Машинно-машинная связь: от истоков до интеллектуальных устройств.

Введение

Связь между устройствами
Связь типа «машина-машина» (M2M) – это непосредственное взаимодействие между устройствами с использованием любого канала связи, включая проводные и беспроводные. Связь типа «машина-машина» может включать в себя промышленную измерительную аппаратуру, позволяющую датчику или счетчику передавать зафиксированные данные (например, температуру, уровень запасов и т.п.) прикладным программам для их использования (например, для корректировки производственного процесса на основе температуры или для размещения заказов на пополнение запасов). Изначально такая связь осуществлялась через удаленную сеть машин, передающих информацию в центральный узел для анализа, после чего она перенаправлялась в систему наподобие персонального компьютера. Современная связь типа «машина-машина» трансформировалась в систему сетей, передающих данные на персональные устройства. Расширение IP-сетей во всем мире сделало связь типа «машина-машина» более быстрой и простой, при этом потребляя меньше энергии. Эти сети также открывают новые бизнес-возможности для потребителей и поставщиков.

История

Проводные коммуникационные машины используют сигнализацию для обмена информацией с начала XX века. Взаимодействие между машинами приобрело более сложные формы с появлением компьютерной сетевой автоматизации и до развития сотовой связи. Оно использовалось в таких областях, как телеметрия, промышленная автоматизация и SCADA-системы. Первые устройства "машина к машине", объединявшие телефонную связь и вычислительные технологии, были предложены Теодором Параскевакосом в 1968 году при разработке системы определения номера звонящего, запатентованной в США в 1973 году. Эта система, схожая, но отличная от индикатора вызова 1920-х годов и автоматической идентификации номера 1940-х годов, которые передавали телефонные номера машинам, стала предшественницей современного определителя номера звонящего, передающего номера людям. После нескольких попыток и экспериментов он понял, что для считывания номера телефона звонящего телефон должен обладать интеллектом, и разработал метод передачи номера звонящего на устройство вызываемого абонента. Его портативный передатчик и приемник были реализованы в 1971 году на предприятии Boeing в Хантсвилле, штат Алабама, представляя собой первые в мире рабочие прототипы устройств определения номера звонящего (изображены справа). Они были установлены в телефонной компании Peoples в Лисбурге, штат Алабама, и в Афинах, Греция, где были успешно продемонстрированы нескольким телефонным компаниям. Этот метод лег в основу современной технологии определения номера звонящего. Он также первым внедрил концепции интеллекта, обработки данных и визуальных дисплеев в телефоны, что привело к появлению смартфонов. В 1977 году Параскевакос основал Metretek, Inc. в Мельбурне, штат Флорида, для коммерческого автоматического считывания показаний счетчиков и управления нагрузкой для электроэнергетики, что привело к созданию "умных сетей" и "умных счетчиков". Для достижения широкой популярности Параскевакос стремился уменьшить размер передатчика и время передачи по телефонным линиям, создав единый чип для обработки и передачи. В 1978 году компания Motorola получила контракт на разработку и производство этого чипа, но в то время возможности Motorola были недостаточны для его создания. В результате он был разделен на два отдельных чипа (изображены справа). Несмотря на растущую популярность сотовой связи, многие машины по-прежнему используют стационарные линии (POTS, DSL, кабельные) для подключения к IP-сети. Индустрия сотовой связи M2M появилась в 1995 году, когда Siemens создала подразделение в рамках своего подразделения мобильных телефонов для разработки и запуска GSM-модуля данных "M1" на базе мобильного телефона Siemens S6 для промышленных приложений M2M, обеспечивая связь между машинами по беспроводным сетям. В октябре 2000 года подразделение модулей было выделено в отдельное подразделение Siemens под названием "Wireless Modules", которое в июне 2008 года стало независимой компанией Cinterion Wireless Modules. Первый модуль M1 использовался в ранних POS-терминалах, системах телематики транспортных средств, удаленного мониторинга, а также в приложениях отслеживания и трассировки. Технологию "машина к машине" первыми оценили такие компании, как GM и Hughes Electronics Corporation, которые увидели в ней преимущества и будущий потенциал. К 1997 году беспроводная технология "машина к машине" стала более распространенной и сложной благодаря разработке и запуску защищенных модулей, отвечающих специфическим потребностям различных вертикальных рынков, таких как автомобильная телематика. Модули данных машинного взаимодействия XXI века обладают новыми функциями и возможностями, такими как встроенная глобальная система позиционирования (GPS), гибкий монтаж на поверхность с помощью массивов контактов, встроенные смарт-карты, оптимизированные для машинного взаимодействия (например, SIM-карты телефонов), известные как MIM или модули идентификации машинного взаимодействия, а также встроенный Java, важная технология для ускорения развития Интернета вещей (IoT). Другим примером раннего использования является система связи OnStar. Аппаратные компоненты сети "машина-машина" производятся несколькими ключевыми игроками. В 1998 году Quake Global начала проектирование и производство спутниковых и наземных модемов для машинного взаимодействия. Первоначально, в значительной степени полагаясь на сеть Orbcomm для услуг спутниковой связи, Quake Global расширила ассортимент своей телекоммуникационной продукции, используя как спутниковые, так и наземные сети, что дало Quake Global преимущество в предложении сетевых продуктов, не привязанных к конкретному оператору.

Wired communication machines have been using signaling to exchange information since the early 20th century. Machine to machine has taken more sophisticated forms since the advent of computer networking automation and predates cellular communication. It has been utilized in applications such as telemetry, industrial, automation, and SCADA. Machine to machine devices that combined telephony and computing were first conceptualized by Theodore Paraskevakos while working on his Caller ID system in 1968, later patented in the U. S. in 1973. This system, similar but distinct from the panel call indicator of the 1920s and automatic number identification of the 1940s, which communicated telephone numbers to machines, was the predecessor to what is now caller ID, which communicates numbers to people. After several attempts and experiments, he realized that in order for the telephone to be able to read the caller's telephone number, it must possess intelligence so he developed the method in which the caller's number is transmitted to the called receiver's device. His portable transmitter and receiver were reduced to practice in 1971 in a Boeing facility in Huntsville, Alabama, representing the world's first working prototypes of caller identification devices (shown at right). They were installed at Peoples' Telephone Company in Leesburg, Alabama and in Athens, Greece where they were demonstrated to several telephone companies with great success. This method was the basis for modern day Caller ID technology. He was also the first to introduce the concepts of intelligence, data processing and visual display screens into telephones which gave rise to the smartphone. In 1977, Paraskevakos started Metretek, Inc. in Melbourne, Florida to conduct commercial automatic meter reading and load management for electrical services which led to the "smart grid" and "smart meter". To achieve mass appeal, Paraskevakos sought to reduce the size of the transmitter and the time of transmission through telephone lines by creating a single chip processing and transmission method. Motorola was contracted in 1978 to develop and produce the single chip, but the chip was too large for Motorola's capabilities at that time. As a result, it became two separate chips (shown at right). While cellular is becoming more common, many machines still use landlines (POTS, DSL, cable) to connect to the IP network. The cellular M2M communications industry emerged in 1995 when Siemens set up a department inside its mobile phones business unit to develop and launch a GSM data module called "M1" based on the Siemens mobile phone S6 for M2M industrial applications, enabling machines to communicate over wireless networks. In October 2000, the modules department formed a separate business unit inside Siemens called "Wireless Modules" which in June 2008 became a standalone company called Cinterion Wireless Modules. The first M1 module was used for early point of sale (POS) terminals, in vehicle telematics, remote monitoring and tracking and tracing applications. Machine to machine technology was first embraced by early implementers such as GM and Hughes Electronics Corporation who realized the benefits and future potential of the technology. By 1997, machine to machine wireless technology became more prevalent and sophisticated as ruggedized modules were developed and launched for the specific needs of different vertical markets such as automotive telematics. 21st century machine to machine data modules have newer features and capabilities such as onboard global positioning (GPS) technology, flexible land grid array surface mounting, embedded machine to machine optimized smart cards (like phone SIMs) known as MIMs or machine to machine identification modules, and embedded Java, an important enabling technology to accelerate the Internet of things (IOT). Another example of an early use is OnStar's system of communication. The hardware components of a machine to machine network are manufactured by a few key players. In 1998, Quake Global started designing and manufacturing machine to machine satellite and terrestrial modems. Initially relying heavily on the Orbcomm network for its satellite communication services, Quake Global expanded its telecommunication product offerings by engaging both satellite and terrestrial networks, which gave Quake Global an edge in offering network neutral products.

В 2000-х годах

В 2004 году Digi International начала производить беспроводные шлюзы и маршрутизаторы. Вскоре после этого, в 2006 году, Digi приобрела Max Stream, производителя радиомодулей XBee. Эти аппаратные компоненты позволяли пользователям подключать устройства, независимо от их удаленности. С тех пор Digi сотрудничает с рядом компаний для подключения сотен тысяч устройств по всему миру. В 2004 году Кристофер Лоуэри, британский предприниматель в сфере телекоммуникаций, основал Wyless Group, одного из первых операторов мобильных виртуальных сетей (MVNO) в области M2M. Операции начались в Великобритании, и Лоуэри опубликовал несколько патентов, представляющих новые функции в области защиты и управления данными, включая фиксированное IP-адресирование в сочетании с управляемым платформой подключением через VPN. В 2008 году компания расширилась на рынок США и стала крупнейшим партнером T-Mobile по обе стороны Атлантики. В 2006 году Machine to Machine Intelligence (M2Mi) Corp начала сотрудничество с NASA для разработки автоматизированного машинного интеллекта. Автоматизированный машинный интеллект обеспечивает взаимодействие широкого спектра механизмов, включая проводные и беспроводные инструменты, датчики, устройства, серверы, роботов, космические аппараты и сетевые системы, для эффективного обмена информацией. В 2009 году AT&T и Jasper Technologies, Inc. заключили соглашение о совместной поддержке создания устройств для связи между машинами. Они заявили о намерении расширить возможности подключения потребительской электроники к беспроводным сетям машинного типа, что должно повысить скорость и общую производительность таких устройств. В 2009 году также была представлена платформа PRiSMPro™ от поставщика сетей KORE Telematics, обеспечивающая управление сетевыми сервисами GSM и CDMA в режиме реального времени для машинных приложений. Платформа была ориентирована на то, чтобы сделать управление несколькими сетями ключевым фактором повышения эффективности и снижения затрат при использовании устройств и сетей машинного типа. Также в 2009 году Wyless Group представила PORTHOS™, свою многооператорскую, многоприкладную, независимую от устройств платформу управления открытыми данными. Компания ввела новое отраслевое определение – Global Network Enabler, включающее управление сетями, устройствами и приложениями на платформе, ориентированной на клиента. Также в 2009 году норвежский оператор Telenor завершил десятилетние исследования в области связи между машинами, создав два подразделения, обслуживающих верхнюю (услуги) и нижнюю (соединение) части цепочки создания стоимости. Telenor Connexion в Швеции использует бывшие исследовательские возможности Vodafone в дочерней компании Europolitan и представлена на европейском рынке услуг в таких типичных областях, как логистика, управление автопарком, безопасность автомобилей, здравоохранение и интеллектуальный учет потребления электроэнергии. Telenor Objects выполняет аналогичную роль, обеспечивая подключение к сетям машинного типа по всей Европе. В Великобритании бизнес-оператор MVNO Abica начал испытания приложений телемедицины и телепомощи, требующих безопасной передачи данных через частную APN и HSPA+/4G LTE соединение со статическим IP-адресом.

In 2004, Digi International began producing wireless gateways and routers. Shortly after in 2006, Digi purchased Max Stream, the manufacturer of XBee radios. These hardware components allowed users to connect machines no matter how remote their location. Since then, Digi has partnered with several companies to connect hundreds of thousands of devices around the world. In 2004, Christopher Lowery, a UK telecoms entrepreneur, founded Wyless Group, one of the first Mobile Virtual Network Operators (MVNO) in the M2M space. Operations began in the UK and Lowery published several patents introducing new features in data protection & management, including Fixed IP Addressing combined with Platform Managed Connectivity over VPNs. The company expanded to the US in 2008 and became T Mobile's largest partners on both sides of the Atlantic. In 2006, Machine to Machine Intelligence (M2Mi) Corp started work with NASA to develop automated machine to machine intelligence. Automated machine to machine intelligence enables a wide variety of mechanisms including wired or wireless tools, sensors, devices, server computers, robots, spacecraft and grid systems to communicate and exchange information efficiently. In 2009, AT&T and Jasper Technologies, Inc. entered into an agreement to support the creation of machine to machine devices jointly. They have stated that they will be trying to drive further connectivity between consumer electronics and machine to machine wireless networks, which would create a boost in speed and overall power of such devices. 2009 also saw the introduction of real time management of GSM and CDMA network services for machine to machine applications with the launch of the PRiSMPro™ Platform from machine to machine network provider KORE Telematics. The platform focused on making multi network management a critical component for efficiency improvements and cost savings in machine to machine device and network usage. Also in 2009, Wyless Group introduced PORTHOS™, its multi operator, multi application, device agnostic Open Data Management Platform. The company introduced a new industry definition, Global Network Enabler, comprising customer facing platform management of networks, devices and applications. Also in 2009, the Norwegian incumbent Telenor concluded ten years of machine to machine research by setting up two entities serving the upper (services) and lower (connectivity) parts of the value chain. Telenor Connexion in Sweden draws on Vodafone's former research capabilities in subsidiary Europolitan and is in Europe's market for services across such typical markets as logistics, fleet management, car safety, healthcare, and smart metering of electricity consumption. Telenor Objects has a similar role supplying connectivity to machine to machine networks across Europe. In the UK, Business MVNO Abica, commenced trials with Telehealth and Telecare applications which required secure data transit via Private APN and HSPA+/4G LTE connectivity with static IP address.

В 2010-х годах

В начале 2010 года в США компании AT&T, KPN, Rogers, Telcel / America Movil и Jasper Technologies, Inc. начали совместную работу над созданием платформы для межмашинного взаимодействия, которая станет центром для разработчиков в области электроники связи для машин. В январе 2011 года компания Aeris Communications, Inc. объявила о предоставлении телематических услуг для Hyundai Motor Corporation. Подобные партнерства упрощают, ускоряют и снижают стоимость использования межмашинного взаимодействия для бизнеса. В июне 2010 года оператор мобильных сообщений Tyntec объявил о доступности своих высоконадежных SMS-сервисов для M2M-приложений. В марте 2011 года поставщик услуг сети межмашинного взаимодействия KORE Wireless объединился с Vodafone Group и Iridium Communications Inc. для предоставления сетевых услуг KORE Global Connect через сотовую и спутниковую связь в более чем 180 странах, с единой точкой выставления счетов, поддержки, логистики и управления взаимоотношениями. Позднее в том же году KORE приобрела австралийскую Mach Communications Pty Ltd. в ответ на растущий спрос на M2M на рынках Азиатско-Тихоокеанского региона. В апреле 2011 года Ericsson приобрела платформу Telenor Connexion для межмашинного взаимодействия, чтобы расширить свои технологические возможности и знания в развивающемся секторе. В августе 2011 года Ericsson объявила об успешном завершении соглашения о покупке активов для приобретения технологической платформы Telenor Connexion (межмашинное взаимодействие). По данным независимой аналитической компании Berg Insight, в 2008 году количество сотовых подключений, используемых для межмашинного взаимодействия, составило 47,7 миллиона. Компания прогнозирует, что к 2014 году число подключений между машинами вырастет до 187 миллионов. Исследование группы E Plus Group показывает, что в 2010 году на немецком рынке будет 2,3 миллиона смарт-карт для межмашинного взаимодействия. Согласно исследованию, эта цифра вырастет в 2013 году до более чем 5 миллионов смарт-карт. Основным драйвером роста является сегмент "отслеживание и мониторинг" с ожидаемым средним темпом роста в 30 процентов. Самым быстрорастущим сегментом M2M в Германии, со среднегодовым ростом в 47%, будет сегмент потребительской электроники. В апреле 2013 года была сформирована рабочая группа по стандартам OASIS MQTT с целью разработки легковесного, надежного протокола передачи сообщений по принципу publish/subscribe, подходящего для связи в контексте M2M/IoT. IBM и StormMQ возглавляют эту рабочую группу, а Machine to Machine Intelligence (M2Mi) Corp является секретариатом. В мае 2014 года комитет опубликовал примечание к MQTT и NIST Cybersecurity Framework Version 1.0, чтобы предоставить рекомендации организациям, желающим развернуть MQTT в соответствии с NIST Framework for Improving Critical Infrastructure Cybersecurity. В мае 2013 года поставщики услуг сети межмашинного взаимодействия KORE Telematics, Oracle, Deutsche Telekom, Digi International, Orbcomm и Telit создали Международный совет по машинному взаимодействию (IMC). Первая отраслевая организация, обслуживающая всю экосистему межмашинного взаимодействия, IMC стремится сделать межмашинное взаимодействие повсеместным, помогая компаниям устанавливать и управлять коммуникацией между машинами.

In early 2010 in the U. S., AT&T, KPN, Rogers, Telcel / America Movil and Jasper Technologies, Inc. began to work together in the creation of a machine to machine site, which will serve as a hub for developers in the field of machine to machine communication electronics. In January 2011, Aeris Communications, Inc. announced that it is providing machine to machine telematics services for Hyundai Motor Corporation. Partnerships like these make it easier, faster and more cost efficient for businesses to use machine to machine. In June 2010, mobile messaging operator Tyntec announced the availability of its high reliability SMS services for M2M applications. In March 2011, machine to machine network service provider KORE Wireless teamed with Vodafone Group and Iridium Communications Inc., respectively, to make KORE Global Connect network services available via cellular and satellite connectivity in more than 180 countries, with a single point for billing, support, logistics and relationship management. Later that year, KORE acquired Australia based Mach Communications Pty Ltd. in response to increased M2M demand within Asia Pacific markets. In April 2011, Ericsson acquired Telenor Connexion's machine to machine platform, in an effort to get more technology and know how in the growing sector. In August 2011, Ericsson announced that they have successfully completed the asset purchase agreement to acquire Telenor Connexion's (machine to machine) technology platform. According to the independent wireless analyst firm Berg Insight, the number of cellular network connections worldwide used for machine to machine communication was 47.7 million in 2008. The company forecasts that the number of machine to machine connections will grow to 187 million by 2014. A research study from the E Plus Group shows that in 2010 2.3 million machine to machine smart cards will be in the German market. According to the study, this figure will rise in 2013 to over 5 million smart cards. The main growth driver is segment "tracking and tracing" with an expected average growth rate of 30 percent. The fastest growing M2M segment in Germany, with an average annual growth of 47 percent, will be the consumer electronics segment. In April 2013, OASIS MQTT standards group is formed with the goal of working on a lightweight publish/subscribe reliable messaging transport protocol suitable for communication in M2M/IoT contexts. IBM and StormMQ chair this standards group and Machine to Machine Intelligence (M2Mi) Corp is the secretary. In May 2014, the committee published the MQTT and NIST Cybersecurity Framework Version 1.0 committee note to provide guidance for organizations wishing to deploy MQTT in a way consistent with the NIST Framework for Improving Critical Infrastructure Cybersecurity. In May 2013, machine to machine network service providers KORE Telematics, Oracle, Deutsche Telekom, Digi International, Orbcomm and Telit formed the International Machine to Machine Council (IMC). The first trade organization to service the entire machine to machine ecosystem, the IMC aims at making machine to machine ubiquitous by helping companies install and manage the communication between machines.

Приложения

Беспроводные сети, объединенные в единую систему, могут повысить производительность и эффективность в различных областях, включая оборудование, используемое при сборке автомобилей, и информирование разработчиков о необходимости технического обслуживания конкретных продуктов и причинах этого. Эта информация позволяет совершенствовать продукты, приобретаемые потребителями, и поддерживать их работу с максимальной эффективностью. Некоторые компании, такие как M-Kopa в Кении, используют M2M для контроля оплаты, удаленно отключая солнечные устройства клиентов при просрочке платежей. "Наша система кредитования – это SIM-карта в устройстве, которая может отключить его удаленно", – объясняет Чэд Ларсон, финансовый директор M-Kopa и один из ее основателей, описывая эту технологию. Еще одно применение – обновление цифровых билбордов с помощью беспроводных сетей. Это позволяет рекламодателям показывать разные сообщения в зависимости от времени суток или дня недели, а также оперативно вносить глобальные изменения, например, корректировать цены на бензин. Рынок машинного взаимодействия (M2M) в промышленности стремительно развивается, поскольку предприятия все больше осознают преимущества подключения географически распределенных сотрудников, устройств, датчиков и машин к корпоративным сетям. Сегодня такие отрасли, как нефтегазовая, точное земледелие, военная, государственная, умные города и муниципалитеты, производство и коммунальные службы, активно используют технологии M2M для решения широкого спектра задач. Многие компании разработали сложные и эффективные технологии передачи данных, обеспечивающие высокую скорость, мобильные mesh-сети и каналы связи 3G/4G. Телематика и развлекательные системы в автомобилях – одно из приоритетных направлений для разработчиков M2M. Примером может служить сотрудничество Ford Motor Company и AT&T для беспроводного подключения Ford Focus Electric со встроенным беспроводным модулем и специальным приложением, позволяющим владельцу контролировать настройки зарядки, планировать маршруты с несколькими остановками, находить зарядные станции, а также предварительно прогревать или охлаждать салон автомобиля. В 2011 году Audi объединилась с T-Mobile и RACO Wireless для запуска сервиса Audi Connect. Audi Connect предоставляет пользователям доступ к новостям, прогнозу погоды и ценам на топливо, а также превращает автомобиль в безопасную мобильную точку доступа Wi-Fi для пассажиров.

Wireless networks that are all interconnected can serve to improve production and efficiency in various areas, including machinery that works on building cars and on letting the developers of products know when certain products need to be taken in for maintenance and for what reason. Such information serves to streamline products that consumers buy and works to keep them all working at highest efficiency. Some companies, such as M kopa in Kenya, are using M2M to enforce a payment plan, but turning off its customers' solar devices remotely for non payment. "Our loan officer is that SIM card in the device that can shut it off remotely," says Chad Larson, M Kopa's finance director and its third co founder, when describing the technology. A third application is to use wireless networks to update digital billboards. This allows advertisers to display different messages based on time of day or day of week, and allows quick global changes for messages, such as pricing changes for gasoline. The industrial machine to machine market is undergoing a fast transformation as enterprises are increasingly realizing the value of connecting geographically dispersed people, devices, sensors and machines to corporate networks. Today, industries such as oil and gas, precision agriculture, military, government, smart cities/municipalities, manufacturing, and public utilities, among others, utilize machine to machine technologies for a myriad of applications. Many companies have enabled complex and efficient data networking technologies to provide capabilities such as high speed data transmission, mobile mesh networking, and 3G/4G cellular backhaul. Telematics and in vehicle entertainment is an area of focus for machine to machine developers. Recent examples include Ford Motor Company, which has teamed with AT&T to wirelessly connect Ford Focus Electric with an embedded wireless connection and dedicated app that includes the ability for the owner to monitor and control vehicle charge settings, plan single or multiple stop journeys, locate charging stations, pre heat or cool the car. In 2011, Audi partnered with T Mobile and RACO Wireless to offer Audi Connect. Audi Connect allows users access to news, weather, and fuel prices while turning the vehicle into a secure mobile Wi Fi hotspot, allowing passengers access to the Internet.