zahtevi za m2m komunikacije

UNIVERZITET U BEOGRADU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

ZAHTEVI ZA M2M KOMUNIKACIJE

- ARHITEKTURA I PROTOKOLI -

SEMINARSKI RAD

PREDMET: M2M KOMUNIKACIONI SISTEMI

Mentor: Kandidat:

prof. dr. Dejan Draji dipl. ing. Strahinja Jovi 13/3187 dipl. ing. Saa Jorgoni 13/3255 dipl. ing. Hasan Redovi 13/3153

Beograd, jul 2014.

Zahtevi za M2M komunikacije - arhitektura i protokoli

Elektrotehniki fakultet u Beogradu 2

SADRAJ

1. UVOD ............................................................................................................................................................ 7

2. USE-CASE-DRIVEN PRISTUP U M2M MRENIM ZAHTEVIMA .................................................... 9

2.1. USE CASE ............................................................................................................................................ 9 2.2. ETSI M2M RAD BAZIRAN NA USE CASE-U ................................................................................. 9 2.3. METODOLOGIJA ZA RAZVOJ I ABLON USE CASE-A ............................................................ 10

3. PRISTUP PAMETNOG MERENJA U ETSI M2M ............................................................................... 12

3.1. UVOD ................................................................................................................................................ 12 3.2. TIPIAN SCENARIO IMPLEMENTACIJE PAMETNOG MERENJA ......................................... 13 3.3. PRIMER: USE CASE SLUAJ ZA RAZMATRANJE FUNKCIONALNOSTI PLAANJA

UNAPRED ......................................................................................................................................... 14 3.4. DODATNI ZAHTEVI I MOGUNOSTI PAMETNOG MERENJA .............................................. 17

4. PRISTUP U E-ZDRAVSTVU U ETSI M2M ........................................................................................... 18

4.1. UVOD ................................................................................................................................................ 18 4.2. PRIMER USE CASE-A U E-ZDRAVSTVU: IZOLACIJA INTERFERENCIJE............................ 20

5. ETSI M2M SERVISNI ZAHTEVI: PREGLED I PRIMENLJIVOST NA SEGMENTE TRITA 22

6. SAOBRAAJNI PRISTUP M2M ZAHTEVIMA I RAZMATRANJE DIZAJNA MRENE ARHITEKTURE ........................................................................................................................................ 25

6.1. ZATO JE FOKUS NA BEINIM MREAMA? .......................................................................... 26

7. OPIS M2M TRINIH SEGMENATA/APLIKACIJA ....................................................................... 27

7.1. AUTOMOTIVE .................................................................................................................................. 28 7.2. PAMETNA TELEMETRIJA ............................................................................................................. 28 7.3. NADZOR I BEZBEDNOST .............................................................................................................. 29 7.4. PRODAJNO MESTO POS (POINT OF SALE)................................................................................. 30 7.5. PRODAJNI AUTOMATI (VENDING MACHINES) ......................................................................... 30 7.6. E-ZDRAVSTVO .................................................................................................................................. 31 7.7. LIVE VIDEO ...................................................................................................................................... 31 7.8. AUTOMATIZACIJA U ZGRADAMA ............................................................................................. 32 7.9. M2M INDUSTRIJSKA AUTOMATIZACIJA.................................................................................. 32

8. M2M KARAKTERIZACIJA SAOBRAAJA ........................................................................................ 33

8.1. DETALJNE KARAKTERISTIKE SAOBRAAJA ZA PAMETNE MERAE ............................. 33 8.2. GLOBALNE KARAKTERISTIKE SAOBRAAJA ........................................................................ 38

8.2.1. 2G saobraaj ................................................................................................................................. 38 8.2.2. 3G saobraaj ................................................................................................................................. 40 8.2.3. 4G saobraaj ................................................................................................................................. 41

9. PRINCIPI ARHITEKTURE ZA M2M KOMUNIKACIJE .................................................................. 45

10. ARHITEKTURA ........................................................................................................................................ 48

10.1. ETSI M2M ARHITEKTURA ............................................................................................................ 49 10.1.1. Mreni domen ........................................................................................................................... 50 10.1.2. Domen ureaja i gateway-a ..................................................................................................... 51

10.2. 3GPP MRENA ARHITEKTURA ................................................................................................... 51 10.2.1. 3GPP zahtevi arhitekture ......................................................................................................... 51 10.2.2. Model arhitekture ..................................................................................................................... 52 10.2.3. Mreni elementi ........................................................................................................................ 53

11. ZAKLJUAK ............................................................................................................................................. 56

LITERATURA ..................................................................................................................................................... 57



SPISAK KORIENIH SKRAENICA

3GPP 3rd Generation Partnership Project

API-a Application Programing Interface

ARPU Average Revenue Per User

ATM Automated Teller Machines

CAPEX Capital Expenditures

DNS Domain Name System

DSO Distribution Service Operator

ESMIG European Smart Metering Industry Group

ETSI European Telecommunications Standards Institute

eUTRAN evolved UTRAN

FTTH Fiber To The Home

GERAN GSM EDGE Radio Access Network

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile

HD High Definition

HLR Home Location Register

HPLMN Home Public Land Mobile Network

HSS Home Subscriber Server

IMS IP Multimedia Subsystem

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IP Internet Protocol

M2M Machine-to-Machine

MME Mobility Management Entity

MNO Mobile Network Operators

MPM Mobile Personal Monitoring

MSISDN Mobile Station International Subscriber Directory Number

MTC Machine-Type Communications

MTC-IWF MTC InterWorkingFunction

NAT Network Address Translator

OMG Object Management Group

OPEX Operational Expenditure

PAM Priority alarm message



PDA Personal Digital Assistants

PDN Packet Data Network

PERS Personal Emergency Response System

PLC Power Line Communication

PLMN Public Land Mobile Network

PoS Point of Sale

QCIF Quarter Common Intermediate Format

QoS Quality of service

QVGA Quarter Video Graphics Array

RADIUS Remote Authentication Dial In User Service

RPM Remote patient monitoring

SA Severna Amerika

SGSN Serving GPRS Support Node

SMCG Smart Metering Coordination Group)

SMS Short Message Service

TCP Transmission Control Protocol

UE User Equipment

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTRAN UMTS Radio Access Network

VPLMN Visited Public Land Mobile Network

WAN Wide Area Network

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

WLAN Wireless Local Area Network

xDLS X Digital Subscriber Line



SPISAK SLIKA

SLIKA 2.1 - ETSI TC M2M USE-CASE-DRIVEN PRISTUP PREMA ZAHTEVIMA SERVISA ............. 10

SLIKA 3.1 - TIPIAN SCENARIO IMPLEMENTACIJE SISTEMA ZA PAMETNO MERENJE. PRIKAZANO UZ SAGLASNOST ETSI .................................................................................... 14

SLIKA 4.1 - PRENOSIVI SENZORI ................................................................................................................. 19

SLIKA 7.1 - SEGMENTI M2M MREE .......................................................................................................... 27

SLIKA 7.2 - TIPIAN SCENARIO KOMBINOVANE PLC/ELIJSKE IMPLEMENTACIJE PAMETNIH MERAA ................................................................................................................ 29

SLIKA 8.1 - PROSEAN M2M PROTOK PO LOKACIJI, 2G, SEVERNA AMERIKA 2010.G............... 39



SLIKA 8.4 - PRIMER SINHRONIZOVANOG PRISTUPA PODACIMA M2M APLIKACIJA

(OPTEREENJE NA RADIUS SERVERU) .............................................................................. 40





SLIKA 8.9 - PROSEAN PIK SAOBRAAJA U TOKU JEDNOG ASA PO ELIJSKOJ LOKACIJI (UPSTREAM) ................................................................................................................................. 43

SLIKA 8.10 - PROSEAN PIK SAOBRAAJA U TOKU JEDNOG ASA PO ELIJSKOJ LOKACIJI (DOWNSTREAM) .......................................................................................................................... 43

SLIKA 9.1 - M2M OD INICIJALNE DO UOBIAJENE IMPLEMENTACIJE ......................................... 46

SLIKA 10.1 - ETSI M2M ARHITEKTURA ..................................................................................................... 50

SLIKA 10.2 - MTC APLIKACIJA U UE ZA MTC KOMUNIKACIONE MODELE .................................. 53

SLIKA 10.3 - VIE MTC APLIKACIJA KOJE KORISTE RAZLIITE MODELE KOMUNIKACIJE . 53

SLIKA 10.4 - 3GPP M2M MRENA ARHITEKTURA .................................................................................. 54



SPISAK TABELA

TABELA 5.1 - MAPIRANJE ZAHTEVA M2M SERVISA NA ETSI M2M USE CASE-OVA ................... 22

TABELA 8.1 - UOBIAJENE FUNKCIONALNOSTI KOJE GENERIU SAOBRAAJ ZA M2M UREAJE ................................................................................................................................... 34

TABELA 8.2 - MATRICA SAOBRAAJA ZA PAMETNE MERAE ........................................................ 37

TABELA 8.3 SAOBRAAJ M2M TERMINALA U PROCENTIMA ZA 2G, 3G I 4G ............................ 38

TABELA 8.4 - SEGMENTI TRITA .............................................................................................................. 44



1. UVOD

Machine-to-Machine (M2M) komunikacija, predstavlja komunikaciju izmeu dva ili vie entiteta za koju nije neophodna direktna interakcija od strane oveka. M2M servisi automatizuju donoenje odluka i komunikacione procese. M2M trite generisano od strane korisnika, aplikacija i servisa je u stalnom porastu. Ovo je mogue zahvaljujui irokom spektru implementacije M2M servisa u oblastima kao to su: pametna merenja, e-zdravstvo, online potroai, automobilska industrija i automatizacija grada.

Velika koliina novih M2M ureaja koji su meusobno povezani i koji imaju karakteristinu vrstu saobraaja predstavlja izazov za postojee telekomunikacione sisteme. Zato organizacije kao to su ETSI i 3GPP izrauju tehnike specifikacije i koriste use case-ove kako bi identifikovali zahteve za komunikacijom koje postavljaju M2M ureaji u razliitim implementacijama i definisali okvirene standarde koji e usmeriti pruaoce usluga ka ispunjenju tih zahteva nadogradnjom ili prilagoenjem postojee telekomunikacione infrastrukture.

Upravo ovaj rad bavi se osnovnom arhitekturom i zahtevima koji se postavljaju

M2M ureaju u raznim oblastima u kojima su implemetirani kao servisi. U prvim poglavljima objanjen je princip, metodologija i razvoj use case-a i takoe predstavljeni su primeri scenarija implementacije pametnog merenja i e-zdravstva.

U nastavku su opisani ETSI M2M servisni zahtevi, gde su tabelarno u zavisnosti od

segmenta trita predstavljeni zahtevi koji moraju biti ispunjeni kako bi se implemetirao odreen M2M servis. Takoe opisan je i saobraajni pristup M2M zahtevima gde se opisuje devet razliitih M2M segmenata trine implementacije za koje se smatra da e imati znaajni uticaj na evoluciju mrenih karakteristika i mreno planiranje i aspekte dimenzioniranja. Zatim je predstavljena M2M karakterizacija saobraaja gde se opisuju razliite funkcionalnosti koje generiu saobraaj za M2M ureaje i pruene su informacije o globalnim karakteristikama saobraaja za 2G, 3G i 4G zasnovane na relevantnim razmatranjima.

Arhitektura i princip arhitekture za M2M komunikacije predstavljaju poslednja dva

poglavlja rada. U ovom delu su prikazani osnovni principe arhitekture u razliitim



organizacijama i plan migracije sa sadanjeg nivoa razvoja do novog horizontalnog platform-based razvoja. Predstavljene su potrebe, pretpostavke i ciljevi koji formiraju

izgled arhitekture i detaljnije su opisane ETSI M2M i 3GPP mrene arhitekture.



2. USE-CASE-DRIVEN PRISTUP U M2M MRENIM ZAHTEVIMA

2.1. USE CASE

Termin use case je izraz koji se veoma esto koristi. Meutim definiciju use case-a je tee postaviti. Object Management Group (OMG) prua odlinu definiciju i pristup u opisu use case-a. Prema OMG, use case opisuje interakcije izmeu jednog ili vie uesnika sa jedne strane i sistema koji se razmatra sa druge strane. Ove interakcije su predstavljene

kao sekvence jednostavnih koraka. Akteri su terminali ili osobe koje postoje izvan sistema.

Akteri uestvuju u nizu interakcija sa sistemom radi postizanja datog cilja, tj. radnje.

Use case tretira sistem kao crnu kutiju u kojoj se interakcije sa sistemom,

ukljuujui odgovore, percipiraju izvan sistema. Bie opisan arhitektonski neutralno, tj. na nain koji ne podrazumeva neku posebnu fiziku arhitekturu. Use case ne treba meati sa funkcionalnostima, karakteristikama, ili zahtevima sistema koji se razmatra. Moe biti u vezi sa jednom ili vise funkcionalnosti i/ili zahteva sistema. Funkcionalnosti ili zahtevi

sistema mogu biti u vezi sa jednom ili vise use case-a. Use case takoe opisuje ta akter postie u interakciji sa sistemom, tj. koji je cilj radnje koja treba da se izvri.

2.2. ETSI M2M RAD BAZIRAN NA USE CASE-U

ETSI tehniki komitet za M2M (TC M2M) osnovan je u januaru 2009. i ima za cilj da obezbedi end-to-end pregled arhitekture M2M komunikacija. Ovaj end-to-end pregled

ne podrazumeva da se svi elementi M2M sistema specificiraju od strane ETSI TC. ETSI

M2M rad u potpunosti podrava do sada postignute rezultate u razvoju i tekue napore za standardizaciju, koji se postavljaju u drugim organizacijama i forumima za razvoj

standarda. TC M2M se prvenstveno fokusira na aspekte servisnog sloja i odnose sa drugim

standardizacionim aktivnostima, gde je to mogue.



ETSI je doneo odluku da se use-case-driven pristup bazira na pet glavnih familija

use case-a, a to su:

Pametna merenja,

e-zdravstvo,

Online potroai,

Automotive, i

Automatizacija grada.

Kako bi ovih pet familija use case-a bile obuhvaene, ETSI je razvio pet razliitih tehnikih izvetaja. Od ovih tehnikih zvetaja ETSI TC M2M trenutno razvija skup specifikacija. Slika 2.1 prikazuje odnos izmeu tehnikih izvetaja use case-a i drugih tehnikih specifikacija [1].

Slika 2.1 - ETSI TC M2M use-case-driven pristup prema zahtevima servisa

Rad na use case-u ne bi trebalo da bude iscrpan, jer bi sistematski pristup mogao da

postane glomazan i vremenski dugotrajan, a da pritom ne prui neku dodatnu vrednost. Dodatno, dokumentovanje svih potencijalnih use case-a moe ostaviti mali prostor za inovacije i varijacije izmeu aktera. Cilj je pokriti dovoljno use case pristupa da se osigura da svi vani zahtevi budu obuhvaeni, tako da mrena arhitektura moe da prui osnove za potencijalno veliki broj M2M aplikacija.

2.3. METODOLOGIJA ZA RAZVOJ I ABLON USE CASE-A

Zbog raznovrsnosti mogueg korienja use case-a, postalo je sve jasnije da je sutinski korak u procesu jedinstvena metodologija za razvoj use case-a.

Da bi se omoguila minimalna formalizacija u opisivanju use case-a, korienje jednog ablona je fundamentalno za postizanje zajednikog razumevanja i odreene formalizacije kod ispunjavanja zahteva.

Sledei ablon koristi se od strane ETSI TC M2M:



Opti opis use case-a - Ciljevi korienja datog use case-a u pogledu glavnih problema koji su istaknuti.

Akteri ili nosioci - Lista aktera use case-a koja se odnosi na: potroaa, mrenog operatora, bazu podataka, obraun itd.

Opis scenarija - Detaljno opisan use case scenario koji pokazuje kako se sistem koristi od strane aktera. Ovaj odeljak moe da obezbedi preduslove za korienje use case-a.

Razmena informacija - Stepenast opis protoka informacija, npr. registracija, preuzimanje podataka, ili dostavljanje podataka podrazumeva se u use case-u.

Novi potencijalni zahtevi - Lista zahteva koja proistie iz korienja use case-a.

Izvor use case-a - Referenca na dokument ili entitet koji je razvio use case.



3. PRISTUP PAMETNOG MERENJA U ETSI M2M

3.1. UVOD

Pametna merenja use case-a su obraena u ETSI M2M, u posebnom tehnikom izvetaju. Rad je usko povezan i voen pod nalogom M/441 Evropske komisije o pametnim merenjima. Opti cilj ovog naloga je da stvori evropske standarde koji e omoguiti interoperabilnost uslunih merila (voda, gas, struja, toplota). To moe da pobolja naine na koji potroaeva svest o stvarnoj potronji moe biti podignuta ne vii nivo, da bi se omoguilo pravovremeno prilagoenje njihovim zahtevima (esto se naziva pametnim merenjem).

Pametno merenje je uglavnom usmereno ka krajnjim korisnicima, ka poboljanju efikasnosti korienja energije, ime se doprinosi pre svega smanjenju potrosnje energije, kao i ublaavanju emisije CO2 i drugih gasova koji izazivaju efekat staklene bate.

Pametna merenja se odnose na usluna merenja poput struje, gasa, vode, toplote, koja eliminiu potrebu za procenom rauna i oitavanjem brojila od strane oveka. Na taj nain se pruaju potroaima, distributerima i dobavljaima tane i pravovremene informacije o iznosu potroene jedinice koja se koristi (elektrine energije, gasa). Pametna merenja takoe mogu pruiti i druge usluge, poput mogunosti kontrole potronje u realnom vremenu.

Izvetaj od SMCG grupe (Smart Metering Coordination Group) dokumentuje spisak funkcionalnosti, koje je potrebno obezbediti od strane informacionih sistema za

pametno merenje. Ova lista, koja je grupisana u est kategorija, predstavlja dodatne funkcionalnosti koje su predloene, pored onih koje nude konvencionalna merenja. Ovih est kategorija i njihove funkcionalnosti su:

Daljinsko oitavanje meteorolokih registara i dostavljanje informacija odreenim trinim organizacijama. Sposobnost mernog sistema da daljinski



prua potrebne informacije odreenim trinim organizacijama pomou standardnih interfejsa.

Dvosmerna komunikacija izmeu mernog sistema i odreene trine organizacije. Sposobnost mernog sistema da daljinski preuzima podatake (npr.

o upotrebi, mrenom kvalitetu i kvalitetu isporuke, dogaajima, mrenom statusu ili statusu meraa) i da ove podatke uini dostupnim odreenim trinim organizacijama. Sposobnost jedne trine organizacije da daljinski kontrolie merni sistem i da sprovede softverske nadogradnje. Sposobnost mernog sistema da prima informacije, npr. informacije koje alju servis provajderi ka krajnjem korisniku.

Mera koji podrava napredna tarifiranja i sistem naplate. Sposobnost mernog sistema da omogui potroaima da se pretplate na korienje sa odgovarajuim sredstvima plaanja (tarifni paketi), da se ogranii isporuka, ili pusti nakon unapred odreene potronje ili posle odreenog vremena.

Mera koji omoguava daljinsko ograniavanje/dozvolu isporuke. Sposobnost mernog sistema da, daljinskom dozvolom od strane trine organizacije, bezbedno kontrolie ili konfigurie ogranienje snabdevanja (nije ostvarivo kod meraa gasa), omogui ili onemogui snabdevanje preko podesivog skupa parametara na merau.

Sigurna komunikacija koja omoguava merau da svoje merene podatke poalje na display i na potencijalne analize krajnjeg potroaa ili tree strane zaduene od strane potroaa.

Mera koji je u mogunosti da prui informacije putem gateway-a do ekrana pomone opreme ili ekrana ugraenog u zgradi.

Tokom razvoja use case-a, ove dodatne funkcionalnosti su koriene kao opti okvir za njegov razvoj. Kao takav, svaki use case je vezan za jednu ili vie funkcionalnosti.

3.2. TIPIAN SCENARIO IMPLEMENTACIJE PAMETNOG MERENJA

Slika 3.1 prua pregled tipinog scenarija rasporeda opreme za sistem pametnog merenja [1]. Ovaj scenario prikazuje i postavljene pametne merne ureaje (ventile, strujomer, mera gasa, mera vode) koji su povezani sa data centrima preko komunikacijskog gateway-a.

Data centar prikuplja podatke od pametnih mernih ureaja i ima sposobnost daljinske kontrole relevantnog pametnog meraa preko komunikacijskog gateway-a.

U ovom scenariju gateway obezbeuje interfejs ka automatizovanim kunim ureajima, kao to su senzori (npr. temperaturni senzori), ekrani, i ureaji za mikro-generatore rasporeeni u stambenim sredinama.



Slika 3.1 - Tipian scenario implementacije sistema za pametno merenje. Prikazano uz saglasnost ETSI

3.3. PRIMER: USE CASE SLUAJ ZA RAZMATRANJE FUNKCIONALNOSTI PLAANJA UNAPRED

OPTI OPIS USE CASE-A

Informacioni sistem pametnog merenja je konfigurisan tako da podri funkcionalnost plaanja unapred, kao to je definisano od strane entiteta naplate. Use case opisuje sluaj funkcionalnosti plaanja unapred, kojom se upravlja lokalno na informacionom sistemu pametnog mernog sistema, kao i sluajeve gde se upravljanje vri daljinski definisano preko entiteta naplate.

AKTERI ILI NOSIOCI

Entitet za naplatu - Organizacija odgovorna za obraun potroaa.

Potroa - Organizacija ili osoba koja koristi gas, struju, grejanje, vodu na odreenoj lokaciji. Potroa takoe moe biti organizacija ili osoba koja ima ugovor sa entitetom za naplatu o plaanju rauna.

Entitet sredstva - Organizacija odgovorna za instalaciju, konfiguraciju, upravljanje i odravanje informacionog sistema za pametno merenje (merae, komunikacione ureaje, gateway itd).



OPIS SCENARIJA

Preduslovi: Pametni merni sistem je instaliran i konfigurisan da deluje samo kao sistem plaanja unapred. Informacioni sistem za pametno merenje prepoznaje entitet naplate i/ili entitet sredstva i ima adresu na koju se ovi

entiteti vode.

Dodatni uslovi: Informacioni sistem za pametno merenje potvruje entitet naplate i/ili entitet sredstva, tako da plaanje unapred moe biti pokrenuto.

Entitet naplate i/ili entitet sredstva su svesni u sluaju da dodje do greke u sistemu.

Pokretanje: Entitet naplate ili potroa odluuje da je dolo do potrebe da se izvri uplata unapred na pametni merni sistem.

RAZMENA INFORMACIJA

Osnovni protok

1) Entitet sredstva ili naplate alje poruku pametnom mernom sistemu da promeni reim plaanja

2) Pametni merni sistem potvruje zahtev

3) Pametni merni sistem menja reim plaanja

4) Entitet sredstva ili naplate dobija potvdu o promenjenom reimu naplate

5) Pametni merni sistem prikazuje unapred definisane informacije od entiteta sredstva/naplate

6) Potroa ita informaciju preko display-a

7) Potroa je u stanju da deluje nad ovim informacijama

8) Potroa preduzima neke korake pod uticajem ove informacije (npr. doplauje kredit pametnom mernom sistemu)

9) Pametni merni sistem alje poruku o potvrdi nazad do entiteta naplate kada je akcija potroaa zavrena

10) Pametan merni sistem prua statusne informacije u unapred definisanim intervalima ili na zahtev entiteta za naplatu

Alternativni protok 1

U koraku 2 pametan merni sistem ne uspeva da potvrdi zahtev.


2) Pametni merni sistem smatra da je zahtev nevalidan, i nije u stanju da promeni mod naplate ili prikae prekonfigurisane informacije

3) Pametni merni sistem belei dogaaj (greku), zajedno sa vremenskom oznakom

4) Pametni merni sistem obavetava entitet sredstva/naplate da je dolo do greke

5) Kraj



Alternativni protok 3

Greka se javila na koraku 5. Pametni merni sistem ne uspeva da prikae prekonfigurisanu informaciju od entiteta za naplatu i/ili sredstva.


2) Pametni merni sistem potvruje zahtev

3) Pametni merni sistem menja reim plaanja

4) Entitet sredstva ili naplate dobija potvdu o promenjenom reimu naplate

5) Pametni merni sistem ne uspeva da prikae prekonfigurisane informacije iz entiteta sredstva ili naplate

6) Pametni merni sistem smatra da je zahtev nevalidan i nije u mogunosti da prikae prekonfigurisane informacije

7) Pametni merni sistem belei dogaaj (greku), zajedno sa vremenskom oznakom

8) Pametni merni sistem obavetava entitet za sredstva/naplatu da je dolo do greke

9) Kraj

(Nisu predstavljeni svi alternativni tokovi)

NOVI ZAHTEVI IZVEDENI IZ UPOTREBE USE CASE-A:

M2M sistem treba da podri automatske konfiguracione funkcije za M2M raunarske mree.

M2M sistem treba da prui preciznu i sigurnu vremensku sinhronizaciju. M2M ureaji i gateway mogli bi da podre sigurnu vremensku sinhronizaciju.

M2M sistem treba da podri mogunost daljinske promene konfiguracije M2M ureaja.

M2M sistem treba da podri transakciju izmeu kooperativnih objekata, koji podravaju ovu funkcionalnost.

M2M sistem treba da podri sledee mehanizme za dobijanje informacija od M2M ureaja i gateway-a: prijem neeljenih informacija (pasivno preuzimanje), preuzimanje predvienih informacija.

Krajnje take M2M sistema treba da budu u stanju da potvrde integritet razmenjenih podataka.

IZVOR USE CASE-A

ESMIG (European Smart Metering Industry Group), Document: Smart Metering

Functionality Use cases, ESMCR003-002-1.0, October 2009.



3.4. DODATNI ZAHTEVI I MOGUNOSTI PAMETNOG MERENJA

Prethodno opisanu use case studiju razvila je ESMIG i omogucava da nekoliko uslova, za M2M sisteme, bude izvedeno. U primeru gde se javlja potreba da se podri transakcija, use case jasno pokazuje da je jedini efikasan servis onaj kada su sve akcije,

koje su planirane, pravilno i izvrene. Ako to nije sluaj, onda se izvrava povratak u prvobitno stanje. Transakcije su definisane kao skup operacija koje su nedeljive (takoe se pominju i kao atomske), tj. ako neka od operacija ne uspe, onda sve ostale operacije moraju

biti otkazane. Upravljanje transakcijama predstavlja veoma vaan zahtev u M2M sistemima. Budui da je ovaj zahtev neophodan u veem broju M2M aplikacija, moglo bi se reci da ova funkcionalnost moe biti veoma korisna, ako se prvo razvije i testira, a onda i ponudi kao sposobnost na razliitim aplikacijama preko otvorenih API-a (Application Programing Interface).

injenica je da e pametni merai biti povezani na komunikacione infrastrukture koje bi mogle biti u vlasnitvu ili uslunih ili mree operatera. Dovoenje mrene konekcije na merae elektrine energije ini sistem ranjivim na zlonamerna i lana koricenja. Ovo namee nekoliko bezbednosnih zahteva , kao to je potreba da se meusobna autentifikacija obavlja izmeu pametnih meraa i uslunih aplikacija ili platforme (koja deluje u ime aplikacije), kao i autentifikaciju svih razmenjenih poruka. Isto

tako, trebalo bi da postoji nain da se potvrdi integritet softvera koji radi na pametnom merau, to osigurava da opremu ili njegov softver nije dirao/promenio zlonamerni korisnik. Drugi primer prevare je kada se SIM kartica koristi u drugom ureaju, za surfovanje na internetu na primer.

Konano, est je sluaj da se od pametnih meraa zatrai da periodino izvetavaju i alje podatke merenja na aplikaciju (npr. svaki sat). Meutim, nekoliko use case-a ukazuje na potrebu da usluna aplikacija alje podatke u bilo kom trenutku (u prethodnom primeru use case-a, komande plaanja) ili zatrae oitavanje meraa, na primer tokom perioda zaguenja. Kada tehnologija omogucava merau da se koristi kao "uvek povezan i stalno dostupan" (npr. mera povezan preko PLC, Power Line Communication), zahtevi za aktiviranje uslune aplikacije ne namec u specifina ogranienja. Meutim, ako je mera povezan preko celijskog sistema (npr. 3GPP ili 3GPP2), gde se obino povezivanje inicira od strane terminala (u ovom sluaju, pametan mera), kao najbitniji zahtev se javlja to da mrena aplikacija inicira povezivanje sa odreenim terminalom. Ovo se danas obino vri tako to se koriste specifine SMS poruke (pobudi se terminal za uspostavljanje veze za prenos podataka). Meutim, korienje SMS poruka ispada jako skupo u ovom scenariju, jer primorava operatera mree da odri aktivnu tehnologiju komutacije kola (potreban samo u svrhu slanja SMS-a), pored komutacije paketa koja se koristi za razmenu podataka

aplikacije. U buducnosti , M2M e sve vie da namece nove mrene zahteve , kako bi se omoguila uspostava veze od strane mree, koja je zatraena od strane mrene aplikacije ili u ime entiteta, tj. horizontalne servisne platforme. Ovaj poseban zahtev je sada obraen u 3GPP tehnikom izvetaju i poznat je kao aktiviranje ureaja (device triggering).



4. PRISTUP U E-ZDRAVSTVU U ETSI M2M

4.1. UVOD

E-zdravstvo (eHealth) aplikacije i slini ureaji su sve vie implementirani za aplikacije poput sledeih:

Daljinski nadzor pacijenata - Omoguava zdravstvenim centrima praenje i dijagnostiku zdravstvenih uslova i njihovo daljinsko prikupljanje, uvanje, preuzimanje i analizu zdravstvenih informacija pacijenata. Ureaji za daljinski nadzor pacijenata omoguavaju zdravstvenim centrima da lee pacijente pre nego to njihovo stanje postane kritino, izbegavajui nepotrebne posete urgentnim odeljenjima i bolnicama. Daljinski nadzor pacijenata omoguava da se boravak u bolnicama svede na minimum, to dovodi do smanjenja trokova. Tipino, jedan ili vie senzora se koristi za praenje vitalnih znakova pacijenata, kao to je krvni pritisak. Podaci o praenju se najee alju preko jednog entiteta (gateway-a), koji je esto povezan na mobilnu (elijsku) mreu.

Praenje bolesti - Upotreba M2M aplikacija u e-zdravstvu predstavlja podrku daljinskom praenju bolesti pacijenta, tj. oboljenja poput dijabetesa ili srane aritmije. U pojedinim aplikacijama za praenje bolesti, funkcija alarma je neophodna da bi se privukla panja lekara ili pacijenta kako bi mogao da odreaguje na kritino zdravstveno stanje.

Nezavisno starenje - M2M aplikacija za e-zdravstvo moe omoguiti starijima da vode samostalan ivot i ostanu u svojim domovima, ak i u sluajevima kada bi obino bila potrebna pomo. Sastoji se od praenja vitalnih znakova pacijenata, poput pulsa, temperature, teine, ili pritiska, osiguravajui da su pacijenti bezbedni i da izimaju svoje lekove i da se njihov nivo aktivnosti prati.

Personalni fitnes i poboljanje zdravlja - M2M aplikacija za e-zdravstvo moe da se koristi za snimanje zdravstvenih i fitnes pokazatelja, kao to su srani ritam i stopa disanja, potronja energije, ili stopa potronje masti u organizmu



tokom vebanja. Aplikacije se takoe mogu koristiti za snimanje uestanosti i duine treninga, intenziteta vebi, rastojanja pri tranju itd. Kada se ove informacije otpreme do krajnjih servera, mogu se koristiti od strane

korisnikovog lekara kao deo njegovog zdravstvenog profila, ili od strane

profesionalnog trenera kako bi se pruile dodatne informacije o napretku korisnikovog programa za vebanje. To omoguava da program za vebu ili fizioterapija budu preciznije i da se bre prilagode potrebama pacijenta/korisnika.

ETSI TR 102 732 dokument daje sledea objanjenja koje se odnose na skup ureaja kao i aspekt mree u e-zdravstvu: U cilju sticanja informacije o zdravlju pacijenta ili njegove kondicije, moraju da se koriste odgovarajui senzori. Iz tog razloga, pacijent ili osoba koja se prati obino nosi jedan ili vie senzorskih ureaja koji belee zdravstvene i fitnes pokazatelje, kao to su krvni pritisak, puls, telesna temperatura, teina itd. Poto ovi senzori treba da se izbore sa tekim ogranienjima veliine i potronje baterije, oekuje se da e veina ureaja morati da dostavi prikupljene podatke, putem nekog oblika tehnologije kratkog dometa. Ti podaci se dostavljaju ureajima koji mogu da slue kao agregatori prikupljenih informacija i kao gateway ka krajnjem entitetu, koji treba da skladiti i eventualno reaguje na prikupljene podatke. Takoe je moguce da senzori, koji se koriste za praenje parametara vezanih za zdravstveno stanje pacijenta, budu locirani negde u neposrednoj blizini pacijenta.

Primeri senzora koji se koriste za e-zdravstvstvene aplikacije su prikazani na slici

4.1. Za sluaj veeg broja senzora, esto se implementira gateway (obino se koristi WAN povezivanje). Gateway agregira i prosleuje prikupljene podatke sa senzora na centralne aplikacije, koje obrauju informacije i pokreu akcije kada je to potrebno. Prenosni (Portable) senzori obino koriste kratki domet i beine interfejse za pristup gateway-u sa WAN vezom, omoguavajui podacima da se proslede . Poto takav gateway moe biti mobilni telefon ili stambeni gateway kod kuce , esto se koristi namenski ureaj sa pretplatom na elijske mree.

Slika 4.1 - Prenosivi senzori

Use case e-zdravstva uvodi sline zahteve ka drugim M2M aplikacijama u pogledu registracije, autentifikacije i razmene podataka koji moraju da se iniciraju i od strane mree i od strane terminala. Sledei spisak sadri zahteve koji su specifini za potrebe e-zdravstva:



Praenje lokacije: M2M ureaj i dodatni sistemi za podrku (i aplikacija) moraju da obezbede sredstva za praenje i podnoenje izvetaja o lokaciji korisnika. Ova informacija moe biti od presudnog znaaja u vanrednim situacijama sa ciljem da se obezbedi informacija o lokaciji korisnika

tehniarima hitne pomoi, ili ambulantnim servisima okolnih bolnica itd.

Podrku za isporuku vremenski kritinih poruka: neki kritini alarmi moraju biti poslati odgovarajuim aplikacijama u dogledno vreme, posebno u vanrednim situacijama.

Podrka za bezbednu vremensku sinhronizaciju: dostavljeni podaci moraju da obezbede tane vremenske oznake, jer je ovo kljuna stavka u procesu analize podataka.

4.2. PRIMER USE CASE-A U E-ZDRAVSTVU: IZOLACIJA INTERFERENCIJE

OPTI OPIS USE CASE-A

U scenariju sa udaljenim monitoring-om pacijenata, signali tela niskog napona treba

da se poalju za svrhe udaljenog zdravstvenog praenja. Procesi akvizicije mogu biti ometeni aktivnostima kod prenosa na radio vezi, kao to je GSM/GPRS, koji mogu da se odvijaju na najbliem radio delu istog M2M ureaja. Tamo gde se proces pracenj a zdravlja kontinuirano primenjuje na pacijentu, npr. otkrivanje aritmija, akvizicija aktivnosti moe biti prekinuta od strane tipinih elijskih radio komunikacionih aktivnosti koje obavlja M2M ureaj. Izbegavanje ili smanjenje svakog moguceg vida smetnji na dolazne signale tela postaje od vitalnog znaaja za postizanje pouzdanog servisa e-zdravstva.

Jedan od naina da se izbore sa neoekivanim ometajucim radio transmisijama je da se istovremeno odabira radio transmisioni indikacijski signal, sa namerom da se podesi

proces odabiranja signala u cilju smanjenja interferencije. Drugi nain moe biti kontrola radio predajnika obustavljanjem radio prenosa tokom vremenski ogranienog merenja, a zatim njegov nastavak.

AKTERI ILI NOSIOCI

Pacijent: Pacijent moe biti bilo koji pojedinac koji bi mogao da koristi daljinski ureaj za praenje radi prikupljanja podataka merenja. Merni podaci pacijenta mogu da se uzimaju u razliitim klinikim uslovima, kao to su bolnice, ili kod kue, na poslu, u koli, ili u toku putovanja.

Ureaj: elektronski M2M ureaj sa senzorom, korisnikim interfejsom sa/bez pokretaa i interfejsom za M2M mreu. Ureaj prikuplja podatke o pacijentu i komunicira sa odgovarajuim M2M servisnim provajderom i/ili M2M aplikacijom preko M2M mree. Ovaj ureaj takoe moe da komunicira i sa subjektima preko M2M gateway-a. Osim toga, ureaj moe da primi i/ili postupi po naredbi iz M2M servisnog provajdera ili aplikacije, ili da prui informacije pacijentu. Mala snaga i kompleksnost protokola e verovatno biti zahtevani za ove ureaje.



M2M servisni provajder: Mreni entitet koji prua M2M komunikacijski servis za M2M aplikacione entitete. Ove aplikacije podravaju specifine funkcionalne sposobnosti koje pomau u olakavanju razmene zdravstvenih informacija. Dodatno, M2M servisne mogunosti provajdera moraju da omogue komunikaciju sa ureajima radi prikupljanja podataka ili komandi.

M2M aplikacioni entitet: Entitet koji spaja i tretira, kao posebni element sistema,

aktere iznad opsega M2M. Aplikacije visokog nivoa, poput razmene informacija o

geografskom zdravlju, centri za analizu podataka, integrisane mree za brigu, organizacije provajdera, banke zdravstvenih zapisa, javne zdravstvene mree i specijalizovane mree su sve primeri M2M aplikacionihh entiteta. M2M aplikacioni entitet sadri i tipine aktere eHelth sistema.

RAZMENA INFORMACIJA

Use case je primenljiv na veini e-zdravstvenih aplikacija. Kao takva, opis razmene informacija nije od presudnog znaaja za izvoenje slinih zahteva.

NOVI POTENCIJALNI ZAHTEVI

Zabrana interferencije na elektro-medicinskom ureaju: M2M sistem ili njegovi delovi, treba da izbegavaju ometanje detekcije i merenja vrlo niskog napona signala, jer u

suprotnom moe doi do pojave interferencije. Na primer, u sluaju aplikacije e-zdravstva, gde se EKG signali tela neprekidno mere pomou beinog senzora , telesna mrea moe biti ozbiljno naruena od strane najbliih GSM/GPRS predajnika, koji pripadaju M2M gateway-u elektro-medicinskog ureaja.

Indikacija o aktivnoj radio transmisiji: U zavisnosti od vrste M2M servisa, svi

delovi za radio emitovanje (GSM/GPRS), kod M2M ureaja ili gateway-a, treba da pruaju indikaciju u realnom vremenu o aktivnoj radio transmisiji ka aplikaciji na M2M ureajima ili gateway-ima.

Kontrola aktivne radio transmisije: U zavisnosti od vrste M2M servisa, svi radio

predajni delovi M2M ureaja ili gateway-a, moraju biti upueni u stopiraj/poni radio transmisiju, u realnom vremenu, od strane aplikacija na M2M ureajima.

IZVOR USE CASE-A

Doprinos Telecom Italia u ETSI TC M2M.

Ovaj use case prua jo jedan izazovan skup uslova: ako se GSM/GPRS oprema koristi za prenos merenih podataka, onda ne sme da se desi da se pomea sa telesnim signalima, kako bi se obezbedila tanost izmerenih podataka. Pored toga, zahteva se mehanizam koji mora da omogui suspenziju u sluajevima kada se jave zahtevi kritinih oitavanja, i kasnije da ponovo proba da poalje podatke.



5. ETSI M2M SERVISNI ZAHTEVI: PREGLED I PRIMENLJIVOST NA SEGMENTE TRITA

Tabela 5.1 prikazuje detaljan pregled ETSI M2M zahteva opisanih u ETSI TC M2M servisni zahtevi za release 1, objavljeno 2010. godine [1]. Cilj ove tabele nije da predstavi potpun spisak servisnih zahteva, ve da prui pregled osnovnih zahteva kao i njihovo mapiranje na razliite grupe use case-ova.

Tabela 5.1 - Mapiranje zahteva M2M servisa na ETSI M2M use case-ova

Zahtevi Pametna

merenja eHealth Automotive

Povezani

korisnik

Automatizacija

grada

Komunikacijsko posredovanje

Podravanje razliitih tehnologija prenosa

(SMS, GPRS i IP)

+ + + + +

Mogunost primanja poruke neaktivnih

ureaja (kroz uvanje i dostavu poruke kada

ureaj postane aktivan na mrei)

+ + + + +

Selekcija rute

komunikacije (bira se

odgovarajui nosilac na osnovu konfigurisanih

pravila)

+ + + + +

Komunikacija sa

ureajem iza gateway-a + + + + +

Obavetavanje o neuspeloj komunikaciji

+ + + + +



Potvrda o isporuci

poruke + + + + +

Precizna i bezbedna

vremenska

sinhronizacija i

vremensko

oznaavanje

+ + + - -

Lokacijska podrka

Izvetavanje M2M ureaja/gateway-a o

lokaciji M2M

aplikacije

- + + + +

Primenjivanje

privatnosti koja se

odnosi na lokaciju

- + + + -

Prikupljanje podataka i izvetavanje

Periodino izvetavanje + + - - +

Izvetavanje na zahtev + + + + +

Izvetavanje u zavisnosti od dogaaja

- + + + +

Korienje QoS omoguenih od strane

osnovnih mrea - + + + +

Diversity putanja

prenosa (primarni

rezerni put)

- + - - +

M2M ureaji koji interaguju sa vie kranjih aplikacija

+ + + + +

Bezbednost

Runa autentifikacija izmeu entiteta koji

komuniciraju

+ + + + +

Poverljivost prenosa

podataka (enkrpicija) + + + - +

Potvrivanje integriteta preneenih podataka

(autentifikacija

razmenjenih podataka)

+ - - + -

Izbegavanje upotrebe

M2M komunikacionog

modula za potrebe

generike komunikacije

+ + + - +

Potvrda integriteta

ureaja/gateway-a + + - - -

Sigurnosni akreditivi i

softverska nadogradnja

na aplikacionom nivou

+ + + + +



Imenovanje i adresiranje

Imena ureaja koriste se vie nego mrene

adrese od strane

aplikacija

+ + + + +

Podrka razliitim emama adresiranja

kao to su IP, E.164 i sl.

+ + +

+

Daljinsko upravljanje

Upravljanje grekama (proaktivno

nadgledanje, otkrivanje

greaka, potvrivanje konektivnosti,

ispravljanje greaka itd.)

+ + + + +

Upravljanje

konfiguracijom

(konfiguracija mree i servisnih parametara,

instaliranje novih

verzija aplikacije)

+ + + + +

Sofverska i firmware

nadogradnja i patch-evi + + + + +

Najvaniji zakljuak koji se moe izvui iz tabele je da nekoliko M2M aplikacija ima sline zahteve, koji se mogu ispuniti korienjem stabilnih i dobro testiranih softverskih blokova. Na ovaj nain formiraju se manje kompleksne aplikacije i smanjuje se potreba za otvorenim API, koji pokazuju sposobnosti M2M servisa.

Sledei zakljuak je da M2M namee nove servisne zahteve u poreenju sa personalnim komunikacijama. Na primer, ako se uzme sluaj pametnih meraa, pruaoci M2M usluga oekuju da ovi delovi opreme traju implementirani u periodu od najmanje 20 godina. Ovako dug period stvara potrebu za nadogradnjom sigurnosnih alogoritama i

duina kljueva tokom ivotnog veka delova opreme. Obrazloenje za ovakve zahteve proistie iz injenice da, tokom vremena, sigurnosni eksperti i kriptografi esto otkrivaju nove vrste napada na sisteme. Ovo, zajedno sa konstantnim unapreivanjem raunarskih sposobnosti (dostupnih hakerima), e forsirati sigurnosne administratore da nadograuju duinu kljueva i modifikuju sigurnosna pravila i algoritme. U konkretnom sluaju, ovo se odnosi na ureaje koji su operativni dugi niz godina (kao to su pametni merai). U nekim sluajevima moe postojati potreba da se unaprede algoritmi, a u drugim da se distribuiraju sigurnosni patch-evi za reavanje slabosti u protokolima i aplikacijama, koje nisu bile poznate u vreme kada je izvrena instalacija. Isti princip se primenjuje i u sluajevima softvera i firmware-a koji trebaju da budu konstatno nadograivani, kako bi se implemetirala nova funkcionalnost ili kako bi se izvrila sanacija otkrivenih funkcionalnih greaka. Iz navedenih razloga, odravanje ureaja tokom dugog ivotnog veka (nadogradnje softvera i firmware-a) je kritina stavka koja omoguava M2M komunikacije.



6. SAOBRAAJNI PRISTUP M2M ZAHTEVIMA I RAZMATRANJE DIZAJNA

MRENE ARHITEKTURE

Ovaj deo rada opisuje devet razliitih M2M segmenata trine implemetacije (opirnije predstavljenih u poglavlju 7) za koje se smatra da e imati znaajni uticaj na:

evoluciju mrenih karakteristika (ovo ini glavni deo posla koji je preuzeo 3GPP i 3GPP2), i

mreno planiranje i aspekte dimenzioniranja.

Iako lista trinih segmenata nije potpuna, ona prua dobar pregled karakterizacije M2M saobraaja. U nekim detaljima opisani su razliiti trini segmenti, kao i visok nivo karakterizacije relevantnih saobraajnih karakteristika. Detaljan skup karakteristika, na nivou servisa, je predstavljen za svaki od trinih segmenata, koji se onda koriste za izvoenje saobraajnih modela. Taj skup karakteristika je:

servisne funkcionalnosti i relevantno optereenje podataka;

M2M modul (2G, 3G i 4G) predikcije prodaje za trite Severne Amerike (SA) (uzeto kao relevantan primer trinog interesa u M2M na SA tritu) za svaki trini segment (Izvor: ABI istraivanje [6]);

prosena koncetracija M2M modula po baznoj stanici u mobilnim mreama;

procenjena primena protoka u odnosu na ukupan garantovani protok (uzeti u proraunu mrenih trokova i procenjenih retransmisija).

Iako model sadri nekoliko aproksimacija i zasnovan je na prosenim procenama (suprotno scenariju najgoreg sluaja), ipak prua odlinu karakterizaciju M2M saobraajnih ablona i omoguava podrku aktivnih 3GPP i 3GPP2 poslova optimizacije mree, kao i strategija mrenog planiranja u operatorskim mreama.



6.1. ZATO JE FOKUS NA BEINIM MREAMA?

M2M se primenjuje i na beinim i na inim mreama, meutim karakterizacija saobraaja je vanija za beine pristupne mree, zato to je uticaj vei iz sledeih razloga:

Beina infrastrukura omoguava seamless pokrivanje i laku instalaciju. Na primer, ako se na prodajne automate, koji se sve vie povezuju na javnu komunikacionu mreu, dovede bakarna ica ili optiko vlakno, to formira CAPEX i OPEX strukture, koje nee zadovoljiti operacionu efikasnost. Sa druge strane beina mrea je odmah virtualno dostupna na bilo kom mestu, ukljuujui i za indoor aplikacije. Cena M2M komunikacionog modula (modem koji omoguava konektivnost za prenos podataka i SMS-a kroz mobilnu mreu) je niska koliko i 20 evra za 2G tehnologiju, to ini inicijalna ulaganja dosta pristupanim.

Dok e se nekoliko stambenih i poslovnih aplikacija oslanjati na inu infrastrukturu (uglavnom xDLS - X Digital Subscriber Line i FTTH Fiber To The Home), M2M ureaji implementirani u stambenom okruenju ne moraju biti vidljivi (i ne proizvode znaajan saobraaj) pristupnoj taki, jer e biti obino skriveni putem mrenog adresnog prevodioca (NAT - Network Address Translator). Dodatni generisani saobraaj je esto zanemarljiv u odnosu na zahtevne aplikacije kao to je video. Neke od stambenih implementacija (kao to je nadzor) e imati celularni (eliski mobilni) sistem kao primarni ili backup pristup. Pored IP adresnog aspekta, nekoliko M2M aplikacija nema

velike QoS zahteve, unosei na taj nain jako malo optereenje u inim mreama.

Kao zakljuak (i govorei dalje od komparacijskih aspekata izmeu beinog i inog sistema), generalno je prihvaeno da M2M namee itav spekar zahteva optimizacije beinih mrea. Shodno tome, namee se vei fokus na aspekte mobilnih mrea kada se govori o mrenoj optimizaciji.



7. OPIS M2M TRINIH SEGMENATA/APLIKACIJA

Zasnovano na radu odraenom od strane ETSI M2M za use case-ove i istraivake studije od strane ABI istraivanja, naredni segmenti su razmatrani za potrebe M2M saobraajne karakterizacije. Slika 7.1 predstavlja opti prikaz razliitih segmenta M2M mree [2].

Slika 7.1 - Segmenti M2M mree



7.1. AUTOMOTIVE

Automotive M2M segment se odnosi na delove opreme instalirane u vozilima i

povezane mrene aplikacije, koje pruaju bilo koju kombinaciju od sledeih servisa:

Hitan poziv u sluaju saobraajne nesree: prua automatsku pomo za vozae prilikom saobraajne nesree. Primer najzapaenije implementacije ukljuuju General Motor OnStar servis u SAD-u i PSA, BMW i Volvo u Evropi. U

sluaju Evrope, trenutni servis prua implementaciju prestandardnog Evropean Commission eCall projekta i relevantnih sandarda (razvijenih od strane 3GPP i

podranih od ETSI). Opte je prihvaeno da e vremenom, servis hitnog poziva, u sluaju saobraajne nesree, biti obavezan kao deo novih propisa razliitih zemalja.

Praenje i interaktivni servisi: pruaju servise praenja vozila, koji se mogu koristiti u mnogim aplikacijama, ukljuujui:

o praenje i interaktivno zaustavljanje ukradenih automobila;

o plati dok vozi osiguranje automobila;

o ograniavanje zona za iznajmljivanje kola i zonsko naplaivanje;

o fleet management;

o taster za turistike informacije;

o reklamiranje zasnovano na lokaciji i komercijalni servisi.

Interaktivne komercijalne i informativne zabavne aplikacije: pruaju komercijalne (tj. reklamne) i zabavne servise za putnike. Ovo ukljuuje:

o preuzimanje video sadraja na zahtev,

o interaktivne igrice,

o interaktivno plaanje, i

o pristup internetu.

Vrlo je verovatno da e budue automotive implementacije biti dominantne u opsegu 3G i 4G konektivnosti, koje e posebno biti potrebne ako se primenjuju interaktivne i informativne zabavne aplikacije. Osobine automotive aplikacija koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

visoka mobilnost;

visok protok podataka, posebno u sluajevima komercijalnih i informativnih zabavnih aplikacija;

konektivnost sa vie nosilaca.

7.2. PAMETNA TELEMETRIJA

Pametna energetska mrea (Smart Grids) i pametne merne aplikacije se postavljaju po energetskim sektorima, kako bi se postigao visok stepen energetske efikasnosti i

pouzdanosti. Korisnike aplikacije obino interaguju sa pametnim meraima postavljenim



u prostorijama potroaa i sa drugim senzorima ili M2M ureajima, koji omoguavaju obezbeivanje irokopojasnog mrenog nadgledanja infrastrukture. Vri se prikupljanje informacija o potronji i alju se informacije o tarifama i popustima. Pametni merai i senzori pametne energetske mree se povezuju sa inim i beinim tehnologijama, kao to su PLC, mached RF, eliski pristup itd. Ovo prua mrenu konektivnost izmeu pametnih meraa, senzora ili M2M ureaja i korisnikih krajnjih aplikacija, baza podataka i upravljanja sistemima. U nekoliko zapadnih evropskih zemalja i u Severnoj Americi,

kombinovani model konektivnosti je u fazi razvoja, gde se PLC koristi od meraa elektrine energije do koncetratora informacija lociranih u DSO mrei (Distribution Service Operator). Zatim se koristi elijska konektivnost od koncentratora informacija do krajnjih korisnikih aplikacija (slika 7.2). Meutim, ovaj model je ekonomski odriv samo kada je broj meraa po koncentratoru iznad odreene granice (obino oko 25 meraa). Za ruralne sredine, dovoenje elijskih sistema sve do pametnih meraa moe upotpuniti PLC/elijsku implementaciju.

Slika 7.2 - Tipian scenario kombinovane PLC/elijske implementacije pametnih meraa

Osobine pametnih telemetrijskih aplikacija koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

bez mobilnosti za stacionarne ureaje;

nizak protok podataka;

predvidivo ponaanje (obino pametni telemetrijski ureaji konfigurisani da alju podatke periodino);

tolerancija na kanjenje: dok su pametni merai konfigurisani da alju podatke u odreenom vremenskom periodu (npr. svakih 30 minuta), uslune aplikacije mogu (pogotovo u asu najmanjeg optereenja) tolerisati izvetavanje o podacima iz bilo kog perioda tokom tog vremena;

efekat sinhronizacije (obino su ureaji konfigurisani tako da istovremeno uspostave konektivnost i izvetavaju o podacima).

7.3. NADZOR I BEZBEDNOST

Ureaji za nadzor i bezbednost su uglavnom implementirani u stambenim prostorijama i malim preduzeima, kako bi se obezbedile informacije slike i videa za aplikacije bezbednosnog alarma. Sigurnosni ureaji obino koriste elijsku mree kao primarni ili backup pristup, kako bi se obezbedila konektivnost ka bezbednosnim

monitoring aplikacijama ili ka vlasniku prostorija.



Razmenjene informacije se uglavnom sastoje od informacije alarma i povremeno od

video signala niske do srednje rezolucije. Osobine aplikacija za nadzor i bezbednost koje

utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

nema mobilnosti;

ciklina razmena informacija, ali i intezivna razmena informacija kada se procedure alarma aktiviraju;

nizak prenos podataka sa povremenim pikom saobraaja usled prenosa slika/video podataka;

konektivnost sa vie nosilaca.

7.4. PRODAJNO MESTO POS (POINT OF SALE)

PoS terminali (ukljuujui bankomate, ATMs - Automated Teller Machines) pruaju servise kao to su podizanje novca, plaanje i sve radnje provere koje prodavnice vre prilikom plaanja, kao to je plaanje kreditnim karticama, verifikacija transakcija, izvetaj o prodaji i koordinacija podataka inventara. PoS terminali su povezani preko lokalne ili irokopojasne pristupne mree sa ciljem da se razmene podaci sa vie razliitih aplikacija. Korienje konektivnosti preko eliskih mrea za PoS je u stalnom porastu zahvaljujui velikom pokrivanju, koje omoguavaju mobilni operatori i lakoj instalaciji. U nekim zemljama, nadleni organi zahtevaju sigurnu i redundantnu konektivnost za obe, ine i beine tehnologije.

Osobine PoS aplikacija koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

ograniena mobilnost,

nizak protok podataka, i

stalni nosioci.

7.5. PRODAJNI AUTOMATI (VENDING MACHINES)

Prodajni automati su terminali koji izbacuju namirnice korisnicima u zamenu za

proviziju, odnosno novac. Ove maine se sve vie povezuju na mreu, kako bi razmenjivali informacije vezane za logistiku i plaanje, kao to je aplikacija koja obavetava da u automatu nema vie odreenog proizvoda ili da su granine koliine tog proizvoda dostignute. Glavni cilj povezivanja automata na komunikacionu mreu je unapreenje operacione efikasnosti kroz bolje poznavanje i kontrolu potranje i koliine robe. elijska pristupna tehnologija je dominatan vid mrene konektivnosti za automate zbog irokog pokrivanja i jednostavne implementacije.

Osobine aplikacija automata, koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

nema mobilnosti,

stalni nosioci,

nizak protok podataka,



efekti sinhronizacije, i

tolerancija na kanjenje.

7.6. E-ZDRAVSTVO

Neke eHealth aplikacije [1] ukljuuju sledee (opirnije u eHealth use case-u):

RPM (Remote patient monitoring): omoguava zdravstvenu negu pruenu nadgledanjem i dijagnostikovanjem stanja preko daljinskog prikupljanja,

skladitenja, preuzimanja i analiziranja informacija vezanih za zdravlje pacijenta. RPM ureaji omoguavaju lekarima da lee pacijente pre nego to njihova oboljenja postanu kritina, ime se izbegavaju nepotrebna putovanja do hitnih odeljenja i ponovne posete bolnicama. Konano, RPM omoguava da leanje u bolnicama bude minimalno, to rezultuje smanjenjem trokova zdrastvenih usluga. Jedan ili vie senzora se koristi za nadgledanje vitalnih ivotnih funkcija pacijenta. Slanje informacija se obavlja preko elijske mree.

PERS (Personal Emergency Response System): prua pacijentu stalan pristup call centru zarad pruanja pomoi i saveta. Dostavljeni ureaji se nose oko vrata ili kao narukvica i omoguavaju trenutni pristup uslugama pomoi jednim pritiskom na dugme.

MPM (Mobile Personal Monitoring) slino kao i RPM ureaji, MPM omoguava preventivnu zdrastvenu zatitu i fitnes monitoring kroz izvetavanje centralnim aplikacijama o informacijama nadgledanja.

Osobine eHealth aplikacija koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

mala mobilnost,

nizak do srednji protok podataka,

viestruki nosioci podataka u aplikacijama, i

efekat sinhronizacije.

Dodatno, u odnosu na ove karateristike saobraaja, telehealth i medicinske aplikacije esto zahtevaju mrene servise sa visokom pouzdanou i dostupnou. Obe stavke mogu biti tema dogovora o servisu izmeu servisnog provajdera i mrenog operatora.

7.7. LIVE VIDEO

Live video [1] se esto koristi za aplikacije za nadzor, npr. na polju transportne infrastrukture (putevi, pruge i sl.) ili za gradski nadzor. Kamere za live video su

implementirane od strane agencija za javnu bezbednost (npr. policijskih stanica) ili

operacionih centara vezanih za bezbednost, kako bi se vrio nadzor i snimanje svih dogaaja neke operacije ili zatiene oblasti. Zbog razloga pokrivanja, lake implemetacije i potreba mobilnosti, elijske mree predstavljaju izbor tehnologije za ovaj segment trita sa blagim preferiranjem 3G konektivnosti (i 4G) kako bi se izborili sa potrebnim protokom

za live video.



Tri tipa video rezolucije se koriste u ovom sluaju:

niska rezolucija (protok < 128 kbps);

srednja rezolucija (protok < 768 kbps);

visoka rezolucija (protok < 10 Mbps).

Druga karateristika koja treba da se implementira je sposobnost ureaja da snima u HD rezoluciji i da prenosi relevantne fajlove po zahtevu. Osobine live video aplikacija, koje

utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

nema mobilnosti za stacionarne ureaje,

visoka mobilnost za pokretne ureaje,

hitna konektivnost, i

srednji do visok protok podataka.

7.8. AUTOMATIZACIJA U ZGRADAMA

Aplikacije automatizacije u zgradama se baziraju na ureajima koji se koriste za pruanje servisa u komercijalnim zgradama. Sistem automatizacije u zgradama ima za cilj pruanje bezbednosti, komfornosti i produktivnih funkcionalnosti stanarima. Fokus je veoma esto na centralizaciji operacione efikasnosti, tako to se redukuje potronja energije i broj operacionog osoblja.

Automatizacija zgrade je karakterizovana prema vanom skupu senzora, svieva, nadzornih i telemetrijskih ureaja, svih povezanih prvo na privatnu, a zatim i na javnu inu ili beinu mreu korienjem gateway-a. Primeri aplikacija ukljuuju odravanje i nadzor opreme za hlaenje, lifta, potronje i dostave elektrinje energije itd.

Osobine aplikacija automatizacije u zgradama koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

niska mobilnost ili bez mobilnosti, i

nizak protok za prenos podataka.

7.9. M2M INDUSTRIJSKA AUTOMATIZACIJA

Aplikacije industrijske automatizacije povezane su sa ureajima kao to su PDAs (Personal Digital Assistants) koji se koriste u komercijalnim i industrijskim oblastima,

kako bi omoguili skup poslovnih tokova i jasnije definisali poslovne procese. Aplikacije industrijske automatizacije mogu dodatno da skupljaju podatke od telemetrijskih ureaja.

Osobine pametnih telemetrijskih aplikacija, koje utiu na karakteristike saobraaja/mree su:

niska mobilnost ili bez mobilnosti, i

nizak protok podataka.



8. M2M KARAKTERIZACIJA SAOBRAAJA

Sledea tabela (8.1) predstavlja razliite funkcionalnosti koje generiu saobraaj za M2M ureaje [1]. Opis individualnih servisnih karakteristika je predstavljen u Annex A. Svaka servisna karakteristika je uraunata u model saobraaja kao izvor za saobraaj podataka. Sledee poglavlje se fokusira na uticaj pametnih meraa na tipinu lokaciju za severnoameriko trite. Zatim je pruen model procene globalnog saobraaja bez opisivanja svih M2M aplikacija.

8.1. DETALJNE KARAKTERISTIKE SAOBRAAJA ZA PAMETNE MERAE

U ovom odeljku pruen je pregled metodologija korienih za karakterizaciju M2M saobraaja, tako to su detaljno opisani odreeni use case sluajevi pametnih meraa. Pretpostavljeno je da je implementirana sledea opisana infrastruktura. Na slici 7.2, pametni merai se povezuju preko PLC-a do koncentratora lociranih na DSO energetskoj mrei. Koncentrator je zatim povezan na DSO krajnju aplikaciju preko eliskih mrea. Slika 7.2 odraava iroko prihvaen model za kombinovanu PLC/elijsku implementaciju pametnih meraa i predstavlja pretpostavku za model saobraaja pametnih meraa.

Primenjivanjem procene za svaku softversku funkcionalnost unutar pametnih

meraa ili koncentratora koji generie saobraaj (kao po tabeli 8.1), tabela 8.2 prua procenu prosenog bitskog protoka po 2G lokaciji za svaku od funkcionalnosti. Sa ciljem da se izvuku vrednosti za tabelu 8.2, formirane su glavne pretpostavke:

broj koncetratora po lokaciji: 15;

ukupan broj koncentratora pametnih meraa: 100;

overhead protokola, ukljuujui mrenu signalizaciju i TCP/IP: 50%;

procenat jednofaznih meraa: 80%.



Tabela 8.2 se odnosi na pametne merae. Slina istraivanja su izvrena za svaki od glavnih trinih segmenta u cilju da se prui zbirni model saobraaja po lokaciji i prosenim osnovama. Svaka karakteristika ureaja, koja generie mreni saobraaj, je razmatrana zasebno u pogledima uplink i downlink generisanog saobraaja.

Tabela 8.1 - Uobiajene funkcionalnosti koje generiu saobraaj za M2M ureaje

Automotive Pametna

telemetrija

Nadzor i

bezbednost Point of Sale

Prodajni

automati

Povezivanje i

raskidanje

veze

Povezivanje i

raskidanje veze

Povezivanje i

raskidanje veze

Povezivanje i

raskidanje veze

Povezivanje

i raskidanje

veze

Govorna

komunikacija

Dnevno

oitavanje meraa (jedna

faza)

Kontrola

dnevnog

prisustva

Kreiranje

korisnikog naloga

Razmena

informacija

vezanih za

prodaju

Upravljanje

alarmima

Dnevno

oitavanje meraa (tri

faze)

Podeavanje alarma

Preuzimanje

korisnikih informacija

Podeavanje alarma

Prenos GPS

pozicije

Individualna

itanja Detekcija

prisustva Online plaanje

Podeavanje oitavanja

Prenos

podataka o

odravanju

Kontrola

zaguenja i hitnosti

Detekcija poara Podeavanje

alarma

Oitavanje individualnih

dogaaja prijavljivanja

Firmware i

softversko

auriranje

Podeavanje alarma

Detekcija

nestanka struje Pristup Internetu

Oitavanje svih


Pristup

Internetu


Oitavanje individulanih




Bezbednosni

alarmi

E-mail



Oitavanje svih dogaaja

prijavljivanja (u

odreenom podruju)


prijavljivanja

Firmware i

softversko

auriranje

Preuzimanje

igrica/filmova


prijavljivanja

Postojanje

upload-ovanja

slika/videa

Auriranje baze podataka

Registracija,

autorizacija

itd.

Upravljanje

alarmima

Kontrola

signala do

podruja kunog

mrenog ureaja

Firmware i

sorftversko

auriranje

Firmware i

softversko

auriranje NTP



Oitavanje dogaaja

prijavljivanja

Firmware i

softversko

auriranje

Registracija,

autorizacija itd.

Registracija,

autorizacija itd. -

Registracija,

autorizacija

itd.

Registracija,

autorizacija itd. NTP NTP -

Prenos videa

(QVGA)

Ispitivaki VGA

Podeavanje alarma

Podeavanje alarma

Najvei deo prenosa

podataka

Podeavanje alarma



Podaci +

govor + video


Oitavanje individulanih


Oitavanje dogaaja

prijavljivanja

Daljinsko

konfigurisanje

ureaja i kontrola




prijavljivanja (u

odreenom podruju)

Firmware i

softversko

auriranje

Podeavanje alarma


prijavljivanja

Firmware i

sorftversko

auriranje

Registracija,

autorizacija itd.


Firmware i

softversko

auriranje

Registracija,

autorizacija itd. NTP



Registracija,

autorizacija itd. NTP

Oitavanje svih dogaaja prijavljivanja

NTP

Firmware i

softversko

auriranje

Registracija,

autorizacija

itd.

eHealth Live video Automatizacija

zgrada

Industriska

automatizacija

Povezivanje i

raskidanje veza

Povezivanje i

raskidanje

veza

Povezivanje i

raskidanje veza

Povezivanje i

raskidanje veza



Oitavanje jednog parametra

Nadzor, QCIF

video

Dnevno oitanje meraa

Dnevno oitanje meraa

Kompleksno

oitavanje parametara

Hitan prenos

video QVGA Individualna itanja Individualna itanja



Tabela 8.2 - Matrica saobraaja za pametne merae

Funkcija Pretpostavka obima prenosa

Deo korsnikih

podataka po

poruci (u

bajtovima)

Veliina

paketa

Broj

poruka po

transakciji

Prosean

protok

podataka

(kb/s)

Prosean

protok

podataka

(kb/s)

tokom asa

najveeg

optreenja

Deo

korisnikih

podataka

po poruci

(bajtovi)

Veliina

paketa

Broj poruka

po

transkaciji

Prosean

protok

podataka

(kb/s)

Prosean

protok

podataka (kb/s)

tokom asa

najveeg

optereenja

Od Do

Dnevna oitavanja metra, jedna

faza100% metara za 30 minuta 0 1 5000 1024 1 2.7 0 2000 1024 1 1.1 0

Dnevna oitavanja metra, tri

faza100% metara za 30 minuta 0 1 5000 1024 2 1.3 0 2000 1024 2 2.2 0

Individualna itanja 7/8 od 2% od metrara 0 1 5000 1024 2 1.3 0 2000 1024 2 2.2 0

Individualna itanja (u asu

najveeg optreenje)

1/8 od 2% od metara u asu

najveeg optreenja7 8 5000 1024 7 0.4 0 2000 1024 7 0 0

Konekcija-dikonekcija Svi koncetratori za 24 sata 0 24 5000 1024 1 1 1 200 1024 1 0 0

Kontrola optereenja i hitnosti Maksimalno 200 koncetratora 7 8 2000 1024 1 48 0 1000 512 1 1.3 0

Izmenjivanje podeavanja 7/8 od 2% od metrara 8 21 200 64 1 0.00 0 500 512 1 0 0

Izmenjivanje podeavanja (u

asu najveeg optereenja)

1/5 od 2% metara u asu

najveeg opreteenja7 8 200 64 1 0.00 0 500 512 1 0 0

Oitavanje podeavanja 7/8 od 2% od metrara u 13 h 8 21 1000 512 1 0.00 0 200 64 1 0 0

Oitavanje podeavanja (u asu

najveeg optereenja)

1/8 od 2% metara u asu

najveeg opreteenja7 8 1000 512 1 0.00 0 200 64 1 0 0



2% od metara u periodu od 30

minuta tokom asa najveeg

oprereenja

7 8 1000 512 1 0.20 0 200 64 1 0 0


optereenja100% od metara u 7 dana 1 24 2000 1024 1 0.10 0.1 200 64 1 0 0

Slanje HAN (Home Area

Network) poruka100% od metara u 3 sata 7 10 100 64 1 0.20 0 500 512 1 0 0

Firmware i softver auriranja Svi metri u 30 dana 1 24 50000 1024 1 0.00 0 5000000 1024 1 2 2

Registracija, autorizacija itd Svi metri u 24 sata 0 24 1000 512 1 0.20 0.2 1000 512 1 0 0

NTPSvi metri jednako tokom 24

sata0 24 500 512 1 0.10 0.1 500 512 1 0 0

Ka krajnjoj aplikaciji (UL) Od krajnje aplikacije (UL)

Deo dana kada se javlja

aktivnost



8.2. GLOBALNE KARAKTERISTIKE SAOBRAAJA

U ovom odeljku pruene su informacije o globalnim karakteristikama saobraaja za 2G, 3G i 4G saobraaj, zasnovano na sledeim razmatranjima:

karakteristike globalnih beinih operatorskih implementacija za 2G, 3G i 4G (ukljuujui udeo trita, razvoj tehnologije... );

globalna ekonomska profitabilnost u smislu ukupnih prihoda i prihoda operatora;

globalne geografske karakteristike u smislu gustine stanovnitva, poznavanja gradova/ruralnih sredina;

preporuke lokalnog regulatornog tela.

Baza podataka je izgraena za karakterizaciju podele ureaja i aplikacija po dravama i operatorima. Predikcije saobraaja su pretpostavljene za severnoameriki suburban grad od 4 miliona stanovnika, gde je kombinacija M2M terminala predstavljena u

tabeli 8.3 (u 2010. godini procenat 3G i 4G modula je relativno nizak).

Tabela 8.3 Saobraaj M2M terminala u procentima za 2G, 3G i 4G

2012 2014

2G(%) 3G(%) 4G(%) 2G(%) 3G(%) 4G(%)

Pametna telemetrija 13 4 0 8 3 1

Live video 0 1 1 0 1 1

Prodajni automati 1 1 0 1 1 0

eHealth 1 1 0 1 2 0

Bezbednost i nadzor 7 4 0 5 5 1

Point of Sale 3 2 0 2 2 1

Industrijska

automatizacija 1 4 0 1 4 1

Automatizacija zgrade 10 3 0 7 4 1

Automotive 20 21 2 13 30 6

Ukupno 56 40 4 37 51 13

8.2.1. 2G SAOBRAAJ

Slike 8.1, 8.2, 8.3 predstavljaju prosean bitski protok (raunan u periodu od jednog sata) generisan od strane M2M aplikacija koje su interagovale sa 2G ureajima. Ove slike su pretpostavke za severnoameriko trite zasnovano na projektovanim 2G modulima prodaje za svaki trini segment koji je uzet pod razmatranje. Zasnovano na tim rezultatima, izvedeni su sledei zakljuci:

2G M2M saobraaj e se grubo udvostruiti svakih nekoliko godina.

Globalni 2G moduli saobraaja imaju tendenciju da budu simetrini. Kao to je pokazano u tabeli 8.3, za 2G saobraaj pametnih meraa je asimetrian (sa prosenim odnosom 5/100 izmeu odlaznih i dolaznih podataka), drugi 2G



M2M saobraaj je vie dolazno intenzivan, posebno u sluaju automotive aplikacija gde se preuzima vea koliina podataka (mape, internet pretraivanje i sl.).

Prosean bitski protok po satu je veoma nizak. Pik protoka podataka moe biti znaajno vei, ali je to tee predstaviti jer zavisi od nekoliko parametara, kao to je kapacitet linka i optereenje lokacije. Programeri aplikacija veoma esto prave aplikacije da budu prilagoene servisu. Na primer, u sluaju pametnih meraa oni e generalno biti programirani da izvetavaju podatke na poetku svakog sata, generiui veliki sinhronizujui efekat i veliko optereenje mree. Ovo je detaljnije opisano na slici 8.4 koja predstavlja dnevne ablone korienja RADIUS-a (protokol korien za autentifikaciju i accounting) uzetih od mreno aktivnih M2M aplikacija. Ova slika pokazuje sinhronizacioni efekat koji se deava svakih 90 minuta. Rezultati ovih sinhronizacionih efekata su pojave saobraajnih burst-ova, koji su u proseku 20 puta vei od asovno procenjenog bitskog protoka i prikazani su na slikama 8.1, 8.2 i 8.3.

Slika 8.1 - Prosean M2M protok po lokaciji, 2G, Severna Amerika 2010.g.





Slika 8.4 - Primer sinhronizovanog pristupa podacima M2M aplikacija

(optereenje na RADIUS serveru)

8.2.2. 3G SAOBRAAJ

Slike 8.5 i 8.6 prikazuju na prosean bitski protok (izmeren za period od jednog sata) generisan od strane M2M aplikacija, koje su interagovale sa 3G ureajima. Ove slike su pretpostavke za severnoameriko trite zasnovano na projektovanim 3G modulima prodaje za svaki trini segment koji je uzet u razmatranje. Zasnovano na ovim slikama, sledei zakljuci su izvedeni:

Zbog cene delova modula, koji su ostali relativno skupi, 3G M2M saobraaj ima vei uticaj na mreu tek od 2012. godine.

Za razliku od 2G, 3G globalni saobraaj je veoma asimetrian, gde je saobraaj na uplink-u pet do est puta vei nego saobraaj na downlink-u. Ovo se uglavnom javlja zbog injenice da neke aplikacije zahtevaju visok protok podataka, kao to je live video koji e bez sumnje koristiti 3G i 4G (kada odgovarajui moduli postanu dostupni).



Tokom 2014. godine 3G globalni M2M saobraaj e biti 10 puta vei u odnosu na 2G M2M saobraaj.



8.2.3. 4G SAOBRAAJ

Slike 8.7 i 8.8 prikazuju prosean bitski protok (izmeren za period od jednog sata) generisan od strane M2M aplikacija, koje su interagovale sa 4G ureajima. Ove slike su pretpostavke za severnoameriko trite zasnovano na projektovanim 4G modulima prodaje za svaki trini segment koji je uzet pod razmatranje. Zasnovano na ovim slikama, sledei zakljuci su izvedeni:

Zbog cene svih delova 4G modula, 3G generisan saobraaj e biti dominatan u odnosu na 2G i 4G.

Svi ostali zakljuci izvueni za 3G takoe vae i za 4G saobraaj.





Mogu se izvui sledei zakljuci u vezi M2M globalnog saobraaja:

Kao to je opisano u nastavku na slikama 8.9 i 8.10, globalni 3G i 4G M2M saobraaj je asimetrian sa veim odlaznim (upstream) u odnosu na dolazni (downstream) saobraaj. Ovo uvodi novi izazov u implementaciji jer su operatori prilagoeni suprotnom ablonu personalnih komunikacija. Oba, radio i mreni dizajn moraju uzeti ove karateristike u obzir. Trenutne komunikacione mree, kao i relevantni standardi, su dizajnirani i optimizovani za intenzivniji dolazni (downlink-intensive) saobraaj. Odreene implemetacije M2M aplikacija preko 3G i 4G e promeniti ablon i nametnuti novi izazov u dizajnu mree.

M2M saobraaj ima nagle pikove (bursty), jer M2M aplikacije nisu prilikom izrade uzimale u obzir rasporeivanje saobraaja i optereenje mree. Nagli saobraaj je rezultat sinhronizacionog efekta izazvanog od strane nekoliko M2M ureaja, koji istovremeno alju podatke.



Slika 8.9 - Prosean pik saobraaja u toku jednog asa po elijskoj lokaciji (upstream)

Slika 8.10 - Prosean pik saobraaja u toku jednog asa po elijskoj lokaciji (downstream)

Generalno, as najveeg optereenja za kombinaciju M2M saobraaja je isti kao za personalne komunikacije, ak iako su odreene M2M aplikacije iskljuene za vreme asova najveeg optereenja. Iz tog razloga mreni operatori ne mogu da profitiraju od personalnih i M2M komunikacija. Zato,

drugi mehanizmi kao to je kontrola preoptereenja ili tolerancija na kanjenje moraju biti razmatrani kako bi se obezbedila stabilnost mree i efikasnost trokova.

Kao rezultat navedenih zakljuaka, postaje jasno da, ne samo ugraene funkcionalnosti, ve i operativne prakse moraju uzeti prednosti svih karakteristika M2M saobraaja, posebno u smislu fleksibilnosti. Preuzimanje svih karateristika M2M saobraaja ima za cilj pruanje ekonomski isplativih M2M komunikacija, prevazilaenje saobraajnih optereenja i izbegavanje ometanja od strane drugih komunikacija gde se zahtevaju stroiji servisi.

Tabela 8.4 predstavlja pregled karakteristika M2M saobraaja koje se mogu iskoristiti u smislu sistemskog unapreenja za komunikaciju maina - zajedniki termin



korien u 3GPP za rad na M2M. Ova tabela se bazira na prethodnom odeljku M2M karakteristika segmenata.

Tabela 8.4 - Segmenti trita

AutomotivePametna

telemetrijaBezbednost PoS

Prodajni

automatieHealth

Live

video

Automatizacija

zgrada

Industriska

automatizacija

Bez mobilnosti - + + + + - 3 + +

Niska mobilnost - - - - - + - + +

Visoka mobilnost + - - - - - 3 - -

Mali protok

podataka- + + + + 2 - + +

Veliki protok

podataka+ - 1 - - - + - -

Stalni nosioci - - - + - - - - -

Sinhronizacioni

efekat- + - - + - - - -

Konektivnost sa

vise nosilaca+ - - - - + - - -

Tolerancija na

kanjenje- + - - + + - + -

Predvidljivo

ponaanje- + + - - + + + -

Segmetni trista

Karakteristike

saobraaja



9. PRINCIPI ARHITEKTURE ZA M2M KOMUNIKACIJE

Veliki broj lekcija je nauen od prvih implementacija M2M sistema. Prvo, vertikalno integrisane aplikacije su teke za razvoj, primenu i testiranje. Ne samo da treba da se bave aplikacijom poslovne logike, ve moraju da sadre i veliki broj mreno orjentisanih funkcionalnosti. Posmatrajui zahteve M2M aplikacija, jasno je da se svi oslanjaju na skup slinih funkcionalnih blokova, naroito kada je re o svim aspektima vezanim za komunikacije i osnovne mree.

Drugo, M2M je direktno povezan sa isplativou. M2M vri generisanje dela prihoda po korisniku (ARPU - Average Revenue Per User) od ostalih potroakih ureaja, kao to su pametni telefoni (Smart phones). Meutim, svi analitiari se slau da e broj angaovanih M2M ureaja biti reda veliine veeg od mobilnih ureaja. Kao rezultat toga, mrea mora da postane M2M orjentisana i da iskoristi prednosti svih karakteristika M2M saobraaja u cilju obezbeivanja nivoa skaliranja i trokova, koji odgovaraju projektovanim M2M ureajima i ARPU strukturi.

Slika 9.1 prikazuje princip rada i osnovne principe arhitekture u razliitim organizacijama. Takoe, prikazuje i plan migracije sa sadanjeg nivoa razvoja do novog horizontalnog platform-based razvoja.



Slika 9.1 - M2M od inicijalne do uobiajene implementacije

Slika 9.1 prikazuje sledee kljune principe za dalji razvoj M2M:

Aplikacije ce se sve vie fokusirati na aplikacijski poslovnu logiku i nuditi funkcije ka horizontalnoj platformi, kao to su modifikacija podataka, sigurnost, DNS, upravljanje ureajem , itd. Pristup funkcionalnostima ove horizontalne platforme bice obezbeen kroz niz o tvorenih, standardizovanih i IT orijentisanih API-a.

Za razliku od dananjih vertikalno integrisanih aplikacija, koje koriste ogranien skup operatorskih interfejsa (uglavnom podaci i SMS ), koricenje horizontalne platforme omogucava pristup vecem skupu os novnih mrenih interfejsa (kao to su lokacija, QoS, adresiranje) bez zahteva za implementacijom protokola za pristup, a kompleksnost je skrivena kroz

upotrebu jednog otvorenog API-a.

Pristupna mrea, kao i jezgro mree moraju postati M2M orjentisani. Za razliku od radova koji se u ETSI obavljaju na horizontalnoj platformi, koja

nalae potrebu za radom na novoj arhitekturi, rad na optimizaciji mree nije usmeren ka novim arhitekturama . On ima za cilj ponovno korienje postojece 2G, 3G, 4G arhitekture (za wireless) i optimizaciju mree za M2M saobracaj.

Ureaji implementiraju otvoren interfejs prema horizontalnoj platformi sa mogunou da poseduju ve gotove funkcionalnosti, kako bi implementirale deo mree horizontalne platforme. Ove mogucnosti servisa su izloene aplikacijama klijentskih ureaja slino kao na strani mree.



Da bi se obezbedio dobar pregled sa aspekta optimizacije mree, slede primeri funkcionalnosti koji su standardizovani od strane 3GPP-a:

Niska mobilnost: namenjeno MTC (Machine-Type Communications) ureajima koji se ne pomeraju, pomeraju se retko ili se pomeraju samo unutar odreenog regiona. Optimizacija se sastoji od manje frekventnih (na osnovu pravila operatora) upravljakih funkcija aktiviranja mobilnosti, koje troe mrene resurse.

Vremenska kontrola: namenjeno MTC aplikacijama koje mogu da toleriu slanje ili prijem podataka samo za vreme definisanih vremenskih intervala.

Mreni operator doputa takvim MTC aplikacijama da alju/primaju podatke i signalizaciju i izvan ovih definisanih intervala, ali se taj saobraaj razliito naplauje.

Vremenska tolerancija: namenjeno MTC ureajima koji mogu da odloe svoj prenos podataka za vreme preoptereenja mree u zamenu za bolje protoke.

Samo komutacija paketa: namenjeno MTC ureajima koji zahtevaju samo servise na bazi komutacije paketa, to znai da ne postoji potreba za pristupom SMS-u ili govornim servisima na bazi komutacije kola.

Mali online prenosi podataka: namenjeno MTC ureajima koji alju ili primaju male koliine podataka. Cilj je znaajno smanjenje signalizacionog preoptereenja, kada se alju ograniene koliine podataka.

Priority alarm message (PAM): namenjeno MTC ureajima koji zahtevaju momentalnu panju u sluaju nekog problema poput krae, vandalizma isl.



10. ARHITEKTURA

Machine-to-Machine (M2M) komunikacija je zajedniko ime za komunikacije razliitih ureaja i aplikacija kroz razliite transportne i pristupne mree, bez ljudske interakcije. Ova tehnologija uz postojee, nudi ogroman potencijal za razvoj buduih primena.

Potreba arhitekture [6]:

Proizvoai (industrija) razvijaju ureaje i mrene elemente,

Provajderi M2M aplikacija koriste mree operatora za pruanje servisa,

Slojevit (layered) model - Standardizovana komunikacija izmeu entiteta se odvija na odgovarajuem sloju, i

Zajednika infrastruktura izmeu razliitih aplikacija i mrenih elemenata.

Treba istaknuti nekoliko osnovnih pretpostavki ili ciljeva koji uslovljavaju izgled

M2M arhitekture:

M2M arhitektura je horizontalna, slojevita arhitektura sa istaknutim kljunim interfejsima kao i zajednikim funkcionalnostima koje koriste vertikalne aplikacije.

M2M arhitektura omoguava implementaciju vie aplikacija i vie korisnika preko jednog M2M sistema odravajui pritom principe sigurnosti i integriteta.

Komunikacione i informacione usluge podeljene su u dve zasebne logike celine to znai da se M2M sistem moe implementirati u postojeu komunikacionu infrastrukturu sa minimalnim ili nikakvim promenama na

postojeoj infrastrukturi. Sloj za komunikacione usluge slui za omoguavanje komunikacije izmeu krajnjih M2M ureaja.

Odvojeno od komunikacionih usluga postoji funkcionalnost koja je zaduena za obradu aplikacijskih podataka. Dakle, funkcionalnosti koje se odnose na

podatke i informacije (od strane senzora i aktuatora) logiki su odvojene na



M2M podatke i info

zahtevi za m2m komunikacije

Documents