我梦寐以求的物联网/第 6 章：物联网与机器对机器 (M2M)

机器对机器通信简介

物联网 (IoT) 是在现有互联网基础设施中相互连接的具有唯一标识的独立和嵌入式计算设备。通常，物联网预计将提供设备、系统和服务的先进连接，超越机器对机器 (M2M) 通信，涵盖各种协议、领域和应用。^[1]

物联网的 M2M 通信是该系统非常有用且有效的方面。例如，物联网在工作场所，尤其是在工厂中，已经接管了监控工业流程、管理车队和资产以及保护设施的日常任务。此外，它还用于我们自己的家中，以控制家庭安全、调整能源消耗等。在未来，我们的家很可能被称为智能家居，因为所有将使用该技术的组件。^[2]

M2M 指的是允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。M2M 的历史自计算机网络自动化的出现以来以不同的形式存在，并且早于蜂窝通信。IP 网络在世界范围内的扩展使得 M2M 通信更容易进行，并且减少了机器之间通信所需的时间和功耗。这些网络还为消费者和生产者在所售产品的连接方面提供了许多新的商机和连接。最初，M2M 用于自动化和仪器仪表，但最近也用于电信应用。

M2M 的结构

任何发展中的领域都会有它自己的概念和术语，因此尽可能清晰地将这些概念和术语映射出来是有用的。我们的分类如下^[3]

1. 事物

物联网中的“事物”或 M2M 中的“机器”是指其身份和状态被转发到连接互联网的 IT 基础设施的物理实体。几乎任何您可以连接传感器的物体——田野里的牛、货船上的集装箱、办公室里的空调机组或街道上的路灯——都可以成为物联网中的一个节点。

2. 传感器

这些是“事物”的组件，负责收集和/或广播数据，无论是位置、海拔、速度、温度、光照、运动、功率、湿度、血糖、空气质量、土壤湿度...... 应有尽有。这些设备很少是我们通常意义上的计算机，尽管它们可能包含许多或所有相同的元素（处理器、内存、存储、输入和输出、操作系统、软件）。关键是它们越来越便宜、丰富且能够通信，无论是直接与互联网通信还是与连接互联网的设备通信。

3. 通信 (本地区域)

所有物联网传感器都需要某种方式将数据中继到外部世界。有大量可用的短程或本地区域无线技术，包括：RFID、NFC、Wi-Fi、蓝牙（包括蓝牙低功耗）、XBee、Zigbee、Z-Wave 和无线 M-Bus。有线连接也不少，包括以太网、HomePlug、HomePNA、HomeGrid/G.hn 和 LonWorks

4. 通信 (广域)

对于长距离或广域链路，可以使用可用的移动网络（例如使用 GSM、GPRS、4G、LTE 或 WiMAX）和卫星连接。新兴的无线网络，如超窄带 SIGFOX 和电视空白频段 NeulNET，也正在出现，专门针对 M2M 连接。位于便利位置的固定“事物”可以使用有线以太网或电话线进行广域连接。一些模块化传感器平台，例如 Libelium 的 WaspMote，可以配置多种本地和广域连接选项（ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、GSM/GPRS、RFID/NFC、GPS、以太网）。除了能够连接多种类型的传感器外，这还允许设备被配置为广泛的垂直市场。

5. 服务器 (内部)

某些类型的 M2M 安装，例如智能家居或办公室，将使用本地服务器来收集和分析来自本地网络资产的数据——实时和非实时数据。这些内部服务器或更简单的网关通常也会连接到基于云的存储和服务。

6. 本地扫描设备

具有短程传感器的“事物”通常位于一个专用区域，但不会永久连接到本地网络（例如，农场中带有 RFID 标签的牲畜，或购物中心中持有信用卡的购物者）。在这种情况下，将需要本地扫描设备来提取数据并将其转发以进行处理。

7. 存储和分析

如果您认为今天互联网创建了大量数据，那么物联网将是另一回事。它将需要庞大、可扩展的存储和处理能力，这些能力几乎肯定驻留在云中，除非有特定本地化或安全敏感的情况。服务提供商显然可以访问这里，不仅是为了管理数据和调整分析，还为了业务流程，例如客户关系、计费、技术支持等等。

8. 面向用户的服务

来自物联网的数据和分析的子集将可供用户或订阅者使用，并通过易于获取和浏览的界面在全方位安全的客户端设备上呈现（希望如此）。M2M 和物联网具有巨大的潜力，但它们目前包含一系列异构的现有和新兴技术和标准，通常是相互竞争的（尽管这里正在进行着努力）。这是因为这个概念适用于并且是从广泛的市场部门发展起来的。

系统监控

在系统工程中，系统监控器 (SM) 是分布式系统中用于收集和存储状态数据的过程。这是支持应用程序性能管理的基本原理。^[4] M2M 通信用于系统监控应用，例如^[5]

• 水位测量
• 空气质量测量
• 监控空气中的气体和污染物水平
• 监控系统和组件温度和压力

现实世界示例

水管理系统使用 M2M 无线技术设备，可以监控灌溉时间表，以便使用天气数据和水分蒸发量为农田提供适量的用水。安装的设备可以记录运行时间周期和其他所需数据以维护系统和灌溉时间表。加利福尼亚州使用 M2M 监管其用水量和灌溉时间表。能够监控电力系统、废水处理以及石油和天然气生产，为维护和提高效率提供了一个有效的系统，从而节省时间、资金和资源，同时降低维护成本。它还允许公司根据来自基础设施近端和远端部分的准确、实时数据做出立即决策。

M2M 与移动环境

M2M 通信——或更广泛的物联网类别——正在改变许多行业进入市场和运营的方式。如今，几乎所有东西都已连接。^[6] 升级通信方法，尤其是在移动环境方面，可以实现很多事情。移动网络运营商 (MNO) 需要升级其系统，以在未来各个领域变得更加可靠。

例如，在车辆领域，未来的汽车将相互通信以减少必要的人为干预，从而导致更少的事故和改善的交通状况。车辆可以在没有驾驶员完全介入的情况下自动控制。这些始终或几乎始终连接的服务包括在车辆和交通信号灯或桥梁之间传输信息，以及告诉大众运输用户下一辆公共汽车何时到达的应用程序。^[7] 实施这项技术有很多优点，例如帮助人们穿越偏远地区、减少人们等待公共交通的时间以及避免交通拥堵。

M2M 及其对电信行业的影响

M2M 通信是指大量智能机器在无需直接人工干预的情况下，共享信息并进行协作决策。这有可能实现更高的成本效益。

M2M 为电信行业带来了巨大的机遇，因为它需要通过各种技术家族（如 IP、RFID、传感器网络、智能计量等）实现大量的通信系统。根据 Galetić 等人的说法，其通信原理存在于许多不同的行业垂直领域。^[8] 一些最突出的 M2M 支持的应用领域包括

• 安全 - 监控应用、警报、对象/人员跟踪等；
• 交通 - 车队管理、排放控制、收费支付、道路安全等；与智能交通系统 (ITS) 概念密切交织在一起；
• 电子健康 - 远程患者监控、移动健康、远程护理；
• 制造 - 生产链监控和自动化；
• 公用事业 - 石油、水、电力、热能等公用事业的计量、供应和计费；
• 工业供应和供应 - 货物供应和配送监控、自动售货机等；以及
• 设施管理 - 各种家庭/建筑/校园相关资源管理的信息化和自动化。

以上所有示例都代表了必须将相关设备连接到电信设备的领域，这些设备可以提醒超出范围和危险情况。电信行业的成员，如爱立信、诺基亚、西门子和摩托罗拉，已经抓住机会，抓住物联网理念和机器对机器交互的重要概念。

结论

互联网不仅仅用于与人交流；它现在也用于智能连接设备，这些设备必须能够以远远超出人们最初需要或使用的速度、规模和能力进行通信和交互。物联网 (IoT) 正在通过 M2M 和其他协议，逐步使世界变得更加灵活和功能强大。^[9] M2M 代表着一个正在发展的领域，它有自己的概念，包括传感器、局域网和广域网通信、本地服务器、本地扫描设备、面向用户的服务以及存储和分析。此外，该技术已发展到移动环境中，以进一步改善人机通信，包括在收集数据和驱动决策的监控系统中。M2M 也正在对电信行业产生影响，帮助改变我们与设备的交互方式。