1  前言

 每年的国际信息通信展既是对过去的总结，也是对未来的展望。纵观今年的通信展， 三网融合、物联网以及高清视频成为各大参展商的主要内容之一。而随着物联网概念的清晰化，越来越多的应用在本次通信展中呈现在我们面前。华为、中兴、爱立信、诺基亚西门子等设备商纷纷展示了各自在交通、医疗等多个领域中推出的物联网应用整体解决方案，而三大运营商中，除了中国移动的宜居通、中国电信的智能农业、智能水利及智能医疗以外，中国联通继在上届展会上推出了环保监控后，本期再次推出了汽车导航、手机看家等多项应用。以往的物联网应用大多为行业及企业应用，对于普通民众来讲似乎还是可望而不可即的，而本次通信展中国移动的宜居通、中国联通的平安家居等一系列应用则直接面向家庭用户，比如中国联通的“手机看家”只需要一个摄像头、一张USIM卡、一个传感器即可实现安防报警及视频监控等多项家庭安防功能。

 物联网的可持续发展，离不开丰富的、脚踏实地的应用。而对于运营商来说，应用的规模化更是盈利的保证与持续发展的支撑。 在大规模物联网应用到来的前夜，分析物联网的需求，解决其所带来的对于通信网络的技术要求已成为各大运营商的紧迫工作之一。

2  物联网应用特点

 物联网应用的第一个特点是规模庞大，是现有的通信市场所不可比拟的，这也注定了物联网将成为网络资源的最主要消耗者。第二个特点是单个应用所带来的流量小。物联网目前的应用大多是小流量的M2M应用，比如家庭安防、远程抄表等成熟应用。当然，我们还应该同时考虑到如远程医疗等可能的高带宽应用。物联网的第三个特点是区域性较强，漫游需求较少。大多数应用终端均局限于地市或者省内，除个别行业（如汽车行业）外，省际漫游需求较少。物联网的第四个特点就是业务种类庞杂，需求差异化大，各行各业的物联网应用对数据传输的流量、实时性、可靠性等要求各异，对网络QoS有更高的要求，对网络提供差异化服务的能力要求也就更高。无论从数据传输的量，还是从数据传输的质（QoS）来说，物联网对于目前的WCDMA核心网络都将是一个前所未有的挑战。

 物联网应用的网络承载大致可分为混同承载、区别承载和独立承载几种方式，不同的运营商在这方面的规划也有所不同。但是在物联网应用的初期，应用相对简单，如果能够充分利用现有网络资源，节省成本，那么采用混同承载乃至区别承载将更为适宜。而现有网络主要是以承载传统通信的模式规划与建设的，因此如何合理地利用现有网络及技术，在支撑现有通信业务的同时，尽量满足物联网应用需求，谋求平稳过渡与演进，将成为近年网络规划与网络演进的主要课题之一。

3  基于现有移动核心网络支撑物联网应用

（1）引入新型架构的网元设备

 在WCDMA核心网络中，支撑物联网应用最为主要的两个网元是HLR和GGSN。在大规模物联网应用来临之前，应积极部署新型架构的HLR和GGSN设备，以满足相关业务需求。

 积极引入分布式HLR设备，满足用户数据的海量存储需求。现有网络HLR主要采用集中式的结构，从容量和扩展方面均很难满足物联网的存储需求，分布式HLR则把信令接入和业务处理功能的前端设备（FE）和用户数据库存储功能（BE）分开部署，具有用户容量灵活、分层架构清晰、设备可用性和可靠性高、扩展灵活等特点。

 积极引入新型硬件架构的大容量GGSN设备，在提供传统数据接入功能的同时，还需要提高设备性能、引入安全控制能力、支持QoS协商及业务分析能力，同时为了满足物联网广泛的业务需求，GGSN还应具备与第三方网络以及ASP的互联功能等。专用M2M设备可直接接入GGSN，避免经与其他业务网元协商后再接入的方式，简化接入流程，减少业务延迟。

 基于智能手机及上网卡的传统移动数据应用的主要特点是高速下载，而与之相反的是，大多数M2M应用的特点是低流量，经常是间歇性的，甚至是仅仅在异常情况下才需要数据传输。同时，M2M应用还将迅速产生大量的PDP上下文激活，如果从一次灾难恢复中，大量的M2M远端设备同时向网络发出PDP会话请求将会是什么样的？

 这个问题表明M2M应用对GGSN的灾备提出了更高的要求，主备GGSN间应考虑支持会话的动态迁移能力。即使是采用静态的会话迁移方式，也应要求GGSN的能力要足够强，同时还要充分利用时间片等机制，提供短时间内的准入控制策略，避免ASP同时处理可能上百万的并发请求，消除RADIUS服务器的信令风暴问题。

（2）合理调整现有网络应用策略

 利用WCDMA核心网络同时承载传统通信以及物联网应用时，原有的一些成熟策略可能均需重新审视，谨慎对待，这里仅通过去激活功能作为一个典型例子来说明。

 去激活功能在目前移动通信网络中已经广为应用。对于智能手机和数据卡的数据用户来说，去激活功能并没有带来过多的不便，当用户需要访问网络时只要再次发起请求即可。从表象来看，物联网应用的一个特点就是间歇性流量，似乎也适于去激活功能的使用，但是我们必须要看到在物联网应用中，去激活后的恢复工作可能将不再那么简单，首先一些基于服务器的应用软件将需要主动与远端设备通信，比如紧急的固件/软件升级等应用，这时，如果远端设备与移动网络处于去激活状态，那么就需要移动网络必须具备网络侧发起PDP连接的功能，同时还需要确定远端设备能否接收。而网络侧发起PDP功能在现有网络中应用并不多见。所以一般来说，可以考虑有两个替代性的解决办法，一种是远端设备的嵌入式软件定时向网络侧发起PDP请求，一种是结合短信方式，当服务器需要主动与远端设备通信时，首先发短信至远端设备，触发远端设备主动发起PDP请求，但这两种解决办法均存在非实时、可靠性弱的问题。

（3）引入DT技术，区分流量管理与移动性管理

 3G DT（Direct Tunnel）通过将控制和承载分离方式，在RNC和GGSN之间建立直连用户面隧道，用户面流量绕过SGSN直接在RNC和GGSN进行传输，可以降低SGSN的用户面流量压力。3G DT技术应用后，控制面信令仍然由SGSN完成，同时由SGSN决定何时建立直连隧道以及对隧道的更新等操作。SGSN向RAN提供GGSN的TEID和用户面地址，向GGSN提供RAN的TEID和用户面地址，从而实现RNC和GGSN的用户面互通。3G DT技术的应用，使得GGSN和SGSN可以分别主要致力于流量管理和信令管理，充分利用网络资源，提高网络效率，满足物联网流量规模庞大的需求。

 同时，物联网的区域性特点（漫游需求少）进一步减小了DT技术部署的复杂度，也必将促进DT技术的进一步推广。3G Direct Channel的组网方式如图1所示：

 图1   3G Direct Channel的组网方式

（4）引入策略控制能力，提供差异化服务

 物联网业务种类庞杂，有些业务每次传输的数据量不大，可能只有几十个字节，但是要求必须一次传输成功，有着非常实时的传输要求，针对这些业务则必须提供较高优先级，确保其在网络中的可靠传输。不同的业务需求也就要求运营商与ASP签订不同的SLA，为其业务提供不同的服务质量。在一些行业应用中（如远程医疗，汽车远程诊断等），所要求提供的服务质量也往往要比传统的通信服务质量高得多。这就要求网络必须具备基于用户、基于业务的差异化服务能力。通过网络资源调度，对于不同优先级的用户应能提供不同的服务质量；对于不同需求类型的业务，也应能结合业务特点合理分配网络资源，确保同时满足各类业务需求。

 在现有网络上，可考虑基于PCC架构，引入策略控制产品，基于DPI检测方式，实现动态的、精细化的业务控制管理。PCC架构中，PCRF根据业务特性与相关用户属性制定并动态下发控制与计费策略给PCEF，PCEF内置DPI功能，负责进行业务数据流的检测并执行PCRF所下发的控制策略。通过PCEF、SPR、PCRF/DPI等功能实体的引入，可以实现基于业务的实时数据流控制，包括精细粒度的带宽控制、限量管理、限时管理、策略路由、重定向策略、以及基于时间，基于位置区的数据流控制等功能；同时还可以结合用户在HLR中签约的QoS属性以及无线网络特性，根据业务使用情况由网络侧发起动态QoS协商，真正实现端到端的QoS。

 当然，为了满足物联网的业务需求，现有网络需要考虑的绝不仅仅是上述几个方面，至少还应该包括：

 ◆为满足信息安全需求，增强认证与鉴权策略；

 ◆为满足物联网远端设备的庞大IP地址需求，适时引入IPv6；

 ◆为满足多种设备类型接入，多种应用场景接入需求，引入PDG网元设备，支持WCDMA、WLAN等多种接入方式等诸多因物联网应用所带来的挑战。

4  结束语

 核心网络向EPC网络的演进过程势必是渐次的过程而非彻底变革，应能充分利用现网设备、确保网络质量和业务承载能力。从Gb/Iu-PS的IP化到DT/i-HSPA的应用，从SGSN/GGSN到MME/SGW，从单一无线网络到多种接入方式的兼容，从图2我们可以看出，网络演进过程中的技术应用也恰恰都是适应业务发展所提出的研究成果。

 图2   核心网络向EPC网络的演进过程

 物联网应用对于WCDMA核心网络的发展来说将会是革新式的推动因素之一，就移动网络本身而言，属于2G、3G还是4G网络也将不再重要，现有核心网络将在支撑物联网业务应用的过程中不断完善、平滑演进。我们有理由相信，物联网应用的进一步推广必将大大加速移动核心网络的发展演进过程。

参考文献
　　[1] ABI Research. Maximizing Mobile Operator Opportunities in M2M[R].
　　[2] Raymond Knopp. Latency Requirements in M2M Application Scenarios.
　　[3] Qi Qingzhong. Strategic Thinking of the Internet of Things and M2M Services.
　　[4]  3GPP TS23.203. Policy and Charging Control Architecture[S].  ★

【作者简介】

孙炳旭：毕业于北京邮电大学，工学硕士，现就职于中国联通网络公司网络建设部，高级工程师，主要从事WCDMA/GSM核心网络、数据承载网络及增值业务平台的网络规划及相关领域的技术研究工作。