物联网雏形 — M2M 网络解决方案初探

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物联网雏形 — M2M 网络解决方案初探

Online Vehicles

PAN/BAN

Smart Places

Opera

PalaceParliament

Online Building

NFC Objects/RFID

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Bullets level 2-516 pt

›!"# $%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¯°±²³´¶·¸¹º»¼½ÀÁÂÃÄÅÆÇÈËÌÍÎÏÐÑÒÓÔÕÖ×ØÙÚÛÜÝÞßàáâãäåæçèéêëìíîïðñòóôõö÷øùúûüýþÿĀāĂăąĆćĊċČĎďĐđĒĖėĘęĚěĞğĠġĢģĪīĮįİıĶķĹĺĻļĽľŁłŃńŅņŇňŌŐőŒœŔŕŖŗŘřŚśŞşŠšŢţŤťŪūŮůŰűŲųŴŵŶŷŸŹźŻżŽžƒȘșˆˇ˘˙˚˛˜˝ẀẁẃẄẅỲỳ–—‘’‚“”„†‡•…‰‹›⁄€™−≤≥fifl

分享内容› M2M 组网的基本概念及挑战

– M2M 网络简介– 网络特点及挑战

› M2M 组网方案– 总体方案– 充分利用现网的 M2M 支持方案– M2M 组网影响

› 国外 M2M 运营商组网案例简介– 爱尔兰 National Smart Meter 项目– MAINGATE– Telenor

› 总结

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物联网雏形 -- M2M 网络端到端架构1. 传感器 3. 网络2. 终端

GPRS3G

xDSLPN

4. 数据管理- collecting- monitoring- storing

6. 业务支撑

机器设备

抄表

个人

交通运输

Module

)))

(((5. M2M 应用及业务管理

Module

Module

Module

)))

)))

(((

(((

- Configuratuion- Security- Charging

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Customercare

Billing

Assetmgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

Servicemgmt

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M2M 端到端网络—标准化

• SA1,NIMTC,TR22.868,TS22.368• SA2,NIMTC• SA3,DL-USIM,TR33.812• SA4,eCall• GERAN, SI agreed

› 3GPP SA1– TS22 368 Rel-10 ‘Service requirements for machine-type

communications”– December 2009

› 3GPP SA3– TR 33.812 ReI-9 Feasibility Study on remote management of

USIM application on M2M equipment’– December 2009

TS 102 689 M2M Service Requirements TS 102 690 M2M Functional ArchitectureTR 102 691 Smart metering Use CasesTime line: Requirements October,

Architecture December 2009

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3GPP WI NIMTCNetwork Improvements for Machine Type Communications

› Scope– SA1, TS 22.368, ”Service requirements for machine-type communications; Stage 1”

› Completed in time for R10 (# SA1 49), stable since August 2009› Defines system optimization categories specific for M2M across the architecture

- System features to meet requirements are independent and possible to enable/disable› per subscription› per service invocation

– SA2, TR 23.888, ”Architectural Enhancements for machine-type communications”› Time plan states it must be approved at plenary SA#48 (moved 09/10)

– SA3, TR 33.868, ”Security Aspects of machine-type communications”› Approved at plenary SA#49

› Other activities in 3GPP: – TR 33.812, Feasibility Study on the Security Aspects of Remote Provisioning and Change of

Subscription for M2M Equipment

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ETSI M2M - Current Work

TS 102 689M2M Service Requirements

TS 102 690M2M Functional

Architecture

TR 102 732eHealth

Use Cases

TR 102 898Automotive Use Cases

TR 102 691Smart Metering

Use Cases

TR 102 897City Automation

Use Cases

TR 102 857Conn. consumer

Use Cases

Freezing -> Jan 2010

Expected summer

2010

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M2M 商业模型分析

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Terrabyte of data generated by M2M in mobile networks M2M 在移动网中产生话务量预测 Terabyte M2M 业务目前仍处于培育期 . 业已存在的三类关键客户群 :

个人交通工具商业交通工具电表

预计 2014 年，移动网络内 74%的 M2M 话务流量来自网络摄像头 – 2009 年只占 0.1%.

Source: Bergh Insight

M2M 话务发展及特点

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M2M 业务特点及挑战1. 多！ -- 500 亿 (50B)

2. 广！ -- 物联网 ( 各行各业，无处不在 )

3. 慢！ -- 低移动性客户群为主4. 小！ -- 近期小流量，低带宽业务为主5. 高！ -- 对 QoS 有较高要求

NFC

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› 总结

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M2M 移动承载网络总体方案 ( 核心网 )新建 vs 现网 (Overlay vs. Reuse) :

新建核心网利用现有公共核心网资源市场：满足 M2M 业务用户需求

短期部署迅速，中长期面向融合支持融合发展成本：投资有效性及投资保护

需考虑中长期融合成本长期演进路线清晰，保护投资技术：网络结构简化 ( 融合 )

增加新网元，结构日趋复杂 2G/3G/4G 充分融合运营：业务支撑系统建设

新建？改造？共享现有运营支撑系统资源

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基于现网解决 M2M 面对的挑战 (1) – 广！

2G/3G/4G 相结合，无缝广覆盖市区郊区乡村

EDGE

TD-SCDMA HSPA

TD-LTE

265kbps

EDGE Evolution 1 Mbps

1.6, 2.8 Mbps

>100 Mbps

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基于现网解决 M2M 面对的挑战 (2) – 多！1. 建设大容量节点：

刀片式软交换

MSC-S CP 60

MSC-S CP 50

1234567

MSC-Server Blade Cluster

690 万用户

960calls/s

720calls/s480

calls/s240calls/s

240calls/s

~ 18 kErl

BC4020~ 9

kErl

~ 19 kErl

~ 37 kErl

~ 28 kErl

~ 56 kErl

~ 18 kErl

~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl~ 28 kErl

~ 35 kErl

BC4040

~ 80 kErl

BC4001~ 5 kErl

~ 14 kErl

SGSN MKVIII

10MSAU

全 IP MGW

2. 建设 MSC/SGSN POOL ：

MSC/SGSN POOL

BSCRNC

Online Building

大容量节点组成池组，海量处理，负载分担，充分冗余

UDC~100M

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基于现网解决 M2M 面对的挑战 (3) – 慢！小！

RNC (3G)

SGSN Pool GGSN

BSC (2G)

IP IP

IP IP networks

3G Direct Channel

HLRAAA

PCRF

2G 3G

IP networks

LTE

PDN GWServ GW

MMESGSN

HSS

3GDT

GGSN

话务流量与移动性管理分离，适应多种 M2M 应用

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基于现网解决 M2M 面对的挑战 (4) – 高！

CoreAccess TransportRNC SGSN/MME GGSN

Downlink

Uplink

端到端 QoS 控制 SAPC

面向用户体验的网管能力

确认 10 问题最多的终端辨认 10 个体验最差的用户端到端 QoS 保护机制 + 面向用户体验的网管系统保证 M2M 业务

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M2M 与 IMS 互操作方案

M2M

M2M

AppApp

IMS

M2M

1. 业务分离，控制整合： IMS 作为通信控制核心• 是 M2M 接入和业务网之间的控制网• 支持 notifications, SUBSCRIBE/NOTIFY• 媒体流实时控制 , 类似 RTP• 支持鉴权 AAA, 业务可及 reachability 控制

2. 业务及控制整合： M2M 做为丰富的信息源• 为 IMS 用户及应用提供更丰富信息• IMS 用户及应用扩展至更多场景

3. 控制分离，应用整合： M2M 和 IMS 应用集成M2M 分域控制• 融合的应用服务器负责整合业务触发• M2M 可发展为一种应用类型

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Top right corner for field-mark, customer or partner logotypes. See Best practice for example.

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IMSM2M system

M2MApplication

IMSApplication

Integration within a UE

UE

home securitycontroller

(M2M GW)

video camera

notify the abnormalityvia M2M system

Invoke IMS app

Video sessionsetup via IMS

UE- 集成 : VoIP 建立

M2M 与 IMS 互操作方案： VoIP

M2M

Gateway

Top right corner for field-mark, customer or partner logotypes. See Best practice for example.

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IMS

M2M AS IMS AS

M2M system

Invoke an IMS application

Controller

sensor

Securitycompanycontrolcenterguard man

Notify the abnormalityvia M2M system Set up a calll

AS- 集成 : VOIP 建立

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HLR 如何支持 M2M?

› 分配新的注册信息表给 M2M 用户› M2M 用户主要以 IMSI 注册› 注册信息包括 M2M 应用服务器地址，用户移动性管理信息，时间信息等› MSM 设备通过短信实现自动配置和信息上传，短信以 IMSI/MSISDN 识别› 与 M2M 配置服务器通信的信令流程不影响 M2M 其他流程› M2M 签约信息可以被 CS 和 PS 核心网共享› 基于号段激活 / 去激活 M2M 设备的 SIM

› M2M 签约信息的有效期可管理

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› M2M device auto-configuration

› M2M MSISDN-less subscription– Sensor registration and initial configuration– Sensor-application communication

› M2M database auto-provisioning– Sensor registration and initial configuration

› Applications– Smart metering

› Business Model validation– Application Mobile operator relation– Application device association

PDU UDB M2M PoCPhASE 1 SCOPE

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HLR/AuC

Radio Access Network Packet Core Network

DES/ADC

PDU UDB M2M PoCPhase I architecture view

EMA

M2M Subscription Management

M2M ASSGSN GGSNRNC

M2M Subscription and Device Management focusM2M Device Plug and Play

M2M Applications

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PDU UDB M2M PoCPhaSE I DeVICE DEPLOYMENT

M2M ASSGSN GGSNRNC

M2M Applications

Step 1: configuration

›Install ‘empty’ meter, power up

›Modem registers with HLR, ADC pushes configuration data for network access via SMS

Step 2: parameterization

›Meter receives parameter settings from the Mgmt System over the established GPRS data link

HLR/AuC


DES/ADC EMA


SGSN GGSNRNC

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PDU UDB M2M PoCPhaSE I DeVICE OPERATION

M2M ASSGSN GGSNRNC

M2M Applications


M2M ASSGSN GGSNRNC

M2M Applications

PUSH (readings / events / logs)

PULL (readings / events / logs)›Wake-up

›Re-establish PDP context

›Pull data

HLR/AuCDES/ADC EMA


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› 总结

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爱尔兰全国智能抄表项目

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爱尔兰全国智能抄表项目

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M2M 运营商 MAINGATE

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MAINGATE M2M 网络架构

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Late 90’M2M pioneering

2000Acquired M2M early adopters

2003First large scale customers, Volvo, Securitas

2006Actively addressing global market, Daimler acquired

2010Launch of new Service Portal and increased geographical presence

2009New M2M technical platform launched

2005Large-scale AMR roll-out for Fortum & E.ON

2008eSIM patent approved

2008 - Telenor Connexion AB established

• Sole focus on managed connectivity solutions for global M2M & telematics deployments

• Incorporating +10 years of M2M experience• 100% owned by Telenor ASA • Headquartered in Stockholm, Sweden• +65 employees

移动运营商 Telenor M2M 运营规划

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› 架构– AAA 分层架构 .

› 用户数据库– Notify abnormal traffic condition.– 批处理 (Activation and deactivation of SIM).– 有效期控制 (Subscription shall be assigned a lifetime).

› 鉴权服务器 AAA-S– Extra set of messages ，比如“ Disconnect Request”

– RADIUS 属性的特定 IMSI, Charging ID, GGSN-IP Address, SGSN-IP Address 格式

› 非 MSISDN 签约› 独立的 M2M 用户数据库管理相关数据 .

GRX Network

SS7 network

GGSN

STP

HLR/AUC-FEAAA-FE

Backend DB

Telenor M2M 网络框架

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›!"# $%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~¡¢£¤¥¦§¨©ª«¬®¯°±²³´¶·¸¹º»¼½ÀÁÂÃÄÅÆÇÈËÌÍÎÏÐÑÒÓÔÕÖ×ØÙÚÛÜÝÞßàáâãäåæçèéêëìíîïðñòóôõö÷øùúûüýþÿĀāĂăąĆćĊċČĎďĐđĒĖėĘęĚěĞğĠġĢģĪīĮįİıĶķĹĺĻļĽľŁłŃńŅņŇňŌŐőŒœŔŕŖŗŘřŚśŞşŠšŢţŤťŪūŮůŰűŲųŴŵŶŷŸŹźŻżŽžƒȘșˆˇ˘˙˚˛˜˝ẀẁẃẄẅỲỳ–—‘’‚“”„†‡•…‰‹›⁄€™−≤≥fifl PDSN

CDMA 1XPCF

RAN

AAA

L2TP Tunnel

Enterprise TerminalSMS-C

Terminal Alarm

Terminal Status LNS Status

Ericsson M2M Mgmt

Platform

Terminal Alarm

Enterprise

LNS

AAA

M2M Application

Server

我们所知的中国运营商 M2M 网络规划框架

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M2M 端到端解决方案

近期开展 M2M 试验网络部署- 可采用 Overlay 方式新建 M2M 核心网- 打好与移动核心网融合的基础

中期实现 M2M 与移动核心网融合- 建设 EPC ，实现 M2M 话务与控制分离- IMS 与 M2M 融合

现网建设面向 M2M

- 新建节点考虑大容量- MSC/SGSN 成池组- 试验 3GDT ，实现话务与控制分离

面向 M2M 业务特点的支撑网络建设- 计费：融合的 NGBOSS- 端到端 QoS: 基于 PCC 架构的 SAPC- 网管：基于用户体验的 GUBAS

M2M 组网解决方案小结

HLR

AAA SAPC

2G 3G

IMS

LTE

PDN GW

Serv GWMMESGSN

HSS

3GDT

GGSN

MSC

POOL

M2M/IMS AS

WLAN

GUBAS

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