M2M是將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器的對話。但從廣義上M2M可代表機器對機器（Machine to Machine）人對機器（Man to Machine）、機器對人（Machine to Man）、移動網(wǎng)絡(luò)對機器（Mobile to Machine）之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現(xiàn)在人、機器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段。

在3GPP中，M2M被稱為機器型通信（MTC：machine-type communication ）;所以本文中我們可能會交換使用M2M和MTC。

技術(shù)要求

用于分組數(shù)據(jù)的3GPP無線電技術(shù)被廣泛部署，并且可以基于物理層特性，例如使用TDMA的GPRS，使用W-CDMA的HSPA以及使用OFDMA的LTE系統(tǒng)等進行分類。在3GPP的不同協(xié)議版本中，對這些技術(shù)中的每一項進行了增強。有助于3GPP技術(shù)的蜂窩應用取得成功的一個重要方面是保持與舊版本技術(shù)的向后兼容性，以及技術(shù)之間的緊密互連以及有效的漫游支持，這也是需要支持移動性的M2M應用成功的關(guān)鍵。

圖1、未來的網(wǎng)絡(luò)是HTC（人通信類型）和MTC（機器類型通信）的混合體

作為廣泛部署的已成功建立的技術(shù)，3GPP技術(shù)可以通過重用現(xiàn)有蜂窩站點，無線電設(shè)備和頻譜資源來推出具有成本優(yōu)勢的新服務。然而，3GPP蜂窩系統(tǒng)并沒有專門為機器設(shè)計;它們主要設(shè)計用于人類交互，并且不針對專門用于特定場所部署的所有M2M應用進行優(yōu)化。針對短消息的無處不在的覆蓋，終端成本，尋址空間限制，知識產(chǎn)權(quán)成本，逐步淘汰技術(shù)的可能性以及終端功耗等是面向M2M應用的運營商所面臨的一些挑戰(zhàn)。對維護向后兼容性的需求也面臨著對低端M2M應用系統(tǒng)的優(yōu)化方面的挑戰(zhàn)。與移動手機不同，M2M設(shè)備具有更長的更換時間，并可能對技術(shù)遷移構(gòu)成挑戰(zhàn)。

識別特定的MTC設(shè)備，增加覆蓋和降低成本來實現(xiàn)M2M通信的大量采用，以及支持相應的服務是3GPP針對MTC通信標準化的一些關(guān)鍵方面。

3GPP規(guī)范工作大致分為RAN（無線接入網(wǎng)絡(luò)），SA，GERAN（GSM/EDGE無線接入網(wǎng)）和CT，這些組負責定義3GPP系統(tǒng)的功能，要求和接口。 RAN專門負責3G的無線接入部分及其對4G及以上的演進，而GERAN負責2G的無線接入部分及其演進。 SA負責整體架構(gòu)和服務能力，CT負責終端接口和能力的規(guī)范以及3GPP系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)部分。 3GPP功能分階段發(fā)布，但是研究工作可能在此之前進行研究。通常，所有新功能在發(fā)布之前都有一個研究階段。

需要識別MTC用戶

對于一個MTC模塊來說有SIM（Subscriber Identity Module：用戶識別模塊）和MTC設(shè)備有兩個重要的方面。對于3GPP工作的大多數(shù)解決方案來說確定MTC用戶非常重要。大多數(shù)低成本MTC用戶被設(shè)想有SIM卡集成在表面安裝的PCB上或者已經(jīng)焊接了SIM芯片;但是還有一些MTC設(shè)備，其中SIM卡并不與設(shè)備集成。對于后一種情況，重要的是運營商能夠使用SIM卡配置文件或者設(shè)備功能來單獨按規(guī)定訪問。在SIM卡盜用的情況下能夠檢測設(shè)備IMEI的更改情況也是有意義的。

使用率監(jiān)管，采用使用率限制當應用達到使用率上限時也需要識別MTC用戶。數(shù)據(jù)速率的調(diào)節(jié)已被運營商用作正常蜂窩操作中的速率控制策略，因此MTC中的使用率控制可以看作是其的一個變種。可能存在的一個挑戰(zhàn)是由于MTC應用的范圍廣泛，例如對于低數(shù)據(jù)速率的使用率限制，但是大量的MTC不能利用基于量的服務限制。此外，可能會要求SIM（當未與設(shè)備集成時）可以與非MTC特定用戶的SIM交換使用。

SIM卡中包含HLR中具有的與訂戶關(guān)聯(lián)的用戶IMSI，其包括關(guān)于預付費服務和特征簡檔的細節(jié)。運營商已經(jīng)能夠基于訂戶配置文件來支持定制的MTC服務，例如最佳數(shù)據(jù)包大小和用于MTC服務的專用接入點的最佳路由。 IMSI（國際移動用戶識別碼（IMSI:International Mobile SubscriberIdentification Number）），是由運營商提供的用于MTC訂閱的特定計費策略，并且由運營商用來完全控制在網(wǎng)絡(luò)中的許可用戶。

基于3GPP的蜂窩設(shè)備是由IMEI來識別的。對于LTE，基站提供LTE用戶設(shè)備（UE）的類別信息。 eNodeB然后能夠確定UE的性能并相應地與其進行通信。用戶體驗（也就是用戶的峰值數(shù)據(jù)速率）和系統(tǒng)性能（也就是頻譜效率）等都與設(shè)備類別相關(guān)。不需要支持高數(shù)據(jù)速率和/或低延遲的MTC設(shè)備將需要使用新的特定于MTC應用的LTE設(shè)備類/類別來指定。3GPP已經(jīng)為MTC定義了一個或多個新的LTE UE類別。如果MTC設(shè)備影響到網(wǎng)絡(luò)的性能時能夠限制MTC設(shè)備的訪問，這將是識別和隔離MTC設(shè)備的方法之一。運營商面臨的一個公共問題是限制對漫游設(shè)備的訪問。值得注意的是，運營商應該能夠從MTC特定UE類別中識別出這樣的漫游MTC設(shè)備，并且如果運營商不希望為這些設(shè)備提供服務時，則能夠限制對設(shè)備的訪問。

需要進行覆蓋改進

有許多MTC應用，其中的一些MTC應用需要擴展覆蓋。移動的MTC用戶很可能不會超出覆蓋范圍。另一方面，有許多M2M應用，其中終端位置將被固定，但是不能接入到固網(wǎng)中。智能電表和泊車儀表傳感器等MTC應用不僅帶來具有挑戰(zhàn)性的部署，而且還不能移動。有一個可以提供更多幾乎無處不在的連接服務的大量市場。這樣一個最明顯的應用是電力公司的電表計量，其中許多房屋沒有安裝電表位置，而只能安裝在地下室中。基站數(shù)量的增加對于覆蓋和容量的提升是非常有好好的，但是每個額外增加的基站都需要有回程，站點獲取，租賃，供電等方面的挑戰(zhàn)。100%覆蓋的目標將永遠不會實現(xiàn)，但是也有需要實現(xiàn)較好覆蓋的少數(shù)特殊情況，要求不會大大增加整個解決方案的總成本。因此，重要的是要確保在提高MTC設(shè)備覆蓋率方面系統(tǒng)成本不會增加。 3GPP正在試圖降低M2M模塊的復雜性以及改善對其的覆蓋，以促進大量部署M2M模塊。

3GPP研究確定了MTC設(shè)備不需要的幾個功能，并且可以顯著降低設(shè)備復雜性。 3GPP確定了限制設(shè)備能力為單個接收RF通道，限制了其支持的峰值數(shù)據(jù)速率要求，并減少了所要支持的數(shù)據(jù)帶寬，并支持半雙工操作，這些都是減少設(shè)備復雜性的關(guān)鍵。這種簡化在減少設(shè)備復雜性的同時也帶來了額外的規(guī)范影響。使用額外的調(diào)度器限制來保持正常LTE設(shè)備的系統(tǒng)性能，同時為這些低復雜度設(shè)備提供服務。

3GPP主要通過重復發(fā)送信息來實現(xiàn)對覆蓋改進。

對服務的增強支持

3GPP正在標準化來支持第三方與3GPP系統(tǒng)交互，以向其客戶提供第三方服務。 支持M2M服務的標準化工作正在在3GPP之外的標準化組織（例如，ETSI TC M2M和oneM2M全球計劃;見本頭條號前面的文章）中進行，假設(shè)M2M服務支持可以由網(wǎng)絡(luò)運營商以及與運營商簽訂業(yè)務協(xié)議的第三方來提供。通過提供附加信息（例如，傳輸調(diào)度信息或少量數(shù)據(jù)以及對設(shè)備觸發(fā)的指示）并定義3GPP核心網(wǎng)絡(luò)和應用平臺之間的新接口，來促進對支持對服務的配置。為了確保隱私，公開的網(wǎng)絡(luò)信息確保與私有用戶的信息脫鉤，也就是沒有與UE身份相關(guān)的鏈接。

3GPP MTC相關(guān)協(xié)議版本

3GPP已經(jīng)采用發(fā)布協(xié)議版本的概念來實現(xiàn)穩(wěn)定的平臺，同時便于引入新的功能。表1和表2提供了與MTC相關(guān)的高級功能的發(fā)布列表。

表1、 3GPP MTC特有的功能增強（核心網(wǎng)和服務架構(gòu)方面）

表2、 3GPP MTC特有的功能增強（無線接入網(wǎng)絡(luò)方面）

標準化工作早在2005年開始，當時3GPP TSG SA1開始進行可行性研究，并于2007年輸出3GPP技術(shù)報告（TR）22.868。 3GPP Release 10技術(shù)規(guī)范（TS）22.368規(guī)定了機器對機器的通信要求。

要求和邏輯分析的細化是在3GPP技術(shù)報告23.888中得到解決的（參見：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/23_series/23.888/），并且具體的協(xié)議實施是在版本11中進行的。 SA5分析針對重用現(xiàn)有3GPP功能（例如會話啟動和控制）的可能程度，并且解決了充電需求。3GPP的MTC架構(gòu)工作是在Rel-10中開始的，而在Rel-12中，SA2致力于小數(shù)據(jù)傳輸和低功耗UE的高效傳輸。

3GPP的努力最初集中于機器類型設(shè)備的識別，以允許運營商在網(wǎng)絡(luò)過載情況下選擇性地處理這些設(shè)備。隨后的努力已經(jīng)在MTC模塊的復雜性降低，覆蓋改進，減少UE功耗以及處理小數(shù)據(jù)的優(yōu)化方面進行無線電級別的性能增強。