隨著接入互聯(lián)網(wǎng)的機器(Machine)數(shù)量的增多,甚至超過互聯(lián)網(wǎng)使用的人數(shù)。隨之帶來的是,機器對機器(machine-to-machine,即“M2M”)通信將有望在2013年中歷史性地首次超越人對人通信。通信機器的陣營也日益擴展,包括移動資源管理系統(tǒng)、儀表、機器人、自動售賣機、安全系統(tǒng)、資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)、車輛、緊急呼叫系統(tǒng)等。
如今,各種量產(chǎn)化的低成本計算設備層出不窮,運行速度越來越快,數(shù)據(jù)收集能力日益增強,而無線接入互聯(lián)網(wǎng)也變得愈發(fā)便捷,聯(lián)網(wǎng)費用越來越低。因此,機器間“對話”的比重將很快超過人與人之間的對話也絲毫不足為奇。 然而,與此同時,IP地址資源也隨之將被耗盡,四十億多個IPv4(互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第4版)地址現(xiàn)已分配完畢。這是否意味著機器已經(jīng)錯過了大好時機?答案是否定的。今后的互聯(lián)網(wǎng)將采用支持2的128次冪個地址的IPv6(互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第6版),使得全球的IP地址分配綽綽有余。因此,第四代移動網(wǎng)絡(4G)LTE能夠基于IPv6提供數(shù)據(jù)、語音、視頻等服務也是意料之中的事情。
這場網(wǎng)絡變革的動力很簡單,即所有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)并從中獲益的設備和應用最終都將互相連接在一起。這也是手機、筆記本電腦、平板電腦、汽車及游戲設備等形形色色的“機器”全部具有聯(lián)網(wǎng)功能的原因所在。盡管這些是移動互聯(lián)最顯而易見的應用,但人類并不是互聯(lián)網(wǎng)的唯一使用者,還包括飛速增長的無形應用:每天都有上百萬臺機器以24×7全天候、無需人工操作的方式進行著數(shù)據(jù)交換,演繹著一場場無聲的“對話”。
只需嵌入低成本的小型(無線)調試解調器,任何設備都可以接入網(wǎng)絡。具備報告位置、速度或導航信息功能的應用還需要全球定位系統(tǒng)(GPS)或全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)接收器。這兩種元件,外加天線,都可以輕松地配置到比手機還小的設備上。
當下,在電子行業(yè)的各個領域,我們時刻都能看到這樣的情形。
然而,視應用不同,要為設備配以M2M通信能力還需要一些特殊的條件。無論在考慮最初設計、產(chǎn)品壽命(在進行必要的更換以前該設備能夠運行的時間)還是地理覆蓋(初始設計僅可在某一個地區(qū)使用,但現(xiàn)在需要在其他地區(qū)使用)或與無線網(wǎng)絡必然升級(2G到3G再到4G)的兼容性時,都需要考慮這些條件。
下文將介紹在設計M2M應用時需要考慮的一些重要技術特性,以及它們將如何影響特定類型設備的設計。
1) 耗電量
對于便攜式跟蹤設備、安全或個人安全設備而言,充電間隔時間是最重要的特性之一。例如,如果安裝在貨柜上的跟蹤器每天需要充電一次,這樣的間隔就太過頻繁,因為空運或陸運一般需要幾天時間,海運則需要幾周時間。
對于個人跟蹤或健康監(jiān)測等消費設備以及設有預定標準的手機而言,電池持續(xù)時間應至少為3天。對此類應用的調制解調器和GNSS接收器的規(guī)格進行比較時,不僅需要考慮運行/待機耗電量,還需考慮省電模式(如自動啟動功能)及智能省電模式(如無需啟動主處理機自動記錄數(shù)據(jù)功能)。理想的情況是,這些元件能夠在多數(shù)時間處于最低耗電模式并且只在必要時啟動。
2) 蜂窩網(wǎng)絡支持性
設備能在哪些地區(qū)運行呢?隨著全球人員及貨物流動性的增強,調制解調器能否在不同的地區(qū)運行成為一個重要的考慮因素(GSM在全球受2個主要頻段支持;UMTS受6個頻段支持;LTE的支持頻段數(shù)量則超過30個)。對于這類應用來說,能夠明確設備的可運行區(qū)域并預計今后的擴大運行區(qū)域至關重要。明確了這項要求,便可選定與工作任務最匹配的無線調制解調器。
例如,需要監(jiān)控全球所有地區(qū)貨運情況的資源管理系統(tǒng)應配備四頻段GSM調制解調器或六頻段UMTS調制解調器。至于不常移動的設備(如住宅電表),只需一個單頻段就足夠了。其他應用則可能需要考慮一些額外的因素。例如,經(jīng)常不被記住所在位置的自動售貨機可以隨時支持“電話撥通”,但它必須配有可在所在地區(qū)運行或定位的調制解調器。
3) 運營商認證
所有利用GSM、UMTS或LTE通信的無線設備都必須在得到運營商的認證之后才能夠訪問其網(wǎng)絡。嵌在設備中的調制解調器也應得到運營商認證,以此簡化認證過程??上却_認跟蹤裝置運行區(qū)域的調制解調器認證列表,再選擇相應的調制解調器。多數(shù)調制解調器廠商均會在其網(wǎng)站上提供運營商認證列表。
4) 無線調試解調器的可升級性
盡管僅有少量數(shù)據(jù)通信的遠程儀表應用通常需要使用GSM/GPRS,但是將GSM頻段分配給3G和4G服務已列在考慮范圍內。就自動儀表讀取系統(tǒng)而言,要將其加裝在成千上萬的遠程電表上,成本費用十分高昂。因此,著眼于未來的技術才不失為明智的設計。這就意味著:無論采用UMTS/HSPA調制解調器還是LTE調制解調器,或者至少確保硬件設計不過時,調制解調器升級都應盡可能地提高成本效益,這也進而引出了下一項特性。
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