電信網絡中之物聯網編碼簡介
責任編輯:editor005 作者:顏圣原 | 2017-11-06 13:47:18 本文摘自:ncc
一、公眾電信網絡之物聯網編碼
目前物聯網服務的底層通信連接網絡還是以2G、3G、4G移動通信網路或WiFi無線接取的互聯網為主,但不排除物聯網應用本身的特性需要在固定通信網路下運作,所以對于物聯網可能涉及的編碼方式,應考慮連接網絡是公眾電信網絡(固定通信網路或移動通信網路)或互聯網的情形,但是在互聯網上應用的物聯網服務,其使用之域名與地址(IPv4或IPv6)的編制格式與現行互聯網上的各種應用服務一致,不需做變更,基本上不屬于電信網絡的范圍,以下僅簡要說明在公眾電信網絡(固定通信網路或移動通信網路)的物聯網編碼。
(一)固定通信網路(PSTN/ISDN)
傳統固定通信網路(Public Switch TelephoneNetwork, PSTN/Integrated Service Data Network,ISDN)其核心網絡采電路交換的技術,對于傳統電路交換的PSTN/ISDN所用的電信號碼(用戶號碼)是國際電信聯盟電信標準化部門(ITU-T)所訂定的 E.164號碼(圖1),且因設備入網位置固定,不像移動網絡(Public Land Mobile Network, PLMN)的設備認證需要使用ITU-T所訂定的E.212號碼(International Mobile Subscriber Identity, IMSI)(圖2)。所以物聯網對于固定通信的電信網絡的編碼的選項有E.164號碼(必要的選項)及E.212號碼(非必要,僅作為物聯網裝置設備接入網絡注冊認證之用)。但基于IP的固定網絡(亦即IP-based NGN)則其核心網絡為分組交換的網絡,IP地址是必要(IPv4或IPv6格式),此時物聯網裝置設備若采E.212作為名稱識別,IP地址作為尋址,E.164號碼似乎沒有存在的必要,除非與其他裝置設備互通互聯時需使用E.164號碼。
(二)移動通信網路(PLMN)
目前移動通信中2G(GSM)、3G(WCDMA、CDMA2000)系統提供語音服務之核心網絡架構采取電路交換方式,但數據通訊部分的2G(GPRS)、3G(HSPA)、4G(LTE)系統之核心網絡架構則采取分組交換方式,有的移動通信網路僅有一種核心網絡(如2G僅有電路交換、4G的核心網絡則為IP-based的分組交換網絡),有的兩種型態核心網絡皆具(如3G 的核心網絡既有電路交換又有分組交換)。不過就長期的發展而言,移動通信網路仍將以IP-based的分組交換網絡為主。
不同于固定通信網路,對于采用移動通信之電路交換網絡的物聯網服務,不僅需要E.164號碼(移動通信中稱為MSISDN),亦需要E.212號碼(IMSI)作為設備入網認證之用,然而對于采用移動通信分組交換網絡的物聯網服務,雖然還是需要E.212(IMSI),但E.164(MSISDN)號碼就不是必要的,所以PLMN電信網絡的編碼選項可以有E.164號碼(非必要的)及E.212號碼(必要)。但對于基于IP分組交換的移動網絡的物聯網服務,IP地址(IPv4或IPv6格式)就變成不可或缺。因為國際上大多數的移動通信業者的網絡尚包含2G、3G及4G3種網絡,因此為了服務提供的延續性,對于物聯網的編碼至少應考慮E.164(MSISDN)、E.212(IMSI)以及IP地址。
綜上,依目前的電信號碼與地址用于物聯網服務的情形及公眾電信網絡及互聯網的發展趨勢分析,長期電信網絡中的PLMN(固網的NGN部分有可能并入PLMN整合成基于IMS((IP Multimedia Subsystem))的Future Network)仍會持續成為與互聯網一起競逐物聯網服務的底層通信連接網絡,兩者的消長互動應視各種接口開放的程度而定。短期甚至中期而言,PLMN仍有2G、3G電路交換核心網絡提供服務,所以傳統的E.164(MSISDN)及E.212(IMSI)均會存在,但E.164(MSISDN)未來可能在沒有電路交換的核心網絡后逐漸消失,E.212(IMSI)因其可作為認證注冊之用,安全機制優于互聯網所提供者,長期仍可能繼續使用,設備尋址的方式在僅剩下All-IP的核心網絡時,勢必漸進過渡到長期的IP地址。至于互聯網的設備識別預期應不會產生太大變化,地址機制預估會由IPv4演變至IPv6。
二、物聯網可運用之號碼資源
電信號碼或互聯網地址,基本上均是公眾電信網絡或互聯網上電信業者指定給連接其上之特定終端設備,俾用于識別用戶號碼(number)或地址(address),因此在網網相連情況下,電信號碼或網絡地址即需具備全球唯一性,始能避免沖突,而且電信號碼或網絡地址屬有限資源,必須有效使用與管理。
從物聯網服務發展的早期開始,連接服務提供商(Connectivity Service Provider)和物聯網服務提供商(IoT Service Provider)就是使用現有的E.164號碼(MSISDN)和E.212號碼(IMSI),其中E.212的IMSI即涉及MNC的核配,這是因為它們在既有的網絡基礎設施中相對容易實現。即使增加IPv6地址的使用之后,在短期至中期(甚至長期)內,很可能基于系統兼容的考慮,E.164和/或E.212號碼仍繼續被用于識別或尋址物聯網裝置設備。
(一)E.164
如圖1所示,E.164的號碼資源亦可分為3個部分:CC(Country Code)、NDC(National DestinationCode)以及SN(Subscriber Number)。CC的碼長為1至3碼,系由ITU指配給國家,通常一個國家只有一個CC,但也有如美國、加拿大等多個國家或地區共享一個CC(國碼1)。ITU并未規定NDC的碼長,一般由各國的電信主管機關就不同業務(如地理區域業務或非地理區域業務)擬訂編碼方式及碼長,SN則由獲核配之業者自行決定編碼方式,但碼長仍須遵循電信主管機關的規范(ITU規定E.164的碼長包含國碼不得超過15碼)。因此各國電信主管機關可掌握之E.164號碼資源為NDC的編碼方式及SN的碼長。
在目前的電信號碼編碼計劃,E.164資源的稀缺性,似乎不是物聯網發展的主要障礙,因為如果有必要,電信主管機關可以通過開放專用的物聯網號碼區塊或以在既有的E.164移動號碼區塊增加新的專用號碼資源,不過,開放新的號碼區塊可能會導致延遲服務的推出,這些都是每個電信主管機關在國家層面應仔細分析和解決的潛在問題。
目前各國電信主管機關在解決物聯網應用的電信號碼資源時,考慮到物聯網終端設備未來可能會大量布設,無不將目光鎖定在E.164號碼資源。依據2010年歐洲郵政與電信會議(European Conference of Postal and Telecommunications Administrations,CEPT)電子通訊委員會(Electronic Communications Committee, ECC)的153號報告(Numbering andAddressing in M2M Communications)所提出的4種E.164號碼資源運用于物聯網服務之基本選項(選項A基于移動基礎設施,而選項B,C和D獨立于底層網絡技術)(表1):
A.現有的移動號碼區塊(E.164號碼),包括可能的擴展。
B.開放碼長更長之新號碼區塊(E.164號碼)提供給物聯網通信服務使用(比正常情況下的號碼長,但根據E.164規定碼長含國碼最多15碼)
C.國際號碼區塊(E.164編號)
D.網絡內部號碼
ECC指出,在短期和中期,基于對目前市場的了解,對這4個選項并沒有明確的偏好。
對選項A而言,由于使用的是既有移動號碼區塊,故最主要的挑戰在于其號碼容量的充裕性是否能滿足全新物聯網應用對號碼潛在的大量需求,且在需要區隔既有的移動通信服務與物聯網通信服務時,將產生困難。
由于選項C僅適用于(至少兩個以上國家的)跨國性服務,且需要ITU-T支持,因此無法將其單純視為在國內環境中對物聯網通信服務編碼容量需求的解決方案。
不管是市話或移動電話的號段,因為考慮便于人們記憶,其號碼長度一般不可能太長,因此現有號碼區塊容量都不會太大,而當現有號碼區塊容量不足的情況下,則在短時間內較適宜編配新的號碼區塊(選項B)以及 或使用網絡內部號碼(選項D)。但選項D為業者網絡內部的號碼,存在有可能無法與其他業者互連、不可能提供號碼可攜、物聯網服務提供商可能會被電信業者鎖住導致影響市場競爭、要從內部號碼演進到E.164號碼有困難等問題,因此選項D不是電信主管機關所樂見的選擇。
綜上所述,采用選項B開放新的E.164號碼區塊給物聯網通信服務,并根據E.164規范,提供含國碼全碼碼長達到最多的15碼,將是最可能的選項。若采用此選項,則應確保獲核配電信業者不會使用新的號碼區塊替代現有號碼區塊提供原號碼區塊的服務(例如以新區塊的號碼提供人與人間之語音通信服務),以規避相關法規的要求。
(二)E.212
如圖2所示,E.212的號碼資源可分為3個部分:MCC(Mobile Country Code)、MNC(Mobile Network Code)以及MSIN(Mobile Subscription Identification Number)。MCC的碼長為3碼,系由ITU指配給國家,通常一個國家只有一個MCC,但也有例外的情形,如一個國家有多個MCC(例如美國、英國、日本等等)或用于國際上共享的MCC 901。MNC的碼長規定為2至3碼,一般由各國的電信主管機關核配給移動網絡業者,MSIN則由獲核配之業者自行決定編碼方式及碼長(但其碼長加上MCC及MNC的碼長不得超過15碼)。因此各國電信主管機關可掌握之E.212號碼資源為MNC,不過ITU的會員國在其本身原來MCC底下的MNC將用罄時,可以向ITU申請再指派新的MCC。
根據當前各國法規規定,MNC僅核配給移動網絡業者(Mobile Network Operator, MNO),但某些國家會另外核配給某些虛擬移動網絡業者(Mobile Virtual Network Operator, MVNO)。依據ITU-TE.212 Annex B的規范MNC僅核配給提供公眾電信服務的公眾網絡,因此許多國家不允許將MNC分配給物聯網服務用戶(IoT user)。如果能核配MNC給具有維運自己的MNC所需技術和經濟能力的物聯網服務用戶(IoT user),并且該物聯網用戶能自行建置相應的功能以便有效地更換連接服務提供商(Connectivity Service Provider),此時這種核配機制可以促進市場競爭。
正如ECC 2013年的194號報告(Extra-Territorial Use of E.164 Numbers)指出的,物聯網的新市場參與者的存在表明,電信主管機關應考慮以更彈性的方式核配MNC(放寬MNC核配資格)。然而,如果新規則擴大了MNC核配資格(可能包括物聯網服務用戶)的范圍,相對地,國家可用MNC的數量可能會減少并導致有耗竭的可能。因此,各國電信主管機關應采取措施,并以不會導致資源耗竭的方式管理和核配MNC。
E.212號碼中的移動網絡碼(MNC)由各國電信主管機關核配予移動通信業者(MNO),但有部分國家會核配MNC給虛擬移動網絡業者(MVNO)。雖有相關組織建議ITU進一步解禁將E.212相關號碼(MNC)開放給非電信業者,但目前ITU仍維持MNC只核配給電信業者,因此E.212號碼資源暫時無匱乏的問題。
目前雖有足夠的E.212可用,然而在大多數國家,每個移動國家代碼(MCC)下只有100個MNC可用的情況下,就存在E.212資源(MNC)稀缺的風險,特別是,如果放寬E.212資源分配規則,核配MNC給物聯網服務用戶,稀缺性可能會成為一個問題。
(三)IP地址
除了電話號碼,IP地址亦為物聯網服務的資源。迄今為止,常用的IPv4地址格式僅能支持數量相對有限的全球可尋址設備;然而,許多連接的設備可以使用私有的IPv4地址,透過網絡地址轉換裝置(Network Address Translation, NAT)與外界通信。但考慮目前全球五大洲的地區互聯網注冊機構(Regional Internet Registry, RIR)已宣布IPv4有限的地址空間耗盡,而物聯網服務的預期增長及互聯網連接設備的數量,必須及早規劃及推動地址空間更大的IPv6。
IPv6標準具有大量的地址空間,并且可以支持相當多的設備。許多連接服務提供商(Connectivity Service Provider)已經體認到遷移至IPv6對于新服務增長的重要性,并且持續升級其網絡以支持IPv6。雖然IPv6的使用在過去幾年中已經大幅增長,但預計IPv4和IPv6仍將并存一段相當時間。
根據歐盟的BEREC(The Body of European Regulators for Electronic Communications)在2016年2月發布的BoR(16)37號報告(Enabling the Internet of Things)指出,在歐盟內,66%的本地互聯網注冊機構(Local Internet Registry, LIR)已經采取措施支持IPv6,另外在歐盟還有超過27%的網絡也支持IPv6。對于全球物聯網市場,設備制造商在開始開發僅支持IPv6(IPv6 only)的設備前,會先考慮IPv6部署的廣度
相關利益關系人估計,IPv6廣泛普及可能還需要5到10年。然而,當廣泛使用IPv6地址且使用在那些不需要傳統語音或簡訊服務的設備時,E.164號碼可能就變成非必要而開始退出市場。但是當移動性是物聯網服務的必要特性時,可能還是仍持續需要E.212資源。
物聯網中IP地址之管理
大多數網絡在短中期內仍然是使用IPv4,以IP為基礎的物聯網建置將受到限制,但長期而言,物聯網的底層通信連接網絡(不管是PLMN或Internet)使用IPv6則是必然的,而IPv6龐大的地址數量,可以讓物聯網連接服務提供商(Connectivity Service Provider)不必顧慮地址不夠用,亦可以有更多的創新應用。但當前電信業者基于各種因素,對于IPv6的布建仍可能持保留的態度,因此政府應以身作則率先建置IPv6網絡,并以各種政策誘因加速私部門(尤其是電信業者)IPv6網絡的建置,讓物聯網價值鏈上的相關服務提供商全力發展各種物聯網的應用服務。
三、結語
依據國際研究調查機構Gartner于2015年底之預測:至2020年全球聯網設備(包括經由移動網絡聯網者)將達到208億個,該機構2016年6月預測智能手機至2020年將達到19億支。另據GSMA(為了GSM移動電話系統的共通標準、建置以及推動,由全球移動通信業者以及相關公司所贊助成立的協會。)于2015年發表之預測數據,在2020年時全球經由移動網絡聯網之設備(Cellular M2M)將達10億至20億個。雖然不同組織對物聯網的聯網設備有不同的預測數,但整體來看,成長的數量是很龐大的,且隨著移動通信技術演進,這個成長趨勢更是明顯,各國為促進物聯網的發展,對于物聯網的編碼規劃均已做好充分準備,以應付短期內大量的聯網設備需求。