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电信网络中之物联网编码简介


作者:颜圣原 来源:物联之家网 2017-11-07 10:44:02 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容:

摘要:目前物联网服务的底层通信连接网络还是以2G、3G、4G移动通信网路或WiFi无线接取的互联网为主,但不排除物联网应用本身的特性需要在固定通信网路下运作,所以对于物联网可能涉及的编码方式,应考虑连接网络是公众电信网络(固定通信网路或移动通信网路)或互联网的情形。

关键词:电信[887篇]  物联网[18513篇]  物联网编码[0篇]  

  物联网在极少人为或无人互动的情形下,提供连网的装置设备和/或应用程序间自动传送数据的通信服务,本质上属于数据通信服务,物联网服务可以透过公众电信网络(固定通信网路或移动通信网路)或互联网提供网络连接,惟其主要的讯务大多为数据,仅有极少部分是语音或简讯,较适合以分组交换(packet switch)的方式传送,目前使用电信号码的固定通信网路(如市话、长途电话)大多仍以电路交换(circuit switch)的方式传送语音话务,除非已经全部进化到NGN(Next Generation Network),否则较不适合担任物联网讯务的传送,而且即便物联网装置设备在固定位置不需移动,以无线的方式布署,还是较有弹性且经济可行。所以现阶段发展中的电信级物联网,还是以移动通信网路为重点。就像人与人之间透过电话通信一样,为使物联网各种装置设备间能够彼此通信,装置设备同样需要被唯一地识别和寻址。在公众电信网络(固定通信网路或移动通信网路)或互联网上所使用的各种识别和寻址方式,如电信号码、域名、IP地址,基本上在物联网通信上同样适用。

  一、公众电信网络之物联网编码

  目前物联网服务的底层通信连接网络还是以2G、3G、4G移动通信网路或WiFi无线接取的互联网为主,但不排除物联网应用本身的特性需要在固定通信网路下运作,所以对于物联网可能涉及的编码方式,应考虑连接网络是公众电信网络(固定通信网路或移动通信网路)或互联网的情形,但是在互联网上应用的物联网服务,其使用之域名与地址(IPv4或IPv6)的编制格式与现行互联网上的各种应用服务一致,不需做变更,基本上不属于电信网络的范围,以下仅简要说明在公众电信网络(固定通信网路或移动通信网路)的物联网编码。

  (一)固定通信网路(PSTN/ISDN)

  传统固定通信网路(Public Switch TelephoneNetwork, PSTN/Integrated Service Data Network,ISDN)其核心网络采电路交换的技术,对于传统电路交换的PSTN/ISDN所用的电信号码(用户号码)是国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)所订定的 E.164号码(图1),且因设备入网位置固定,不像移动网络(Public Land Mobile Network, PLMN)的设备认证需要使用ITU-T所订定的E.212号码(International Mobile Subscriber Identity, IMSI)(图2)。所以物联网对于固定通信的电信网络的编码的选项有E.164号码(必要的选项)及E.212号码(非必要,仅作为物联网装置设备接入网络注册认证之用)。但基于IP的固定网络(亦即IP-based NGN)则其核心网络为分组交换的网络,IP地址是必要(IPv4或IPv6格式),此时物联网装置设备若采E.212作为名称识别,IP地址作为寻址,E.164号码似乎没有存在的必要,除非与其他装置设备互通互联时需使用E.164号码。

  (二)移动通信网路(PLMN)

  目前移动通信中2G(GSM)、3G(WCDMA、CDMA2000)系统提供语音服务之核心网络架构采取电路交换方式,但数据通讯部分的2G(GPRS)、3G(HSPA)、4G(LTE)系统之核心网络架构则采取分组交换方式,有的移动通信网路仅有一种核心网络(如2G仅有电路交换、4G的核心网络则为IP-based的分组交换网络),有的两种型态核心网络皆具(如3G 的核心网络既有电路交换又有分组交换)。不过就长期的发展而言,移动通信网路仍将以IP-based的分组交换网络为主。

  不同于固定通信网路,对于采用移动通信之电路交换网络的物联网服务,不仅需要E.164号码(移动通信中称为MSISDN),亦需要E.212号码(IMSI)作为设备入网认证之用,然而对于采用移动通信分组交换网络的物联网服务,虽然还是需要E.212(IMSI),但E.164(MSISDN)号码就不是必要的,所以PLMN电信网络的编码选项可以有E.164号码(非必要的)及E.212号码(必要)。但对于基于IP分组交换的移动网络的物联网服务,IP地址(IPv4或IPv6格式)就变成不可或缺。因为国际上大多数的移动通信业者的网络尚包含2G、3G及4G3种网络,因此为了服务提供的延续性,对于物联网的编码至少应考虑E.164(MSISDN)、E.212(IMSI)以及IP地址。

  综上,依目前的电信号码与地址用于物联网服务的情形及公众电信网络及互联网的发展趋势分析,长期电信网络中的PLMN(固网的NGN部分有可能并入PLMN整合成基于IMS((IP Multimedia Subsystem))的Future Network)仍会持续成为与互联网一起竞逐物联网服务的底层通信连接网络,两者的消长互动应视各种接口开放的程度而定。短期甚至中期而言,PLMN仍有2G、3G电路交换核心网络提供服务,所以传统的E.164(MSISDN)及E.212(IMSI)均会存在,但E.164(MSISDN)未来可能在没有电路交换的核心网络后逐渐消失,E.212(IMSI)因其可作为认证注册之用,安全机制优于互联网所提供者,长期仍可能继续使用,设备寻址的方式在仅剩下All-IP的核心网络时,势必渐进过渡到长期的IP地址。至于互联网的设备识别预期应不会产生太大变化,地址机制预估会由IPv4演变至IPv6。

  二、物联网可运用之号码资源

  电信号码或互联网地址,基本上均是公众电信网络或互联网上电信业者指定给连接其上之特定终端设备,俾用于识别用户号码(number)或地址(address),因此在网网相连情况下,电信号码或网络地址即需具备全球唯一性,始能避免冲突,而且电信号码或网络地址属有限资源,必须有效使用与管理。

  从物联网服务发展的早期开始,连接服务提供商(Connectivity Service Provider)和物联网服务提供商(IoT Service Provider)就是使用现有的E.164号码(MSISDN)和E.212号码(IMSI),其中E.212的IMSI即涉及MNC的核配,这是因为它们在既有的网络基础设施中相对容易实现。即使增加IPv6地址的使用之后,在短期至中期(甚至长期)内,很可能基于系统兼容的考虑,E.164和/或E.212号码仍继续被用于识别或寻址物联网装置设备。

  (一)E.164

  如图1所示,E.164的号码资源亦可分为3个部分:CC(Country Code)、NDC(National DestinationCode)以及SN(Subscriber Number)。CC的码长为1至3码,系由ITU指配给国家,通常一个国家只有一个CC,但也有如美国、加拿大等多个国家或地区共享一个CC(国码1)。ITU并未规定NDC的码长,一般由各国的电信主管机关就不同业务(如地理区域业务或非地理区域业务)拟订编码方式及码长,SN则由获核配之业者自行决定编码方式,但码长仍须遵循电信主管机关的规范(ITU规定E.164的码长包含国码不得超过15码)。因此各国电信主管机关可掌握之E.164号码资源为NDC的编码方式及SN的码长。

  在目前的电信号码编码计划,E.164资源的稀缺性,似乎不是物联网发展的主要障碍,因为如果有必要,电信主管机关可以通过开放专用的物联网号码区块或以在既有的E.164移动号码区块增加新的专用号码资源,不过,开放新的号码区块可能会导致延迟服务的推出,这些都是每个电信主管机关在国家层面应仔细分析和解决的潜在问题。

  目前各国电信主管机关在解决物联网应用的电信号码资源时,考虑到物联网终端设备未来可能会大量布设,无不将目光锁定在E.164号码资源。依据2010年欧洲邮政与电信会议(European Conference of Postal and Telecommunications Administrations,CEPT)电子通讯委员会(Electronic Communications Committee, ECC)的153号报告(Numbering andAddressing in M2M Communications)所提出的4种E.164号码资源运用于物联网服务之基本选项(选项A基于移动基础设施,而选项B,C和D独立于底层网络技术)(表1):

  A.现有的移动号码区块(E.164号码),包括可能的扩展。

  B.开放码长更长之新号码区块(E.164号码)提供给物联网通信服务使用(比正常情况下的号码长,但根据E.164规定码长含国码最多15码)

  C.国际号码区块(E.164编号)

  D.网络内部号码

  ECC指出,在短期和中期,基于对目前市场的了解,对这4个选项并没有明确的偏好。

  对选项A而言,由于使用的是既有移动号码区块,故最主要的挑战在于其号码容量的充裕性是否能满足全新物联网应用对号码潜在的大量需求,且在需要区隔既有的移动通信服务与物联网通信服务时,将产生困难。

  由于选项C仅适用于(至少两个以上国家的)跨国性服务,且需要ITU-T支持,因此无法将其单纯视为在国内环境中对物联网通信服务编码容量需求的解决方案。

  不管是市话或移动电话的号段,因为考虑便于人们记忆,其号码长度一般不可能太长,因此现有号码区块容量都不会太大,而当现有号码区块容量不足的情况下,则在短时间内较适宜编配新的号码区块(选项B)以及⁄或使用网络内部号码(选项D)。但选项D为业者网络内部的号码,存在有可能无法与其他业者互连、不可能提供号码可携、物联网服务提供商可能会被电信业者锁住导致影响市场竞争、要从内部号码演进到E.164号码有困难等问题,因此选项D不是电信主管机关所乐见的选择。

  综上所述,采用选项B开放新的E.164号码区块给物联网通信服务,并根据E.164规范,提供含国码全码码长达到最多的15码,将是最可能的选项。若采用此选项,则应确保获核配电信业者不会使用新的号码区块替代现有号码区块提供原号码区块的服务(例如以新区块的号码提供人与人间之语音通信服务),以规避相关法规的要求。

  (二)E.212

  如图2所示,E.212的号码资源可分为3个部分:MCC(Mobile Country Code)、MNC(Mobile Network Code)以及MSIN(Mobile Subscription Identification Number)。MCC的码长为3码,系由ITU指配给国家,通常一个国家只有一个MCC,但也有例外的情形,如一个国家有多个MCC(例如美国、英国、日本等等)或用于国际上共享的MCC 901。MNC的码长规定为2至3码,一般由各国的电信主管机关核配给移动网络业者,MSIN则由获核配之业者自行决定编码方式及码长(但其码长加上MCC及MNC的码长不得超过15码)。因此各国电信主管机关可掌握之E.212号码资源为MNC,不过ITU的会员国在其本身原来MCC底下的MNC将用罄时,可以向ITU申请再指派新的MCC。

  根据当前各国法规规定,MNC仅核配给移动网络业者(Mobile Network Operator, MNO),但某些国家会另外核配给某些虚拟移动网络业者(Mobile Virtual Network Operator, MVNO)。依据ITU-TE.212 Annex B的规范MNC仅核配给提供公众电信服务的公众网络,因此许多国家不允许将MNC分配给物联网服务用户(IoT user)。如果能核配MNC给具有维运自己的MNC所需技术和经济能力的物联网服务用户(IoT user),并且该物联网用户能自行建置相应的功能以便有效地更换连接服务提供商(Connectivity Service Provider),此时这种核配机制可以促进市场竞争。

  正如ECC 2013年的194号报告(Extra-Territorial Use of E.164 Numbers)指出的,物联网的新市场参与者的存在表明,电信主管机关应考虑以更弹性的方式核配MNC(放宽MNC核配资格)。然而,如果新规则扩大了MNC核配资格(可能包括物联网服务用户)的范围,相对地,国家可用MNC的数量可能会减少并导致有耗竭的可能。因此,各国电信主管机关应采取措施,并以不会导致资源耗竭的方式管理和核配MNC。

  E.212号码中的移动网络码(MNC)由各国电信主管机关核配予移动通信业者(MNO),但有部分国家会核配MNC给虚拟移动网络业者(MVNO)。虽有相关组织建议ITU进一步解禁将E.212相关号码(MNC)开放给非电信业者,但目前ITU仍维持MNC只核配给电信业者,因此E.212号码资源暂时无匮乏的问题。

  目前虽有足够的E.212可用,然而在大多数国家,每个移动国家代码(MCC)下只有100个MNC可用的情况下,就存在E.212资源(MNC)稀缺的风险,特别是,如果放宽E.212资源分配规则,核配MNC给物联网服务用户,稀缺性可能会成为一个问题。

  (三)IP地址

  除了电话号码,IP地址亦为物联网服务的资源。迄今为止,常用的IPv4地址格式仅能支持数量相对有限的全球可寻址设备;然而,许多连接的设备可以使用私有的IPv4地址,透过网络地址转换装置(Network Address Translation, NAT)与外界通信。但考虑目前全球五大洲的地区互联网注册机构(Regional Internet Registry, RIR)已宣布IPv4有限的地址空间耗尽,而物联网服务的预期增长及互联网连接设备的数量,必须及早规划及推动地址空间更大的IPv6。

  IPv6标准具有大量的地址空间,并且可以支持相当多的设备。许多连接服务提供商(Connectivity Service Provider)已经体认到迁移至IPv6对于新服务增长的重要性,并且持续升级其网络以支持IPv6。虽然IPv6的使用在过去几年中已经大幅增长,但预计IPv4和IPv6仍将并存一段相当时间。

  根据欧盟的BEREC(The Body of European Regulators for Electronic Communications)在2016年2月发布的BoR(16)37号报告(Enabling the Internet of Things)指出,在欧盟内,66%的本地互联网注册机构(Local Internet Registry, LIR)已经采取措施支持IPv6,另外在欧盟还有超过27%的网络也支持IPv6。对于全球物联网市场,设备制造商在开始开发仅支持IPv6(IPv6 only)的设备前,会先考虑IPv6部署的广度

  相关利益关系人估计,IPv6广泛普及可能还需要5到10年。然而,当广泛使用IPv6地址且使用在那些不需要传统语音或简讯服务的设备时,E.164号码可能就变成非必要而开始退出市场。但是当移动性是物联网服务的必要特性时,可能还是仍持续需要E.212资源。

  物联网中IP地址之管理

  大多数网络在短中期内仍然是使用IPv4,以IP为基础的物联网建置将受到限制,但长期而言,物联网的底层通信连接网络(不管是PLMN或Internet)使用IPv6则是必然的,而IPv6庞大的地址数量,可以让物联网连接服务提供商(Connectivity Service Provider)不必顾虑地址不够用,亦可以有更多的创新应用。但当前电信业者基于各种因素,对于IPv6的布建仍可能持保留的态度,因此政府应以身作则率先建置IPv6网络,并以各种政策诱因加速私部门(尤其是电信业者)IPv6网络的建置,让物联网价值链上的相关服务提供商全力发展各种物联网的应用服务。

  三、结语

  依据国际研究调查机构Gartner于2015年底之预测:至2020年全球联网设备(包括经由移动网络联网者)将达到208亿个,该机构2016年6月预测智能手机至2020年将达到19亿支。另据GSMA(为了GSM移动电话系统的共通标准、建置以及推动,由全球移动通信业者以及相关公司所赞助成立的协会。)于2015年发表之预测数据,在2020年时全球经由移动网络联网之设备(Cellular M2M)将达10亿至20亿个。虽然不同组织对物联网的联网设备有不同的预测数,但整体来看,成长的数量是很庞大的,且随着移动通信技术演进,这个成长趋势更是明显,各国为促进物联网的发展,对于物联网的编码规划均已做好充分准备,以应付短期内大量的联网设备需求。



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