Het verschil tussen IoT- en M2M-communicatie en -ontwerp

Hoewel ze aan elkaar verwant zijn, zijn machine-to-machine (M2M)-communicatie en het Internet of Things (IoT) verschillend; en toch worden ze vaak als synoniem gebruikt. Dit leidt tot misvattingen en verwarring over hun onderscheidende kenmerken, mogelijkheden en ontwerp- en implementatievereisten.

In dit artikel worden de verschillen tussen de twee uitgelegd en voorbeelden van de benaderingen gegeven, waarna we verder doorgaan op de uniekheid van M2M ten opzichte van IoT-systemen met ontwerpoplossingen van Multi-Tech Systems, FreeWave Technologies, Hirschmann en B+B SmartWorx. In het artikel worden ook nieuwe M2M-mogelijkheden bekeken, zoals over-the-air (OTA)-updates en meerlagige beveiliging die de netwerkfunctionaliteit versterken en barrières voor ingang verlagen. Ten slotte worden ontwerpers geïnstrueerd over het kiezen van de juiste M2M-databundel om de kosten van datacommunicatie omlaag te brengen.

Het verschil tussen M2M en IoT

Terwijl zowel M2M- als IoT-technologie om het delen van gegevens en links voor gegevensoverdracht gaan, zijn ze ook verschillend: IoT is een netwerk met apparaten die met het internet zijn verbonden, terwijl M2M een proces is voor communicatie tussen twee of meerdere voor elektronica geschikte systemen (of machines of apparaten) op een automatische manier. De machines of apparaten in M2M point-to-point- of point-to-multipoint-verbindingen kunnen sensors, actuators, ingebedde systemen of andere verbonden elementen zijn.

Hierbij is het belangrijk om op te merken dat M2M al bestond voordat de term IoT was bedacht en voor de opkomst van het commerciële internet in het midden van de jaren 1990. De oorsprong van M2M gaat terug tot telemetrietoepassingen die opkwamen na de komst van bidirectionele radio in het begin van de twintigste eeuw. De lancering van GSM, het eerste digitale mobiele netwerk, bracht echter een nieuwe ontwikkelingsfase in de M2M-communicatie in de jaren 1990.

Ongeveer een decennium later ontstond het IoT als het belangrijkste middel voor het verbinden van dingen via open, op IP-gebaseerde netwerken. En toen begonnen de scheidingslijnen tussen deze twee unieke communicatietechnologieën wazig te worden. Om die wazige lijnen beter te begrijpen, is het handig om een voorbeeldtoepassing te nemen, in dit geval een hartslagsensor, en te zien hoe die zowel in het M2M- als in het IoT-model past.

Wanneer een sensor die de hartslag van een patiënt controleert wordt verbonden met een extern apparaat of medische sensor om de arts geïnformeerd te houden over de gezondheid van de patiënt, kan dat bereikt worden via een M2M-toepassing. Als de hartslagsensor daarentegen geïntegreerd is in een interactief apparaat proximaal van de patiënt dat waarschuwingen stuurt naar een arts of familielid van de patiënt op hun smartphones, wordt IoT-terrein betreden.

M2M-toepassingen die bedrade, draadloze en mobiele verbindingsmechanismen gebruiken, zijn bijvoorbeeld automatisch aflezen van nutsmeters, intelligente connectiviteit met verkeerslichten en huisbeveiliging en begeleid wonen op basis van bewakingscamera's. Het is op dit netwerktechnologiekruispunt dat M2M-communicatie samen begint te lopen met soortgelijke IoT-ontwerpen.

Hoe IoT M2M aanvult

In een bredere context heeft M2M een nieuwe fase betreden in het IoT-tijdperk. Als het neefje van IoT kan M2M dezelfde snel voortschrijdende connectiviteitstechnologieën en -oplossingen gebruiken die samenhangen met het IoT, met name wat draadloos betreft. De MTC-H5-B01-US-EU-GB MultiConnect Cell 100-serie mobiele modems van Multi-Tech Systems, die zowel M2M- als IoT-toepassingen ondersteunen, zijn een goed voorbeeld (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Het mobiele modem MTC-H5-B01-US-EU-GB (links) van Multi-Tech Systems, ontworpen voor M2M-toepassingen, kan ook worden gebruikt voor IoT-services. (Bron afbeelding: Telit)

Deze mobiele modems ondersteunen GSM tot Cat 4 en Cat-M1 4G-netwerken en zijn handig voor M2M-toepassingen zoals procesautomatisering, hulpdiensten, externe patiëntbewaking, hernieuwbare energiesystemen en end-of-train-systeembeheer.

De modems uit de Cell 100-serie bieden diverse interface-opties, inclusief RS-232 en USB seriële interfaces, die geschikt zijn voor een breed aantal toepassingsvereisten. De hardware wordt ondersteund door de MultiTech Connection Manager, een softwarepakket dat automatisch USB- en seriële apparaten detecteert, de vereiste drivers downloadt en ervoor zorgt dat communicatiepoorten op de juiste manier worden toegewezen om een M2M-verbinding op te zetten.

Omdat verkopers aan IoT-oplossingen met een laag verbruik werken met sterk geïntegreerde connectiviteit, helpt dit ook om compacte M2M-radio's te vergemakkelijken die verkrijgbaar zijn met een groot aantal spanningsingangen en netwerkconfiguraties.

Een goed voorbeeld is de MM2-serie van 900 megahertz (MHz) RF-modules van FreeWave Technologies. Deze kunnen werken als eindpunt in zowel point-to-point- als point-to-multipoint-netwerktopologieën. De RF-front-endmodules hebben een galliumarsenide (GaAs) FET en meerfasige oppervlakte-akoestische golf (SAW) filtering voor een combinatie van hoge gevoeligheid en immuniteit voor overbelasting. De datasnelheden zijn selecteerbaar: 115,2 kilobit per seconde (kbps) of 153,6 kbps.

Typische specificaties voor de MM2-serie voor uitgangsvermogen, ingangsgevoeligheid en bereik zijn 1 watt, -108 decibel met verwijzing naar 1 milliwatt (dBm) en tot 20 mijl, respectievelijk. Voor het bereik is een lege zichtlijn nodig.

M2M-veiligheid en -betrouwbaarheid

Veiligheid en betrouwbaarheid, eigenschappen die worden gedeeld door M2M- en IoT-ontwerpen, zijn zelfs nog belangrijker in M2M-toepassingen omdat ze daar gewoonlijk geen menselijke tussenkomst aan te pas komt. Veiligheid en betrouwbaarheid zijn in feite belangrijke hindernissen in de wijdverbreide rollouts van M2M-netwerken.

In het bedrade gebied maken de RS20/RS30 industriële DIN-rail Ethernetschakelaars van Hirschmann het voor ontwerpers mogelijk om M2M-netwerken te configureren volgens de betrouwbaarheidseisen. De RS20-schakelaars bieden 4 tot 25 Fast Ethernetpoorten om een extreem hoge faaltolerantie te garanderen (Afbeelding 2). Op dezelfde manier hebben de RS30-schakelaars van het bedrijf 8 tot 24 poortdichtheden met twee Gigabit Ethernet-poorten en 8, 16 of 24 Fast Ethernet-poorten.

Afbeelding 2: De RS20-schakelaar van Hirschmann biedt 4 tot 25 Fast Ethernetpoorten om de kans op falen te beperken. (Bron afbeelding: Hirschmann)

Fast Ethernet- en Gigabit-poorten kunnen afzonderlijk worden gedefinieerd, wat M2M-ontwerpers een keuze geeft om redundantieprotocol en veiligheidsmechanismen uit te zoeken volgens specifieke ontwerpeisen.

De ondersteuning voor standaards als Media Redundancy Protocol (MRP) en Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) garandeert een hoge netwerkbeschikbaarheid voor betrouwbare M2M-toepassingen. Er zijn ook diverse veiligheidsmechanismen die deze industriële Ethernet-schakelaars ondersteunen, inclusief IP- en MAC-poortbeveiliging, SNMP V3, SSHv2 en 802.1x Multi Client Authenticatie.

Op draadloos gebied bieden de AirborneM2M Ethernetrouters en -bruggen van B+B SmartWorx zowel enkele als dubbele seriële-poortmodellen om de betrouwbaarheid van M2M-toepassingen te versterken (Afbeelding 3). De apparaten met dubbele poort van B+B SmartWorx kunnen Wi-Fi-verbindingen maken over zowel 2,4 gigahertz- (GHz) als 5 GHz-banden. Daarom kunnen de M2M-routers en -bruggen, wanneer de 2,4 GHz-band overvol is met concurrerende draadloze communicatie-activiteiten, de data stromend houden door over te schakelen op de 5 GHz-band.

Afbeelding 3: Een overzicht van hoe M2M-apparaten via Ethernet of seriële links kunnen worden verbonden met zeer veilige Wi-Fi-bruggen en -routers. (Bron afbeelding: B+B SmartWorx)

De AirborneM2M-netwerkapparaten hebben ook een meerlagige beveiliging die draadloze beveiliging omvat in de vorm van 802.11i/WPA2 Enterprise certificering en netwerkbeveiliging met Extensible Authentication Protocol (EAP)-gecertificeerde ondersteuning.

Deze M2M-aparaten versterken de netwerkbeveiliging door de Secure Shell (SSH) public key authentication en volledig versleutelde datatunnels te gebruiken. Daarnaast bieden deze M2M-routers en-bruggen op apparaatniveau versleutelingsmogelijkheden op meerdere niveaus om configuratiegegevens te beschermen.

Als het op M2M-services met mobiele connectiviteit aankomt, zijn beveiliging en authenticatie gewoonlijk in de LTE-standaards gebouwd. Wat de fysieke beveiliging betreft, maken eSIMs die rechtstreeks op de printplaat worden gesoldeerd het vrijwel onmogelijk voor wie dan ook om de SIM te manipuleren en te verwijderen voor misbruik.

De SIMs die in M2M-toepassingen worden gebruikt, brengen ons naar het laatste onderwerp: M2M-databundels en relevante vragen over hun selectie en gebruik.

M2M-databundels

M2M-ontwerpers en -gebruikers kunnen veel verschillende opties gebruiken op het gebied van M2M-databundels, omdat al de belangrijkste mobiele operators databundels en prijspakketten aanbieden voor M2M-services. Er zijn echter enkele hoofdcriteria waarmee ze moeten worden beoordeeld, zoals de aanpassingsgraad voor de toepassing.

Bovendien zijn sommige subcarriers gespecialiseerd in M2M-toepassingen en worden ze vaak mobile virtual network operators (MVNO's) genoemd. Deze mobiele operators bieden externe provisioning en beheer van M2M-verbindingen via over-the-air (OTA)-services.

Hier biedt een M2M-SIM die wordt geleverd door een gespecialiseerde operator gebruikers, anders dan traditionele SIMs die worden gebruikt in mobiele telefoons, de controle over het dataverbruik en andere functies zoals activiteitenbeheer en SIM-vergrendeling. Deze SIMs zijn ook geschikt voor provisioning en verbinding met specifieke applicatieservers via de tunneling-netwerkfuncties.

Het is ook belangrijk om te vermelden dat sommige M2M-specialisten ook databundels samen met modems en andere M2M-apparatuur zoals gateways bieden, om M2M-toepassingen op te zetten als complete taak. Deze M2M-operators zijn gewoonlijk carrier-agnostisch en bouwen dekking op volgens de behoeften van de M2M-toepassing.

Terwijl een gezondheidsbewakingsservice bijvoorbeeld genoeg kan hebben aan enkele mobiele netwerkdekking, kan een vrachtwagenpark meer dan één mobiel netwerk nodig hebben. M2M-gebruikers moeten ook controleren of hun serviceprovider ervaring heeft met probleemoplossing en dat op afstand en in real-time kan uitvoeren.

Databundelniveaus

Wat ten slotte de kosten van M2M-gegevensoverdracht betreft, en als gevolg daarvan ook de kosten van databundels, is de aard van de toepassing erg belangrijk. M2M-toepassingen als draadloze point-of-sale (PoS) en parkeermeters gebruiken bijvoorbeeld sporadisch kleine datapakketten; hier zijn bijvoorbeeld databundels waarbij je betaalt voor het gebruik beter geschikt dan databundels per apparaat of vaste databundels.

Bovendien kunnen maandabonnementen met een laag gebruik voor 50 kilobytes (Kbytes) tot 3 megabytes (Mbytes) voldoende zijn voor M2M-toepassingen zoals automatische meteraflezing, tracering van voorwerpen en voertuigen en beveiligings-alarmsystemen. Aan de andere kant kunnen M2M-abonnementen voor gemiddeld gebruik, van 5 Mbytes tot 150 Mbytes per maand, efficiënt werken voor toepassingen in verkoopautomaten, detailhandel en gezondheidszorg (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: M2M-databundels zijn geen one-size-fits-all-pakket (Afbeelding bron: Data2Go Wireless)

Aan de bovenkant zijn er databundels voor een hoog gebruik voor digitale signalisatie, PLC's voor industriële monitoring en controle en smart building-beheer. Ze lopen van 300 Mbytes tot 4 gigabytes (Gbytes) en worden gewoonlijk gebruikt voor M2M-apparaten die real-time toegang tot externe locaties verzorgen voor het overdragen van grote bestanden voor content streaming.

Er zijn zelfs M2M-databundels voor extreem gebruik, van 8 Gbytes tot 100 Gbytes, die gewoonlijk worden gebruikt voor apparaten die 24/7 M2M-verbinding nodig hebben voor het streamen van grote hoeveelheden gegevens. Dat soort M2M-toepassingen zijn vaak back-up- en redundantie-links en videobewakingssystemen voor vermogensbeheer.

Verder zijn er M2M-databundels waarmee gebruikers datagebruik via meerdere SIMs kunnen samenvoegen. Eén M2M-apparaat dat te veel data gebruikt, kan dan dus worden gecompenseerd door een ander verbonden apparaat dat te weinig data gebruikt. Bovendien geven die databundels, afhankelijk van de toepassing en de operator, de gebruiker de connectiviteitstechnologieën van hun keuze: GPRS, 2G, 3G en LTE 4G.

Conclusie

Als we beter naar de sterk met elkaar verweven werelden van M2M- en IoT-communicatie kijken, zien we dat ze anders zijn op het gebied van hun netwerkarchitectuur en implementatie-eisen, maar dat ze ook bouwblokken met elkaar delen, zoals RF-modules, modems, schakelaars, routers en gateways. Mobiele connectiviteit en bijbehorende databundels zijn nog een aspect dat deze twee netwerktechnologieën met elkaar gemeen hebben.

Die overeenkomsten maken het echter nog belangrijker om de scheidslijnen tussen M2M- en IoT-systemen te begrijpen, omdat het uitmaakt bij het kalibreren van de behoeften van industrieel automatiseringsontwerp op het gebied van beveiliging, de beschikbaarheid van de verbinding en betrouwbaarheid, interface-opties en RF-robuustheid.