物联网_M2M产业.doc

1 前言 推进信息化和工业化融合，走新型工业化道路，是新成立的工业和信息化部的一项重要职责。在全球经济和科技发生深刻变革、我国工业化加速发展的历史背景下，党的十七大提出推进“两化”融合，深刻阐述了工业化与信息化发展的内在关系，科学回答了我国走新型工业化道路的实现途径。这与党的十六大提出的“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”等重要论断一脉相承，又与时俱进。笔者认为，从技术角度讲，M2M理念、技术和应用的发展深刻诠释了“两化”融合的理念，M2M产业的发展是“两化”融合的核心推动力。 早在多年前IBM就提出了Pervasive Computing（即“普及计算”或“泛在计算”，很多技术机构都在研究普及计算，如IBM的Planet Blue、卡内基.梅隆大学的Project Aura以及MIT的Oxygen）的理念（当时本人正好在IBM高性能计算(HPC)部门工作，开发当时世界上最快的超级计算机ASCI-Blue Pacific的并发软件系统），并投入巨资开展Sensor Networks及Pervasive Computing的开发和推广。Xerox Palo Alto Research Center (PARC)的总工程师Mark Weiser 在1988年提出了“Ubiquitous Computing”（泛在计算）这个词。包括Ambient Intelligence、Physical Computing、Internet of Things（即“物”的互联网或“物联网”，是相对于目前“人”的互联网提出的概念）、Haptic Computing、eXecutable和eXtendable Internet（X-internet,可运行或扩展的互联网）等等理念和提法都属于M2M（Machine to Machine, Machine to Man）的范畴。 在国家目前大力倡导和推进建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，M2M理念、技术和应用的推广显示出密切的相关性。典型应用场景包括：无线传感网络、Telemetry汇集温度、有害气体浓度、空气和水污染指数等服务于环保监测监控；GPRS/GPS、Telematics、Intellimatics应用于车辆定位、跟踪和统一调度管理；RFID、Biometrics应用于物流和药品食品追溯；集合多种M2M技术的大范围消防与安防联网、楼宇能耗联网报警与分析、工业与信息“两化融合”等等。M2M的广泛推广和应用必将有助于“高效、安全、节能、环保”的和谐社会的建设。 2 M2M理念与市场介绍 上世纪90年代中后期，随着各种信息通讯手段（如Internet、xInternet、遥感勘测、远程信息处理、远程控制等）的发展，加之地球上各类设备的不断增加，不安于现状的人们开始越来越多的关注于如何对设备和资产进行有效监视和控制，甚至如何用设备控制设备“M2M”理念由此起源。 2.1 M2M解析 图1 M2M概念及终端需求 如图1所示，M2M这一概念来自英文“Machine to Machine”，即“机器对机器”的缩写，当然也包括Machine to Server（也是Machine）的大集成(Grand Integration)和展示。在某些情况下，M2M也常被用来指代“Machine to Man”，即“机器对人”的数据交换；在无线应用中也可被理解为Mobile to Mobile，即“无线装置对无线网络”。 M2M这个词最早是谁提出来的无从考证，但2003年Nokia产品经理Damian Pisani在题为M2M技术让你的机器开口讲话的白皮书中提到“M2M旨在实现人、设备、系统间连接”，此后“人、设备、系统的联合体”便成为了M2M的特点标签，这个事件也成为M2M发展史上一个重要的里程碑和转折点。 在国内，同方可能是第一家倡导和全面开展M2M业务的厂商，M2M的理念在2003年底就被引入到ezIBS/ezONE产品的开发设计之中。 图2“M2M”的应用示意图一些人们早已熟悉的业务范畴，如ERP（Enterprise-Resource Planning）企业资源计划、MES（Manufacturing Execution System）制造业执行系统、CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）计算机集成制造系统、SIS（Supervisory Information System in Plant Level，简称SIS）厂级监控信息系统、PDM（Product Design/Data Management）产品设计管理、PLM（Product-Lifecycle Management）产品生命周期管理、SCM（Supply Chain Management）供应链管理、MSA（Measurement Systems Analysis）测量系统分析、IDM（Intelligent Device Management，如移动基站的联网与运维，空调机组的售后服务联网，Kodak洗相设备的全球联网与运维）智能设备管理等，基本上属于M2M的上游应用，需要M2M控制器、通讯设备和M2M中间件软件集成末端设备（如通过DCS、PLC、GPRS/CDMA、RFID Reader等等连接和管理的设备）数据作为输入，才能更大限度的发挥作用，同时提升自动化管理水平。下图描述了M2M集成服务的功能范围。 图3 “M2M”业务集成 （来自于Augusta Systems Inc.） 2.2 市场剖析 2002年9月20日，全球知名企业Opto 22 和 Nokia联名发布的一条消息中，采用了在当时风靡一时的术语“M2M”来诠释双方正在开发中的解决方案“以以太网和无线网为基础，实现网络通讯中各实体间信息交流”，这是M2M正式在市场上出现的标志。可以看出，M2M的市场对于全球的设备商、通信商及软件商来说，都是一个相对新生的21世纪的新理念。 2.2.1 全球市场 2008全球NGN高层论坛上，中国工程院副院长邬贺铨在演讲时指出，截止到2007年12月底中国的移动电话普及率为41.6%，全球为48。“这个连接人和人的无线通讯网络市场将很快达到饱和。此时，与之相比的最大市场契机便会成为人类与其它有硅生命体相连某些将通过固定链接相连，另一些将通过蜂窝网络实现连接。截至2005年，大多数物品被提供以完整的移动连接器。这个市场潜力是巨大的目前地球上已经存在超过500亿台各式各样的机器。”未来世界杂志主席Wolfgang Grulke说。 世界知名的为企业提供战略咨询和调研服务的公司Harbor Research Inc.提供的相关数据显示：“如今全球有1.1亿部M2M设备在使用中，在一个设备互联网中互相通信。”“到2010年，世界范围的与设备相关的收入将超过2500亿美元。” “到2011年世界范围的M2M总收入将达到2900亿美元，位居全球市场岁入超过500亿美元行业业务的榜首。”据分析公司Berg Insight预测，到2011年北美地区连接到蜂窝式网络的设备数量将达到6600万台，高出2006年的900万部利用蜂窝和卫星的设备。咨询机构Alexander Resources也指出：“M2M市场的容量将从04年的240亿增长到2010年的4700亿(含RFID）美元”。 分析师和业内人士表示M2M已经到了一个转折点，将转向更快的发展。具有多年蜂窝M2M行业研究经验的ABI Research公司分析师Sam Lucero表示，在未来几年里M2M行业将以25的年增长率增长，而其服务的收入到2012年的将增长到80亿美元。 图4 M2M收入预测2.2.2 中国市场 提起中国的M2M市场状况，就不得不从“数字城市”概念在中国的普及说起。2006年起，数字城市项目便已在中国启动。国家“十一五”科技支撑计划中，便提出了“城市数字化关键技术研究与示范工程”。中国的城市化水平已经从开发前不足19%，发展到目前超过30%，2010年将接近50%；中国的机动车保有量更在以每年10%以上的速度增长,预计2010年达到13亿多辆；污染治理方面，到2010年，全国城市污水处理率预计将达到70%，重点流域和东部地区要达到80%（含重点镇以上的城镇）；到2010年环保市场需求将达10000亿元人民币，占世界的1.6%-2.6%，国内环保产业市场将成为中国一个新的经济增长点。 2008年初，中国政府将信息产业部并入新成立的工业和信息化部，更加体现了要将直接增加国民生产总值的工业等领域进行彻底信息化改造的决心，工业化部与信息产业部提出的“两化融合”的理念，体现了M2M的核心理念。如重点企业“三一重工”就提出了“以装备数字化为重点，大力推进企业信息化”的口号。 目前在中国，中国移动、中国联通、中国电信等移动营运商是M2M的主要推动者之一，中国电信的M2M平台从07年就开始搭建，现在已经基本收尾；中国移动搭建了M2M营运平台，要求所有与设备相关的GPRS数据流量都通过M2M平台（）。同方股份可能是中国非移动营运商企业中最早提出M2M理念的（），按M2M理念倒推回去，有同方高管认为同方股份就是做M2M“起家”的。同方在早期做人工环境、楼宇自控等都属于现在的M2M业务。目前同方在能源环境、楼宇自控、光电照明、水处理、市政热网、轨道交通等M2M应用领域都处于国内领先或先进水平。 上述业务，几乎都覆盖着国民生活的方方面面，在通往高效、安全、节能、环保的理想社会的道路上，M2M技术的发展必将起到越来越重要的作用。 2.2.3 M2M厂家 尽管不是所有M2M厂家都把自己贴上M2M的标签，M2M杂志每年定期发布M2M领域内的 100强名单（http：//m2m/m2m100/listing.asp）列入了大部分开展M2M业务的产家。M2M Expo国际展会（http：//2009/）每年都在美国和世界各地举办。 图5 M2M产品研发和推广厂家分布图，数据来源：http：/ 下面简要介绍一些从事M2M产品研发和推广的厂家。 表格1 M2M厂家举例3 M2M技术及应用介绍 3.1 用DCM实现M2M 一个典型的M2M系统一般包括三个方面的内容：末端设备或子系统，通讯连接系统，以及总控管理系统。我们把它归结为DCM，即Device设备，Connect连接，Manage 管理。 图 6 M2M技术和系统构成 从这个角度考虑，可将M2M理解为通过多种通讯技术，如FieldBuses（CanBus、ModBus、ProfiBus等），RF Mesh/Zigbee/Insteon，GPRS、CDMA，WiFi，TCP/IP等等，连接各种末端设备或子系统，采用M2M Middleware/Web Services/SOA等标准化数据表达技术，将终端设备或子系统汇总到一个统一的管理系统，实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护，进而实现对设备的全局化管理和服务。例如，分布在全国的污染源排放监控设备和系统(D)，可通过局部现场总线实时的连接起来并通过GPRS网络技术(C)，分级汇总到各级国家环保系统，最终汇总到国家环保总局，实现全局化管理(M)。 图7 M2M应用系统部署图（Anyware Technologies公司） 图7展示了M2M应用系统部署图，体现了DCM的划分：OpetingPortal体现了“M”, M2M Gateway体现了“C”，Remote Devices就是“D”。DCM清晰的描绘了实现M2M所需要的关键因素，使M2M不再看起来深不可测，让每个行业和领域的M2M厂商都可以在领域内找到自己的归属。一些在人们传统的观念中看似“与高科技无关”的行业和市场，如能源、环境、水利、石化、市政管理、工厂、智能建筑等，都可以通过DCM理念在M2M领域内相互关联起来，以实现对所有设备进行全面有效的监控和管理，确保各设备及子系统能够保持节能、环保、高效、安全的运行状态。 由于M2M涉及的技术是IT技术、控制技术、管理技术的融合，使我们不得不相信M2M这个产业链也只有通过相互合作才能最终实现本企业与M2M行业一同发展壮大。北京长风联盟为会员企业提供了这样一个合作平台。目前联盟内主要集中了北京地区软件和集成厂商，M2M的推动将会吸引更多的设备制造商加入。3.2 M2M之“Devices”（设备或资产） M2M要连接和服务的对象是末端设备（Devices）和各种资产（Assets），如图1所示，这包括传感器、静止或移动的资产、各种基于微处理器做成的应用系统、各种智能卡和RFID卡，数量在1万亿以上。 这些属于M2M的连接和服务对象，他们将被M2M技术“enable”,例如一个水质监测传感器可能被装上GPRS通讯模块， 使之能“开口说话”。但让也有的“Devices”本身就具有“开口说话”功能，如智能卡，RFID卡，和手机等“末端设备”。 M2M技术和应用的重点主要还是“Connect”和“Manage”。 3.3 M2M之“Connect”（通讯和连接） M2M通信技术是连接智能设备和控制系统的桥梁，它使设备不会成为信息获取的终点，成为信息孤岛。按照连接设备的方式可分为有线（Wireline）、无线（Wireless）两大类。 3.3.1 有线通信 有线通信技术可分为相对短距离的现场总线（FieldBus）和相对长距离的可支持IP的网络（包括PSTN, ADSL等）。 当然按宽带网和窄带网划分是更常用的分类方法。现场总线（一般属于窄带网）作为有线通信技术的重要技术类别，是为满足节能，减排，工业信息化，市政，楼宇等领域的需要而产生的，已经在这些领域（体现在RTU、DTU、PLC、DCS等控制器，传动装置（Actuator），或通讯模块中）得到广泛应用，是M2M主要通讯手段之一。 由于现场总线一般是由各类组织、公司所提出来的标准，且这些组织、公司之间存在着包括商业因素在内的多种竞争关系，因此目前存在着多种现场总线共存的现状。部分现场总线的特点和应用见下表。 表格2 部分现场总线通信方式分类比较 由于不同领域的自动化需求各有其特点，因此在某个领域中产生的总线技术一般对这一特定领域的满足度高，应用多一些，适用性好一些，但相互之间又互有渗透。 3.3.2 无线通信 无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。使得无线的应用也更加广泛。 表格3 部分无线通信方式分类比较目前移动营运商是扛M2M大旗的主力之一，在欧美市场，提供M2M网络连接服务的基于GPRS/CDMA的移动营运商主要可以划分为以下三类：传统的移动网络运营商MNO (Mobile Network Operators），移动虚拟网络运营商MVNO（Mobile Virtual Network Operators），和主要针对M2M市场的M2M移动运营商MMO（M2M Mobile Operators）。相对于传统的移动网络运营商来说，MVNO和MMO是比较新的角色。他们聚集了众多跨越不同的技术领域和国家的传统移动网络运营商合作伙伴的网络连接。 ABI研究报告中提到当前主要有两大MMO：Aeris和Jasper Wireless，都在美国。其他的（准）MMO包括：北美的CrossBridge Solutions，KORE Telematics和Numerex，以及欧洲的Vianet，Wireless Maingate和Wyless。迄今为止，在亚太地区、拉丁美洲和中东及非洲地区，还没有一个类似的MMO出现， 相关M2M业务都依靠传统的MNO，如NTT DoCoMo和SK电信公司依靠其全资的子公司来提供M2M连接服务。在中国也同样，移动营运市场相对垄断，MNO覆盖了MVNO和MMO的业务，MVNO和MMO基本上不存在或空间很小。 在M2M应用中，用上述表中RF Mesh网络和FieldBus现场总线网络做最后一公里（Last Mile）连接，用GPRS/CDMA网络和TCP/IP（或PSTN）等广域网络做主干网传输的组合方式是一种常用的组合。 如下图： 图8 M2M网络组合应用图（引用） RFID是M2M的另一主战场，相关资讯很多，这里不再细述。 3.4 M2M之“Manage”（管理软件） M2M管理软件是M2M产业链条中的关键因素，是核心和灵魂，通过它可以实现对终端设备和资产（尤其是移动资产）的“管、控、营”一体化，也就是实现“两化融合”的关键。M2M软件可包含：M2M中间件（Middleware）和（嵌入式）M2M Edgeware(也可以统称软件通讯网关)，实时数据库，M2M集成平台或框架（Framework）,通用的基础M2M应用构件库，以及行业化的应用套件等。通用M2M应用功能包括：远程监测、自动报警、控制、诊断和维护、系统联动、数据挖掘、报表与决策支持、节能分析、资产跟踪与维护、与ERP/CRM/OA/MES/SCM系统的总体大集成等等。图9展示了M2M 产业链或生态链（EcoSystem）， 软件（M2M中间件）是灵魂（The Brain）。 图9 M2M 生态链，软件是灵魂（来源：BITX公司） 通过前文关于M2M厂家的介绍我们可以看到世界上很多公司都投身于M2M管理软件平台这一领域当中，下面我们简要介绍几个M2M软件平台。 3.4.1 AerFrame（A） A通过AerFrame软件平台集成了顶级运营合作伙伴的网络，积累了丰富的用户定制网络经验，为客户提供快速、高效、可靠的服务。通过AerFrame，客户可以大大缩短应用开发时间，从而加快产品的上市时间。它可以直接集成两端的网络服务，无缝贴合多种网络技，从特定网络服务中将具体应用脱离出来,使有效的M2M数据通过行业中的标准接口（如：SOAP、.NET、XML和CORBA）进行交换。AerFrame是一个MMO Infrastructure支撑平台，如图10所示。 图10 AerFrame Infrastructure （来源：Aeris.Net公司）3.4.2 Jasper 控制台（Jasper Wireless） Jasper Wireless的M2M业务开创性的完成了全球范围的无线蜂窝覆盖，通过他的Global SIM卡和基于Web的Jasper Wireless Control Center应用管理平台，提供对位于世界各地设备的实时可见、可控操作。 SaaS在线运营：Jasper Control Center提供SaaS在线运营服务，由Jasper Wireless来对系统进行监控管理，客户无需安装任何软件和硬件就可以完成对所关注设备的操作。 和AerFrame一样，JasperCC是一个MMO Infrastructure支撑平台，如图11所示。 图11 Jasper Wireless的网络服务 3.4.3 BITX 中间件（BiTX公司） BITX提供M2M中间件和行业应用软件（图9，图12），同时通过制定M2M数据交换标准把各行业应用中共性的部分统一起来，这是为什么要做M2M的核心。 图12 BITX M2M软件产品构成图 3.4.4 mTelematics M2M 中间件平台 mTelematics重新构建了开发和部署M2M应用的方式，以克服当今企业所面临的挑战。mTelematics 中间件平台为所有应用开发提供了统一的接口，使得客户可以简单、快速、经济、高效的整合自己的应用与第三方远程信息处理设备。根据不同客户的需求，它可以进行扩展以满足未来可能的需求。 图13 mTelematics系统构架图3.4.5 Niagara Framework（Tridium） Tridium是一个集研究控制系统体系架构、开发相关应用软件和提供管理服务为一体的公司。其技术核心是具有开创性的基于Java EE的Niagara体系架构，同时综合了最常见的现场总线标准以实现设备或仪表间的无缝连接。在Niagara体系架构思想的指导下，Tridium公司现已开发了Vykon系列产品并成功地用于楼宇自控系统、工业控制领域和能源管理市场。 Tridium的产品和服务可为任何希望通过Internet/Intranet来进行监测、管理和控制的用户提供解决方案。目前Niagara Framework的应用包括：能源管理、建筑自动化、电信、安全自动化、维护维修运行和工厂设备管理。 图14 Niagara体系构架图 3.4.6 ezM2M（Tongfang Software） ezM2M设备集控平台（中间件）基于ezONE业务基础平台，它是以ezFramework企业框架、ezGate M2M通信网关、ezStudio/ezHMI快速开发工具等组件核心的通用开发平台，最多可有效帮助客户将行业应用的开发工作量减少70%。 ezM2M平台还包括ezRIMS工业实时信息、ezLMS车辆定位、ezRFID中间件、ezFAS消防联网、ezTHMS交通枢纽、ezSLMS路灯管理、ezEEMS节能管理、ezEIMS环境管理等20多个行业应用套件。ezM2M中间件及行业套件如图15所示。 图15 ezM2M中间件及行业套件 ezM2M中间件平台通过ezGate网关目前可连接40多种通讯协议（包括GPRS和各种现场总线等）和控制器，数据表达基于oMIX标准，具备SOA架构的基本特征构件化、可重用、松耦合。 图16 ezM2M应用部署系统架构图4 结束语 看了上述对M2M理念、技术、和应用的描述，人们不禁要问，M2M不就是多年来大家一直在做的一些技术和应用的罗列吗？并无新颖之处，和SOA、SaaS、B2B等一样,似乎又是一件“皇帝的新装”，一个新的Hype或Buzzword或技术Jargon，或国内常说的“炒作”而已。记得1996年笔者在BEA工作时，SOA的理念就在公司内部提出，用于Tuxedo产品的开发中，后来SOA“风靡”全球，也有些“不屑一顾”，觉得不过是一些国际垄断企业市场宣传的一种手段而也。不过如果深入研究，还是会发现SOA有那么大的影响力还是有他的道理的。技术在不断的发展，需要新的理念的不断引入，尤其是软件技术的发展，如果不能提炼出一个领域的一些技术共性，做不到标准化，构件化，可复制，规模化的发展，一个产业，尤其是软件产业是不能长期稳定发展的， 软件厂商也难以做大做强，甚至无法生存。纵观近20年ERP、CRM、MES等产业的出现和发展，造就了SAP、SIEBLE（现Oracle）等大型软件企业，充分说明了这个道理。 像M2M、SOA等这样的理念的出现，除了一批厂商的推动，还需要有一批研究机构助力，有些领域的发展甚至是这些研究机构在总结市场发展的基础上首先提出来的，像MRP（ERP的前身）、MES、SES等等。目前全世界大约有10多家研究机构（