网络的本质：从M2M到物联网

　　任何一种信息系统的价值，都在于“信息价值环路”。在技术层面，“信息环”的构建一直处在变动和发展的状态中。当我们对实现“信息环”的技术进行抽象化地理解，便能从信息环的发展趋势中看到网络的未来。

　　一、自动化设备的信息环路

　　即使在没有网络的情况下，自动化设备也能够实现自身与物理世界“感知采集-计算控制-执行操作”的信息环路。设备能够自主地调整其周边的物理环境(也称为“物理交互”)，能够影响事物发展的过程，“激励”现实世界根据其目标产生变化。自主的决策控制能力，使得设备可以脱离人的操控和干预而自动化运行，这让各行业的生产效率大为提高。

　　对于自动化设备，信息处理的本质就是形成一个“现实世界-虚拟世界”的控制信息环路。

　　工程师们通过将各种机械部件、电子元器件系统化地组装起来，制造出自动化设备。设备中主要的信息处理模块包括：传感器、控制器、计算器(存储器)、执行器。如果生产应用的环境比较稳定，设备操作对象的状态简单，决策的逻辑也不复杂，那么计算器和控制器可以共存于同一块芯片或计算模块内;但如果环境的变化较多，设备的工作情况复杂，那么就需要单独的计算器(存储器)来实现复杂的逻辑计算。

图参考：《中兴通讯技术》2011年2月?第1期 -《从云计算到海计算：论物联网的体系结构》

　　二、M2M设备的信息环路

　　自动化的设备可以在相对稳固的环境中独立运作，但它通常都不能离开专属的生产环境，设备对动态环境的适应性较低，并且无法与外界互动，以实现更为复杂的逻辑功能。此外，如果设备出现故障、生产流程出现问题，还是需要监管人员留在现场进行监控和维护，这样并不利于企业的成本控制和效率提升。

　　如果能将设备运行的状态信息、以及环境和其它生产资料的现状，通过网络传送到一个集中化的平台进行监管，并且能通过这个中心平台反向控制设备的运行，那不仅能够提高生产设备的适应性，还能降低人员成本，提高资产管理的效率。

　　所以，“M2M(Machine-to-Machine)”的概念就诞生了。从字面来看，“M2M”是指“机器和机器之间建立连接”，不过从常见的应用形式来看，“M2M”主要是基于“2端”连接的应用：“终端”设备和“云端”应用。通用“端到端”的M2M系统解决方案，即是指：企业资产由M2M设备或模块，通过无线/有线的通信方式连接到集中化的管理应用平台。

　　一方面，企业资产(机器、工具、耗材等)的各类状态信息，经过M2M设备采集后传递到管理应用平台;另一方面，管理应用平台也可以下发操作指令给M2M设备，控制相应的机械设备。

图参考：《从M2M到物联网(架构、技术及应用)》---机械工业出版社

　　对于企业的资产：纯粹的机械设备或生产原材料，可以通过M2M设备上的传感设备实时地侦测其物理、化学等状态;而一部分具有计算能力的生产设备，则可以通过增加通信模块实现与集中管理平台的连接;此外，对于影响生产的各类环境信息，也可以通过M2M设备上的环境检测传感器进行探测并上报。

　　M2M的应用使得企业员工省去了很多奔波之苦，降低了企业资产管理的成本，提升了系统的自适应能力，乃至形成了许多新的商业模式和市场领域。

　　在M2M应用中，数据的传递形成了一个大而长的信息环，这个环使得系统的应用者可以获取设备信息并控制设备的运作。

　　三、M2M应用的服务开放：信息环的解耦

　　不过从一个更高的层面来看，M2M应用仍有不足，其中最大的问题在于应用的复用性不强。在M2M的应用系统中，自上而下的各个功能单元之间处于“紧耦合”的状态。

　　整个系统通常属于专项开发的应用，涉及的数据和终端设备一般不具有共享的条件;设备和设备、系统和系统之间也不能相互服务。这种由单一应用“独享”设备能力、信息数据的模式，常称为“烟囱式”或“藩篱式”应用。

　　1.M2M系统中“服务端”和“用户端”的一体化设计

　　早期，M2M应用的使用者通常比较集中，或是企业内部员工，或是产业链上下游的合作伙伴。由于系统的用户数量不会太多，并且仅限于专业团队使用，操控的输入输出设备也部署得相对集中。

　　所以，M2M应用中的两个关键部分：服务端(云端)和操控端(用户端)，通常会集成在一起，或是通过内部网络和服务器连接。他们在软件部分形成紧耦合的状态，无法分清系统中的连接层次(操作端和服务端)。

　　并且，M2M应用系统不会向公众用户开放，也无需在互联网上部署公开的应用入口。如果专业人员有远程进入系统、进行操作的需求，则可以在远程操作终端(电脑)上安装专用的企业VPN连接软件，通过互联网建立专用数据隧道来保证安全使用。

　　(1)服务端：功能锚点

　　“物”的特性和功能的数字化定义：在集中化的平台上，设备、环境、物料在生产使用过程中的物理特性、运行状态、操作过程，根据应用的需要被完全地数字化定义。设备的功能在虚拟的数字化空间中，映射成一个完整的字符序列和软件程序。

　　信息应用的数字化定义：在集中化平台上，“云端”所具备的信息处理能力(大数据分析、视频化呈现、数据搜索、数据库存储等)也被数字化定义。

　　这样“终端”和“云端”的能力都集中在统一的平台上，实现数字化呈现，形成了一个完整的功能集。

　　在M2M的应用系统中，必然有一部分核心的计算节点，集中化地实现了两种能力的数字映射，即具备了完整的应用功能集。其中的两种能力，一个是“改变现实的能力(终端)”，另一个是“信息处理能力(云端)”。这些核心节点称为应用的“功能锚点”，能够提供完整的“应用服务”。

　　(2)用户端：M2M系统功能的使用者

　　在M2M应用中，使用者通过系统所具备的“信息化交互”方式，即通过输入输出终端(例如键盘鼠标和显示器作为“操控端”)，就可以和M2M应用系统进行指令交互，在核心计算节点(功能锚点)中，调用终端设备的功能实现对现实世界的改造。在应用过程中，使用者通过操控端(输入输出设备)向应用系统发出的操作指令，称为应用的“激励源”。

　　2.“服务端”和“用户端”分离，致使“信息环”解耦

　　在互联网思维的感染、软件工业进步的浪潮之下，M2M应用逐渐向“外部开放，内部解耦”的方向发展。

　　原本的应用可以在平台侧，通过开发标准的软件接口，向整个互联网开放功能。用户可以通过互联网接口(入口)获得系统内的数据，以及终端设备提供的服务。这便是目前最常见的一种物联网应用模式-“共享”的商业模式。在这个模式中，有三个“端”：用户端、服务端(云端)、设备端(终端)。

　　设备终端属于企业资产，由云端服务负责监控和管理，云端服务将终端设备的功能大打包成商业服务，在互联网中向用户开放，用户只要通过互联网登录云端服务所构建的应用平台，就能以“租赁”的形式使用企业的终端设备。

　　从信息连接的角度来看，物联网“三端”型的应用和以往M2M型应用有了巨大的区别，这个区别就是信息环的“解耦”。

　　如今雨后春笋般的互联网共享应用，将“服务”和“用户”掰开了。大众用户，使用手机(用户端)通过互联网登录应用服务端，应用服务端则提供统一、标准化的租赁服务。

　　服务端先对用户进行认证、收费并记录使用情况。当验证了用户的资格后，服务端便将终端设备的使用权交付给用户。

　　用户在结束设备(终端)的使用后，将使用权释放并完成与服务器租用结算。一次租赁服务结束后，终端又处于空闲状态，等待着下一位用户。

　　在终端共享的过程中，用户端和服务端之间形成了无数个临时的“激励环”。用户的消费意图在手机上形成“激励信息”，激活了服务端的服务程序。服务端通过携带控制信息的“执行环”，将指令传递给终端，并给予用户终端的使用权(例如共享单车的短信解锁流程)。

　　从连接的角度来看，共享服务通过两个信息环，实现了面向大众的物联网商业应用：临时的激励环;长效的执行环。

　　“激励环”是用户获取服务而建立的临时性连接，该环路中主要有用户的服务请求消息，以及服务端的反馈信息。“激励环”可以在互联网中建立，由公众化的用户从用户端进行建立。

　　“执行环”是企业管理、控制终端设备的数据联接，该环路中的信息包括：设备、环境状态信息、设备的控制指令、软件升级补丁、应用日志等等。“执行环”和M2M的连接类似，是企业云端的服务系统和企业资产之间的专用连接。该连接中含有一系列的信息交互标准，规范了和“物”相关的生产、操作、管理、运营等等的流程，使得企业可以管理经营资产，用户可以使用设备服务。

　　3.“服务端”的特性分类

　　信息环的逐渐解耦，使得“服务端(平台)”脱颖而出。它需要面向广大用户建立“激励环”，提供企业内部应用的能力;面向企业自身资产建立“执行环”，将生产流程和资产设备映射在系统服务器中，将企业的技术和经验进行数字化的定义。

　　作为中间人，“服务端”起到了承上启下的作用，是物联网形成互服务生态的关键。共享的应用平台，可以看作是一种面向应用的“物联网中间件平台”。

　　从服务平台开放的程度来看，主要分成三种类型：

　　完全不开放，系统的所有用户都是企业的内部部门和员工，对外部不提供服务和能力;

　　有限开放(也称为“封闭市场”)，除了内部使用外，还向有业务来往、有商业合作的企业或用户提供应用服务;

　　完全开放(也称为“开放市场”)，服务平台在互联网中开放功能接口，对使用者不做预设的身份限定，服务面向大众。这类似于互联网的门户网站，大众用户可以随取随用。(备注：“完全开放”指的是用户的范围，并不是指所有的应用功能。企业内部的资产管理、业务分析、专家平台等营运、开发的应用，并不会向外部开放)

　　服务端(物联网平台)可以部署在开放的互联网或私有网络中。不过，基于“物联网”的本质定义，只有当服务端部署(暴露)在互联网中，即应用的“功能锚点”部署在互联网中，并具有一定的开放性(有限开放、完全开放)时，才算是真正意义上的物联网应用。

　　在标准的物联网应用中，“物”的功能会通过服务端暴露在互联网中，服务端通过“执行环”对“物”进行控制和管理，并通过它的互联网接口交付给外部用户进行使用。