心， 关注可以随时随地地 获取各种信息， 几乎包含了目前所有的网络概念和研 究范畴。
营和研发中心，参与产业联盟的建设
业联盟的建设
干第二梯队行业应用解决方案（烟草）。参与产业联盟的建设
邮电设计技术/2011/07 27
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节点的通信特征与人的通信截然不同， 必然对网络带 来压力。同时，对物联网节点的管理也对通信网络提出 了很多新问题。通信网会向着“能支撑物联网应用规模 有序发展”的目标演进。接入单元是将感知的数据传送 到通信网的关键设备， 运营商需要根据网络的要求和 用户的需求，引导设备生产厂商进行开发，并积极推动 产业链发展。 2.3.3 应用层
泛在网
物联网
传感网
M2M
互联网
移动网
图 1 物联网相关概念关联关系
信、智能计算、自动控制等领域，是跨学科的综合应用。 1.2 物联网体系架构
物联网的架构可以简单地划分为 3 个层次， 即感
知层，网络层和应用层，分别为物联网提供一些重要的 特性，即全面感知、可靠传送、智能处理。图 2 示出的是 物联网的整体架构，还可以进一步细分成感知设备、接 入单元、接入网络、中间件和应用。
感知层： 感知层包括传感器等数据采集设备以及 数据接入到网关之前的传感器网络。
网络层： 网络层是在现有通信网和互联网的基础 上建立起来的，综合使用 2G/3G、有线宽带、PSTN、WiFi 通信技术，实现有线 与 无 线 的 结 合 、宽 带 与 窄 带 的 结合、感知网与通信网的结合。广泛覆盖的移动通信网 络是实现物联网的基础设施。
应用层： 物联网应用层利用经过分析处理的感知 数据，为用户提供丰富的特定服务。提供丰富的物联网 应用，是物联网发展的根本目标。
2 物联网与移动通信网的融合策略
2.1 移动通信网是物联网承载的最佳选择 物联网由部署区域内大量的微型传感器节点组
成，通过无线通信方式形成多跳的自组织网络系统，目 的是协作感知、采集网络覆盖区域中感知对象的信息， 并传送给观察者。从传感网的发展历程看，无线通信网 与传感器网融合是必然趋势。移动通信网络的泛在性、 覆盖的广域性、 终端的移动性以及对终端的智能管理 （位置、时间、服务质量），必将成为物联网发展中最重 要的基础。
1 物联网概述
1.1 物联网概念辨析 — —— —— —— —— —— —— —— —— ——
收 稿 日 期 ：2011-06-21
目前国际上对于物联网比较广泛的解释是 “物物 相 连 的 互 联 网 ” ［1］， 在 物 理 世 界 的 实 体 中 部 署 存 在 一 定 感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件， 使之成为“智能物体”，进而通过网络设施实现信息传 输、协同处理，从而实现物与物、物与人之间的通信。物 联网与通常所讲的传感网、M2M 及泛在网的关系对比 如表 1 所示。
应用层包括了中间件和应用。在中间件层面，运营 商可以充分发挥优势， 将结合网络的运营能力开放出 来，提供给应用集成，为用户提供更好的服务。
传感网是指随机分布的集成有传感器、 数据处理 单元和通信单元的微小节点， 通过自组织的方式构成 的无线网络。现在谈到的传感网，一般指的是无线传感 器网络（WSN）［2］。 传感网实际上由传感器＋短距离传输 模块共同构成。
M2M 是物联网发展的初级阶段，从电信运营商角 度，关注得最早也关注得最多的其实就是 Mwk.baidu.comM，例如， 中国移动在 2004 年就开始开发 M2M 业务，国外的电 信 运 营 商 ， 如 Oragne、Sprint、DoCoMo 都 推 出 了 M2M
在 3G 网络下， 几乎所有可以在互联网平台上实 现的业务都可以在 3G 网络上运行。 3G 时代，移动增 值业务朝多元化趋势发展，除了原有的 2.5G 业务（如 短信、彩信、图铃下载、游戏、WAP 和 IVR 等）之外，各 种新的增值业务（视频点播、高速上网、在线游戏和行 业 3G 应用等）也会相继推出。 运营商建设的以 3G 为 主体、以 WLAN 为重要补充的无线宽带数据网将成为 物联网的最佳承载平台。 2.2 运营商物联网发展现状
互联网和物联网最大的区别在于前者是人与人之 间的信息交互，是一个虚拟世界。物联网则是对现实物 理世界的感知和互联。这几种概念之间的关联关系，可 以用图 1 来大概表示。
无论是物联网还是泛在网、M2M， 其实都不是一 种全新的网络技术，更不是对现有技术的颠覆，它是在 综合利用现有各种技术基础上的创新，涵盖了软件、通
优，同样在国际上有可借鉴经验。 2.3 运营商物联网发展策略 2.3.1 感知层
感知层的无线传感网技术标准众多， 无论国际还 是国内，都有相当数量的科研机构和专业公司在研究， 部分无线传感网技术已经具备一定规模， 有成熟的产 业链，电信运营商没有必要对感知层的无线承载、通信 协议、自组网算法等方面进行深入的研究。对感知层的 研究应当围绕“用”开展，以传感网和通信网的结合为 切入点， 关注异构网络如何实现协同工作以及如何实 现可管理的感知网。 2.3.2 网络层
从三大客户群入手，尝试 几种业务的推广，参与产
确 定 M2M 业 务 发 展 三 个 阶 段 ，快 速 切 入 市 场 ，提 升 业 务 价 值，搭建 M2M 平台，形成 电 信 级 泛 在 网 融 合 ；确 定 首 批 关 注 的 “3+2”领 域 ，“3”：公 用 事 业 、交 通 、无 线 商 圈 ，“2”：拓 展 若
周 莹，冷 锦，刘中华 本期关注
物联网与移动通信网的融合发展研究 Monthly Focus
物联网与移动通信网的融合发展研究
Research on Internet of Things' Integration with Mobile Communication Network
周 莹 1，冷 锦 1，刘中华 2（1. 中讯邮电咨询设计院有限公司，河南 郑州 450007；2. 民航河南空管分局，河南 郑州 451163） Zhou Ying1,Leng Jin1,Liu Zhonghua2 （1. China Information Technology Designing & Consulting Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450007，
目前全球各大电信运营商 （如法国 Orange 公司、
26 2011/07/DTPT
周 莹，冷 锦，刘中华 本期关注
物联网与移动通信网的融合发展研究 Monthly Focus
挪威 Telenor 公 司 及 美 国 Verizon 公 司 等 ） 均 将 M2M 提高到战略高度， 认为物联网是未来业务发展的动力 之一，发展目标都是打造端到端的服务能力。
网络层包含了接入网络和接入单元。 接入网络即 通信网络，要以电信运营商为主进行建设和优化，现有 的通信网络是以承载人与人的通信为主的， 进入物联 网发展的时代，不但会产生大量的通信节点，而且这些
表 2 国内运营商物联网发展规划对比表
项目
中国移动
中国联通
中国电信
战略定位
M2M 起 步 早 ，目 前 已 经 提 至 战 略 高 度 ，把 物 联 网作为第三波增长的业务领域； 下一步重点是 形 成 M2M 标 准 ，促 进 规 模 化 推 广 ；在 产 业 链 上 更多关注整合者角色，没有特别强调端到端，采 取的是分行业依能力而定