IoT 和 M2M 在通訊及設計方面的差異

機器到機器 (M2M) 通訊和物聯網 (IoT) 雖然有關聯，但並不一樣。兩者具有不同的特性和功能，在設計與實作上的需求也不同，但由於常被混為一談，有些人對這些差異產生誤解與疑惑。

本文將說明兩者間的差異，並介紹一些範例，然後再透過 Multi-Tech Systems、FreeWave Technologies、Hirschmann 和 B+B SmartWorx 的設計解決方案，詳細解釋 M2M 具有哪些 IoT 系統所沒有的獨特之處。另外，還會探討新的 M2M 功能，例如空中 (OTA) 更新和多層式安全性，可提升網路功能性並降低入門門檻。最後會指導設計人員如何挑選適當的 M2M 數據方案，以降低數據通訊成本。

M2M 和 IoT 的差別

雖然 M2M 和 IoT 技術都涉及數據分享以及驅動數據傳輸的鏈路，但兩者是不同的。IoT 是一種由連網裝置構成的網路，M2M 則是一種通訊過程，以自動化的方式在兩個或更多個以電子器件實現的系統 (或是機器或裝置) 之間進行通訊。M2M 點對點或點對多點連線中的機器或裝置，可以是感測器、致動器、嵌入式系統，或是其他連接的要件。

需要特別注意的是，M2M 在 IoT 這個名字出現之前就已存在，而且比 1990 年代中期興起的商業網際網路更早出現。M2M 的由來可追溯至 20 世紀初，雙向無線電問世之後興起的遙測應用。然而，在 1990 年代，史上第一個數位蜂巢式網路 GSM 的推出，令 M2M 通訊邁入新的發展階段。

大約十年後，IoT 才出現，成為以開放式 IP 網路連接物件的主要途徑。之後，這兩個獨特通訊技術之間的界線開始變得模糊。若要了解此模糊界線，您只要看看某個應用如何融入到 M2M 和 IoT 模式中，便可知曉。在此將以心率感測器為例。

M2M 應用可將監測病患心率的感測器，連接至外部裝置或醫療級伺服器，讓醫生持續瞭解病患的健康狀況。但如果將心率感測器整合至貼近病患的某個互動式裝置，讓醫生或家屬在智慧型手機上收到警示提醒，這就進入 IoT 的領域了。

M2M 應用採用有線、無線和蜂巢連線機制，包括公用事業自動讀表、交通號誌智慧連線，以及以監視攝影機為基礎的居家安全和生活輔助。M2M 通訊就是在這個網路技術轉折點開始和類似的 IoT 設計融合。

IoT 如何與 M2M 相輔相成

以更廣泛的層面來看，M2M 通訊已經在物聯網時代進入新的階段。M2M 和 IoT 很相似，因此也能使用一些目前迅速發展且和 IoT 有關的連接技術和解決方案，特別是在無線方面。Multi-Tech Systems 的 MTC-H5-B01-US-EU-GB MultiConnect Cell 100 系列蜂巢式數據機就是很好的範例，可同時支援 M2M 和 IoT 應用 (圖 1)。

圖 1：Multi-Tech Systems 的 MTC-H5-B01-US-EU-GB 蜂巢式數據機 (左) 專為 M2M 應用而設計，但也可用於 IoT 服務。(圖片來源：Telit)

這些蜂巢式數據機支援 GSM，甚至支援 Cat 4 和 Cat-M1 4G 網路，非常適合 M2M 應用，例如流程自動化、緊急服務、遠端病患監測、再生能源系統以及列車尾部系統管理等。

Cell 100 系列數據機提供多種介面選項，包括 RS-232 和 USB 序列介面，可因應多種應用要求。此硬體由 MultiTech Connection Manager 軟體套裝提供支援，會自動偵測 USB 和序列裝置、下載所需的驅動程式，並確保正確對應通訊連接埠以建立 M2M 連線。

由於廠商致力於使用高度整合式連接方法開發低功耗 IoT 解決方案，這有助於促進小型 M2M 無線電，提供多種電壓輸入和網路配置。

FreeWave Technologies 的 MM2 系列 900 MHz RF 模組，就是很好的範例。這些模組可在點對點和點對多點的網路拓撲中充當端點。RF 前端模組整合砷化鎵 (GaA) FET 和多階段表面聲波 (SAW) 濾波，可達到高靈敏度和過載耐受能力。數據傳輸率可選擇 115.2 kbps 或 153.6 kbps。

MM2 系列在輸出功率、輸入靈敏度和範圍方面的典型規格分別為 1 W、-108 dBm 和 20 mi (最大)。此範圍是假設視線夠清楚。

M2M 的安全性與可靠性

安全性與可靠性是 M2M 和 IoT 設計共有的特性，但在 M2M 應用中更為重要，因為其通常不需要任何人為互動。事實上，安全性和可靠性是廣泛部署 M2M 網路的兩大障礙。

在有線方面，Hirschmann 的 RS20/RS30 工業 DIN 軌道乙太網路交換器，能讓工程師根據可靠性需求配置 M2M 網路。RS20 交換器提供 4 至 25 個快速乙太網路連接埠，可確保極高的故障容差 (圖 2)。該公司的 RS30 交換器則具有 8 至 24 個連接埠的密度，含兩個 Gigabit 乙太網路連接埠以及 8、16 或 24 個快速乙太網路連接埠。

圖 2：Hirschmann 的 RS20 乙太網路交換器提供 4 至 25 個快速乙太網路連接埠，可將故障機率降到最低。(圖片來源：Hirschmann)

快速乙太網路連接埠和 Gigabit 連接埠可個別定義，能讓 M2M 設計人員根據特定的設計要求來選擇備援協定和安全機制。

由於支援媒體備援協定 (MRP) 和多重生成樹協定 (MSTP) 等標準，因此能確保重視可靠性的 M2M 應用具有高網路可用性。同樣地，這些工業乙太網路交換器還支援多種安全機制，包括 IP 和 MAC 連接埠安全性、SNMP V3、SSHv2，以及 802.1x 多客戶端驗證。

在無線方面，B+B SmartWorx 的 AirborneM2M 乙太網路路由器和橋接器，提供單序列埠和雙序列埠兩種型號，可提升 M2M 應用的可靠性 (圖 3)。B+B SmartWorx 的雙埠裝置可在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段上建立 Wi-Fi 連線。因此，當 2.4 GHz 頻段因競爭激烈的無線通訊活動而擁擠不堪時，M2M 路由器與橋接器可透過切換至 5 GHz 頻段保持數據傳輸暢通。

圖 3：此圖展示如何使用高度安全的 Wi-Fi 路由器與橋接器，透過乙太網路或序列鏈路連結 M2M 裝置。(圖片來源：B+B SmartWorx)

另外，AirborneM2M 網路裝置還整合多層式安全方法，能以 802.11i/WPA2 企業級認證實現無線安全性，並以可擴充式驗證協定 (EAP) 認證支援網路安全。

這些 M2M 裝置採用安全殼層 (SSH) 公鑰驗證和全加密的數據通道，因而能加強網路安全。此外，在裝置層級，這些 M2M 路由器與橋接器還提供多層加密能力來保護配置數據。

若 M2M 服務使用蜂巢連線，安全性和驗證通常已涵蓋在 LTE 標準中。在實體安全性方面，由於 eSIM 直接焊接在板件上，因此任何人幾乎都無法篡改和卸除 SIM 卡進行不當使用。

我們要介紹的最後一個主題，與 M2M 應用中使用的 SIM 卡有關，也就是 M2M 數據方案，以及這些方案的挑選和使用。

M2M 數據方案

M2M 的設計人員和使用者有許多 M2M 數據方案可供選擇，各大行動通訊業者都提供適合 M2M 服務的數據方案和定價套裝方案。不過，評估這些方案有一些重要的標準，如應用的客製化程度等。

另外，有些第二類業者專門從事 M2M 服務，常被稱為行動虛擬網路業者 (MVNO)。這些行動通訊業者透過空中 (OTA) 服務提供 M2M 連線的遠端佈建及管理。

與手機中使用的傳統 SIM 卡不同，專業行動通訊業者提供的 M2M SIM 卡能讓使用者控制數據的使用，並提供活動監測和 SIM 鎖定等其他功能。另外，這些 SIM 卡也可使用穿隧網路功能佈建和連結至特定的應用伺服器。

還需要提及的是，有些 M2M 專業業者還將數據方案和數據機以及其他 M2M 設備 (例如閘道器) 同捆搭售，以一套完整的作業架設 M2M 應用。這些 M2M 業者通常和電信業者無關，而且是根據 M2M 應用需求來構建訊號覆蓋範圍。

例如，醫療保健監測服務可能只需要單一蜂巢網路覆蓋區就足以因應，卡車車隊則可能需要不只一個行動網路覆蓋區。此外，M2M 使用者應確保服務供應商具有故障排除能力，並可在遠端即時進行故障排除。

數據方案層級

最後，有關 M2M 數據傳輸的費用以及數據方案是否划算，應用的本質是非常重要的影響因素。舉例來說，無線銷售點 (PoS) 和停車收費表等 M2M 應用會不時使用小型的數據封包，因此，計量收費式數據方案比按裝置收費或固定式數據方案更合理。

另外，每月 50 KB 至 3 MB 的低用量月租型方案，對自動讀表、資產和車輛追蹤及安全警報系統等 M2M 應用來說就已夠用。而每月 5 MB 至 150 MB 的中用量 M2M 方案，則能有效滿足販賣、零售和醫療保健應用 (圖 4)。

圖 4：M2M 數據方案並非一體全部適用的套裝方案。(圖片來源：Data2Go Wireless)

再往上，還有用於數位看板、PLC 工業監控以及智慧型大樓管理的高用量數據方案。其用量介於 300 MB 至 4 GB，通常用於需要即時存取遠端位置以傳輸大型檔案或內容串流的 M2M 裝置。

甚至還有 8 GB 至 100 GB 的極高用量型 M2M 數據方案，通常用於需要全天候透過 M2M 連接傳輸大量數據的裝置。一般來說，這種 M2M 應用包括用於資產管理的備用與備援鏈路以及影片監視系統。

此外，有些 M2M 數據方案能讓使用者匯集多張 SIM 卡的數據用量。因此，一個數據用量過高的 M2M 裝置，可以用另一個數據用量低的連線裝置進行補償。而且，視應用及業者而定，這些數據方案也許能為使用者提供其所選的連線技術，包括 GPRS、2G、3G 和 LTE 4G 數據管道。

結論

M2M 和 IoT 的世界相互交織，仔細觀察後，即會發現兩者在網路架構和實作要求上有所不同。但是，兩者也有共通的建構要件，例如 RF 模組、數據機、交換器、路由器和閘道器等。而蜂巢連線及其相關的數據方案，又為這兩種網路技術再添一個共同點。

就是因為有這些共通性，因此瞭解 M2M 和 IoT 之間的差異變得更加重要。在衡量工業自動化設計的需求時，包括安全性、連線可用性和可靠性、介面選項以及 RF 穩固性，兩者間的差異就有其重要性。