Межмашинное взаимодействие

Проводные машины используют различные методы сигнализации для обмена информацией с начала XX века. По мере развития сетевой автоматизации^[7] межмашинное взаимодействие стало приобретать всё более сложные формы — оно существовало ещё до мобильной связи. Технология применялась в телеметрии, промышленности, автоматизации и системах SCADA.

Первые устройства, совмещающие телефонную связь и вычисления, были придуманы Теодором Параскевакосом в ходе работы над системой определитель номера (Caller ID) в 1968 году, а в 1973 году запатентованы в США. Эта система, отличная от сигнальные панели 1920-х и автоматической идентификации номера 1940-х годов, стала предшественником современного Caller ID, который передаёт телефонный номер пользователю.

После проведённых опытов Параскевакос пришёл к выводу, что телефон для приёма номера абонента должен быть оснащён вычислительными компонентами. В 1971 году на заводе компании Boeing в Хантсвилле, Алабама был создан первый переносной комплект передатчика и приёмника для определения номера. В дальнейшем устройства были успешно продемонстрированы в Лисберге, Алабама и Афинах телефонным компаниям. Они стали основой для современной технологии Caller ID. Параскевакос одним из первых в мире интегрировал обработку данных и дисплеи в телефонные аппараты, что привело к появлению смартфонов^[8].

В 1977 году Параскевакос основал Metretek, Inc. во Флориде для коммерческой реализации автоматизированного съёма показаний счётчиков и управления нагрузками, что способствовало развитию концепций умная сеть (Smart Grid) и умный счётчик. Для миниатюризации устройств был привлечён Motorola (1978), но из-за технологических ограничений микросхема состояла из двух отдельных чипов.

Несмотря на распространение мобильной связи, многие системы до сих пор используют проводные линии (POTS, DSL, кабель) для подключения к IP-сетям. Индустрия мобильного межмашинного обмена появилась в 1995 году, когда Siemens создала подразделение для выпуска GSM-модуля M1^[9] на базе мобильника S6 для промышленных целей. Первый модуль M1 применялся в ранних платёжных терминалах, телематике, удалённом мониторинге и системах управления активами. Технологию активно внедряли General Motors и Hughes Electronics. Уже к 1997 году появились специализированные защищённые модули для различных отраслей.

В XXI веке устройства для межмашинного обмена получили такие функции, как встроенная GPS-навигация, компактный монтаж, специальные SIM-карты (MIM) и встроенные среды Java, что ускорило развитие IoT. Одним из первых примеров служит OnStar — система трекинга транспорта^[10].

Аппаратура для сетей М2М выпускается несколькими крупными производителями. В 1998 году Quake Global начала производить спутниковые и наземные модемы для межмашинного обмена^[11]. Первоначально компания использовала Orbcomm для спутникового канала, затем организовала параллельную работу с наземными операторами, что позволило выпускать независимое оборудование для любых сетей.

В 2004 году Digi International приступила к выпуску беспроводных шлюзов и маршрутизаторов. В 2006 году Digi приобрела производителя радиомодулей XBee. Это позволило создавать решения для связи между удалёнными машинами. Компания также сотрудничала с партнёрами по всему миру.

В том же году в Великобритании Кристофер Лоуэри основал компанию Wyless Group — одного из первых виртуальных операторов мобильной связи (MVNO) для М2М. Фирма внедрила патенты в управлении данными, в том числе защищённые статические IP-адреса и управление подключениями через VPN. В 2008 году компания вышла на рынок США.

В 2006 году компания Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp совместно с NASA начала разработку автоматизированного межмашинного интеллекта — платформы для эффективного взаимодействия между сетевыми устройствами, датчиками, инструментами, серверами, роботами и т. д^[12].

В 2009 году AT&T и Jasper Technologies, Inc. заключили соглашение о совместной поддержке устройств M2M, чтобы расширить сферу применения беспроводных сетей для электроники^[13]. В том же году KORE Telematics запустила платформу PRiSMPro™ для управления многосетевыми сервисами GSM и CDMA, повысив эффективность использования М2М^[14].

Также в 2009 году норвежская компания Telenor завершила десятилетие исследований, создав два подразделения для сервисов (Telenor Connexion) и коннективности (Telenor Objects). Telenor Connexion обслуживает логистику, автопарк, безопасность и энергетику на рынке Европы^[15][16]. В Великобритании оператор Abica тестировал М2М-приложения в здравоохранении с защищённой передачей данных через частные APN и 4G/LTE.

В 2010 году в США AT&T, KPN, Rogers, Telcel/America Movil и Jasper Technologies, Inc. совместно создали онлайн-портал для разработчиков в области межмашинных коммуникаций^[17]. В январе 2011 года Aeris Communications объявила о предоставлении телематических сервисов для Hyundai Motor Corporation. В 2011 году Tyntec выпустила сервисы надёжных SMS для М2М.

В марте 2011 года KORE Wireless (M2M-провайдер) совместно с Vodafone Group и Iridium развернули сервисы KORE Global Connect для М2М через сотовую и спутниковую связь более чем в 180 странах^[18][19].

В апреле 2011 года Ericsson приобрела М2М-платформу Telenor Connexion^[20], а в августе этого же года завершила сделку по приобретению технологической платформы^[21].

По данным компании Berg Insight, в 2008 году количество сотовых М2М-подключений в мире составляло 47,7 млн, а к 2014 году прогнозировалось увеличение до 187 миллионов^[22].

Исследование группы E-Plus^[23] предсказывало, что к 2013 году на рынке Германии будет более 5 млн М2М-SIM-карт (средний рост — 30 % в год, потребительские приложения — 47 %).

В апреле 2013 года организована рабочая группа OASIS по стандарту MQTT — лёгкому надёжному протоколу обмена сообщениями для М2М/IoT^[24][25]. В мае 2014 года опубликовано соглашение по применению MQTT в соответствии с методикой NIST по информационной безопасности критической инфраструктуры^[26].

В мае 2013 года создан Международный совет по межмашинному взаимодействию (IMC) с участием провайдеров KORE Telematics, Oracle, Deutsche Telekom, Digi International, Orbcomm и Telit, цель — сделать технологию М2М общедоступной^[27][28].

Беспроводные сети устройств используются для повышения эффективности в промышленности — например, для автоматического информирования о необходимости обслуживания техники. Это позволяет оптимизировать производство и поддерживать оборудование в рабочем состоянии^[6].

Другая сфера — дистанционный мониторинг, например, электросчётчика, что помогает быстро выявлять несанкционированные попытки вмешательства^[29]. В Великобритании Telefónica выиграла контракт на 1,78 млрд евро (15 лет) на услуги для смарт-счётчиков — крупнейший на сегодня проект подобного рода. В Кении компания M-kopa использует М2М для контроля оплат за солнечные электростанции клиентов, отключая оборудование за неуплату^[30].

Третье направление — дистанционное обновление цифровых билбордов с рекламой, включая мгновенное изменение расценок или информационных сообщений^[31].

Промышленный рынок М2М быстро развивается — отрасли (нефть и газ, точное земледелие, оборона, государственный сектор, умные города, промышленность и коммунальные услуги) внедряют дистанционные сенсоры, датчики и системы автоматизации, опираясь на продвинутые технологии передачи и обработки данных, мобильные сетевые топологии и высокоскоростное соединение (3G/4G backhaul).

Отдельное направление — автомобильная телематика и мультимедийные развлекательные системы. Ford Motor Company с помощью AT&T запустила для Ford Focus Electric систему управления зарядкой, маршрутами и климатом через приложение. В 2011 году Audi с T-Mobile и RACO Wireless запустили Audi Connect — доступ к интернету и информации через Wi-Fi прямо в автомобиле^[32].

Беспроводные М2М-сети позволяют повышать эффективность и безопасность производства и управления активами, а также реализовывать непрерывную диагностику и прогнозирование технического состояния (Prognostic and Health Management, PHM), что включает:

• Минимизацию времени простоя оборудования;
• Управление состоянием парка однотипных машин.

Использование интеллектуальных аналитических инструментов и платформы Device-to-Business (D2B) для информатики образует базу для создания e-maintenance-сетей, позволяющих интегрировать техпроцессы и бизнес-системы предприятия в режиме реального времени, сокращать неопределённость и повышать информированность о состоянии объектов^[33][34]. Благодаря развитым сетям обмена и интеллектуальному анализу возможны дистанционное обслуживание, ремонт без остановки оборудования и предиктивная диагностика отказов.

Стандартная структура e-maintenance-комплекса включает: датчики, систему сбора данных, коммуникационную сеть, аналитические агенты, базы знаний для поддержки решений, интерфейс синхронизации и бизнес-систему^[35]. Сенсоры и контроллеры через интернет или внутреннюю сеть поставляют сырые данные, которые затем преобразуются в полезную информацию с помощью инструментов анализа сигналов и извлечения признаков. Синхронизация результатов позволяет интегрировать производственные и бизнес-процессы (например, ERP, CRM, SCM).

Следующая область — групповой анализ парка однотипных машин с помощью кластеризации. Этот подход применяется при неполных данных или плавающих режимах работы (например, турбины на ветровой электростанции)^[36][37] и позволяет выявлять отклоняющиеся экземпляры через сравнение внутри кластера^[38].

Похожие проблемы диагностики возникают с промышленными роботами, которые функционируют в разных режимах (сварка, покраска, перемещение). Кластеризация устройств с идентичными задачами упрощает выявление аномалий за счёт взаимного сравнения в группе^[37].

• Рабочая группа Eclipse по межмашинным протоколам и инструментам (проекты Koneki, Eclipse SCADA)
• ITU-T Focus Group M2M — глобальная стандартизация сервисного слоя М2М^[39]
• 3GPP — проработка вопросов безопасности М2М-оборудования, автоматизация активации SIM-карт, управление подпиской^[40]
• Weightless — стандартизация связи М2М на «белых пятнах» частот ТВ
• XMPP (Jabber-протокол)^[41]
• Рабочая группа OASIS по протоколу MQTT^[25]
• Протокол Open Mobile Alliance (OMA_LWM2M)
• RPMA (Ingenu)
• Industrial Internet Consortium