．從 M2M 到物聯網的網路本質

原文標題：《網路的本質：從 M2M 到物聯網》

來源：公众号/物联江湖作者：王一鸣

任何一種資訊系統的價值，都在於「資訊價值環路」。在技術層面，「資訊環」的建構一直處在變動和發展的狀態中。當我們對實現「資訊環」的技術進行抽象化地理解，便能從資訊環的發展趨勢中，看到網路的未來。

IoT Networks Report - Business Insider

一、自動化設備的資訊環路

即使在沒有網路的情況下，自動化設備也能夠實現，自身與實體世界「感知採集-計算控制-執行操作」的資訊環路。設備能夠自主地調整其周邊的實體環境(也稱為「實體交互」)，能夠影響事物發展的過程，「激勵」現實世界，根據其目標產生變化。自主的決策控制能力，使得設備可以脫離人的操控和干預，而自動化運行，這讓各行業的生產效率大為提高。

對於自動化設備，資訊處理的本質，就是形成一個「現實世界-虛擬世界」的控制資訊環路。

Internet of Things – an IoT network for Reading – Out of office

工程師們透過將各種機械組件、電子元器件系統化地組裝起來，製造出自動化設備。設備中主要的資訊處理模組包括：傳感器、控制器、計算器(儲存器)、執行器。

如果生產應用的環境比較穩定，設備操作對象的狀態簡單，決策的邏輯也不複雜，那麼計算器和控制器，可以共存於同一塊晶片或計算模組內；但如果環境的變化較多，設備的工作情況複雜，那麼就需要單獨的計算器(儲存器)，來實現複雜的邏輯計算。

圖參考：《中興通訊技術》2011年2月第1期 -《從雲計算到海計算：論物聯網的體系結構》

二、M2M設備的資訊環路

自動化的設備，可以在相對穩固的環境中獨立運作，但它通常都不能離開專屬的生產環境，設備對動態環境的適應性較低，並且無法與外界互動，以實現更為複雜的邏輯功能。

此外，如果設備出現故障、生產流程出現問題，還是需要監管人員留在現場進行監控和維護，這樣並不利於企業的成本控制和效率提升。

如果能將設備運行的狀態資訊、以及環境和其它生產資料的現狀，透過網路傳送到一個集中化的平台進行監管，並且能透過這個中心平台，反向控制設備的運行，那不僅能夠提高生產設備的適應性，還能降低人員成本，提高資產管理的效率。

所以，「M2M(Machine-to-Machine)」的概念就誕生了。從字面來看，「M2M」是指「機器和機器之間建立連接」，不過從常見的應用形式來看，「M2M」主要是基於「兩端」連接的應用：「終端」設備和「雲端」應用。

通用「端到端」的M2M系統解決方案，即是指：企業資產由M2M設備或模組，透過無線/有線的通信方式，連接到集中化的管理應用平台。

一方面，企業資產(機器、工具、耗材等)的各類狀態資訊，經過M2M設備採集後，傳遞到管理應用平台；另一方面，管理應用平台也可以下發操作指令給M2M設備，控制相應的機械設備。

圖參考：《從M2M到物聯網(架構、技術及應用)》---機械工業出版社

對於企業的資產：純粹的機械設備或生產原材料，可以透過M2M設備上的傳感設備，即時地偵測其物理、化學等狀態；而一部分具有計算能力的生產設備，則可以透過增加通信模組，實現與集中管理平台的連接；此外，對於影響生產的各類環境資訊，也可以透過M2M設備上的環境檢測傳感器，進行探測並上報。

M2M的應用，使得企業員工省去了很多奔波之苦，降低了企業資產管理的成本，提升了系統的自適應能力，乃至形成了許多新的商業模式和市場領域。

在M2M應用中，數據的傳遞形成了一個大而長的資訊環，這個環使得系統的應用者，可以獲取設備資訊，並控制設備的運作。

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三、M2M應用的服務開放：資訊環的解耦

不過從一個更高的層面來看，M2M應用仍有不足，其中最大的問題，在於應用的複用性不強。在M2M的應用系統中，自上而下的各個功能單元之間處於「緊耦合」的狀態。

整個系統通常屬於專項開發的應用，涉及的數據和終端設備，一般不具有共享的條件；設備和設備、系統和系統之間，也不能相互服務。這種由單一應用「獨享」設備能力、資訊數據的模式，常稱為「煙囪式」或「藩籬式」應用。

1.M2M系統中「服務端」和「使用端」的一體化設計

早期，M2M應用的使用者通常比較集中，或是企業內部員工，或是產業鏈上下游的合作夥伴。由於系統的用戶數量不會太多，並且僅限於專業團隊使用，操控的輸入輸出設備，也部署得相對集中。

所以，M2M應用中的兩個關鍵部分：服務端(雲端)和操控端(用戶端)，通常會整合在一起，或是透過內部網路和伺服器連接。他們在軟體部分形成緊耦合的狀態，無法分清系統中的連接層次(操作端和服務端)。

並且，M2M應用系統不會向公眾用戶開放，也無需在互聯網上，部署公開的應用入口。如果專業人員有遠端進入系統、進行操作的需求，則可以在遠端操作終端(電腦)上，安裝專用的企業VPN連接軟體，透過互聯網建立專用數據隧道，來保證安全使用。

(1)服務端：功能錨點

「物」的特性和功能的數位化定義：在集中化的平台上，設備、環境、物料，在生產使用過程中的實體特性、運行狀態、操作過程，根據應用的需要，被完全地數位化定義。設備的功能在虛擬的數位化空間中，映射成一個完整的字符序列，和軟體程序。

資訊應用的數位化定義：在集中化平台上，「雲端」所具備的資訊處理能力(大數據分析、可視化呈現、數據搜索、數據庫儲存等)也被數位化定義。

這樣「終端」和「雲端」的能力，都集中在統一的平台上，實現數位化呈現，形成了一個完整的功能集。

在M2M的應用系統中，必然有一部分核心的計算節點，集中化地實現了兩種能力的數位映射，即具備了完整的應用功能集。其中的兩種能力，一個是「改變現實的能力(終端)」，另一個是「資訊處理能力(雲端)」。這些核心節點稱為應用的「功能錨點」，能夠提供完整的「應用服務」。

(2)用戶端：M2M系統功能的使用者

在M2M應用中，使用者透過系統所具備的「資訊化交互」方式，即透過輸入輸出終端(例如鍵盤滑鼠和顯示器，作為「操控端」)，就可以和M2M應用系統，進行指令交互，在核心計算節點(功能錨點)中，調用終端設備的功能，實現對現實世界的改造。在應用過程中，使用者透過操控端(輸入輸出設備)，向應用系統發出的操作指令，稱為應用的「激勵源」。

2.「服務端」和「用戶端」分離，致使「資訊環」解耦

在互聯網思維的感染、軟體工業進步的浪潮之下，M2M應用逐漸向「外部開放，內部解耦」的方向發展。

原本的應用可以在平台側，透過開發標準的軟體接口，向整個互聯網開放功能。使用者可以透過互聯網接口(入口)，獲得系統內的數據，以及終端設備提供的服務。

這便是目前最常見的一種物聯網應用模式-「共享」的商業模式。在這個模式中，有三個「端」：使用端、服務端(雲端)、設備端(終端)。

設備終端屬於企業資產，由雲端服務負責監控和管理，雲端服務將終端設備的功能，大打包成商業服務，在互聯網中向使用者開放，使用者只要透過互聯網登錄雲端服務，所構建的應用平台，就能以「租賃」的形式，使用企業的終端設備。

從資訊連接的角度來看，物聯網「三端」型的應用，和以往M2M型應用，有了巨大的區別，這個區別就是資訊環的「解耦」。

如今雨後春筍般的互聯網共享應用，將「服務」和「使用者」掰開了。一般大眾使用者，使用手機(使用者端)透過互聯網登錄應用服務端，應用服務端則提供統一、標準化的租賃服務。

服務端先對使用者進行認證、收費，並記錄使用情況。當驗證了使用者的資格後，服務端便將終端設備的使用權，交付給使用者。

使用者在結束設備(終端)的使用後，將使用權釋放，並完成與服務設備租用結算。一次租賃服務結束後，終端又處於空閒狀態，等待著下一位使用者。

在終端共享的過程中，使用端和服務端之間，形成了無數個臨時的「激勵環」。使用者的消費意圖，在手機上形成「激勵資訊」，啟動了服務端的服務程序。服務端透過攜帶控制資訊的「執行環」，將指令傳遞給終端，並給予使用者終端的使用權(例如對岸共享單車的簡訊解鎖流程)。