通用M2M设备推动物联网普及

       通用M2M模型解决了物联网设备中的5w2h问题，即who(谁)，where(在哪儿)，when(什么时候)，what(传什么)，why(当发生故障时可以检测出错原因)，howmuch(传多少)，how(怎样传)的五个基本问题。

       M2M是现阶段物联网最普遍的应用形式。M可以是人(Man)，也可以是机器(Machine)，M2M泛指人、机器之间建立连接的所有技术和手段，其核心理念就是网络一切。 

       物联网作为未来通信网络技术与应用发展的趋势之一，已被业界人士广泛接受。M2M的通信体系架构大体上可分为设备层、通信网络层和业务管理层，它们分别代表传感网络、传输网络和应用网络。其中M2M设备是指M2M体系中核心的硬件设施，主要负责从具体检测对象上获取所需数据，并进行传感器网络中的数据汇聚处理。 

      一般的M2M设备主要有三大部分组成：数据提取模块、M2M平台模块和业务提供模块,如图1所示。 

      虽然M2M设备种类繁多，功能各异，应用广泛，但是，目前M2M设备市场仍处于发展的初级阶段，大多数的M2M设备只具有一些例如数据采集、监控和简单的数据处理功能，智能性不高。更重要的是缺乏一种通用的M2M设备，以便应用于不同领域，从而实现物联网网络一切的核心理念。 

      一种通用的M2M设备模型

      M2M设备应该具有以下几种基本功能：1.要有相应信息的接收器；2.要有数据传输通路；3.要有一定的存储功能；4.要有CPU；5.要有操作系统；6.要有专门的应用程序；7.要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9.有可被识别的唯一编号等。因此通用M2M设备模型设计如图2所示。 

      下面详细介绍一下通用M2M设备模型中各个模块的功能：1.信息传感模块，具有RFID等信息传感功能，负责捕获物理世界中的各类信息；2.有线、无线接入模块，有线具有RS232、USB等接口，无线支持WiFi、蓝牙、红外等功能，负责将信息传感模块中感知的信息通过有线或无线的方式(how)传送给信息接入模块；3.物联网通信协议模块，负责存储物联网通信协议，具有定时更新的功能，并支持感觉模块的“热插拨”，保证M2M设备可以在物联网中正常运行；4.电源模块，负责提供M2M设备运行时所需能量；5.设备唯一编号模块，负责存储M2M设备的编号，为了实现网络一切的美好愿景，该物理标识必须是唯一的，类似于IP地址，从而让每个M2M设备都能明白自身是谁(who)，成为智能设备；6.信息接入模块，具有信息筛选功能，负责从各类信息中提取有用信息并将提取后的信息上传至自身处理模块，同时还负责管理有线、无线接入模块，控制传输信息的流量(howmuch)；7.自身处理模块，具有定位模块、CPU、操作系统和存储器四个部分，其中定位模块负责准确地定位M2M设备的位置(where)，可采用GPS、AGPS或者我国未来准备应用的北斗定位系统等来定位；CPU负责处理、运算所有数据；操作系统负责管理M2M设备的硬件和软件，可以采用微嵌入式系统(Linux或Symbian等)；存储器负责存储信息；8.应用处理模块，具有多种应用接口，负责将经过自身处理模块处理过的信息分配至相应的具体的应用(what)；9.接口管理模块，负责管理信息上传下达的各类网关和接口，并控制信息传送时间(when)；10.自检模块，具有一定的自检测功能，当发生故障时可以检测出错原因(why)，并发送报错信息；11.用户管理模块，负责管理用户的相关信息；12.上传网络模块，具有连接核心网络的功能，包括G网、C网乃至4G网络的接口等，负责将信息采用何种方式(how)传送至核心网络。 

      综上所述，通用M2M模型解决了物联网设备中的5w2h问题，即M2M通信体系中的who(谁)，where(在哪儿)，when(什么时候)，what(传什么)，why(当发生故障时可以检测出错原因)，howmuch(传多少)，how(怎样传)的五个基本问题。 

      通用M2M设备与核心网络间的通信 

      通用M2M设备通过接口管理模块、应用处理模块和上传网络模块相互配合来实现与核心网络间的通信。接口管理模块支持短消息、USSD、GPRS等几种通信接口，将不同网络通讯承载协议的接口消息进行处理后封装成统一的接口消息提供给应用处理模块，保证了应用处理模块对于不同网络通讯承载协议的稳定性。消息经应用处理模块处理后按照不同的应用请求分别传送至上传网络模块，上传网络模块采用有线或无线技术，根据统一的接口消息接入核心网络，从而完成M2M设备与核心网络间的通信。 

       通用M2M设备间的通信

       设备与设备间的通信，主要通过信息传感模块、信息接入模块和自身处理模块配合完成。信息传感模块接收到其他设备的信息，通过有线或无线接入模块将信息传送给信息接入模块，经信息接入模块对信息的提取、分类，将有用的信息上传至自身处理模块。信息经自身处理模块处理成两类：需要上传至核心网络的信息和M2M设备间通信的信息。需要上传至核心网络的信息的通信方式遵循通用M2M设备与核心网络间的通信方式，而M2M设备间传输的信息则通过自主通信的方式完成通信，即M2M设备通过自身处理模块处理将信息处理后，采用有线或无线的方式，自主地和其他设备通信。如图4所示。 

       通用M2M设备的组网

       一个方式是自组织网络，即设备之间相互感知信息，自建成网，组成动态的网络拓扑，设备可以自由地加入或撤出，但不影响整个M2M网络的通信，这种组网方式方便、快捷，但稳定性相对较差，通信能力、业务处理能力等有限；另一个方式是设备先与核心通信网相连，再通过核心网络实现设备与设备间的通信，这种组网方式稳定性好，功能强大，但组网比较繁琐，不易重组和维护。 

       具体的组网方案有：1.有线局域网，即每个通用M2M设备分配一个唯一的物理标识地址，存储在设备唯一编号模块中，设备通过上传网络模块直接接入核心网络，再通过物联网通信协议模块调用各类通信协议进行通信即可。但是，这种组网方式成本过高，目前的网络覆盖普及有困难；2.无线局域网+家庭网关，即通用M2M设备通过无线接入模块与家庭网关之间进行数据通信，家庭网关通过固网与核心网连接，作为核心网的网关。该方案适合终端密集型应用，如智能家居。 

       在实际应用中，需要根据具体情况，安排不同的M2M组网方案，从而最大限度地发挥M2M通信的优势。 

       本文提出一种通用M2M理论模型，并针对这一设备模型的组网通信进行了远景阐述，为将来普及物联网提供一个有益探索。