NGMN 联盟关于机器对机器通信的白皮书

白皮书 “超越 HSPA 和 EVDO 的下一代移动网络 ” ， V3.0NGMN 联盟关于机器对机器通信的白皮书下一代移动网络 AN 添加到 NGMN 白皮书3.0––机器上的白皮书-TO-NGMN 的机器通信ALLIANCEDATE:VERSION2.2 (A)PPROVED BYBOARD) NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页2PROJECTNGMN WHITEPAPERUPDATETASKFORCEEDITOR INCHARGEJINRIHUANGEDITINGTEAMJINRIHUANG, SK TELECOM； ROMANOGIOVANNI, TELECOMITALIA； CHRISPUDNEY, VODAFONEGROUP； PHILIPPDEIBERT， NGMN OFFICE； STIGOUVRIER, Teliasonera； FRANCKEMMERICH， NGMN OFFICE;DOCUMENTSTATUSFINALVERSION2.2APPROVED BYTAC, OC, BOARD NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页3CONTENTS1233.13.2456 NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页41Background如今，移动无线网络主要为人类提供服务。在一些市场中, 不仅人类而且各种机器已经被连接并且正在享受由无线网络提供的服务。在这种情况下，交流现在可以发生在人类之间。Procedres.人与人 (H2H)，在人与机器之间，即Procedres.人对机 (H2M) 或机器对人 (M2H)，在机器中，i.Procedres.机器对机器 (M2M) 。本附录仅关注 M2M 通信。与 H2H 通信相比, 所设想的 M2M 通信具有更宽范围的特性。例如, 一些设备期望最小的功耗, 而其他设备连接到大量电源 (在汽车、家庭、计算机中); 一些设备是静止的, 而其他设备是高度移动的; 并且一些设备将仅发送几个字节的数据, 而其他设备可以发送连续的 HD 视频。另外, M2M 通信的规模可以比 H2H 通信大得多。同时, M2M 通信通常对传输范围要求更严格。此外, 有时 M2M 通信可能必须在比当今无线网络的设计所考虑的更恶劣的环境中发生。M2M 通信的加速增长意味着移动运营商的巨大潜在商机。尽管移动运营商由于其全国范围的覆盖而成为 M2M 业务的最期望的运营商, 但是对 M2M 的传统 GSM 的依赖具有迫使运营商继续操作和维护 2G 系统的缺点, 并且降低了运营商从 GSM 到 NGMN 的优选技术重新部署无线电频率所需的灵活性。M2M 市场是非常成本敏感的, 并且降低无线电模块的成本将导致更多的 M2M 用例变得在经济上可行。因此, NGMN 在 M2M 领域中的首要目标是鼓励 / 促进使 (低端) LTEM2M 设备变得具有成本竞争力 (比 GSMM2M 模块更便宜) 的发展。2M2M 服务的类别主要的 M2M 服务是覆盖。对于有兴趣使用蜂窝进行 M2M 通信的企业，运营商的 95 ％ [99 ％] 覆盖率可以转化为 “我的服务在 20 个 [100] 个位置中有 1 个问题 ” 。如果他们安装了 100 万个电表，这意味着他们需要为 50, 000 [10, 000] 客户提供定制解决方案 - 而定制解决方案的成本扼杀了整个业务案例。传统的 M2M 通信以低数据速率传输为特征。随着越来越多的 M2M 应用的出现, M2M 业务在带宽、功率效率和速度等方面呈现出越来越多的特性和要求。在 3GPP 中，M2M 通信的特征和服务要求的定义正在进行中 [2] 。总体而言，NGMN 联盟赞成 TS 中的方法和内容。22.368 [2] 。同时 ， 注意到 3GPP 仅定义了共同的服务需求和特定的服务特征 ， NGMN 联盟从应用的角度进一步将 M2M 服务分为以下五类。类型 1 服务具有具有游牧移动性的短传输范围。这种 M2M 网络通常由大量节点组成。类型 1 服务的这种 M2M 网络的典型示例是家庭网络服务, 其中多个电器彼此连接和通信。这些设备中的一些将具有低数据吞吐量 (e.Procedre水表)，而其他水表将具有高吞吐量 (例如Procedre从计算机到高清电视屏幕的链接) 。 NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页5类型 2 服务具有非常高的传输损耗的传输范围 (例如, 从广域蜂窝网络到地下室中的电表, 或者到地下停车场中的汽车上的跟踪设备) 数据速率低, 而移动性可以变化。类型 3 服务的特征是中等到高传输范围以及对具有频繁静止移动性的高数据吞吐量的要求。虽然医疗行业中的医疗仪器之间的 X射线或 CT 图像传输可能是短距离 M2M 类型 3 服务的良好应用, 但视频监控和内容到广告宣传的传输可能会更多。儿童 （ 和成人 ） 游戏和玩具可能是未来的另一个例子。但是，儿童游戏 （ 在汽车中 ） ； 医学成像 （ 来自救护车 ） 和视频上行链路 （ 例如Procedre警察指挥官) 可能会变得完全机动。M2M 通信的 4 类业务对传输范围和移动性有更强的要求。其关键特性包括宽范围连通性和高移动性 ， 低吞吐量是可以接受的。具有特殊目的的车辆的位置跟踪或护理服务属于这一类。类型 5 ： 将 M2M 设备添加到任何东西 ， 例如物流 / 零售运营中的库存跟踪。下表总结了上面提到的五种类型的 M2M 服务。这里的节点是指 M2M 设备。突出的特征是任何给定服务类型的关键特征。类别范围节点吞吐量机动性节点数类型 110 ~ 20 m (窄)20 ~ 100kbps (低)0 ~ 3 km / h (游牧)最大 ＃ 50 ~ 100(大)类型 2提供比 GSM 多 20 dB 的链路预算1 - 30 kbps0 - 60 km / h-类型 350m ~ 10km (中宽)1 ~ 2 Mbps (高)-(固定)最大 # 10 ~ 30 (小)类型 4500m ~ 10km (宽)1 - 30 kbps (低)20 ~ 60 km / h (高)最大 # 20 ~ 50 (中等)类型 50.1 m - 30 km1 - 30 kbps0 - 60 公里 / 小时-表 2 - 1 M2M 服务的类别突出显示的特征是任何给定服务类型的关键特征。必须指出，表 2 - 1 中的分类是从应用的角度出发的。然而, 该表可以用于帮助运营商将不同类型的 M2M 服务映射到不同的合适的接入技术。市场上存在许多接入技术, 这些接入技术由于其自身的技术特性而适用于不同类型的 M2M 服务。不可能找到一种技术来覆盖所有类型的 M2M 场景。借助表 2 - 1, 运营商可以找到 M2M 应用和期望的接入技术之间的更容易的映射来实现。同样值得注意的是 ， 表 2 - 1 中的分类非常粗略 ， 由于 M2M 服务和应用种类繁多 ， 其中一些具有特殊的特性 ， 因此对功耗、安全性等特定参数的要求非常具体 ， 所以在对 M2M 服务进行分类时 ， 不可能找到覆盖所有参数的通用标准。 NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页63M2M 架构考虑到具有不同需求的 M2M 服务的潜在多样性, NGMN 网络在单个统一架构下几乎不可能向 M2M 节点提供连接和服务。相反, NGMN 系统应当能够支持灵活的架构, 以便适应 M2M 网络并递送 M2M 服务。特别地, NGMN 网络应当至少支持以下两种 M2M 架构。3.1单跳连接在该架构中, M2M 节点可以直接访问 NGMN 网络, 就像普通 NGMN 手机一样, 拥有 USIM 应用作为其自己的 ID 。在大多数情况下, NGMN 网络与传统 NGMN 手机相同地对待这样的节点 (尽管知道 M2M 节点可能具有不同的 QoS 要求, 并且在网络过载的情况下, 它们的信令业务可能需要被去优先化) 。然而, 在一些特殊情况下, NGMN 网络还应当具有对 M2M 节点给予特殊处理的能力。例如, 在 3GPP 中, 已经要求 eCall [3] 被与普通设备不同地对待。这种架构的优点是能够利用 NGMN 网络的全国覆盖来提供快速和直接的连接。此外, 该解决方案没有增加额外的频谱成本, 因此为运营商节省了 CAPEX 。不清楚的是, 将 M2M 节点视为普通手机将实现 LTE 与 GSM 或 UMTS 模块竞争所需的必要的成本和覆盖目标, 可能需要对 LTE 设计的一些适配。3.2具有 M2M 网关的两跳架构除了直接连接之外, NGMN 网络必须支持包括 M2M 网关作为强制性的两跳架构。在该架构中, M2M 节点将连接到桥接 NGMN 和 M2M 网络的网关。第一跳在 M2M 端终端和中央 M2M 网关 (聚合器) 之间实现, 而第二跳发生在网关和 NGMN 网络的常规基站之间。这里的网关在此体系结构中起着关键作用。该聚合器节点是使 NGMN 网络能够支持 M2M 通信所需的唯一附加无线电接入基础设施。这个基础设施可以被认为是安装在需要 M2M 通信覆盖的区域中的市电供电设备。虽然 M2M 网关应该知道 M2M 业务并且向 M2M 节点提供 QoS, 但是 NGMN 基站对于 M2M 聚合器转发到核心网络的任何 M2M 业务应该是透明的。关于网关支持的 M2M 链路, 与传统的低成本 M2M 终端设备相比, 网关可以被设计为具有更高的复杂度和成本, 从而允许实现复杂的 Tx / Rx 方案 (e.ProcedreMIMO，Tx / Rx 分集 ） 和高质量 RF 前端。通过这些手段, 可以实现用于 M2M 终端的更大的通信范围和更大的可扩展性。最后 ， M2M 网关应该表现出一些智能 ， 在网络边缘保持一些功能 ， 例如数据过滤和融合 ， 并且仅将所需的流量转发到蜂窝网络 [1] 。可能需要机制来向核心网络标识终端用户设备, 以用于例如计费和客户关怀目的 (如果 M2M 网关是 3GPP 版本 10 中继, 则这可以避免, 然而, 这假设 LTE 被部署在所有低端设备中) 。 NGMN 白皮书 3.0 ， 版本 2.2 ， 09 - 01 - 2012第 2 页74 面向 M2M 通信的无线电技术在单跳架构的情况下, 需要采用 NGMN 无线传输技术来连接 M2M 设备和 NGMN 基站。向机器提供接入服务不应当损害其他 NGMN 用户终端的 QoS, 并且同时应当通过 PHY 和 MAC 层的仔细设计和优化来保持高频谱效率。为此，NGMN 必须仔细选择和决定技术，以确保其足够灵活以覆盖各种应用场景。当涉及到多跳架构时, 考虑到 M2M 通信的不同应用场景, NGMN 网络不对 M2M 设备的 Tx / Rx 施加任何要求。相反, NGMN 联盟鼓励可以适合不同的特定 M2M 服务的定制传输技术。适用于此目的的技术必须以最小的功耗提供强大的无线连接。然而，在多跳 M2M 架构情况下，M2M 网关必须使用 NMGN 无线传输技术与 NGMN 基站进行通信。5 其他要求一旦需要这种需求, NGMN 网络就必须支持 M2M 服务的 QoS 。NGMN 网络应支持可容纳大量机器的编号和寻址系统, 为此, 可能需要检查是否有必要扩展 15 位 IMSI (国际移动用户标识号) 空间。NGMN 网络应该通过考虑不同的业务模式以及甚至 (如果必要的话) M2M 通信的信令 / 节点使用来采用灵活的计费系统。在 M2M 通信的上下文中, 考虑到机器将携带大量的私有和敏感信息, 安全问题可能比传统 H2H 通信领域中更严重。因此，NGMN 网络必须提供强大的安全机制来保证从 / 到机器的安全传输并保护信息。只有那些拥有完整认证机制以确保数据安全