馬彥，王芃

（中國聯合網絡通信集團有限公司，北京 100032）

馬 彥 高級工程師?，F任中國聯合網絡通信集團有限公司物聯網辦公室主任，無錫市政府物聯網發(fā)展專家，感知中國物聯網聯盟副理事長，北京郵電大學客座教授，江南大學物聯網工程學院理事會理事。中國電子學會高級會員。曾任中國網通市場經營部總經理、中國聯通家庭客戶部總經理等職。

王 芃 博士，畢業(yè)于清華大學公共管理學院。美國哥倫比亞大學通信工程專業(yè)碩士?，F就職于中國聯合網絡通信集團有限公司物聯網辦公室，從事物聯網相關技術研發(fā)、產業(yè)研究、業(yè)務推廣等方面的工作。曾長期從事移動增值和互聯網增值業(yè)務方面的策劃和運營工作。

《物聯網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》于2011年11月已正式印發(fā)，明確物聯網發(fā)展的八項主要任務和五大重點工程。在協(xié)調推進產業(yè)發(fā)展方面，該規(guī)劃提出“積極支持物聯網通信業(yè)，推動M2M終端、通信模塊、網關等產品制造能力的提升，推動基于M2M等運營服務業(yè)發(fā)展”；同時“著力培育物聯網服務業(yè)，鼓勵運營模式創(chuàng)新，大力發(fā)展有利于擴大市場需求的專業(yè)服務、增值服務等服務新業(yè)態(tài)”。

物聯網的核心是應用，物聯網產業(yè)發(fā)展的關鍵是物聯網技術在國民經濟和社會生活各領域的廣泛應用。在過去幾年內，基于傳統(tǒng)行業(yè)信息化模式，物聯網在我國的安防、電力、交通、物流、醫(yī)療、環(huán)保等領域已經得到應用，對物聯網應用的推廣取得了一定的成果，呈現出不錯的發(fā)展趨勢。這些端到端垂直一體化的封閉應用系統(tǒng)，主要是由系統(tǒng)集成商按系統(tǒng)集成的模式或電信運營商按ITC模式進行的。一般來說，一個物聯網應用解決方案需要涉及網絡運營商、網絡設備供應商、數據庫軟件和硬件等IT系統(tǒng)供應商、解決方案提供商、系統(tǒng)集成商、專業(yè)軟件開發(fā)商，以及在傳感器、應用處理芯片、通信模塊、終端等方面的制造商和專利所有者等多個元素。在這種傳統(tǒng)行業(yè)信息化模式下，受制于對行業(yè)特定的業(yè)務需求（segment-specific）有限理解，當電信運營商為一個新應用提供解決方案時，很多在別的應用中已出現的類似元素并不會通用，需要再重新設計；而專注于某一行業(yè)領域的系統(tǒng)集成商又往往受限于該行業(yè)領域中有限的市場規(guī)模。行業(yè)區(qū)隔的碎片化市場，限制了規(guī)模經濟性；行業(yè)特定的定制化開發(fā)，增加了開發(fā)成本和時間。因此，無論在國內還是國外，產業(yè)界已普遍注重以M2M應用的方式來推進物聯網的發(fā)展。

過去幾年，國內電信運營商雖然通過行業(yè)信息化方式為政府和企業(yè)提供了相當數量的物聯網應用解決方案，發(fā)展了1500萬以上的物聯網終端，也獲得可觀的收入，但是無法形成可標準化、規(guī)?；N售的產品，在客戶獲取成本、售后服務管理和行業(yè)專業(yè)人才等方面存在較難克服問題。

因此，在現階段物聯網產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，電信運營商應在繼續(xù)推進行業(yè)信息化的同時，逐步重視推廣M2M應用，借助“推進物聯網通信業(yè)發(fā)展”的契機，大力拓展M2M通信服務市場，完善業(yè)務支撐體系，創(chuàng)新產品營銷模式，提升技術研發(fā)實力。

1 物聯網發(fā)展需要行業(yè)信息化和M2M應用并重的發(fā)展方式

圖1 行業(yè)信息化與M2M應用的對比示例

物聯網應用的普及需要以兩種方式共同推進。一種方式是滿足政府和個別大型企業(yè)（如電力、石油等）的特定規(guī)模性需求，以個案的形式建設的行業(yè)信息化項目。另一種方式是M2M應用，即在標準化的基礎上，通過產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的協(xié)同合作，形成多類應用能夠通用共享的水平化服務，以專業(yè)化分工來實現產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的規(guī)?；l(fā)展。

從微觀角度，M2M應用模式減少對通用功能的再開發(fā)，能夠使應用開發(fā)者更專注于最終應用的特定需求，縮短新服務的開發(fā)周期，降低新應用的部署成本和既有應用的運行成本；從宏觀角度，M2M應用將成為物聯網市場發(fā)展的催化劑，有利于建立市場的秩序和規(guī)范性，形成多個廠商基于通用架構來進行技術研究和產品開發(fā)的格局，推動標準化基礎上的水平層次的分工化和垂直領域的專業(yè)化，降低客戶的技術應用成本。物聯網的普及必須依賴于這種開放式的新型物聯網產業(yè)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。

M2M應用的水平化共享可以分別呈現在多個層次，至少會包括應用服務層、服務能力層、網絡連接層。應用服務層的共享即是指多個客戶使用一個應用服務商（ASP）所提供的應用服務，并可進一步集成到其原有業(yè)務運營系統(tǒng)。例如快遞公司和長途客運企業(yè)都可以選取同一個服務商的車輛位置跟蹤服務，也可在未來更換到另一個服務商。服務能力層的共享是指不同應用可以共享一些基礎的通用功能，例如：

（1） 應用的遠程開通或關閉服務的自助開通；

（2） 遠程更新升級終端中的應用程序；

（3） 終端與平臺交互數據的存儲及預處理；

（4） 可靠傳輸協(xié)議，安全加密算法。

網絡連接層的共享是指應用服務商可以使用電信運營商或虛擬運營商(MVNO)所提供的一些標準的管理型通信服務產品。通過這些標準產品，應用服務商可自主對其所屬M2M終端與應用平臺間通信進行一定程度上的自助管理。網絡連接層之下，既有2G或3G移動通信網絡是現階段M2M應用主要使用的網絡基礎設施。未來4G時代，LTE會與WLAN等非3GPP接入，以及光纖等固網接入實現接入融合，共用一個EPC核心網，形成一個多接入融合的網絡基礎設施，并基于一致的策略計費控制機制進行智能通道的能力開放。

根據表1的對比分析，可見M2M應用發(fā)展的關鍵就在于通過建立產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間的公開標準接口，從而使上下游各層次間的水平化共享服務之間能夠進行互通和相互調用。通過標準的制定可以鼓勵研發(fā)創(chuàng)新，減少解決方案的整合成本，保證網絡和服務之間的互操作性，同時滿足政府的一些重要規(guī)制要求。

表1 行業(yè)信息化與M2M應用的對比

2 M2M應用標準架構和服務能力層標準正在逐步形成

近幾年來，雖然國際上各個標準組織都從不同角度和不同層次對M2M相關技術開展著標準研究和制定工作，但是既有標準之間的協(xié)同性不足。

為了消除現有割裂的垂直應用和分散的標準制定，對M2M市場發(fā)展產生的障礙，ETSI于2008年底成立了M2M技術委員會(ETSI TC M2M)，希望通過匯聚和明確各方面的M2M需求，發(fā)現和填補現有各標準之間的斷裂地帶，通過與其他標準化組織的合作與溝通，最終發(fā)展一個端到端的M2M全面架構體系，形成多應用共享的水平化服務能力層和接口。

2011年10月，ETSI M2M技術委員正式發(fā)布了M2M功能架構標準ETSI TS 102 690。在該標準中，ETSI采用了RESTful架構模式，定義了在網絡側以及終端/網關設備內的服務能力層（SCL，Service Capabilities Layer）。 各 服 務能力層可以提供應用使能（application enablement），遠程實體管理（remote entity management），通用通信（generic communication），電信網能力開放（telco operator exposure），歷史和數據保存（history and data retention）， 交 易 管理，安全等能力。這些能力中包含了應用和終端的標識方式、位置信息、基于通信優(yōu)化策略的存儲/轉發(fā)機制、基于OMA DM或BBF TR-069的終端管理等許多在各個垂直領域具體應用中能夠通用的共性功能。相關內容詳見ETSI于2011年11月發(fā)布的技術規(guī)范ETSI TS 102 690。

在網絡側的網絡服務能力層（NSCL）負責提供能夠在不同應用平臺間共享的M2M功能，并通過mIa接口將網絡服務能力層的功能暴露給M2M應用平臺，從而簡化和優(yōu)化應用的開發(fā)和部署。在終端/網關設備上的M2M應用程序（Client）通過dIa接口可以調用的終端/網關服務能力層（D/G SCL）。網絡服務能力層與終端/網關服務能力層之間，通過mId接口進行交互。各服務能力層(SCL)都包含一個標準化的用于存儲信息的樹狀資源結構,進而ETSI對處理這些資源的流程進行了標準化,從而使SCL與各應用以及各應用之間能經過標準接口以資源的形式交互信息。相關內容詳見ETSI于2012年2月發(fā)布的技術規(guī)范ETSI TS 102 921。

圖2 M2M相關標準組織（來源：ETSI）

3 M2M應用對移動通信網的需求已得到準確認知

在網絡連接層上，M2M在通信特性方面與傳統(tǒng)移動通信中的語音業(yè)務和移動互聯網業(yè)務存在較大差異。例如在流量模式方面，機器通信需要應對許多大批量終端同時并發(fā)的應用情境，而不同于傳統(tǒng)人人通信中類似泊松分布式的均勻呼叫模型。這就是說，M2M的業(yè)務量和并發(fā)數更有可能呈現具有不可預知的爆發(fā)性，對網絡產生沖擊。例如在自然災害等突發(fā)事件發(fā)生時，危機應急管理（crisis surveillance）應用中大量毗鄰地域內的監(jiān)控終端需要同時通過上行信道上報預警信息；車隊管理（gleet management）應用進行位置查詢時，需要一定區(qū)域內所有車輛通過上行信道上報自身的位置以進行隨后車輛調派。又例如在信令負荷方面，雖然M2M終端可能具有較低的移動性，而且每次通信產生的數據流量也比較小，但是在網絡不進行信令優(yōu)化的情況下每個終端卻產生與傳統(tǒng)手機終端幾乎相同的信令數量。如果這樣，當將來大量的M2M終端與網絡進行信令交互時，可能會對網絡產生巨大的沖擊，致使網絡在信令面產生過載和擁塞。

為了評估和應對M2M對移動通信網絡的影響，3GPP在Release 10中啟動了NIMTC（Network Improvements f o r M a c h i n e-t y p e Communications）特性的標準制定工作?；趯ΜF有各類M2M應用通信特征的分析，3GPP TSG SA（ Services and System Aspects）中的SA1工作組，于2010年3月凍結并發(fā)布了TS 22.368規(guī)范（相當于NIMTC特性Stage1階段的工作），明確了M2M終端與服務器通信情景下的具體通信特征，以及M2M通信對移動通信網絡所需要的相應優(yōu)化需求。根據該規(guī)范，為了應對未來各類的M2M應用服務器和海量M2M終端之間的通信需求，移動通信網絡應用具備以下主要功能：

（1）網絡應提供某種機制來降低由于大量終端同時試圖進行數據和信令交互所導致的數據和信令流量峰值；

（2）當網絡過載時，網絡要能夠限制下行數據和信令；

(3)有效保持大量終端的連接性，即支持長在線；

（4）無論終端是否附著或建立數據連接，當網絡接受授信平臺的請求后，網絡能觸發(fā)終端與平臺進行交互；

（5）表2所列特性可以成為用戶（或者說終端）簽約信息的一部分。用戶（或者說終端）能夠簽約某些特性，并能夠激活或關閉某個特性；與此對應，運營商能夠可以辨別每個用戶簽約了哪些特性、哪些特性被激活或關閉，并針對被激活的特性提供相應的網絡優(yōu)化機制。

表2 移動通信網絡應可支持的M2M用戶簽約特性(來源：TS 22.368（V11.3.0))

繼在Rel 10中就NIMTC特性完成了針對終端與服務器通信情景下的Stage 1業(yè)務需求規(guī)范TS 22.386后,在Rel 11正在討論的研究報告TR22.888中，SA1工作組將進一步總結如下情景對移動通信網絡的改進需求:經網關通信、終端對終端通信的5種用例,共享位置的終端(如機場排隊的出租車),位置跟蹤功能,M2M專用核心網元以及對IMS能力的利用。

Rel 10階段，在Stage 1所提出的諸多網絡優(yōu)化需求中，SA2工作組僅完成了終端標識以及網絡過載和擁塞方面的標準化。為了完成剩余部分的標準化，2010年6月在SA #48全會SA2啟動了Rel 11 SI及 Stage 2 WI項目System Improvements for Machine-type Communications (SIMTC)。SA2工作組的相關研究成果正在匯集到研究報告TR 23.888中。

4 B2B2B和B2B2C商業(yè)模式逐漸成型

在傳統(tǒng)通信領域，電信運營商的業(yè)務基本圍繞著B2B和B2C模式。但在物聯網應用中，從現階段的實際情況來看，除了一些電信運營商自主提供的少許行業(yè)應用外，在大多數物聯網應用中電信運營商并不是直接的應用服務商。

通過對上游制造業(yè)廠商的嵌入式系統(tǒng)CPU、通信模塊、傳感器等基礎硬件產品的整合，以及對上游服務業(yè)廠商的數據庫軟件、M2M通信等基礎服務的整合，應用服務商基于自有的行業(yè)知識形成最終的應用服務和專業(yè)終端，并通過行業(yè)內的既有客戶關系、銷售渠道銷售給最終政企客戶或大眾消費者。

在歐美發(fā)達國家很早便出現了對家庭安防、遠程抄表、車隊管理等物聯網應用的需求。相關應用市場經過初期培育已經比較成熟，相應領域已出現較成規(guī)?；\營的應用服務商。相比于國外，在我國的物聯網產業(yè)鏈中應用服務商這一環(huán)節(jié)還未成熟。由于應用服務商的缺失，導致一些物聯網應用服務的上線周期長、供給成本高，限制了物聯網產業(yè)規(guī)模的擴大。此外，M2M應用從行業(yè)應用市場向公眾市場延伸也更要依靠專業(yè)應用服務商的發(fā)展。

不同于傳統(tǒng)電信業(yè)務的虛擬運營商角色，應用服務商提供的服務不再是通信服務，客戶需要的也不單單是網絡層面的通信服務。電信運營商的M2M通信服務是被整合進入應用服務商的服務后，再提供給最終用戶的。這樣，M2M通信的銷售及服務一般會是通過應用服務商以B2B2B或B2B2C的模式間接進行的。這種從B2B和B2C的直接銷售模式到B2B2B和B2B2C的間接銷售模式的變化，對于電信網絡運營管理流程提出新的要求。傳統(tǒng)的業(yè)務支撐系統(tǒng)也是較難支撐這種新的業(yè)務模式的。

5 電信運營商必須以能力開放的方式推進M2M應用

物聯網產業(yè)規(guī)模化發(fā)展的需求，在技術上推動著M2M水平共享化的標準，在模式上則推動著M2M各水平層間的能力開放。B2B2B或B2B2C模式中的前半部分的“B2B”，在模式上就是運營商向應用服務商的能力開放，在產品上就是更加豐富的、面向應用服務商銷售的服務，在業(yè)務上就是EBIDTA的提高和終端規(guī)模的擴大。

就電信運營商而言，在行業(yè)信息化和M2M應用這兩種模式下，可以參與的環(huán)節(jié)和提供的服務也有較大差異。在行業(yè)信息化模式下，行業(yè)間、同一行業(yè)內的各企業(yè)之間可公用的環(huán)節(jié)很少，電信運營商能夠規(guī)?；N售的產品也僅是透明通信通道；在一些行業(yè)中，甚至頻譜、線路等通信通道也是行業(yè)內專用的，無需電信運營商的公共通信網絡來提供。在大多數物聯網應用領域，電信運營商也缺乏相應的行業(yè)知識和行業(yè)內資源的整合能力來直接提供各行業(yè)內的端到端的專用應用。

然而，在逐漸成熟的M2M應用模式下，電信運營商可以首先致力于在網絡連接層提供水平共享化服務，將各行業(yè)的物聯網應用引入到基于公共通信網進行部署的方向上來，從而快速擴大入網終端規(guī)模。提供網絡連接層水平化共享服務的核心是能力開放，即開放對通道的管控能力。這首先要求通道本身是可根據外部策略而執(zhí)行相應管控措施的“智能通道”，其次要求對通道的管控是可通過API暴露給合作伙伴的，而不是封閉在內部僅由運營商網管來控制的。（電信運營商并不是唯一能夠提供這種網絡連接層的服務的角色；在國外，很多移動虛擬運營商（MVNO）也參與到這個服務環(huán)節(jié)。）隨著使用M2M通道服務終端規(guī)模的擴大和自有IT相關研發(fā)能力的提高，電信運營商可嘗試以業(yè)務網關或業(yè)務交付平臺（SDP）的形式來提供服務能力層的水平共享服務。同時，在應用服務層，運營商可在幾個重點領域成為應用服務商，直接面向最終用戶提供應用。

6 電信運營商的標準M2M產品

借鑒ETSI M2M高層架構以及相關接口的思路（如圖3所示），電信運營商針對M2M業(yè)務，可規(guī)劃出4類標準產品：硬件?？óa品、智能通道產品、服務能力產品和垂直應用產品。

圖3 借鑒ETSI TS 102 921規(guī)范所形成M2M產品架構概念圖

首先，在終端/網關側，運營商需要面向終端設備制造商或應用服務商提供M2M SIM卡?，F在，嵌入式SIM卡的采購成本一般在15～20元左右，而小流量應用的ARPU僅3～5元，所以嵌入式SIM卡本身不易贈送。同時，在B2B2B或B2B2C的模式下，購買SIM卡的企業(yè)和承擔通信服務費用的用戶常常是不同的主體。因此，運營商需要把嵌入式SIM卡作為單獨的硬件產品進行銷售。

進一步，運營商還可將終端/網管側的服務能力層功能嵌入在?？ㄒ惑w化通信模組中，銷售給應用服務商，作為其終端或網關產品中的固有功能，方便其調用運營商所提供的共享服務能力。隨著運營商自有應用的開展，運營商還可向最終客戶銷售自有定制生產的終端和網關設備。

其次，在網絡連接層，運營商可面向應用服務商提供M2M智能通道產品。運營商采用PCC架構，可以滿足自身對M2M數據流量的靈活計費和業(yè)務管控需求，同時可以經管控平臺向應用服務商開放PCC架構下的業(yè)務管控能力，并進一步將一些網元生成的信息包裝成閾值告警等增值服務，形成智能通道產品。

再次，在服務能力層，運營商可面向應用服務商提供一些服務能力產品。通過將一些運營商具有的基礎能力封裝成具體服務，運營商能夠借助M2M業(yè)務網關，面向應用服務商按新的計費方式和價格銷售服務。例如業(yè)務網關對所提供的短信喚醒終端服務可以生成調用次數的CDR，進行按次計費；而不是同SP業(yè)務一樣，按下發(fā)短信條數收取不均衡通道費。

最后，在應用層，運營商可面向最終用戶，聚焦在重點領域提供幾個垂直應用產品，成為這些服務的應用服務商。運營商對這幾個領域和應用的選擇，應基于對自身管理機制、企業(yè)文化、營銷體系和客戶資源等“企業(yè)基因”的清晰認識，避免“處處開花”的盲目轉型。此外，運營商還應注意規(guī)避經驗不足、風險較高的領域，重點面向智能家居、消費電子等市場提供垂直應用產品。

表3 M2M產品類型

7 小結

隨著國家對物聯網產業(yè)的系統(tǒng)化推進，“十二五”期間應用物聯網技術的門檻將大大降低，物聯網市場將快速發(fā)展，電信運營商應抓住“推進物聯網通信業(yè)發(fā)展”的契機，瞄準各項物聯網應用示范工程所帶動的M2M通信需求，培育高利潤率的M2M通信服務市場。

為此，運營商應加快M2M業(yè)務支持體系的建設，依托機器碼號推出基于嵌入式SIM卡和?？ㄒ惑w模組的標準化M2M通信產品，不斷完善M2M專用網元和業(yè)務管控功能，逐步形成在幾個可進入領域的標準化應用產品。同時，運營商應創(chuàng)新M2M產品營銷模式，與骨干企業(yè)形成緊密的產業(yè)鏈合作關系，推進向物聯網應用服務商（ASP）的能力開放，通過B2B2C的商業(yè)模式提升自身在M2M市場中的份額。此外，運營商還應圍繞M2M加大研發(fā)力度，重點推進通信模塊、服務能力中間件、網關、標識與尋址技術，提升在構建物聯網標準體系架構以及制定M2M相關標準過程中的主導地位。

[1] ETSI TS 102 690. Machine-to-Machine Communications (M2M);Functional Architecture[S].

[2] ETSI TS 102 921. Machine-to-Machine Communications (M2M); MIa、dIa and MId Interfaces[S].

[3] 3GPP TS 22.368 V11.3.0. Service Requirements for Machine-Type Communications (MTC).Stage1(Release 11)[S].

[4] 3GPP TR 22.888.Study on Enhancements for MTC(Release 11)[S].