我夢寐以求的物聯網/第 6 章：物聯網與機器對機器 (M2M)

機器對機器通訊簡介

物聯網 (IoT) 是在現有網際網路基礎設施中相互連線的具有唯一標識的獨立和嵌入式計算裝置。通常，物聯網預計將提供裝置、系統和服務的先進連線，超越機器對機器 (M2M) 通訊，涵蓋各種協議、領域和應用。^[1]

物聯網的 M2M 通訊是該系統非常有用且有效的方面。例如，物聯網在工作場所，尤其是在工廠中，已經接管了監控工業流程、管理車隊和資產以及保護設施的日常任務。此外，它還用於我們自己的家中，以控制家庭安全、調整能源消耗等。在未來，我們的家很可能被稱為智慧家居，因為所有將使用該技術的元件。^[2]

M2M 指的是允許無線和有線系統與其他裝置通訊的技術。M2M 的歷史自計算機網路自動化的出現以來以不同的形式存在，並且早於蜂窩通訊。IP 網路在世界範圍內的擴充套件使得 M2M 通訊更容易進行，並且減少了機器之間通訊所需的時間和功耗。這些網路還為消費者和生產者在所售產品的連線方面提供了許多新的商機和連線。最初，M2M 用於自動化和儀器儀表，但最近也用於電信應用。

M2M 的結構

任何發展中的領域都會有它自己的概念和術語，因此儘可能清晰地將這些概念和術語映射出來是有用的。我們的分類如下^[3]

1. 事物

物聯網中的“事物”或 M2M 中的“機器”是指其身份和狀態被轉發到連線網際網路的 IT 基礎設施的物理實體。幾乎任何您可以連線感測器的物體——田野裡的牛、貨船上的集裝箱、辦公室裡的空調機組或街道上的路燈——都可以成為物聯網中的一個節點。

2. 感測器

這些是“事物”的元件，負責收集和/或廣播資料，無論是位置、海拔、速度、溫度、光照、運動、功率、溼度、血糖、空氣質量、土壤溼度...... 應有盡有。這些裝置很少是我們通常意義上的計算機，儘管它們可能包含許多或所有相同的元素（處理器、記憶體、儲存、輸入和輸出、作業系統、軟體）。關鍵是它們越來越便宜、豐富且能夠通訊，無論是直接與網際網路通訊還是與連線網際網路的裝置通訊。

3. 通訊 (本地區域)

所有物聯網感測器都需要某種方式將資料中繼到外部世界。有大量可用的短程或本地區域無線技術，包括：RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙（包括藍牙低功耗）、XBee、Zigbee、Z-Wave 和無線 M-Bus。有線連線也不少，包括乙太網、HomePlug、HomePNA、HomeGrid/G.hn 和 LonWorks

4. 通訊 (廣域)

對於長距離或廣域鏈路，可以使用可用的行動網路（例如使用 GSM、GPRS、4G、LTE 或 WiMAX）和衛星連線。新興的無線網路，如超窄帶 SIGFOX 和電視空白頻段 NeulNET，也正在出現，專門針對 M2M 連線。位於便利位置的固定“事物”可以使用有線乙太網或電話線進行廣域連線。一些模組化感測器平臺，例如 Libelium 的 WaspMote，可以配置多種本地和廣域連線選項（ZigBee、Wi-Fi、藍牙、GSM/GPRS、RFID/NFC、GPS、乙太網）。除了能夠連線多種型別的感測器外，這還允許裝置被配置為廣泛的垂直市場。

5. 伺服器 (內部)

某些型別的 M2M 安裝，例如智慧家居或辦公室，將使用本地伺服器來收集和分析來自本地網路資產的資料——即時和非即時資料。這些內部伺服器或更簡單的閘道器通常也會連線到基於雲的儲存和服務。

6. 本地掃描裝置

具有短程感測器的“事物”通常位於一個專用區域，但不會永久連線到本地網路（例如，農場中帶有 RFID 標籤的牲畜，或購物中心中持有信用卡的購物者）。在這種情況下，將需要本地掃描裝置來提取資料並將其轉發以進行處理。

7. 儲存和分析

如果您認為今天網際網路建立了大量資料，那麼物聯網將是另一回事。它將需要龐大、可擴充套件的儲存和處理能力，這些能力幾乎肯定駐留在雲中，除非有特定本地化或安全敏感的情況。服務提供商顯然可以訪問這裡，不僅是為了管理資料和調整分析，還為了業務流程，例如客戶關係、計費、技術支援等等。

8. 面向使用者的服務

來自物聯網的資料和分析的子集將可供使用者或訂閱者使用，並透過易於獲取和瀏覽的介面在全方位安全的客戶端裝置上呈現（希望如此）。M2M 和物聯網具有巨大的潛力，但它們目前包含一系列異構的現有和新興技術和標準，通常是相互競爭的（儘管這裡正在進行著努力）。這是因為這個概念適用於並且是從廣泛的市場部門發展起來的。

系統監控

在系統工程中，系統監控器 (SM) 是分散式系統中用於收集和儲存狀態資料的過程。這是支援應用程式效能管理的基本原理。^[4] M2M 通訊用於系統監控應用，例如^[5]

• 水位測量
• 空氣質量測量
• 監控空氣中的氣體和汙染物水平
• 監控系統和元件溫度和壓力

現實世界示例

水管理系統使用 M2M 無線技術裝置，可以監控灌溉時間表，以便使用天氣資料和水分蒸發量為農田提供適量的用水。安裝的裝置可以記錄執行時間週期和其他所需資料以維護系統和灌溉時間表。加利福尼亞州使用 M2M 監管其用水量和灌溉時間表。能夠監控電力系統、廢水處理以及石油和天然氣生產，為維護和提高效率提供了一個有效的系統，從而節省時間、資金和資源，同時降低維護成本。它還允許公司根據來自基礎設施近端和遠端部分的準確、即時資料做出立即決策。

M2M 與移動環境

M2M 通訊——或更廣泛的物聯網類別——正在改變許多行業進入市場和運營的方式。如今，幾乎所有東西都已連線。^[6] 升級通訊方法，尤其是在移動環境方面，可以實現很多事情。行動網路運營商 (MNO) 需要升級其系統，以在未來各個領域變得更加可靠。

例如，在車輛領域，未來的汽車將相互通訊以減少必要的人為干預，從而導致更少的事故和改善的交通狀況。車輛可以在沒有駕駛員完全介入的情況下自動控制。這些始終或幾乎始終連線的服務包括在車輛和交通訊號燈或橋樑之間傳輸資訊，以及告訴大眾運輸使用者下一輛公共汽車何時到達的應用程式。^[7] 實施這項技術有很多優點，例如幫助人們穿越偏遠地區、減少人們等待公共交通的時間以及避免交通擁堵。

M2M 及其對電信行業的影響

M2M 通訊是指大量智慧機器在無需直接人工干預的情況下，共享資訊並進行協作決策。這有可能實現更高的成本效益。

M2M 為電信行業帶來了巨大的機遇，因為它需要透過各種技術家族（如 IP、RFID、感測器網路、智慧計量等）實現大量的通訊系統。根據 Galetić 等人的說法，其通訊原理存在於許多不同的行業垂直領域。^[8] 一些最突出的 M2M 支援的應用領域包括

• 安全 - 監控應用、警報、物件/人員跟蹤等；
• 交通 - 車隊管理、排放控制、收費支付、道路安全等；與智慧交通系統 (ITS) 概念密切交織在一起；
• 電子健康 - 遠端患者監控、移動健康、遠端護理；
• 製造 - 生產鏈監控和自動化；
• 公用事業 - 石油、水、電力、熱能等公用事業的計量、供應和計費；
• 工業供應和供應 - 貨物供應和配送監控、自動售貨機等；以及
• 設施管理 - 各種家庭/建築/校園相關資源管理的資訊化和自動化。

以上所有示例都代表了必須將相關裝置連線到電信裝置的領域，這些裝置可以提醒超出範圍和危險情況。電信行業的成員，如愛立信、諾基亞、西門子和摩托羅拉，已經抓住機會，抓住物聯網理念和機器對機器互動的重要概念。

結論

網際網路不僅僅用於與人交流；它現在也用於智慧連線裝置，這些裝置必須能夠以遠遠超出人們最初需要或使用的速度、規模和能力進行通訊和互動。物聯網 (IoT) 正在透過 M2M 和其他協議，逐步使世界變得更加靈活和功能強大。^[9] M2M 代表著一個正在發展的領域，它有自己的概念，包括感測器、區域網和廣域網通訊、本地伺服器、本地掃描裝置、面向使用者的服務以及儲存和分析。此外，該技術已發展到移動環境中，以進一步改善人機通訊，包括在收集資料和驅動決策的監控系統中。M2M 也正在對電信行業產生影響，幫助改變我們與裝置的互動方式。