M2M专题组技术报告_21页_947kb

IMT-2020(5G)推进组M2M专题组技术报告总结

核心内容

本报告主要围绕机器对机器通信（M2M）在5G（IMT-2020）中的技术进展、应用场景和关键需求进行分析，旨在为M2M通信的标准化和网络优化提供指导。报告涵盖了M2M在ETSI、3GPP、3GPP2和CCSA等国际标准化组织中的研究进展，以及M2M通信在5G阶段面临的技术挑战和解决方案。

主要观点

• M2M是物联网的重要组成部分，广泛应用于安全监测、工业自动化、城市信息化等领域。
• M2M通信具有低数据量、低功耗、低移动性等特性，与传统蜂窝网络存在显著差异。
• M2M通信对网络提出了广覆盖、低成本、低功耗、巨量连接等关键技术需求。
• 为满足这些需求，提出了分级M2M接入（HMA）机制，通过中继设备（MMD）和简化终端（MCD）的组合实现低成本和低功耗的通信。
• HMA机制旨在解决网关结构带来的安全性和维护复杂度问题，同时优化网络资源分配和通信效率。

关键信息

1.1 国内外研究现状

• M2M是物联网的普遍应用形式，已在欧洲、美国、韩国、日本、中国等国家实现商业化。
• 主要运营商包括英国的BT和Vodafone，德国的T-Mobile，日本的NTT-DoCoMo，韩国SK等。
• 中国在M2M技术方面处于世界前列，已形成较为完整的产业链，并积极参与国际标准制定。

1.2 M2M在ETSI的进展概况

• ETSI于2009年成立专门的TC，系统研究M2M通信。
• 研究内容包括M2M业务需求、体系架构、数据模型、接口和过程设计。
• ETSI已制定十余项M2M相关标准，涵盖多个应用实例，如智能电网、eHealth、Smart Metering等。

1.3 M2M在3GPP标准进展概况

• 3GPP于2005年启动M2M通信研究，M2M在3GPP中被称为MTC（Machine-Type Communication）。
• 主要研究项目包括FS_M2M、FS_NIMTC、FS_MTCe、FS_AMTC、SIMTC、MTSC、MTCe等。
• 重点研究方向包括网络优化、安全机制、业务需求、系统架构等。
• 目前3GPP提出的技术需求包括：单小区支持10万M2M设备，支持10秒内接纳3万M2M设备接入，终端模块成本低于4美元。

1.4 M2M在3GPP2的标准进展概况

• 3GPP2在2010年启动M2M研究，重点在于cdma2000网络如何支持M2M通信。
• 研究内容包括系统架构增强、无线网络增强和分组数据核心网络增强。

1.5 M2M在CCSA的进展概况

• 在中国通信标准化协会（CCSA）中，M2M相关标准化工作主要由移动通信工作委员会（TC5）和泛在网技术工作委员会（TC10）负责。
• TC5 WG7完成了移动M2M业务研究报告，分析了M2M的商业模式、业务特征和流量模型。
• TC5 WG9跟踪3GPP研究进展，研究M2M对RAN和核心网络的影响。
• TC10 WG2定义了M2M业务的总体技术要求和通信应用协议技术要求。

1.6 产业前景

• M2M产业被视为继计算机、互联网、移动通信网之后的又一信息产业浪潮。
• 国家工信部提出加快物联网发展，提高资源利用率和经济运行效益。
• 2013年，《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》发布，提出实现物联网在重要领域的规模应用，突破核心技术，形成产业体系。

M2M应用场景和需求

2.1 应用场景

• 小数据包传输：M2M业务中，大量数据传输为周期性小数据包，对网络效率产生显著影响。
• 小数据包通常在1字节~1K字节之间，5G阶段需优化谱效率和控制面开销。

2.2 技术需求

• 广覆盖：M2M设备多部署在覆盖差的区域，需比现有GSM网络覆盖增强20dB。
• 低成本：终端模块成本目标为4美元，需重用现有设备和频谱资源。
• 低功耗：M2M设备多依赖纽扣电池，要求待机时间达10年，典型场景工作3~5年。
• 巨量连接：预计到2020年，M2M连接数将达50亿，5G阶段可能达到手机终端的10~100倍。
• 控制面容量：网络需支持100倍LTE容量，即单小区支持10万M2M设备。

关键技术研究

3.1 分级M2M接入（D2DMTC）

• HMA低成本设计：

  • MMD和MCD之间的通信可采用低成本D2D链路。
  • MMD的蜂窝链路收发功能尽可能被D2D链路重用。
  • MCD采用窄带宽、低调制阶数、简单编译码方案，如QPSK和卷积码。
  • 不支持MIMO、HARQ进程数少、降低最大传送功率、不支持移动性等。

• HMA安全接入机制：

  • MCD通过MMD注册和接入网络，保证安全通信。
  • 安全过程仅在MCD终端和网络之间进行，MMD不获取密钥信息。

• MCD注册过程：

  • MCD终端开机后，通过MMD完成网络注册流程。
  • MMD将SRB1配置传递给MCD终端，用于NAS消息转发。
  • 安全过程启用后，MMD无法读取后续消息。

• MCD Service Request过程：

  • MCD终端通过MMD发起业务请求。
  • 该过程涉及NAS消息的发送和接收，MMD负责转发。

• MCD寻呼过程：

  • MME发送寻呼消息，携带MCD终端和MMD的信息。
  • 基站根据MCD终端的MMD信息发送寻呼消息。
  • MMD监听寻呼消息，判断是否包含MCD终端信息，并转发至MCD终端。

• MCD TA更新过程：

  • MMD发起TA更新流程，确保MCD终端的移动性管理。
  • MCD终端也可发起TA更新流程，根据配置在MCD链路上监听寻呼消息。

技术需求总结