中國北京,，2013年3月27日--隨著接入互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)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(jī)器對機(jī)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(jī)器的陣營也日益擴(kuò)展,，包括移動資源管理系統(tǒng)、儀表,、機(jī)器人,、自動售賣機(jī),、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(jì)算設(shè)備層出不窮,，運(yùn)行速度越來越快,，數(shù)據(jù)收集能力日益增強(qiáng)，而無線接入互聯(lián)網(wǎng)也變得愈發(fā)便捷,，聯(lián)網(wǎng)費(fèi)用越來越低,。因此，機(jī)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(shí)，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(jī)器已經(jīng)錯過了大好時(shí)機(jī)？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(luò)（4G）LTE能夠基于IPv6提供數(shù)據(jù),、語音、視頻等服務(wù)也是意料之中的事情,。

這場網(wǎng)絡(luò)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(shè)備和應(yīng)用最終都將互相連接在一起。這也是手機(jī)、筆記本電腦,、平板電腦,、汽車及游戲設(shè)備等形形色色的“機(jī)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(yīng)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(yīng)用:每天都有上百萬臺機(jī)器以24×7全天候、無需人工操作的方式進(jìn)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(diào)試解調(diào)器，任何設(shè)備都可以接入網(wǎng)絡(luò),。具備報(bào)告位置,、速度或?qū)Ш叫畔⒐δ艿膽?yīng)用還需要全球定位系統(tǒng)（GPS）或全球衛(wèi)星導(dǎo)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(jī)還小的設(shè)備上。

當(dāng)下,，在電子行業(yè)的各個領(lǐng)域,，我們時(shí)刻都能看到這樣的情形。

然而,，視應(yīng)用不同,，要為設(shè)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(shè)計(jì),、產(chǎn)品壽命（在進(jìn)行必要的更換以前該設(shè)備能夠運(yùn)行的時(shí)間）還是地理覆蓋（初始設(shè)計(jì)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(luò)必然升級（2G到3G再到4G）的兼容性時(shí)，都需要考慮這些條件,。

下文將介紹在設(shè)計(jì)M2M應(yīng)用時(shí)需要考慮的一些重要技術(shù)特性,，以及它們將如何影響特定類型設(shè)備的設(shè)計(jì)。

1)      耗電量

   對于便攜式跟蹤設(shè)備,、安全或個人安全設(shè)備而言,，充電間隔時(shí)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?yàn)榭者\(yùn)或陸運(yùn)一般需要幾天時(shí)間,，海運(yùn)則需要幾周時(shí)間,。

   對于個人跟蹤或健康監(jiān)測等消費(fèi)設(shè)備以及設(shè)有預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)而言，電池持續(xù)時(shí)間應(yīng)至少為3天,。對此類應(yīng)用的調(diào)制解調(diào)器和GNSS接收器的規(guī)格進(jìn)行比較時(shí),，不僅需要考慮運(yùn)行/待機(jī)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(jī)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(shí)間處于最低耗電模式并且只在必要時(shí)啟動,。

2)      蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持性

   設(shè)備能在哪些地區(qū)運(yùn)行呢？隨著全球人員及貨物流動性的增強(qiáng),，調(diào)制解調(diào)器能否在不同的地區(qū)運(yùn)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(yīng)用來說,，能夠明確設(shè)備的可運(yùn)行區(qū)域并預(yù)計(jì)今后的擴(kuò)大運(yùn)行區(qū)域至關(guān)重要。明確了這項(xiàng)要求,，便可選定與工作任務(wù)最匹配的無線調(diào)制解調(diào)器,。

   例如，需要監(jiān)控全球所有地區(qū)貨運(yùn)情況的資源管理系統(tǒng)應(yīng)配備四頻段GSM調(diào)制解調(diào)器或六頻段UMTS調(diào)制解調(diào)器,。至于不常移動的設(shè)備（如住宅電表）,，只需一個單頻段就足夠了。其他應(yīng)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(jī)可以隨時(shí)支持“電話撥通”，但它必須配有可在所在地區(qū)運(yùn)行或定位的調(diào)制解調(diào)器,。

3)      運(yùn)營商認(rèn)證
       所有利用GSM、UMTS或LTE通信的無線設(shè)備都必須在得到運(yùn)營商的認(rèn)證之后才能夠訪問其網(wǎng)絡(luò),。嵌在設(shè)備中的調(diào)制解調(diào)器也應(yīng)得到運(yùn)營商認(rèn)證,，以此簡化認(rèn)證過程?？上却_認(rèn)跟蹤裝置運(yùn)行區(qū)域的調(diào)制解調(diào)器認(rèn)證列表,，再選擇相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)器。多數(shù)調(diào)制解調(diào)器廠商均會在其網(wǎng)站上提供運(yùn)營商認(rèn)證列表,。

4)      無線調(diào)試解調(diào)器的可升級性

 盡管僅有少量數(shù)據(jù)通信的遠(yuǎn)程儀表應(yīng)用通常需要使用GSM/GPRS,，但是將GSM頻段分配給3G和4G服務(wù)已列在考慮范圍內(nèi)。就自動儀表讀取系統(tǒng)而言,，要將其加裝在成千上萬的遠(yuǎn)程電表上,，成本費(fèi)用十分高昂。因此,，著眼于未來的技術(shù)才不失為明智的設(shè)計(jì),。這就意味著：無論采用UMTS/HSPA調(diào)制解調(diào)器還是LTE調(diào)制解調(diào)器，或者至少確保硬件設(shè)計(jì)不過時(shí),，調(diào)制解調(diào)器升級都應(yīng)盡可能地提高成本效益,，這也進(jìn)而引出了下一項(xiàng)特性,。

5)      嵌入式調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)

如今，M2M設(shè)備可能需要適應(yīng)今后出現(xiàn)的新的移動通信標(biāo)準(zhǔn)或GNSS標(biāo)準(zhǔn),，或滿足某一地區(qū)的客戶需求,，支持其使用相應(yīng)的波段或衛(wèi)星接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。理想的情形是,，只更新原有設(shè)計(jì)中的固件,、天線和調(diào)制解調(diào)器或GNSS接收器來滿足這一市場要求。現(xiàn)實(shí)情況是,，除非嵌入式設(shè)計(jì)是廠商產(chǎn)品的固有特性,，否則這將是一場噩夢。特別是,，印制電路板（PCB）的板面設(shè)計(jì)問題可能會產(chǎn)生一連串的昂貴設(shè)計(jì)及物流成本問題,。

   避免此類問題的最好辦法就是使用與所有無線調(diào)制解調(diào)器（GSM、CDMA,、UMTS和LTE）模塊或GNSS接收器（GPS,、GLONASS、伽利略,、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航）模塊設(shè)置兼容的組件,。利用這一方案可以使PCB的板面設(shè)計(jì)適應(yīng)所有終端產(chǎn)品的變化。這一問題的解決也可以參考以下幾個問題：組件廠商是否支持嵌入式設(shè)計(jì)理念,？他們的下一代調(diào)制解調(diào)器是否能夠適當(dāng)?shù)匕惭b在當(dāng)前調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品的電路板上,？他們是否提供技術(shù)文件支持以幫助完成嵌入式設(shè)計(jì)？

6)      帶寬要求

  對于如今眾多的追蹤應(yīng)用而言,，只需要低帶寬連接就可以支持追蹤及信息收發(fā)功能,。如果需要的只是數(shù)據(jù)，簡單的GPRS就可以滿足這一需求,。如果需要語音信道,，那么至少應(yīng)支持GMS和GPRS。如果需要支持可視監(jiān)控的視頻流,，那么UMTS和HSPA則是更好的選擇,。對于需要高清視頻、時(shí)延最低的應(yīng)用（如遠(yuǎn)程醫(yī)療終端）來說,，LTE則是技術(shù)首選,。可以確定的是,，未來的追蹤應(yīng)用對帶寬的要求將日益增加,。選擇調(diào)制解調(diào)器不僅要根據(jù)現(xiàn)今的需求，還要根據(jù)三至五年后的需求,，或是取決于調(diào)制解調(diào)器的可升級性和成本效益（參見上述嵌入式設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容）,。

7)      汽車的要求

應(yīng)用在溫度,、濕度及震動狀況可能發(fā)生極端變化環(huán)境中的車載系統(tǒng)，應(yīng)采用符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn),、在ISO/TS 16949認(rèn)證地制造,、符合汽車使用條件的組件。各組件的質(zhì)量測試應(yīng)符合ISO1675標(biāo)準(zhǔn)——《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和測驗(yàn)》,。這對于車載設(shè)備,、在室外、船只或有軌車上作業(yè)的工業(yè)設(shè)備來說都至關(guān)重要,。

8)      支持緊急呼救系統(tǒng)

    在新車上配備自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為一種全球性趨勢,，這種自動化系統(tǒng)能夠自動發(fā)出事故報(bào)告，并能在車輛被盜時(shí)輔助找回車輛,。美國,、歐洲、俄羅斯和巴西均已發(fā)布了支持這類系統(tǒng)的全國性倡議,，并逐步成為這些國家的強(qiáng)制要求,。這類系統(tǒng)通常需要特定的調(diào)制解調(diào)器——“帶內(nèi)”調(diào)制解調(diào)器。帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器允許數(shù)據(jù)通過語音信道進(jìn)行傳送,，與傳真機(jī)通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硐嗨?。語音信道的優(yōu)先性高于移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這也是需要帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器的原因所在,。在某種特殊情況下,，語音信道的可用性高于數(shù)據(jù)信道的可用性，如GPRS或HSPA等在偏遠(yuǎn)地區(qū)可能無法使用,。在此情況下,，語音信道是向緊急呼救中心傳輸數(shù)據(jù)的重要通信手段。

有關(guān)緊急呼救支持方面的問題,，應(yīng)向調(diào)制解調(diào)器廠商咨詢以下問題：是否為帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)器？是否同時(shí)支持2G和3G網(wǎng)絡(luò),？該調(diào)制解調(diào)器是否適用于汽車應(yīng)用,？衛(wèi)星接收器是否支持航位推測？是否可以提供GPS和GLONASS接收器,？（見上述相關(guān)內(nèi)容）

9)      輔助定位

         對于在市內(nèi)環(huán)境中需要可靠位置信息的M2M應(yīng)用來說,，輔助定位系統(tǒng)的可用性應(yīng)在考慮范圍之內(nèi)。尤其是在衛(wèi)星視程容易受到高層建筑物阻礙的城市,，可通過調(diào)用遠(yuǎn)程A-GPS服務(wù)器來解決丟失定位場景的情況,。使用無線調(diào)制解調(diào)器從互聯(lián)網(wǎng)上下載幾字節(jié)的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)是一個較為簡單的過程。利用這些輔助數(shù)據(jù),，衛(wèi)星僅需幾秒鐘即可計(jì)算出位置,，而無需花上30秒鐘接收1500比特的衛(wèi)星幀,。

對于低端導(dǎo)航系統(tǒng)等特定應(yīng)用而言，位置信息短暫缺失的情況尚可容忍,。而對于其他應(yīng)用來說（如車輛緊急呼救或道路收費(fèi)系統(tǒng)）,，即使位置信息發(fā)生了短暫的丟失，造成的后果也將不堪設(shè)想,，這使得輔助定位系統(tǒng)成為一項(xiàng)備受關(guān)注的功能,。考慮輔助定位時(shí)應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：定位（GPS）接收器廠商是否支持在線輔助服務(wù),？服務(wù)是否可靠,？是否提供可用性保證？支持哪些地區(qū),？是否包含支持服務(wù)的客戶端軟件,？定位接收器及無線調(diào)制解調(diào)器是否具有支持服務(wù)的接口？服務(wù)是否支持GPS和GLONASS,？

10)  航位推算支持

能夠準(zhǔn)確記錄位置,、航向及速度信息對于車載信息系統(tǒng)（如保險(xiǎn)跟蹤系統(tǒng)）來說至關(guān)重要。然而,，在沒有衛(wèi)星信號的隧道中,，需通過平行系統(tǒng)臨時(shí)生成位置信息。補(bǔ)充衛(wèi)星信號的一項(xiàng)重要技術(shù)就是航位推測,，這一技術(shù)可以根據(jù)車載傳感器輸入的數(shù)據(jù)推測出車輛的位置和速度,。

    有關(guān)定位接收器應(yīng)明確以下問題：是否支持航位推測？是否可以直接插入到車載CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線來獲取數(shù)據(jù),？是否可以直接與車載傳感器（如回轉(zhuǎn)儀和里程計(jì)）連接,？廠商是否提供完整、經(jīng)驗(yàn)證的,、帶有評估環(huán)境的系統(tǒng),？組件能否自動升級？（參見下一特性）

11)  室內(nèi)定位

遺憾的是,，GPS或其它任何衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都無法用于室內(nèi),。GPS微弱的信號很容易被墻體、金屬,、甚至是很薄的水面所阻隔,。但這并不意味著需利用資產(chǎn)位置信息的M2M應(yīng)用在沒有空中視景的情況下注定無法運(yùn)行。對于需要室內(nèi)大致位置信息的應(yīng)用來說,，將衛(wèi)星接收器與無線解調(diào)器相結(jié)合,、利用2G或3G蜂窩的混合式方案就可以解決這一問題。

      GSM或UMTS信號能夠輕松穿透墻體,，因此如果已經(jīng)獲悉了移動蜂窩的范圍,，就可以根據(jù)蜂窩重疊位置計(jì)算出大概的位置信息,。與上述輔助定位解決方案相似，這一方案也需要與外部服務(wù)進(jìn)行無線連接,。有關(guān)定位接收器和無線調(diào)制解調(diào)器來源應(yīng)明確以下問題：是否支持此類方案,？是已經(jīng)得到驗(yàn)證還是尙處于理論階段？是否提供線上服務(wù),，線上服務(wù)是否投入運(yùn)行,？選定的衛(wèi)星接收器和無線調(diào)制解調(diào)器是否支持該服務(wù)？精確程度如何,？

12)  定位系統(tǒng)的兼容性

早前只有GPS系統(tǒng)是需要考慮的系統(tǒng),。俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）、日本的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）,、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou）和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo）相繼推出后,，與GPS及其他衛(wèi)星系統(tǒng)的兼容性成為一項(xiàng)必須考慮的因素，以此提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,，同時(shí)滿足各地區(qū)對自身系統(tǒng)兼容性的要求,。

       通常來講，利用兩種系統(tǒng)進(jìn)行平行操作將成為產(chǎn)品規(guī)格中不可分割的一部分,。例如,，俄羅斯的新型ERA-GLONASS車載緊急呼叫系統(tǒng)要求與GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)相兼容。有關(guān)GPS/GNSS接收器應(yīng)明確以下問題：是否提供多種GNSS支持,？是否提供并行的GPS/GLONASS或GPS/BeiDou系統(tǒng),？

以上是設(shè)計(jì)M2M產(chǎn)品時(shí)需要考慮的一些因素。需要注意的是,，許多有關(guān)無線和定位的新標(biāo)準(zhǔn)正處于轉(zhuǎn)變過程中,，因此，產(chǎn)品在市場上的長期預(yù)期壽命和產(chǎn)品的目標(biāo)市場不容忽視,。此外,，產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠支持下一代性能及網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及產(chǎn)品的輕松升級等問題也同樣至關(guān)重要。