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M2M应用快速拓展
技术完备 架构成熟

【作者: 王明德】2017年11月10日 星期五

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通讯技术被发明以来,应用对象都以人为主,所传送的讯息型态也是以语音为大宗,不过这几年通讯技术开始被延伸到人以外的领域,也就是机器,两部机器之间利用通讯设备来传递讯息,并配合自动化系统来提升系统效率,也就是「M2M」(Machine to Machine)概念,M2M与无线感测网路(WSN)的概念发生时期接近,大约都在2007年左右,後来这两项概念结合IT领域的资料探勘(Data Mining),形成现在的物联网,就目前的物联网系统来看,M2M可说是其机构组成的基础,透过M2M的讯息撷取与传输,整体系统才能启动。



图1 :  M2M是两部机器之间利用通讯设备来传递讯息,并配合自动化系统来提升系统效率。(Machine to Machine)概念(Source: Vodafone Global Enterprise)
图1 : M2M是两部机器之间利用通讯设备来传递讯息,并配合自动化系统来提升系统效率。(Machine to Machine)概念(Source: Vodafone Global Enterprise)


从Wikipedia定义来看,M2M系统包括四部分,1.通讯设备可针对客户需求,独立进行资料传输,2.设备可透过网路与伺服主机联系,3.透过软体进行资料分析、反应与处理,4.智慧型专家系统,换言之,M2M系统包括硬体与软体,各硬体设备间透过网路进行资料沟通。此外,M2M系统包含一伺服主机与智慧型专家系统,设备与设备间之传递资料可透过伺服主机专家系统进行处理。


需求起飞 应用快速拓展


举例来说,由於国际原油价格居高不下,台湾高电价时代已经悄悄到来。依现有建筑物能源使用统计,包括空调冷气与灯光照明等机电系统(MEP)能源使用已经超过总使用量70%以上,如何透过能源管理(Energy Management)机制,在需用电时才用,或是根据实际需求量调控机电系统运作状态,成为建筑物管理产业(即物业管理产业)重要议题。


在上述能源管理中,如果在建筑物中建置M2M系统,包括设置各类型感测器(Sensor),例如监视各运转设备状态感测器、监视室内环境状态感测器、监视室外环境状态感测器等。同时,也设置中央监视与控制系统(Facility Monitor Control System, FMCS)与中央电脑硬体与相关软体,并将感测器与中央监控电脑连结。则此建筑物能源管理M2M系统,即可依内外环境(温度、湿度与人员是否在室内),将建筑设备(例如冷气机)运转状态进行最隹调控,以达成能源管理或能源使用最隹化目的。


从上面基本介绍与范例说明可以看出,M2M系统就是透过机器(或元件)间之沟通与运作,进行事务处理之工作代理人系统,也是某类型机器人系统。表一为M2M系统部分范例,可以看出M2M广泛应用於不同产业,包括制造与服务等。



图2 :  M2M产业将朝向提升人类提升生活品质为目标。(Source:SiNE-WAV)
图2 : M2M产业将朝向提升人类提升生活品质为目标。(Source:SiNE-WAV)


M2M产业初期将会以3K产业中(肮脏、危险、辛苦)替代以劳力为主的工作;中期而言,M2M产业将朝向协助提升人类便利性,例如照顾与手机购物;长期而言,M2M产业将与机器人产业结合,朝向提升人类提升生活品质为目标。


工控领域的M2M系统


至於在工控领域,其实机器与机器之间的通讯,在工业电脑领域早已不是新应用,发展已久的工业通讯,处理的就是机器与机器之间的讯息交换。一般来说,大型制造商的工厂生产线不会只有一条,而两条以上的生产设备,就必须利用通讯设备来加以链结成网路,以方便管理。


工厂设备多为固定设备,加上直接与生产过程相关,因此稳定是工业通讯的第一考量,目前工厂机台设备的线路型态以有线为主,相较於无线技术的方便、低成本优势,有线架构在现场布线虽然成本高、作业麻烦,不过讯号传输稳定度却远优於无线技术,因此在固定设备上,多半采有线方式架构。



如前文所言,工业通讯发展已有多年,无论是技术或产业分工都已成熟,厂商所购置的生产设备,都已将通讯设备内建,工业用的乙太网路会因依附的设备不同而有所差异,大致上可分为5种,包括:



  • Sensorbus
  • :通常用来连接低阶的感测器或是On/Off开关,传输资料最少。


  • Devicebus
  • :只要是能对网路化元件提供通讯或诊断功能,都属此类,因此所界定的范围最广。


  • Fieldbus
  • :通常架构於Devicebus之上,用来传输大量资料,不过传输速度较慢,有部分也提供元件控制功能。


  • Control
  • :提供高阶元件间的对等网路通讯。




这4类加上以企业网路为主干的乙太网路,就是工业网路的5大类型,从这4种类可以看出,工业通讯的「M2M」应用已涵盖整个工控领域,发展相当完整。


因应需求选择通讯标准


工厂的工业通讯以有线技术为主,无线技术方面,目前则以车队派遣为最大应用,「M2M」的通讯传输技术选择,必须视搭载设备的移动与否来决定,如果其中一方必须不断移动,自然无法布线,就必须采取无线传输方式。


无线传输技术可分为短、中、长距离,短距离包括蓝芽、Zigbee与各式NBIoT标准、中距离是无线区域网路(WLAN),长距离目前主要为4G,这两年深受市场瞩目的LPWAN则被视为未来主流,3种不同距离的传输技术,在应用上也不尽相同,短距离的传输技术多只被要求用来做简单的讯息传送,例如将蓝芽与胎压感测器整合,内建在汽车轮胎处,将胎压数据以无线方式传送到车控电脑中,至於Zigbee则主要以控环境为主,用来做简单的I/O控制,NBIoT


中距离的无线区域网路也是以室内应用为主,目前工控领域的无线传输,IEEE 802.11 a/b/g/n均有,工控环境会采用无线区域网路,多半是因为布线不易或厂区环境不隹,线路容易受损。


至於长距离的无线通讯技术,目前以3G和4G为主,不过3G或4G都是按月付费,专为物联网设计的各种LPWAN标准,因具备低功耗、低成本、长距离、大量连结等特色,将成为未来主流技术。


在系统设计上,M2M必须与不同领域进行整合,这虽不容易,不过M2M市场实在太大,以数量来看,现在全球的机器数量约有总人囗的10倍之多,如果每一部机器都内建相关设备,所蕴藏的商机将十分惊人,不过这部份若只凭电信厂商一方将无法完成,还是必须透过系统整合业者来整合电信与电子制造两方,产业链才会完整。


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