Машина к машине

Машина-машина ( M2M ) — это прямая связь между устройствами с использованием любого канала связи , включая проводной и беспроводной . Межмашинная связь может включать в себя промышленные приборы, позволяющие датчику или счетчику передавать записываемую им информацию (например, температуру, уровень запасов и т. д.) прикладному программному обеспечению , которое может ее использовать (например, регулируя производственный процесс на основе температуры или размещение заказов на пополнение запасов). Первоначально такая связь осуществлялась за счет того, что удаленная сеть машин передавала информацию обратно в центральный узел для анализа, который затем перенаправлялся в систему, подобную персональному компьютеру .

Более поздняя межмашинная связь превратилась в систему сетей, которая передает данные на персональные устройства. Распространение IP- сетей по всему миру сделало межмашинную связь более быстрой и простой, потребляя при этом меньше энергии. Эти сети также открывают новые возможности для бизнеса для потребителей и поставщиков.

История

Машины проводной связи используют сигнализацию для обмена информацией с начала 20 века. С момента появления автоматизации компьютерных сетей машина за машиной приняла более сложные формы. и предшествует сотовой связи . Он использовался в таких приложениях, как телеметрия , промышленность , автоматизация и SCADA .

Межмашинные устройства, сочетающие в себе телефонию и вычисления, были впервые концептуализированы Теодором Параскевакосом во время работы над своей системой идентификации вызывающего абонента в 1968 году, позже запатентованы в США в 1973 году. Эта система похожа, но отличается от панельного индикатора вызова 1920-х годов и автоматического номера. Идентификация 1940-х годов, которая передавала телефонные номера машинам, была предшественником того, что сейчас называется Caller ID , который передает номера людям.

Первый приемник идентификации вызывающего абонента

Обработка чипов

После нескольких попыток и экспериментов он понял, что для того, чтобы телефон мог прочитать номер телефона вызывающего абонента, он должен обладать интеллектом, поэтому он разработал метод, при котором номер вызывающего абонента передается на устройство вызываемого получателя. Его портативный передатчик и приемник были применены на практике в 1971 году на предприятии Boeing в Хантсвилле, штат Алабама , и представляли собой первые в мире действующие прототипы устройств идентификации вызывающего абонента (показаны справа). Они были установлены в Народной телефонной компании в Лисбурге, штат Алабама , и в Афинах, Греция , где с большим успехом были продемонстрированы нескольким телефонным компаниям. Этот метод лег в основу современной технологии идентификации вызывающего абонента . Он также был первым, кто внедрил концепции интеллекта, обработки данных и экранов визуального отображения в телефоны, что привело к созданию смартфона .

В 1977 году Параскевакос основал компанию Metretek, Inc. в Мельбурне, штат Флорида, для коммерческого автоматического снятия показаний счетчиков и управления нагрузкой в ​​сфере электроснабжения, что привело к созданию « умных сетей » и « умных счетчиков ». Чтобы добиться массовой привлекательности, Параскевакос стремился уменьшить размер передатчика и время передачи по телефонным линиям, создав метод обработки и передачи на одном чипе. В 1978 году компания Motorola заключила контракт на разработку и производство одного чипа, но этот чип был слишком большим для возможностей Motorola на тот момент. В результате получилось два отдельных чипа (показано справа).

Хотя сотовая связь становится все более распространенной, многие машины по-прежнему используют стационарные линии связи (POTS, DSL, кабель) для подключения к IP-сети. Индустрия сотовой связи M2M возникла в 1995 году, когда компания Siemens создала в своем подразделении мобильных телефонов отдел для разработки и запуска модуля передачи данных GSM под названием «M1». на базе мобильного телефона Siemens S6 для промышленных приложений M2M, позволяющего машинам обмениваться данными через беспроводные сети. В октябре 2000 года отдел модулей сформировал внутри Siemens отдельное бизнес-подразделение под названием «Wireless Modules», которое в июне 2008 года стало отдельной компанией под названием Cinterion Wireless Modules . Первый модуль M1 использовался для ранних POS -терминалов, в автомобильной телематике , приложениях удаленного мониторинга и отслеживания. Технология «машина-машина» была впервые использована такими ранними разработчиками, как GM и Hughes Electronics Corporation, которые осознали преимущества и будущий потенциал этой технологии. К 1997 году технология межмашинной беспроводной связи стала более распространенной и сложной, поскольку были разработаны и запущены модули повышенной прочности для конкретных потребностей различных вертикальных рынков, таких как автомобильная телематика.

Модули межмашинных данных 21-го века имеют новые функции и возможности, такие как встроенная технология глобального позиционирования (GPS), гибкий поверхностный монтаж массива наземных сетей, встроенные смарт-карты, оптимизированные для машин-машин (например, телефонные SIM-карты ), известные как MIM, или модули межмашинной идентификации. и встроенная Java — важная технология, позволяющая ускорить Интернет вещей (IOT). Еще одним примером раннего использования является OnStar . система связи

Аппаратные компоненты межмашинной сети производятся несколькими ключевыми игроками. В 1998 году Quake Global начала проектировать и производить машины для обработки спутниковых и наземных модемов. Первоначально полагаясь в значительной степени на сеть Orbcomm в своих услугах спутниковой связи, Quake Global расширила свои предложения телекоммуникационных продуктов, задействовав как спутниковые, так и наземные сети, что дало Quake Global преимущество в предложении нейтральных к сети сетей. продукты.

В 2000-е годы

В 2004 году Digi International начала производство беспроводных шлюзов и маршрутизаторов. Вскоре после этого, в 2006 году, Digi приобрела Max Stream, производителя радиостанций XBee . Эти аппаратные компоненты позволяли пользователям подключать машины независимо от того, насколько удаленно они находились. С тех пор Digi установила партнерские отношения с несколькими компаниями для подключения сотен тысяч устройств по всему миру.

В 2004 году Кристофер Лоури, британский предприниматель в сфере телекоммуникаций, основал Wyless Group, одного из первых операторов мобильных виртуальных сетей (MVNO) в пространстве M2M. Деятельность началась в Великобритании, и Лоури опубликовал несколько патентов, представляющих новые функции в области защиты и управления данными, включая фиксированную IP-адресацию в сочетании с управляемым платформой подключением через VPN. В 2008 году компания расширилась до США и стала крупнейшим партнером T-Mobile по обе стороны Атлантики.

В 2006 году компания Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp начала работу с НАСА над разработкой автоматизированного межмашинного интеллекта. Автоматизированный межмашинный интеллект позволяет широкому спектру механизмов, включая проводные или беспроводные инструменты, датчики, устройства, серверные компьютеры, роботов, космические корабли и сетевые системы, эффективно общаться и обмениваться информацией.

В 2009 году AT&T и Jasper Technologies, Inc. заключили соглашение о совместной поддержке создания межмашинных устройств. Они заявили, что будут пытаться обеспечить дальнейшее взаимодействие между бытовой электроникой и беспроводными сетями между машинами, что приведет к увеличению скорости и общей мощности таких устройств. В 2009 году также было внедрено управление сетевыми услугами GSM и CDMA в режиме реального времени для межмашинных приложений с запуском платформы PRiSMPro™ от поставщика межмашинных сетей KORE Telematics . Платформа была ориентирована на то, чтобы сделать управление несколькими сетями важнейшим компонентом повышения эффективности и экономии средств при использовании межмашинных устройств и сети.

Также в 2009 году Wyless Group представила PORTHOS™, свою многооператорную, многоприкладную и независимую от устройств платформу управления открытыми данными. Компания представила новое отраслевое определение Global Network Enabler, включающее в себя клиентоориентированное управление сетями, устройствами и приложениями.

Также в 2009 году норвежская компания Telenor завершила десятилетние исследования машин и машин, создав две организации, обслуживающие верхнюю (услуги) и нижнюю (подключение) части цепочки создания стоимости. Теленор Связь в Швеции опирается на прежние исследовательские возможности Vodafone в дочерней компании Europolitan и присутствует на европейском рынке услуг на таких типичных рынках, как логистика, управление автопарком , безопасность автомобилей, здравоохранение и интеллектуальный учет потребления электроэнергии. Telenor Objects выполняет аналогичную роль, обеспечивая соединение между машинными сетями по всей Европе. В Великобритании Business MVNO Abica начала испытания приложений Telehealth и Telecare, которые требовали безопасной передачи данных через частную точку доступа APN и HSPA+ / 4G LTE соединение со статическим IP-адресом.

В 2010-е годы

В начале 2010 года в США компании AT&T , KPN , Rogers , Telcel / America Movil и Jasper Technologies, Inc. начали совместную работу по созданию межмашинного узла, который будет служить центром для разработчиков в области машиностроения. к электронике машинной связи. В январе 2011 года компания Aeris Communications, Inc. объявила, что предоставляет услуги межмашинной телематики для Hyundai Motor Corporation. Подобные партнерства позволяют предприятиям проще, быстрее и экономичнее использовать машины для машин. В июне 2010 года мобильных сообщений оператор Tyntec объявил о доступности своих высоконадежных SMS-услуг для приложений M2M.

В марте 2011 года поставщик услуг межмашинной сети KORE Wireless объединился с Vodafone Group и Iridium Communications Inc. соответственно, чтобы сделать сетевые услуги KORE Global Connect доступными через сотовую и спутниковую связь в более чем 180 странах с единой точкой для выставления счетов. поддержка, логистика и управление взаимоотношениями. Позже в том же году KORE приобрела австралийскую компанию Mach Communications Pty Ltd. в ответ на возросший спрос на M2M на рынках Азиатско-Тихоокеанского региона.

В апреле 2011 года Ericsson приобрела межмашинную платформу Telenor Connexion, стремясь получить больше технологий и ноу-хау в растущем секторе.

В августе 2011 года Ericsson объявила, что они успешно завершили соглашение о покупке активов для приобретения технологической платформы Telenor Connexion (машина-машина).

По данным независимой аналитической компании Berg Insight , количество подключений к сотовым сетям во всем мире, используемых для межмашинной связи, составило 47,7 миллиона в 2008 году. Компания прогнозирует, что к 2014 году число межмашинных соединений вырастет до 187 миллионов.

Исследование группы E-Plus показывает, что в 2010 году на немецком рынке будет 2,3 миллиона межмашинных смарт-карт. Согласно исследованию, в 2013 году эта цифра вырастет до более чем 5 миллионов смарт-карт. Основным драйвером роста является сегмент «отслеживание и прослеживание» с ожидаемым средним темпом роста в 30 процентов. Самым быстрорастущим сегментом M2M в Германии со среднегодовым ростом на 47 процентов будет сегмент бытовой электроники.

В апреле 2013 года была сформирована группа стандартов OASIS MQTT с целью работы над облегченным надежным транспортным протоколом публикации/подписки для обмена сообщениями, подходящим для связи в контекстах M2M/IoT. IBM и StormMQ возглавляют эту группу по стандартизации, а корпорация Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) является секретарем. В мае 2014 года комитет опубликовал записку комитета MQTT и NIST Cybersecurity Framework версии 1.0, содержащую рекомендации для организаций, желающих развернуть MQTT способом, соответствующим требованиям NIST Framework для улучшения кибербезопасности критической инфраструктуры.

В мае 2013 года поставщики услуг межмашинных сетей KORE Telematics, Oracle, Deutsche Telekom , Digi International , Orbcomm и Telit сформировали Международный совет машин-машин (IMC). IMC, первая торговая организация, обслуживающая всю экосистему машин-машин, стремится сделать машины повсеместными, помогая компаниям устанавливать и управлять связью между машинами.

Приложения

Обычное потребительское приложение

Все взаимосвязанные беспроводные сети могут способствовать повышению производительности и эффективности в различных областях, в том числе в производстве машин для сборки автомобилей и информировании разработчиков продукции о том, когда определенные продукты необходимо сдать на техническое обслуживание и по какой причине. Такая информация служит для оптимизации продуктов, которые покупают потребители, и помогает им работать с максимальной эффективностью.

Другое применение — использование беспроводной технологии для мониторинга систем, таких как счетчики коммунальных услуг . Это позволит владельцу счетчика узнать, были ли изменены определенные элементы, что служит качественным методом предотвращения мошенничества. В Квебеке Роджерс подключит центральную систему Hydro Quebec к 600 коллекторам интеллектуальных счетчиков, которые будут собирать данные, передаваемые с 3,8 миллионов интеллектуальных счетчиков провинции. В Великобритании компания Telefónica выиграла контракт на установку интеллектуальных счетчиков на сумму 1,78 млрд евро (2,4 млрд долларов США) на предоставление услуг связи в течение 15 лет в центральных и южных регионах страны. Этот контракт является крупнейшей сделкой в ​​отрасли. Некоторые компании, такие как M-kopa в Кении, используют M2M для обеспечения соблюдения плана платежей, но удаленно отключают солнечные устройства своих клиентов за неуплату. «Наш кредитный специалист — это SIM-карта в устройстве, которая может отключить его удаленно», — говорит Чад Ларсон, финансовый директор M-Kopa и ее третий соучредитель, описывая технологию.

Третье применение — использование беспроводных сетей для обновления цифровых рекламных щитов. Это позволяет рекламодателям отображать разные сообщения в зависимости от времени суток или дня недели, а также позволяет быстро вносить глобальные изменения в сообщения, например об изменении цен на бензин.

Рынок промышленных машин переживает быструю трансформацию, поскольку предприятия все больше осознают ценность подключения географически рассредоточенных людей, устройств, датчиков и машин к корпоративным сетям. Сегодня такие отрасли, как нефть и газ, точное земледелие , военная промышленность, правительство, умные города/муниципалитеты , производство и коммунальные услуги , среди прочих, используют межмашинные технологии для множества приложений. Многие компании внедрили сложные и эффективные сетевые технологии передачи данных , обеспечивающие такие возможности, как высокоскоростная передача данных , мобильные ячеистые сети и транзитная сотовая связь 3G/4G .

Телематика и автомобильные развлечения — это область внимания разработчиков машин для машин. Недавние примеры включают Ford Motor Company , которая объединилась с AT&T для беспроводного подключения Ford Focus Electric со встроенным беспроводным соединением и специальным приложением, которое дает владельцу возможность отслеживать и контролировать настройки зарядки автомобиля, планировать поездки с одной или несколькими остановками, найдите зарядные станции, разогрейте или охладите автомобиль. В 2011 году Audi заключила партнерское соглашение с T-Mobile и RACO Wireless, чтобы предложить Audi Connect. Audi Connect позволяет пользователям получать доступ к новостям, погоде и ценам на топливо, превращая автомобиль в безопасную мобильную точку доступа Wi-Fi, предоставляя пассажирам доступ к Интернету.

Сети в прогностике и управлении здравоохранением

Беспроводные сети между машинами могут способствовать повышению производительности и эффективности машин, повышению надежности и безопасности сложных систем, а также содействию управлению жизненным циклом ключевых активов и продуктов. Применяя методы прогнозирования и управления работоспособностью (PHM) в машинных сетях, можно достичь или улучшить следующие цели:

• Практически нулевое время простоя машин и систем;
• Управление состоянием парка аналогичных машин.

Применение инструментов интеллектуального анализа и информационной платформы Device-to-Business (D2B) TM составляет основу сети машинного обслуживания электронного обслуживания, которая может привести к практически нулевому времени простоя машин и систем. Сеть машин электронного обслуживания обеспечивает интеграцию между системой производственного цеха и системой электронного бизнеса и, таким образом, позволяет принимать решения в режиме реального времени с практически нулевым временем простоя, снижая неопределенность и повышая производительность системы. Кроме того, с помощью тесно взаимосвязанных машинных сетей и передовых интеллектуальных инструментов анализа в настоящее время стало возможным несколько новых типов технического обслуживания. Например, дистанционное обслуживание без направления инженеров на объект, онлайн-обслуживание без остановки работающих машин или систем, а также профилактическое обслуживание до того, как машина выйдет из строя, станут катастрофическими. Все эти преимущества сети машин электронного обслуживания значительно повышают эффективность и прозрачность обслуживания.

Как описано в, Структура машинной сети электронного обслуживания состоит из датчиков, системы сбора данных, сети связи, аналитических агентов, базы знаний поддержки принятия решений, интерфейса синхронизации информации и системы электронного бизнеса для принятия решений. Первоначально датчики, контроллеры и операторы сбора данных используются для сбора необработанных данных с оборудования и автоматической отправки их на уровень преобразования данных через Интернет или интранет. Затем уровень преобразования данных использует инструменты обработки сигналов и методы извлечения признаков для преобразования необработанных данных в полезную информацию. Эта преобразованная информация часто содержит обширную информацию о надежности и доступности машин или систем и более удобна для инструментов интеллектуального анализа для выполнения последующего процесса. Модуль синхронизации и интеллектуальные инструменты составляют основную вычислительную мощность сети машин электронного обслуживания и обеспечивают оптимизацию, прогнозирование, кластеризацию, классификацию, бенчмаркинг и т. д. Результаты этого модуля затем можно синхронизировать и использовать в системе электронного бизнеса для принятия решений. В реальном приложении модуль синхронизации обеспечит связь с другими отделами на уровне принятия решений, такими как планирование ресурсов предприятия (ERP), управление взаимоотношениями с клиентами (CRM) и управление цепочками поставок (SCM).

Еще одним применением межмашинной сети является управление работоспособностью парка аналогичных машин с использованием подхода кластеризации. Этот метод был введен для решения задачи разработки моделей обнаружения неисправностей для приложений с нестационарными режимами работы или с неполными данными. Общая методология состоит из двух этапов: 1) Кластеризация парка для группировки похожих машин для обоснованного сравнения; 2) Обнаружение неисправностей локального кластера для оценки сходства отдельных машин с особенностями парка. Целью кластеризации парка является объединение рабочих единиц со схожими конфигурациями или условиями работы в группу для обоснованного сравнения и последующего создания локальных моделей обнаружения неисправностей, когда глобальные модели не могут быть созданы. В рамках методологии однорангового сравнения межмашинная сеть имеет решающее значение для обеспечения мгновенного обмена информацией между различными рабочими подразделениями и, таким образом, формирует основу технологии управления работоспособностью на уровне парка машин.

Управление состоянием парка техники с использованием кластерного подхода было запатентовано для применения в мониторинге состояния ветряных турбин. после проверки в парке ветряных турбин из трех распределенных ветряных электростанций. В отличие от других промышленных устройств с фиксированным или статичным режимом, рабочее состояние ветряной турбины во многом определяется скоростью ветра и другими факторами окружающей среды. Несмотря на то, что методология мультимоделирования может быть применима в этом сценарии, количество ветряных турбин на ветряной электростанции практически бесконечно и может не представлять собой практического решения. Вместо этого, используя данные, полученные от других аналогичных турбин в сети, можно правильно решить эту проблему и эффективно построить локальные модели обнаружения неисправностей. Результаты управления состоянием парка ветряных турбин, представленные в продемонстрировали эффективность применения кластерной методологии обнаружения неисправностей в сетях ветряных турбин.

Обнаружение неисправностей множества промышленных роботов сталкивается с такими же трудностями, как отсутствие моделей обнаружения неисправностей и динамических условий эксплуатации. Промышленные роботы имеют решающее значение в автомобильном производстве и выполняют различные задачи, такие как сварка, погрузочно-разгрузочные работы, покраска и т. д. В этом сценарии роботизированное обслуживание становится критически важным для обеспечения непрерывного производства и предотвращения простоев. Исторически сложилось так, что модели обнаружения неисправностей для всех промышленных роботов обучаются одинаково. Критические параметры модели, такие как обучающие выборки, компоненты и тревожные пределы, устанавливаются одинаковыми для всех модулей, независимо от их различных функциональных возможностей. Несмотря на то, что эти идентичные модели обнаружения неисправностей иногда могут эффективно выявлять неисправности, многочисленные ложные срабатывания мешают пользователям доверять надежности системы. Однако в машинной сети промышленные роботы со схожими задачами или режимами работы могут быть сгруппированы вместе; аномальным блокам в кластере затем может быть присвоен приоритет обслуживания посредством обучения или мгновенного сравнения. Эта методология однорангового сравнения внутри машинной сети может значительно повысить точность обнаружения неисправностей.

Открытые инициативы

• Eclipse Рабочая группа по машиностроению (открытые протоколы связи, инструменты и платформы), объединяющая различные проекты, включая Koneki , Eclipse SCADA.
• Оперативная группа МСЭ-Т M2M (глобальная инициатива по стандартизации общего уровня услуг M2M )
• 3GPP изучает аспекты безопасности межмашинного оборудования (M2M), в частности, автоматическую активацию SIM-карты, включая удаленную настройку и изменение подписки.
• «Невесомость» - стандартная группа, специализирующаяся на использовании «белого пространства» телевидения для M2M.
• Протокол XMPP (Jabber)
• OASIS MQTT — группа по стандартизации, работающая над облегченным надежным транспортным протоколом публикации/подписки, подходящим для связи в контекстах M2M/IoT.
• открытого мобильного альянса (OMA_LWM2M) Протокол
• РПМА (Инжену)
• Консорциум промышленного интернета

См. также

• Связь на заводе
• Служба обмена сообщениями, управляемая процессами
• Конвертер протоколов
• Умные, подключенные продукты
• Универсальный шлюз

Дальнейшее чтение

• Марк Фелл. «Дорожная карта развивающегося Интернета вещей – его влияние, архитектура и будущее управление» (PDF) . Карре и Штраус, Великобритания, 2014 г.
• Марк Фелл. «Манифест более разумного вмешательства в сложные системы» (PDF) . Карре и Штраус, Великобритания, 2013 г.
• Х. Ву; К. Чжу; Р. Дж. Ла; С. Лю и Ю. Чжан. «FASA: ускоренный S-ALOHA с использованием истории доступа для управляемых событиями коммуникаций M2M» (PDF) . Транзакции IEEE/ACM в сети, 2013. Архивировано из оригинала (PDF) 23 января 2015 г. Проверено 22 января 2015 г.
• Харальд Науманн. «Поваренная книга IoT M2M — Как разработать устройство на основе модулей беспроводной глобальной сети» (PDF) . Самостоятельное издание, 2014.
• Майк Фарион. «Интернет вещей для современного M2M» . Самостоятельная публикация, 2015 г. Архивировано из оригинала 9 октября 2015 г. Проверено 13 октября 2015 г.