机器对机器 (Machine to machine 通常缩写为M2M)指在任何通信信道(包括有线和无线)的设备之间的直接通信。机器对机器通信可以包括工业仪表,传感器或仪表能够传送记录的数据(例如温度、库存水平等)到它所对应使用的应用软件(例如,基于温度调整工业过程或下订单补充库存)。这种通信最初是通过让机器的远程网络将信息中继到中心集线器进行分析来完成的,中心集线器然后像个人计算机那样被重新路由到系统中。而下图中是一个基于云管理的M2M通信框架。
根据上图,它包含了云端,设备以及机器群。在云端的网络一般以高速的有线网络机制来完成,它链接了各个数据中心,服务器以及应用和服务,还有到云端的口。在基础设施中到机器群的链接可以是无线的形式也可以是有线链接。现在,大部分的研究内容都观众与无线的设施,因为它使得M2M应用更加高灵活性和移动性。
【来源:Machine-to-machine communications: Technologies and challenges 】
近期的机器对机器通信已经变成了将数据传输到个人设备的网络系统。IP网络在全球范围内的扩张,使机器与机器之间的通信变得更快更容易,同时使用更少的电力,这些网络也为消费者和供应商提供了新的商机。
图二:第一个呼叫识别接收器
普通消费者应用
所有互连的无线网络都可以用于提高各个领域的生产和效率,包括用于制造汽车的机器。这些信息用于简化消费者购买和工作的产品,以使他们都能以最高效率工作。
另一个应用是使用无线技术来监测系统,如公用事业仪表。这样一来,电表的所有者就能知道某些元件是否被篡改,它成为了防止欺诈的一种有效方法。在魁北克(Quebec),罗杰斯公司将把魁北克水电站的中央系统与多达600个智能电表收集器相连,这些收集器汇总了从该省的3.8百万个中继的数据。在英国,Telefónica赢得了17亿8000万欧元(24亿美元)的智能电表合同,在该国的中部和南部地区提供了15年的连通性服务。该合同是该行业迄今为止最大的交易。
第三个应用是使用无线网络来更新数字广告牌。这允许广告客户基于一天或一周中的时间显示不同的消息,并且允许消息的快速全球流通,例如汽油价格的变化。
随着企业日益认识到将分散的人员、设备、传感器和机器连接到企业网络的价值,工业机器到机器市场正在经历快速转变。今天,诸如石油和天然气、精密农业、军事、政府、智能城市/城市、制造业和公共事业等利用机器对机器技术进行各种应用的开发和部署。许多公司已经使复杂和有效的数据网络技术能够提供诸如高速数据传输、移动网格联网和3G/4G蜂窝backhaul之类的功能。
远程信息处理和车载娱乐是机器对机器开发人员关注的一个领域。最近的例子包括福特汽车公司,该公司与AT&T合作,以无线方式将 Ford Focus Electric 与嵌入式无线连接和专用应用程序相连,该应用程序包括车主监视和控制车辆充电系统、计划单站或多站行程、预热或冷却汽车。2011,Audi 与T-Mobile和RACO无线合作,提供Audi Connect。Audi Connect允许用户访问新闻、天气和燃油价格,同时将汽车变成安全的移动Wi-Fi热点,允许乘客访问互联网。
图三:常见的消费者应用
【出处:https://en.wikipedia.org/wiki/Machine_to_machine 】
描述
有线通信机自二十世纪初以来,一直使用信交换信息。自从计算机网络自动化出现以来,机器到机器已经采取了更复杂的形式,并且比蜂窝通信更早。它已被应用于诸如遥测、工业、自动化、SCADA等应用中。
1968年,西奥多·帕拉斯克维科斯(Theodore Paraskevakos)在研究呼叫者身份识别系统时,它是一个机器对机器设备:首次将电话和计算机结合在一起,这个技术于1973年在美国申请了专利。这个系统与20世纪20年代的面板呼叫指示器和1940年代的自动号码识别系统类似,但不同的是,后者将电话号码传送给机器,它是现在呼叫者ID的前身,后者将号码传送给人。在图二中显示的就是:第一个呼叫识别接收器。
加工芯片
经过几次尝试和实验,他认识到为了让电话能够读出来电号码,因此开发了一种方法,将来电号码传送到被叫接收器的设备。1971年,他的便携式发射机和接收机在阿拉巴马州亨茨维尔的波音公司设备中投入使用,代表了世界上第一种呼叫者识别装置的工作原型。这种方法是现代来电显示技术的基础。他也是第一个将智能、数据处理和可视化显示屏的概念引入电话领域的人,这些概念导致了智能手机的产生。
1977年,Paraskevakos在Melbourne成立了Metretek公司,对电力服务进行商业自动抄表和负载管理,从而形成了“智能电网”和“智能电表”。为了实现大规模吸引力,Paraskevakos试图通过创建单芯片处理和传输方法来减小发射机的尺寸和通过电话线路的传输时间。Motorola 在1978年签约开发和生产这种芯片,但是当时这种芯片太大,无法满足Motorola 的要求。结果,它变成了两个分开的芯片,如下图所示。
图四:处理芯片
虽然蜂窝越来越普遍,许多机器仍然使用固定电话(POTS,DSL,电缆)连接到IP网络。蜂窝式M2M通信行业出现于1995年,当时西门子在其移动电话业务单元内设立了一个部门,以开发和启动基于西门子移动电话S6的用于M2M工业应用的GSM数据模块“M1”,使机器能够通过无线进行通信。2000年10月,西门子内部成立了一个名为“无线模块”的单独业务部门,2008年6月,西门子成为一家名为Cinterion无线模块的独立公司。第一个M1模块用于早期销售点(POS)终端,用于车辆远程信息处理、远程监视和跟踪应用。机器对机器技术首先被早期实施者所接受,例如GM和Hughes Electronics Corporation。
21世纪的机器到机器的数据模块具有更新的特征和能力,例如机载全球定位(GPS)技术嵌入式机器到机器优化的智能卡(如电话SIMs)被称为MIM或机器到机器识别模式。DURL和嵌入式Java是加速物联网(IoT)的一项重要的技术。早期使用的另一个例子是OnStar的通信系统。
机器到机器网络的硬件组件是由几个关键的参与者制造的。1998年,Quake Global开始设计和制造用于加工卫星和地面调制解调器的机器。最初主要依靠ORBCOMM网络提供卫星通信服务,Quake Global通过参与卫星和地面调制解调器来扩展其电信产品供应。
在2000年代
2004,英国电信企业家Christopher Lowery创建了Mym空间中最早期的移动虚拟网络运营商(MVNO)之一的WyEnter集团。最早始于英国,洛维里发布了多项专利,介绍了数据保护和管理的新特性,包括固定IP寻址与VPN的平台管理连接。该公司于2008扩展到美国,成为T-Mobile在大西洋两岸的最大合作伙伴。
2006,M2MI公司开始与NASA合作开发自动化机器对机器智能技术。涵盖了多样的应用场景,包括有线或无线工具,传感器,设备,服务器计算机,机器人,航天器和网格系统有效地交流和交换信息。
2006年,如Lee, J., Ni, J., Djurdjanovic, D., Qiu, H.等人提出的论文所陈述:电子维修机网络的框架(e-maintenance machine network)由传感器、数据采集系统、通信网络、分析代理、决策支持知识库、信息同步接口和电子商务决策系统组成。
2009年,AT&T和Jasper Technologies公司达成协议,共同支持机器到机器设备的构建。 他们表示,他们将努力推动消费电子产品与机器到机器无线网络之间的进一步连接,这将提高这些设备的速度和整体功率。 "AT&T, Jasper Technologies, Inc. Join Forces to Connect New Categories of Consumer Electronics and Business Devices to Nation's Fastest Network"通过从机器到机器网络提供商:KORE Telematics推出PRiSMPro™平台,2009年还推出了针对机器到机器应用的GSM和CDMA网络服务的实时管理的服务组件。 该平台致力于使多网络管理成为提高效率和节省机器到设备和网络使用成本。
同样在2009年,Wyless Group引入了多操作员、多应用程序、与设备无关的开放数据管理平台PORTHOS。公司引入了一个新的行业定义,全球网络使能,包括面向客户的网络、设备和应用的平台管理。
在2010年代
早在2010年在美国的AT&T,KPN,Rogers, Telcel / America Movil和asper Technologies, Inc. 开始合作的一起创造了machine to machine中心,为开发人员提供帮助。在2010年二月, Vodafone, Verizon Wireless和 nPhase宣称他们能够提供全球战略的machine to machine的解决方案。2011年1月,Aeris通信公司宣布,它将为现代汽车公司提供机器到机器的远程信息服务。这样的合作伙伴关系使企业使用机器到机器更加容易、更快、成本更低。2010年6月,移动消息运营商Tyntec宣布其高可靠性SMS服务可用于M2M应用程序。
2011年3月,机器对机器网络服务提供商KORE.分别与Vodafone Group和Iridium Communications Inc.合作,使KORE Global Connect网络服务通过蜂窝和卫星连接在180多个国家提供单点收费、NG、支持、物流和关系管理。之后,为了应对亚太市场M2M需求的增长,KORE收购了澳大利亚的Australia-based Mach Communications Pty Ltd.。
2011年4月,Ericsson 公司收购了Tele.Connexion的机器到机器平台,以求在日益壮大的行业获得更多的技术。2011年8月,Ericsson宣布,他们已经成功完成收Tele.Connexion(机器对机器)技术平台的资产收购协议。
Cloud connectivity 为一重要 machine to machine的连接部分,它增长了两个蜂窝和无线连接速度。Machine to machine 提供了一个新的平台来作为一个(PaaS)服务,它可以允许用户远程部署平台。Etherios 的Device Cloud就是一个(PaaS)服务,它结合了Salesforce.com platform的平台给用户提供了API来开发一个自定义的应用程序。根据Berg Insight的分析,在2008,以cellular基础的 machine to machine的链接数目47.7万年。
E-Plus Group研究称,在2010年,2.3万个machine to machine的智能卡将在德国市场投入使用。根据研究,这一数字在2013年将上升到5万个智能卡。并且预测增长的速率会达到百分之三十。
【出处:https://en.wikipedia.org/wiki/Machine_to_machine 】
主要事件
年份 | 事件 | 相关论文/Reference |
2004 | Lawton, G.对机器对机器发展状况的综述 | Lawton, G. (2004). Machine-to-machine technology gears up for growth. Computer, 37(9), 12-15. |
2006 | Lee, J., Ni, J., Djurdjanovic, D., Qiu, H.等人提出e-maintenance框架 | Lee, J., Ni, J., Djurdjanovic, D., Qiu, H., & Liao, H. (2006). Intelligent prognostics tools and e-maintenance. Computers in industry, 57(6), 476-489.de |
2012 | Fadlullah, Z. M., Fouda, M. M., Kato, N., 对于智能网格中的M2M通信进行分析 | Fadlullah, Z. M., Fouda, M. M., Kato, N., & Takeuchi, A. (2012). Toward intelligent machine-to-machine communications in smart grid. Communications Magazine IEEE, 49(4), 60-65. |
2014 | Chen, K. C., & Lien, S. Y.对M2M的技术和挑战进行陈述 | Chen, K. C., & Lien, S. Y. (2014). Machine-to-machine communications: technologies and challenges. Ad Hoc Networks, 18(3), 3-23. |
2015 | Jasper Technologies, I.综述M2M | Jasper Technologies, I. (2015). Machine to machine. |
3. 发展分析
瓶颈
- Time synchronization:时间同步,多个设备之间的时间戳都是有一定差距的。
- Complexity to implement cognitive radio and spectrum sharing networks: 实现感知无线电和频谱共享网络的复杂性,如:CR(cognitive radio)实现的复杂性比较高。
- Processor architecture for devices: 设备处理器的结构设计仍有很大的优化空间。特别是如何通过优良的设计,来实现更佳的能耗表现,以此提升设备的整体性能。
未来发展方向
以上三点均是可以进行深度研究的方向。对于时间的同步,多个设备如何协调,还有多个相同传感器数据不一致时,采取什么样的策略等问题。
【来源:Machine-to-machine communications: Technologies and challenges 】
Contributor:Ruiying Cai