3GPP對物聯網IoT中的MTC的標準化介紹

M2M是將數據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）、移動網絡對機器（Mobile to Machine）之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現在人、機器、系統之間建立通信連接的技術和手段。

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。

技術要求

用于分組數據的3GPP無線電技術被廣泛部署，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系統等進行分類。在3GPP的不同協議版本中，對這些技術中的每一項進行了增強。有助于3GPP技術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的向后兼容性，以及技術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應用成功的關鍵。

圖1、未來的網絡是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，3GPP技術可以通過重用現有蜂窩站點，無線電設備和頻譜資源來推出具有成本優勢的新服務。然而，3GPP蜂窩系統并沒有專門為機器設計;它們主要設計用于人類交互，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，知識產權成本，逐步淘汰技術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。對維護向后兼容性的需求也面臨著對低端M2M應用系統的優化方面的挑戰。與移動手機不同，M2M設備具有更長的更換時間，并可能對技術遷移構成挑戰。

識別特定的MTC設備，增加覆蓋和降低成本來實現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鍵方面。

3GPP規范工作大致分為RAN（無線接入網絡），SA，GERAN（GSM/EDGE無線接入網）和CT，這些組負責定義3GPP系統的功能，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負責整體架構和服務能力，CT負責終端接口和能力的規范以及3GPP系統的核心網絡部分。 3GPP功能分階段發布，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設備有兩個重要的方面。對于3GPP工作的大多數解決方案來說確定MTC用戶非常重要。大多數低成本MTC用戶被設想有SIM卡集成在表面安裝的PCB上或者已經焊接了SIM芯片;但是還有一些MTC設備，其中SIM卡并不與設備集成。對于后一種情況，重要的是運營商能夠使用SIM卡配置文件或者設備功能來單獨按規定訪問。在SIM卡盜用的情況下能夠檢測設備IMEI的更改情況也是有意義的。

使用率監管，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。數據速率的調節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?？赡艽嬖诘囊粋€挑戰是由于MTC應用的范圍廣泛，例如對于低數據速率的使用率限制，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中具有的與訂戶關聯的用戶IMSI，其包括關于預付費服務和特征簡檔的細節。運營商已經能夠基于訂戶配置文件來支持定制的MTC服務，例如最佳數據包大小和用于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絡中的許可用戶。

基于3GPP的蜂窩設備是由IMEI來識別的。對于LTE，基站提供LTE用戶設備（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據速率）和系統性能（也就是頻譜效率）等都與設備類別相關。不需要支持高數據速率和/或低延遲的MTC設備將需要使用新的特定于MTC應用的LTE設備類/類別來指定。3GPP已經為MTC定義了一個或多個新的LTE UE類別。如果MTC設備影響到網絡的性能時能夠限制MTC設備的訪問，這將是識別和隔離MTC設備的方法之一。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設備，并且如果運營商不希望為這些設備提供服務時，則能夠限制對設備的訪問。

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?；緮盗康脑黾訉τ诟采w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。100%覆蓋的目標將永遠不會實現，但是也有需要實現較好覆蓋的少數特殊情況，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設備覆蓋率方面系統成本不會增加。 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設備不需要的幾個功能，并且可以顯著降低設備復雜性。 3GPP確定了限制設備能力為單個接收RF通道，限制了其支持的峰值數據速率要求，并減少了所要支持的數據帶寬，并支持半雙工操作，這些都是減少設備復雜性的關鍵。這種簡化在減少設備復雜性的同時也帶來了額外的規范影響。使用額外的調度器限制來保持正常LTE設備的系統性能，同時為這些低復雜度設備提供服務。

3GPP主要通過重復發送信息來實現對覆蓋改進。

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M2M服務支持可以由網絡運營商以及與運營商簽訂業務協議的第三方來提供。通過提供附加信息（例如，傳輸調度信息或少量數據以及對設備觸發的指示）并定義3GPP核心網絡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，公開的網絡信息確保與私有用戶的信息脫鉤，也就是沒有與UE身份相關的鏈接。

3GPP MTC相關協議版本

3GPP已經采用發布協議版本的概念來實現穩定的平臺，同時便于引入新的功能。表1和表2提供了與MTC相關的高級功能的發布列表。

表1、 3GPP MTC特有的功能增強（核心網和服務架構方面）

表2、 3GPP MTC特有的功能增強（無線接入網絡方面）

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技術報告（TR）22.868。 3GPP Release 10技術規范（TS）22.368規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/），并且具體的協議實施是在版本11中進行的。 SA5分析針對重用現有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架構工作是在Rel-10中開始的，而在Rel-12中，SA2致力于小數據傳輸和低功耗UE的高效傳輸。

3GPP的努力最初集中于機器類型設備的識別，以允許運營商在網絡過載情況下選擇性地處理這些設備。隨后的努力已經在MTC模塊的復雜性降低，覆蓋改進，減少UE功耗以及處理小數據的優化方面進行無線電級別的性能增強。