《物联网关键技术与标准 应对M2M业务挑战的4G网络增强技术_朱雪田，赵孝武，宋令阳等 ...

自然辩证法理论告诉人们:"社会的发展与进步是其基本矛盾相互作用的结果，矛盾双方相互对立，相互促进，达到辩证统一。"移动通信技术发展遵循同样的规律，而"业务产品与用户的快速发展与网络承载能力限制之间的矛盾"是移动通信技术发展的基本矛盾，正是这对基本矛盾为移动通信技术由第一代向第四代的快速推进提供了内在动力，而且矛盾越激化，移动通信技术发展、更新的速度就会越快。以LTE/LTE-Advanced为代表的4G移动通信技术已经在全球范围逐步商用，更低的传输时延和更高的传输速率为日趋丰富的服务应用提供了更好的技术基础和保证。在人与人之间的通信技术和应用已经取得巨大进展的今天，人们把目光转移到发展相对滞后的人与物和物与物之间的通信，希望大范围地拓展现有通信技术的应用范围，并以此来大幅度地推动社会的进步和发展，而 4G 时代的到来将为物联网产业进一步发展带来契机。

近年来物联网应用已经渗透到人类生产和生活的各个方面，通过与移动网络相结合，物联网几乎覆盖所有网络涉足的空间。但是，在物联网产业的发展过程中，依然存在诸多值得关注和解决的问题。一方面，现阶段不同公司采用多种私有协议提供物联网应用解决方案，高昂的设备开发和部署成本必然成为物联网产业规模化发展的桎梏;另一方面，传统移动通信网络是面向人与人(H2H)通信业务设计的，而物与物(M2M)通信在传输、QoS、移动性和终端分布密度等多个方面都与H2H通信不同。现有移动网络在接入网、核心网和承载网等环节均未将M2M与H2H通信进行区分，而是采用混同承载模式。随着M2M业务规模持续扩大，M2M业务将会与H2H业务相互影响，并对标志和传输等通信网络资源造成巨大压力。现有规模庞大的2G/3G网络投资开始递减，全面进行网络体制改造和增强的难度较大，而以LTE/LTE-Advanced为代表的4G移动通信方兴未艾，并正处于高速成长期。采取针对性的优化和增强措施，将可以极大地提升物联网系统的效率和适用性，并有效降低其成本，有利于运营商的网络运营和有效管控，对物联网产业的发展具有积极意义。本书着眼于4G移动通信与物联网的融合技术，以3GPP/CCSA对物联网关键技术的标准制定和推进为主线，结合物联网的主要应用场景和增强需求，详细介绍了物联网应用在网络架构、业务管理支撑平台、承载网络和终端等多个方面增强技术的实现需求和基本原理。本书内容较为全面且深入浅出，适用于通信运营商、规划设计院和物联网解决方案提供商等单位的相关技术人员参考阅读，同时也可以作为对口大专院校和科研机构研究生及教师的参考用书。

全书共9章。第1章为移动通信技术概述，该部分内容从移动通信技术发展的基本规律出发，重点对3G/4G移动通信的网络架构、关键技术和标准进展等方面进行简要介绍:第2章为M2M技术发展现状与前景，该部分内容通过综合分析M2M技术和标准的发展现状及应用前景，为读者理解支持 M2M 业务的移动网络增强技术的必要性方面奠定基础:第3章为M2M典型应用场景与解决方案，该部分内容结合3GPP、ETSI和CCSA等国内外标准化组织在对M2M应用分析的基础上，分别介绍了医疗监护、自动抄表、智能家居、智慧城市和车联网等典型场景的应用，重点对其定义与发展现状、应用场景和系统参考架构等方面内容进行介绍:第4章为M2M业务特征与流量模型,该部分内容抽象提取了M2M业务的通用业务和特定业务特性，分别分析H2H和M2M业务特征模型和业务流量模型的建模方法，并针对典型M2M业务提出模型建议，从而为后续支持M2M业务的LTE网络优化技术仿真评估，莫定了良好基础;第5章为LTE网络针对M2M通信的优化方向与需求，该部分内容基于M2M业务场景和特性，从4G核心网和无线接入网层面分别分析LTE网络支持 M2M通信所涉及的寻址、拥塞控制、标识、激活和监控等方面的增强与优化需求，为后续增强技术方案的研究和分析明确需求和目标:第6章为支持M2M的通信网络架构增强，该部分内容基于M2M网络的总体架构，围绕应用层、网络/业务层和感知延伸层之间的有效融合，对支持M2M业务的通信网络架构增强方案进行分析和介绍:第7章为面向M2M的LTE蜂窝网络接入拥塞控制技术,该部分内容针对当前LTE网络支持M2M通信时存在的网络拥塞问题，重点介绍了LTE网络解决海量M2M终端接入的解决方案和评估结果;第8章为支持M2M通信的LTE网络承载控制和移动性管理优化技术，该部分内容结合当前3GPP标准化进展，详细分析了LTE网络承载控制、移动性管理和小数据传输等优化需求和解决方案;第9章为支持M2M的LTE终端技术，该部分内容结合现有LTE网络技术和产业链现状，分别从技术标准和产业链运营等多个角度，分析支持M2M通信的LTE终端发展中面临的问题和成本瓶颈，并重点对降低终端成本的系列方案进行分析和介绍。

本书的编著者是来自国内运营商、设备商、高等院校和研究所的专业技术骨干和专家，具有多年M2M技术研发、标准制定和业务推广的丰富经验，他们是宋令阳、邓俊和何奇超(参与编写第1、4、8章)、张银成、毛磊和陆婷(参与编写第6~8章)、诸瑾文和林毅(参与编写第3、6章)、李慧芳、王月珍、梁建生和陈平辉(参与编写第5、9章)、朱彩勤、聂衡和卞宏梁(参与编写第5、6章)、袁芝和欧阳玉玲(参与编写第8章)、朱雪田、王敏、张建敏、许悠、梅承力和李金艳(参与编写第2~8章)。全书由朱雪田统稿和校对，杨峰义主审。在本书的撰写过程中，得到了中国电信北京研究院、技术创新中心和广东电信无线网络运营中心各级领导和同事的大力支持，在此表示衷心感谢。同时，还要感谢我的家人，感谢电子工业出版社各位同仁的高效工作，使本书能够尽早与读者见面。

本书是基于作者的主观视角和有限学识对M2M关键技术和标准的理解，观点难免有欠周全。此外，无论是LTE还是物联网的技术标准化工作仍在持续的完善之中，依然有诸多技术方案还未达到成熟的程度。对于本书中的不足和谬误之处，敬请各位读者和专家批评和指导。

作者

2014年1月