机机相连—制造业M2M的挑战和机会

　　IPv6的标准化创造了拥有数十亿设备相连的机会，这些设备可通过移动或有线宽带连接，并拥有地址。像沃达丰和西班牙电信这样的行业领先企业在这个机会上投注巨资，据GSM协会估计，到2025年，连接设备数量将达到500亿。因此，M2M拥有重振和重新定义电信设备制造商和电信运营商运营的模式。

　　1.技术摘要

　　M2M(Machines to Machines)是机器对机器连接应用(或者移动到机器和机器到移动的通信)的缩写，是电信技术领域的一个新兴领域。随着全球大多数市场的传统收入流量逐渐饱和，M2M可以为创造新的业务途径。 M2M允许各种机器成为个人无线网络的节点，并提供开发监控和远程控制应用。这将降低涉及人力资源的成本，并使机器更加智能和自动化。

　　广泛的M2M通信包括各种创新通道，如机器部件的智能远程控制(远程信息处理)以及电表(远程测量)的远程读取。 M2M在移动领域的定义是，“机器”使用网络资源与远程应用基础设施进行通信，以监控“机器”本身或周围环境。因此，M2M不是简单地创建被动数据收集点，而是创建智能机器间协调生态系统。

　　IPv6的标准化创造了拥有数十亿设备相连的机会，这些设备可通过移动或有线宽带连接，并拥有地址。像沃达丰和西班牙电信这样的行业领先企业在这个机会上投注巨资，据GSM协会估计，到2025年，连接设备数量将达到500亿。因此，M2M拥有重振和重新定义电信设备制造商和电信运营商运营的模式。

　　以下文章重点介绍了M2M技术的基石，以及未来的挑战和机遇。

　　2. M2M生态系统

　　M2M使用设备(传感器，仪表等)捕获通过网络(无线，有线或混合)传输到应用程序(软件程序)的“事件”(温度，库存水平等)，该事件将捕获的事件转换为有意义的信息(例如，需要补货的物品)。

　　因此，生态系统具有定义好的层次结构，其结构具有通过嵌入式芯片组实现的广泛的支持M2M的设备。 这些构建模块以及嵌入式无线通信模块可以形成各种客户设备/应用，例如摄像头，传感器和读卡器。这些应用程序随后将搭载在安全，车队管理和医疗保健设备等消费品领域，并在无线技术领域进行互操作。这个生态系统的最终推动者是各种创新的M2M软件应用程序，它们收集和实现围绕M2M价值链进行智能决策。

　　无线M2M生态系统可以描述如下：

　　3. M2M的驱动因素和挑战

　　3.1 M2M驱动程序

　　这一行业倡议的主要推动因素如下：

　　●远程信息处理和遥测越来越被视为提高运营效率和增加收入的来源。

　　●移动网络运营商正在积极寻求扩展他们的数据服务产品。

　　●在整个行业中标准化和IPv6技术的采用，创造了数十亿可寻址IP设备的可能 性。电子和通信行业正在迅速向智能和可寻址的嵌入式设备以及每个设备之间的主动通信方向发展。

　　●3G和LTE网络的广泛推广为设备提供了“永远在线”的连接性和更高的带宽，M2M部门可以在诸如远程视频监控，远程信息显示，库存跟踪，健康仪表和多媒体内容交付应用。移动分组网关(网关GPRS支持节点和分组数据服务节点)正在被视为M2M通信的推动者。

　　●行业的BSS业务部门正在积极寻找M2M应用货币化(monetize)的机会，同时其传统收入流接近干涸。

　　●从智能家居，智能库存管理到智能公共设施，应用提供商的空间为每个可能的细分市场构建智能应用提供了巨大的机会。

　　●更快地开发“易于使用”的面向消费者的应用程序来解释数据并从中提取有用的信息。

　　3.2 M2M挑战

　　3.2.1 投资挑战

　　M2M应用依赖于移动运营商将3G移动基础设施部署为诸如网络视频监控等M2M应用，车载摄像机系统将需要高速数据流。 在北美和西欧以外的大部分地区，第三代CDMAEV-DO，HSDPA网络基础设施的部署非常缓慢，因为这需要对基础设施进行大量投资。 这将阻碍移动运营商和应用开发商在这些领域部署3G M2M应用的能力。

　　3.2.2 技术障碍

　　●一个广泛引用的统计数据是到2010年10亿个设备的数字，因此，虽然M2M行业对这些数字和潜在机会充满了信心，但成功完全在于移动运营商和设备制造商快速采用IPv6。现有的IPV4总是存在滞后，这可能会放慢M2M业务速度。

　　●技术标准化是一个关键挑战，因为有这么多参与者参与制定标准，解决方案，系统集成和计费接口。一套通用的技术框架必须在全球范围内进行标准化，以加快推出速度。

　　●针对M2M通信优化当前的移动分组网关，因为它们需要处理大量的分组数据沟通而不是大数据吞吐量。

　　●M2M技术正处于初始阶段，技术专业知识和客户意识仍处于初级阶段。这可能会减缓该技术在用户群体中的大规模渗透。

　　4.M2M无线架构

　　4.1 子网络

　　传感器，通信和处理单元作为M2M应用的端点，共同构成子网络。 无线和有线领域中的设备应通过各种PAN和LAN技术相互连接。 他们的主要组件是传感器，处理器和无线电收发器。 这个领域的主要WPAN技术支持者是ZigBee和蓝牙。传感器也称为智能节点，用于协调和传输收集到的数据到网关，形成蓝牙微微网或ZigBee网络。

　　4.2 M2M网关(Gateway)

　　网关模块为数据收集提供控制和本地化服务。 网关还将业务量集中到运营商的核心。它支持蓝牙，Zig Bee，GPRS功能。 它支持无线通信标准，如GSM / GPRS，IEEE 802.11，蓝牙/ IEEE 802.15.1(支持短距离设备之间的通信链路)，ZigBee /IEEE 802.15.4(用于低功耗消费设备之间的低速数据传输)。

　　4.3 M2M应用

　　M2M应用将基于运营商提供的工业级应用服务器。 应用程序可以针对最终用户(如特定M2M解决方案的用户)或其他应用程序提供商，以提供更精细的构建块，以便他们可以构建更复杂的M2M解决方案和服务。

　　4.4 M2M体系结构的元素

　　4.5 M2M网络组件和相互关系

　　随着我们深入到子网络和相应的M2M网关，拓扑结构形成了聚合到HIT网关的网状连接对象(Connected Object，CO)矩阵。 主机身份标记(Host Identity Tag，HIT)网关工作在主机身份协议(HIP)上，并允许全局寻址连接对象(CO)。设备网络域下的所有连接对象都可能与单个IP地址一起工作，这些IP地址位于控制一个HIT的网关。 HIT网关在其控制下跟踪CO的位置，每个网关具有定义的覆盖区域。网关设备网络侧的通信方案应该是各种WPAN技术。

　　作为与HIT网关等效的HIT无线电网关还承载用于访问GPRS网络的无线电接口(GSM，EDGE和UTRAN)。在服务层，我们可能会拥有由多个服务提供商托管的大量M2M服务。

　　5. M2M业务应用程序

　　●工业自动化和监控

　　- 工厂生产线设备操作/使用跟踪/诊断/服务请求，

　　●远程医疗和保健ICT(Information and Communication Technology)

　　- 身体传感器和诊断报告

　　- 远程医师咨询(非语音，患者维权/ X光数据访问)

　　●安全和监视

　　- 家庭和企业安全传感器监控，警报，远程访问和恒温控制，视频馈送，遥测

　　- 智能仪表，能源行业传感器，(燃气/石油钻井现场或计费信息返回中心办公室)

　　●资产追踪

　　- 库存控制(例如：自动售货机，..)，地理围栏(GEO Fencing)

　　●车队的管理

　　- 位置和可用性，召回和锁定，销售队伍跟踪

　　●消费者信息通信

　　- 车载娱乐/导航，远程诊断/安全/礼宾服务，车辆诊断

　　●广告

　　- 数字广告牌，店内优惠，特别活动

　　●消费者应用程序

　　- 家庭监控，金融和零售POS / Kiosks

　　- 数码相机，电子阅读器，媒体播放器，游戏设备

　　●用于笔记本电脑，上网本，UMPC等的无线数据模块

　　5.1 一些真实世界的例子

　　●资产追踪：超级连锁店可以实现自动化库存追踪，可以监控商店货架的消费率，并将消耗水平报告给其移动终端上的店铺经理。

　　●连接车 - Telenor有几家汽车制造商出于各种原因将连接功能集成到车内。 eCall服务(发生事故时自动报警)，远程诊断和信息娱乐系统是一些迅速发展的领域。

　　●连接的电表 - 通过无线技术进行自动抄表/管理，由全球许多公用事业公司进行调整，以加强控制并为客户提供更好的服务(智能电网)

　　●智能公民服务 - 通过支持M2M的设备对垃圾桶进行远程监控，并在需要清理和更换时向当局发送短信。

　　●连接的警报器 - 例如许多警报器制造商现在正转向无线技术而不是固定线路。改进的操作/可访问性和更容易的安装是部署无线连接的一些原因。

　　6. M2M标准机构

　　这些标准组织在塑造M2M生态系统方面发挥的主要作用如下：

　　ESMIG：欧洲智能计量产业集团的目标是智能计量电能，天然气，水和热的使用，使欧洲的家庭和商业消费者满意。

　　W-Mbus：无线MBUS标准规定用于智能计量或高级计量基础设施(AMI)应用的水，燃气，热量和电表之间的通信。

　　KNX：该协会是KNX技术的创建者和拥有者，这是智能家居中的一个概念 - 适用于所有家庭和楼宇控制应用的全球标准，从照明到各种安全系统，供暖，通风，空调，监控，报警，水控，能源管理，计量以及家用电器。

　　HGI：由主要宽带服务提供商(BSP)创建的家庭网关计划，发布了数字家庭构建模块的需求，定义IP服务交付到家庭的方式。这些构建块是数字家庭中连接消费者和服务的硬件和软件。

　　EPCGlobal：EPCGlobal主导电子产品代码行业驱动标准的开发，以支持使用射频识别(RFID)。

　　CENELEC：欧洲电工标准化委员会，负责电气工程领域的欧洲标准化工作。

　　6LowPAN：通过将IEEE 802.15.4和IP集成在一起，成为IP传输和控制器等最小设备的国际开放标准。

　　IETF ROLL：IETF工作组定义了低功耗和有损网络特性路由。 它们的互连通过ZigBee和蓝牙。