物联网工程中M2M技术研究
摘要
关键词
物联网;M2M技术;发展
正文
引言
物联网技术以及物联网技术的相关应用的诸多研究成果,造就了新一轮的信息技术的商业与技术风口。上到国家安全、食品药品卫生安全、新能源、智慧城市等,下至智能家居、智能交通出行服务,物联网技术工程在这些问题中皆给出了诸多的发展思路与解决方案,在某些发达国家目前已经形成了巨大的市场和生态。物联网技术工程成为了解决诸多问题的核心技术工程,并依旧保留着巨大的研究发展空间,潜力和前景不仅受到了学者们的关注,也获得了决策者们的高度重视。
一、物联网的特征及M2M与物联网的特征
物联网的主要特征在三个层面得以体现:一是全面感知层面,主要是指将物体信息进行合理采集,如医院在对心脏病人进行远程监控的过程中,需要通过传感器、RFID、电子标签等技术来获取病人的各项生命指数信息,从而及时发现问题并予以解决;二是网络层面,在完成物体信息的采集后,应将信息安可靠的传递到目的地,这就需要各种网络、移动网络及IP网等对进行技术支持;三是应用层面,即对通信物体进行智能控制。在此过程中,需要对大量数据及信息予以分析处理,并从中提取可以满足各种新业务的有效信息。而M2M作为物联网的核心技术,就其功能与潜在用途而言,引起了整个物联网的产生,并成为目前物联网的主要发展形势。
二、M2M业务能力
M2M支持的服务往往是一些获利性的,即广泛存在的、高成本高收益的服务应用。应用范围通常包括机组的管理、智能测量、智能计费、智能家居、电子医疗卫生等等。M2M技术的一般要求遵循一般M2M系统的要求,而一般M2M系统并不都是特定的M2M系统或这些系统的组成部分。另外,在物联网的服务系统中,有诸多需要观测的对象的信息需要进行收集。当连接到网络的设备处于休眠状态时,M2M系统也应该能够管理这些处于休眠状态的设备,即M2M系统可以与休眠设备通信,需要维护和休眠设备,并向下一级传递信息。M2M系统中的消息传递通常支持四种通信模式:anycast、单播、组播和广播。通过一组公共接口集,M2MSCs可以使用和3CPP、3CPP2、ETSITISPAN等指定的核心接口、现有接口相同的功能。M2M技术的服务函数仅为函数的分组提供建议函数。在实际系统中通常没有必要强制所有M2M服务的功能层活动,因此M2M的服务功能逐渐不再被解释为消息流中的单个实体。
三、M2M系统架构
(一)M2M设备领域。(1)M2M设备。一个运行的M2M应用设备可以有两种方案连接到M2M核心。方案1“直接连接”即M2M设备配备有一个WAN通信模块,并直接接到运营商接入网络;方案2“网关作为网络代理”即M2M设备通过一个M2M网关连接到网络和应用领域,M2M设备通过运用M2M区域网络连接到M2M网关。(2)M2M区域网络 。指的是任何网络技术。在不同的M2M设备之间提供物理层和MAC层连接到相同的M2M区域网络,或者允许M2M设备通过一台路由器或一个网关接入到公共网络。(3)M2M网关 。网关设备实现M2M服务能力(SC)以确保M2M设备对网络和应用域之间的相互作用和相互附属,M2M网关可以实现本地智能。(二)M2M网络和应用域。(1)接入网络。一个允许M2M设备域和核心网络进行通信的网络。(2)传输网络。允许数据在网络内部和应用域之间进行传输的网络。(3)核心网络。提供有关连接性与服务功能、网络控制功能和与其他网络的互联功能。(4)M2M服务能力。提供M2M功能,这些功能通过一组开放的接口来体现网络应用。M2MSC通常通过已知的标准化接口使用核心网络功能。(5)M2M应用程序运行业务逻辑。凭借一个可接入的开放接口使用M2MSC。事实上,在网络和应用域以及设备域中,M2MSC是ETSI TC M2M的工作基石。
四、M2M在物联网中的应用实践
4.1智能抄表
M2M技术在智能抄表方面的应用是指电力局利用相关运营商提供的无线网络,在完成对居民小区的电表数据采集工作后,将这些电表数据通过无线网络传输到电力局的配电数据中心。此系统模式将电力局的配电中心与居民小区的电表数据采集点予以有效组合,实现二者之间的在线连接,不仅减轻电力局的实际工作量,也为居民提供了更加方便的现代化服务。
4.2针对服务网的安全威胁
对服务网的安全威胁主要来自非授权访问数据和服务。攻击者冒充合法用户使用网络服务,解决这一问题的方式是采取接入认证(鉴权)机制,还可对SIM卡号和APN(AccessPointName)进行绑定,划定用户可以接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡号才能访问专用APN。M2M设备应能够定期更新防病毒软件,若采取远程软件更新需经过签名,M2M设备应能验证远程更新的软件的合法性。物联网中节点数量庞大,且以集群方式存在,因此会导致在数据传播时,由于大量机器的数据发送使网络拥塞产生拒绝服务攻击。因此,应设计健壮好的协议算法以对抗拒绝服务攻击,或设计追踪机制以快速确定攻击者的位置,减少攻击者对网络的破坏。
4.3智能交通
M2M系统通过对GPS卫星定位系统、无线网络和车载终端等进行连接,通过视频或图形设备获取车辆相关的位置信息或速度信息,人们可以通过移动设备了解车辆实时状态,制定出行计划,同时对于运行车辆而言,也能获取准确路况信息,提前做好路线规。
结语
在未来,M2M的智能应用会得到更长足的发展,国家安全、新能源开发利用、智慧城市、智能家居、智能交通都将乘着M2M的风口实现技术上的变革。
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