Skillnaden mellan kommunikation och konstruktion för IoT och M2M

Maskin-till-maskin-kommunikation (M2M) och IoT (sakernas internet) är nära besläktade men ändå olika. De används emellertid synonymt många gånger. Detta leder till missuppfattningar och förväxling när det gäller deras egenskaper, användningsmöjligheter och konstruktion samt krav vid implementering.

I denna artikel förklaras skillnaden mellan dessa två områden. Här introduceras också exempel på varje användning innan tittar närmare på de unika egenskaperna för M2M i förhållande till system för IoT med konstruktionslösningar från Multi-Tech Systems, FreeWave Technologies, Hirschmann och B+B SmartWorx. Vi tittar också närmare på nya M2M-användningar som luftburna, trådlösa uppdateringar (OTA) och flerlagrad säkerhet som förbättrar nätverkets funktion och underlättar användning. Slutligen ges anvisningar för konstruktörer gällande val av rätt M2M-dataabonnemang för att kunna sänka kostnaden för datakommunikation.

Skillnaden mellan M2M och IoT

M2M och IoT är tekniker för datadelning och datalänkar som driver dataöverföring, men de är också olika: IoT är ett nätverk med enheter som är anslutna till internet medan M2M är en automatiserad kommunikationsprocess mellan två eller flera elektroniska system (eller maskiner/enheter). Maskinerna eller enheterna i punkt-till-punkt-anslutningar eller punkt-till-multipunkt-anslutningar för M2M kan vara sensorer, styrdon, inbäddade system eller andra anslutna element.

Här är det viktigt att komma ihåg att M2M har använts innan begreppet sakernas internet myntades och innan det kommersiella internet växte fram i mitten av 1990-talet. Ursprunget till M2M kan spåras tillbaka till telemetritillämpningar till följd av uppkomsten av tvåvägsradio under tidigt 1900-tal. Hur som helst innebar GSM (det första digitala mobilnätet) en ny utvecklingsfas för M2M-kommunikation på 1990-talet.

Ungefär ett tiotal år senare var det dags för sakernas internet att ta över inom anslutning av saker via öppna IP-baserade nätverk. Det var då skiljelinjen mellan dessa två unika kommunikationstekniker började suddas ut. För att kunna förstå vad utsuddande av linjer betyder kan det vara till hjälp att använda en exempeltillämpning – i detta fall en pulsmätare – och se hur den kan användas med både M2M och IoT.

När en sensor som övervakar patientens hjärtfrekvens ansluts till extern anordning eller patientserver för att läkaren ska få information om patientens hälsa kan detta utföras med hjälp av en M2M-tillämpning. Om pulsmätaren istället är integrerad i en interaktiv enhet placerad proximalt till patienten som skickar varningar till patientens läkares eller familjemedlemmarnas smarttelefoner kan den räknas som IoT.

M2M-tillämpningar som använder trådbundna, trådlösa och mobila anslutningsmekanismer omfattar automatiserad avläsning av elmätare, intelligent anslutning till trafikljus samt säkerhetslösningar för hem med övervakningskamera och serviceboenden. Det är vid denna mötespunkt för nätverksteknik som M2M-kommunikation börjar sammanstråla med liknande konstruktioner inom sakernas internet.

Hur IoT kan komplettera M2M

I en större kontext har M2M-kommunikation gått in i en ny fas i och med sakernas internet. Som besläktad till IoT kan M2M använda samma anslutningstekniker och -lösningar som används för sakernas internet, särskilt när det gäller trådlös användning. Multi-Tech Systems mobilmodem MTC-H5-B01-US-EU-GB i serie MultiConnect Cell 100 som stöder både tillämpningar inom både M2M och sakernas internet är några exempel (figur 1).

Figur 1: Mobilmodem MTC-H5-B01-US-EU-GB (vänster) från Multi-Tech Systems är avsett för M2M-tillämpningar men kan också användas för IoT-tjänster. (Bildkälla: Telit)

Dessa mobilmodem stöder GSM upp till Cat 4- och Cat-M1 4G-nätverk och är användbara för M2M-tillämpningar som processautomatisering, räddningstjänst, fjärrövervakning av patienter, system för förnybar energi och hantering av sista-vagnen-system.

Det finns många gränssnittsalternativ för modem i serie Cell 100, inklusive RS-232-gränssnitt, USB-gränssnitt och seriella gränssnitt som täcker många olika tillämpningskrav. Maskinvaran stöds av MultiTech Connection Manager, vilket är ett programvarupaket som automatiskt detekterar USB-enheter och seriella enheter, som laddar ned nödvändiga drivrutiner och som säkerställer att kommunikationsportar är korrekt mappade för att M2M-anslutning ska kunna upprättas.

Eftersom försäljare arbetar på strömsnåla lösningar för IoT med hjälp av högintegrerad anslutningsbarhet, bidrar detta också till att underlätta kompakta M2M-radior som finns med flera olika spänningsinmatningar och nätverkskonfigurationer.

Ett bra exempel på detta är MM2-serien med 900 MHz RF-moduler från FreeWave Technologies. Dessa kan fungera som slutpunkt i nätverk med både punkt-till-punkt- och punkt-till-multipunkt-topologier. RF-moduler (front-end) använder en fälteffekttransistor av galliumarsenid (GaAs) och akustiska ytvågsfilter (SAW) i flera steg för att uppnå en kombination av hög känslighet och immunitet mot överlast. Valbar datahastighet: 115,2 eller 153,6 kbps.

Typiska specifikationer för MM2-serien: uteffekt (1 W), ingångskänslighet (−108 dBm) och räckvidd (upp till 30 km). För denna räckvidd antas klar siktlinje.

Säkerhet och tillförlitlighet för M2M

Säkerhet och tillförlitlighet (egenskaper som både M2M och IoT omfattar) är till och med viktigare vid M2M-tillämpningar, eftersom dessa vanligtvis inte innefattar mänsklig interaktion. Faktum är att säkerhet och tillförlitlighet är vanliga problem vid den omfattande användningen av M2M-nätverk.

Så när det gäller trådbundna lösningar kan ingenjörer konfigurera M2M-nätverk enligt behov för tillförlitlighet med hjälp av Hirschmann RS20/RS30 industriella Ethernet-switchar för DIN-skena. RS20-switchar har 4 till 25 fasta Ethernet-portar, vilket säkerställer extremt hög feltolerans (figur 2). Och företagets RS30-switchar har 8 till 24 portar med 2 Gigabit Ethernet-portar och 8, 16 eller 24 Fast Ethernet-portar.

Figur 2: Hirschmann RS20 Ethernet-switch har 4 till 25 Fast Ethernet-portar, vilket minimerar risken för fel. (Bildkälla: Hirschmann)

Fast Ethernet- och Gigabit Ethernet-portar kan definieras individuellt, vilket ger M2M-konstruktörer möjlighet att välja redundansprotokoll och säkerhetsmekanismer enligt specifika konstruktionskrav.

Support för standarder som Media Redundancy Protocol (MRP) och Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) säkerställer hög nätverkstillgänglighet, vilket ger tillförlitliga M2M-tillämpningar. Det finns också flera säkerhetsmekanismer som dessa industriella Ethernet-switchar stöder, inklusive IP- och MAC-baserad portsäkerhet, SNMP V3-, SSHv2- och 802.1x-autentisering för flera klienter.

Vad gäller trådlösa lösningar har B+B SmartWorx AirborneM2M Ethernet-routrar och bryggor både modeller med enkla och dubbla seriella portar för maximera tillförlitligheten för M2M-tillämpningar (figur 3). Enheter med dubbla portar från B+B SmartWorx kan upprätta Wi-Fi-anslutning över både 2,4- och 5 GHz-bandet. När 2,4 GHz-bandet är överfullt med konkurrerande trådlös kommunikation kan M2M-routrar och -bryggor upprätthålla dataflödet genom att växla över till 5 GHz-bandet.

Figur 3: En bild på hur M2M-enheter kan länkas över Ethernet eller seriell länk med mycket säkra Wi-Fi-bryggor och -routers. (Bildkälla: B+B SmartWorx)

AirborneM2M nätverksenheter har också flerlagrad säkerhet som omfattar trådlös säkerhet i form av 802.11i/WPA2 Enterprise-certifiering och nätverkssäkerhet som stöder certifiering med EAP-protokoll (Extensible Authentication Protocol).

Dessa M2M-enheter bidrar till nätverkssäkerheten med hjälp av Secure Shell (SSH) allmän nyckelautentisering och helt krypterade datatunnlar. Dessutom ger dessa M2M-routrar och -bryggor möjlighet till kryptering i flera nivåer för skydd av konfigurationsdata.

Vad gäller M2M-tjänster som använder mobil anslutning är säkerhet och autentisering vanligtvis inbakade i LTE-standarderna. Vad gäller fysisk säkerhet är det tack vare eSIM-kort som är lödda direkt på kortet nästan omöjligt för någon att mixtra med och avlägsna SIM-kortet för missbruk.

Och med SIM-kort som används i M2M-tillämpningar har vi kommit fram till vårt avslutande ämne: M2M-dataabonnemang och tillhörande frågor gällande val och användning av dessa.

M2M-dataabonnemang

Konstruktörer och användare av M2M kan ha många alternativ när det gäller M2M-dataabonnemang, eftersom alla större mobiloperatörer erbjuder dataabonnemang och paketpriser för M2M-tjänster. Det finns hur som helst vissa viktiga kriterier under vilka dessa ska utvärderas, inklusive anpassningsgrad för tillämpningen.

Det finns också vissa underleverantörer som specialiserar sig på M2M-tjänster, och dessa kallas ofta mobiloperatörer utan egna basstationer (MVNO). Dessa mobiloperatörer tillhandahåller och hanterar M2M-anslutningar fjärrstyrt via luftburna (OTA) fjärrtjänster.

Här tillhandahålls (till skillnad från traditionella SIM-kort som används i mobiltelefoner) ett M2M-SIM av en specialiserad operatör som erbjuder kontroll över dataanvändning och andra funktioner som aktivitetsövervakning och SIM-låsning. Dessa SIM-kort kan också tillhandahållas och länkas till specifika programservrar som använder tunnelfunktioner för nätverk.

Det är också viktigt att nämna att vissa M2M-specialister också levererar dataabonnemang, modem och annan M2M-utrustning som gateways och ställer in M2M-tillämpningar som en komplett uppgift. Dessa M2M-operatörer är ofta oberoende av operatörer och bygger täckningen enligt behov för M2M-tillämpningen.

En övervakningstjänst för hälso- och sjukvård kan till exempel klara sig med enkel mobilnätstäckning, medan en lastbilsflotta kan behöva mer än ett mobilnät. M2M-användare bör också säkerställa att deras tjänsteleverantör arbetar aktivt med sin felsökningskapacitet och kan utföra felsökning fjärrstyrt i realtid.

Dataabonnemangsnivåer

När det slutligen gäller kostnaderna för M2M-dataöverföring och därefter ekonomin för dataabonnemangen, spelar tillämpningstypen en stor roll. I M2M-tillämpningar som trådlösa kassaterminaler (PoS) och parkeringsmätare används till exempel små datapaket sporadiskt – här är det mer logiskt att använda dataabonnemang med betala-per-användning än enhetsbaserade eller fasta dataabonnemang.

Månadsabonnemang för liten användning (50 kb till 3 Mb per månad) kan räcka för M2M-tillämpningar som automatiserad mätaravläsning, tillgångs- och fordonsspårning samt larmsystem. Å andra sidan kan M2M-planer för medelstor användning (5 till 150 Mb per månad) på ett effektivt sätt räcka för försäljnings-, återförsäljar- samt hälso- och sjukvårdstillämpningar (figur 4).

Figur 4: M2M-dataabonnemang är inte nyckelfärdiga paket som passar alla (Bildkälla: Data2Go Wireless)

På den högre nivån finns det planer för stor användning för digital skyltning, PLC:er för industriell övervakning och styrning samt smarta BMS-system. De täcker in intervallet 300 Mb till 4 Gb och används typiskt sett för M2M-enheter som medger realtidsåtkomst till fjärrplatser för överföring av tunga filer eller strömning av innehåll.

Det finns även M2M-dataabonnemang för extrem användning (8 till 100 Gb) som typiskt sett betjänar enheter för vilka det krävs M2M-anslutning dygnet runt, året om för strömning av stora datavolymer. Typiskt omfattar sådana M2M-tillämpningar säkerhetskopiering och redundanslänkar samt videoövervakningssystem för tillgångshantering.

Dessutom finns det M2M-dataabonnemang som gör det möjligt för användare att samla dataanvändning för flera SIM-kort. Så för en M2M-enhet som överanvänder data går det att kompensera med en annan ansluten enhet som underanvänder data. Dessutom kan användare med dessa dataabonnemang (beroende på tillämpning och operatör) välja anslutningsteknik: GPRS, 2G, 3G och LTE 4G datapipelines.

Slutsats

Vid en närmare titt på de sammankopplade kommunikationsvärldarna för M2M och IoT visar det sig att dessa är tydliga i termer av nätverksarkitektur och krav vid implementering, men att de också delar gemensamma byggblock som RF-moduler, modem, switchar, routrar och gateways. Mobil anslutning och associerade dataabonnemang erbjuder ytterligare en gemensam plattform för dessa två nätverkstekniker.

Med dessa gemensamma funktioner blir det emellertid ännu viktigare att förstå skiljelinjerna mellan M2M- och IoT-system eftersom det spelar roll vid kalibrering av konstruktionsbehov för industriautomation gällande säkerhet, tillgänglighet och tillförlitlighet för anslutning, gränssnittsalternativ och RF-robusthet.