M2M (Machine To Machine), OneM2M là gì ? Vai trò của oneM2M trong công nghiệp 4.0

Kết nối M2M (Machine To Machine) là gì ?

Giao tiếp giữa máy với máy hay còn gọi là M2M, chính xác như tên gọi của nó: hai máy “giao tiếp” hoặc trao đổi dữ liệu mà không có sự can thiệp hoặc tương tác của con người. Điều này bao gồm kết nối nối tiếp, kết nối đường dây điện (PLC) hoặc truyền thông không dây trong Internet vạn vật công nghiệp (IoT). Việc chuyển sang không dây đã làm cho giao tiếp M2M dễ dàng hơn nhiều và cho phép nhiều ứng dụng được kết nối hơn. Nói chung, khi ai đó nói giao tiếp M2M, họ thường đề cập đến giao tiếp di động cho các thiết bị nhúng.

Ví dụ : về giao tiếp M2M trong trường hợp này sẽ là máy bán hàng tự động gửi thông tin hàng tồn kho hoặc máy ATM nhận ủy quyền rút tiền mặt.

Khi các doanh nghiệp nhận ra giá trị của M2M, nó đã mang một cái tên mới: Internet of Things (IoT). IoT và M2M có những hứa hẹn tương tự: thay đổi cơ bản cách thức vận hành của thế giới. Cũng giống như IoT, M2M cho phép hầu như bất kỳ cảm biến nào giao tiếp, điều này mở ra khả năng hệ thống tự giám sát và tự động phản ứng với những thay đổi trong môi trường, giảm thiểu sự tham gia của con người. M2M và IoT gần như đồng nghĩa – ngoại lệ là IoT (thuật ngữ mới hơn) thường đề cập đến truyền thông không dây, trong khi M2M có thể đề cập đến bất kỳ hai máy nào — có dây hoặc không dây — giao tiếp với nhau.

Theo truyền thống, M2M tập trung vào “công nghiệp viễn thông”, đây là một cách giải thích lạ mắt về việc truyền dữ liệu vì một số lợi ích thương mại. Nhưng nhiều công dụng ban đầu của M2M vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay, giống như đồng hồ thông minh. M2M không dây đã bị di động thống trị kể từ khi nó ra mắt vào giữa những năm 2000 với mạng di động 2G. Do đó, thị trường di động đã cố gắng xây dựng thương hiệu M2M như một thứ di động vốn có bằng cách cung cấp các gói dữ liệu M2M. Nhưng M2M mảng di động chỉ là một phần nhỏ của thị trường và không nên coi nó là một khu vực chỉ dành cho di động.

M2M là mạng truyền thông cơ bản kết nối các cảm biến, thiết bị truyền động, máy móc và vật thể. Do đó, các cơ hội thị trường liên quan trực tiếp đến khả năng hoạt động của các thiết bị nói trên. Thị trường này, đến lượt nó, được thúc đẩy bởi sự phát triển thị trường kinh tế vĩ mô lớn hơn, dựa trên sự sẵn có của các mạng M2M nói trên

Tiềm năng Thị trường M2M. nguồn: Mckinsey

Hai ví dụ đáng chú ý về sự phát triển thị trường lớn hơn như vậy là Internet of Things (nghiêng về B2C) và Internet công nghiệp (nghiêng về B2B). Sự phát triển của các mô hình này sẽ là một động lực lớn cho thị trường M2M, từ nhà sản xuất chip đến các nhà cung cấp dịch vụ và phạm vi phủ sóng. Phần này cung cấp một số thông tin chi tiết về những phát triển thị trường gần đây và các cơ hội liên quan ở ngành ICT.

oneM2M là gì ?

oneM2M là một dự án hợp tác toàn cầu được thành lập vào năm 2012 và được thành lập bởi 8 trong số các tổ chức phát triển tiêu chuẩn CNTT-TT hàng đầu thế giới, nổi bật là: ARIB (Nhật Bản), ATIS (Hoa Kỳ), CCSA (Trung Quốc), ETSI (Châu Âu), TIA (Hoa Kỳ), TSDSI (Ấn Độ), TTA (Hàn Quốc) và TTC (Nhật Bản). Mục tiêu của tổ chức là tạo ra một tiêu chuẩn kỹ thuật toàn cầu về khả năng tương tác liên quan đến kiến trúc, thông số kỹ thuật API, các giải pháp bảo mật và đăng ký cho các công nghệ Máy đến Máy và IoT dựa trên các yêu cầu do các thành viên đóng góp.

Các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn hóa được sản xuất cho phép Hệ thống sinh thái hỗ trợ nhiều ứng dụng và dịch vụ như thành phố thông minh, lưới điện thông minh, ô tô được kết nối, tự động hóa gia đình, an toàn công cộng và sức khỏe. Công nghệ oneM2M đang loại bỏ sự phân mảnh trong thế giới IoT. Bởi vì oneM2M độc lập với công nghệ kết nối hoặc giao thức được sử dụng để vận chuyển, oneM2M được thiết kế để trở thành một giải pháp lâu dài cho việc triển khai IoT.

Mục tiêu của OneM2M

Mục đích và mục tiêu của oneM2M là phát triển các đặc điểm kỹ thuật đáp ứng nhu cầu về Service layer M2M chung có thể được nhúng dễ dàng trong các phần cứng và phần mềm khác nhau và dựa vào đó để kết nối vô số thiết bị trong lĩnh vực này với các máy chủ ứng dụng M2M trên toàn thế giới.

Mục tiêu quan trọng của oneM2M là thu hút và tham gia tích cực vào các tổ chức từ các lĩnh vực kinh doanh liên quan đến M2M như: viễn thông và giao thông thông minh, chăm sóc sức khỏe, tiện ích, tự động hóa công nghiệp, nhà thông minh, v.v. Ban đầu, oneM2M sẽ chuẩn bị, phê duyệt và duy trì các thiết lập cần thiết Thông số kỹ thuật và Báo cáo kỹ thuật :

Các trường hợp sử dụng và yêu cầu cho một tập hợp các khả năng chung của Service layer ;
Các khía cạnh của Service layer với kiến trúc dịch vụ chi tiết và cấp cao, dựa trên quan điểm độc lập về truy cập của các dịch vụ end-to-end;
Giao thức / API / đối tượng tiêu chuẩn dựa trên kiến trúc này (giao diện & giao thức mở);
Các khía cạnh bảo mật và quyền riêng tư (xác thực, mã hóa, xác minh tính toàn vẹn);
Khả năng tiếp cận và khám phá các ứng dụng;
Khả năng tương tác, bao gồm các thông số kỹ thuật kiểm tra và tuân thủ;
Thu thập dữ liệu cho hồ sơ tính phí (được sử dụng cho mục đích lập hóa đơn và thống kê);
Nhận dạng và đặt tên cho các thiết bị và ứng dụng;
Mô hình thông tin và quản lý dữ liệu (bao gồm chức năng lưu trữ và đăng ký / thông báo);
Các khía cạnh quản lý (bao gồm quản lý từ xa các thực thể); và
Các trường hợp sử dụng phổ biến, các khía cạnh của thiết bị đầu cuối / mô-đun, bao gồm các giao diện / API Service layer giữa:
- Các lớp ứng dụng và dịch vụ;
- Service layer và các chức năng giao tiếp

Kiến trúc oneM2M và các dịch vụ thông dụng

Nhiều ứng dụng IoT được triển khai dưới dạng silo trong một ngăn xếp giải pháp dọc. Đơn giản nhất, điều này liên quan đến một ứng dụng (ví dụ: theo dõi tài sản, giám sát tình trạng, logic theo dõi hàng tồn kho) sử dụng một mạng truyền thông để tương tác với các thiết bị hoặc cảm biến được kết nối.

Sự sắp xếp này không tự cho phép mở rộng quy mô hoạt động hoặc tái sử dụng tài nguyên. Ví dụ: hãy xem xét một ứng dụng IoT yêu cầu khả năng quản lý thiết bị. Nếu chức năng quản lý thiết bị được triển khai cho một trường hợp sử dụng được xác định hẹp, điều này có thể dễ dàng ngăn việc sử dụng lại nó cho ứng dụng IoT thứ hai hoặc thứ ba. Logic tương tự cũng áp dụng cho các trình hỗ trợ dịch vụ khác cần thiết cho việc triển khai và quản lý các ứng dụng IoT.

Để giải quyết vấn đề, kiến trúc oneM2M áp dụng mô hình ngang dựa trên khung dịch vụ chung. Ví dụ về các dịch vụ phổ biến bao gồm chức năng quản lý thông tin liên lạc, quản lý thiết bị và bảo mật. Kiến trúc này cũng có nghĩa là các thiết bị và dữ liệu của chúng đều có thể khám phá và truy cập được đối với nhiều ứng dụng mẹ duy nhất. Các ứng dụng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các thiết bị hỗ trợ oneM2M có nguồn gốc từ nhiều nhà cung cấp, giảm nguy cơ vendor lock-in. Điều này cho phép các nhà cung cấp giải pháp chỉ xây dựng một lần và sử dụng lại nhiều lần. Đây là một lợi thế đáng kể khi thiếu tiêu chuẩn hạn chế hoán vị giữa nhiều nhà cung cấp công nghệ, nhà cung cấp dịch vụ, ranh giới tổ chức và các ứng dụng IoT.

Kiến trúc được chuẩn hóa bởi oneM2M xác định Service layer IoT , tức là Phần mềm trung gian nằm giữa phần cứng xử lý / truyền thông và các ứng dụng IoT cung cấp một bộ chức năng phong phú cần thiết cho nhiều ứng dụng IoT. oneM2M hỗ trợ :

trao đổi dữ liệu / kiểm soát đầu cuối an toàn giữa các thiết bị IoT và các ứng dụng tùy chỉnh bằng cách cung cấp các chức năng để nhận dạng thích hợp
xác thực, ủy quyền, mã hóa
cấp phép và kích hoạt từ xa
thiết lập kết nối
buffer
lập kế hoạch
đồng bộ hóa
tập hợp
giao tiếp nhóm
quản lý thiết bị
Vân vân…

Service layer của oneM2M thường được triển khai như một lớp phần mềm và nằm giữa các ứng dụng IoT và phần cứng xử lý hoặc giao tiếp và các phần tử hệ điều hành cung cấp khả năng lưu trữ, xử lý và vận chuyển dữ liệu, thường dựa trên IP . Tuy nhiên, vận chuyển dữ liệu không IP cũng được hỗ trợ thông qua proxy liên kết. Service layer oneM2M cung cấp các chức năng thường cần thiết cho các ứng dụng IoT trên các phân khúc ngành khác nhau.

Ngoài việc tiêu chuẩn hóa lớp dịch vụ chung, oneM2M bao gồm các thông số kỹ thuật cho các thực thể thiết bị đầu cuối và gateway . Điều này giúp bạn có thể triển khai các giải pháp native-oneM2M, bao gồm các thiết bị đầu cuối tuân thủ oneM2M giao tiếp với một hoặc nhiều nền tảng oneM2M. Nó cũng có thể phục vụ cho các triển khai có sự kết hợp của oneM2M và các thiết bị độc quyền. Điều này liên quan đến việc sử dụng gateway proxy liên kết để quản lý các thiết bị không phải oneM2M giao tiếp với nền tảng oneM2M.

Các tiêu chuẩn oneM2M là nền tảng IoT lớp dịch vụ chung theo chiều ngang cho phép các ứng dụng trong miền (ví dụ: thành phố, nhà máy hoặc trung tâm giao thông) giao tiếp hiệu quả, đáng tin cậy và an toàn.

Tiêu chuẩn hỗ trợ một mô hình hoạt động liên hợp để những lợi ích này tích lũy vào các ứng dụng từ các lĩnh vực khác nhau trước đây (ví dụ: quản lý giao thông vận tải và cảm biến môi trường trên mạng lưới đường bộ hoặc các tiện ích và sức khỏe trong văn phòng và hộ gia đình).

Kiến trúc lớp service của oneM2M

oneM2M định nghĩa một kiến trúc ngang cung cấp các chức năng dịch vụ chung cho phép các ứng dụng trong nhiều miền, sử dụng một khuôn khổ chung và các API thống nhất. Việc sử dụng các API được chuẩn hóa này giúp các nhà cung cấp giải pháp M2M / IoT đối phó với các lựa chọn kết nối phức tạp và không đồng nhất bằng cách trừu tượng hóa các chi tiết của việc sử dụng các công nghệ mạng cơ bản, giao thức truyền tải cơ bản và tuần tự hóa dữ liệu.

Tất cả điều này được xử lý bởi Service layer oneM2M mà lập trình viên không cần phải trở thành chuyên gia trong mỗi lớp này. Do đó, nhà phát triển ứng dụng có thể tập trung vào quy trình / logic nghiệp vụ của ca sử dụng sẽ được thực hiện và không cần phải lo lắng về cách hoạt động chính xác của các lớp bên dưới. Điều này rất giống với việc ghi một tệp vào hệ thống tệp mà không cần lo lắng về cách các đĩa cứng và giao diện của chúng thực sự hoạt động.

Do đó, Service layer IoT được chỉ định trong oneM2M có thể được hiểu là một hệ điều hành phân tán cho IoT cung cấp các API thống nhất cho các ứng dụng IoT theo cách tương tự như một hệ điều hành di động cho hệ sinh thái điện thoại thông minh.

Mô hình 1 ứng dụng oneM2M trong nhà máy sản xuất

Trong các nhà máy, rất nhiều dữ liệu được tạo ra từ PLC mỗi giây và dữ liệu được sử dụng để giám sát dây chuyền sản xuất. Dữ liệu này có sẵn thông qua hệ thống xe buýt công nghiệp, ví dụ: Ethernet thời gian thực. Loại dữ liệu này được gọi là dữ liệu chuỗi thời gian, là một chuỗi các điểm dữ liệu, thường bao gồm các phép đo liên tiếp được thực hiện trong một khoảng thời gian. Để giám sát từ xa, dữ liệu được thu thập bởi nền tảng dịch vụ oneM2M cần giao tiếp với các hệ thống bus công nghiệp thông qua gateway M2M (MN).

Xem thêm : Time Series Database là gì và ứng dụng của Time series Database

Khi một số dữ liệu bị mất do nhiều nguyên nhân khác nhau, chẳng hạn như dây chuyền sản xuất bị hư hỏng, mạng tạm thời bị trễ, quá tải dung lượng mạng liên tục, v.v., hành động sẽ được yêu cầu ngay lập tức vì lý do an toàn. Ngoài ra, một số cân nhắc sẽ cần thiết như chuyển sang dịch vụ mạng mới có dung lượng lớn hơn, chuyển sang mạng dự phòng hoặc điều chỉnh chính sách thu thập dữ liệu để giải quyết nguyên nhân mất dữ liệu ban đầu.

Các cân nhắc khác sẽ có hiệu quả khi ứng dụng giám sát từ xa truy vấn nền tảng oneM2M về tình trạng lưu lượng mạng, ví dụ: thời gian trễ, tràn dung lượng liên tục hoặc lỗi kết nối.Tương tự như ứng dụng giám sát từ xa, MN trong mỗi nhà máy nhận kết quả phân tích hoặc một số lệnh, có thể bị mất do lỗi trong quá trình phân tích, mạng tạm thời hoặc tràn dung lượng mạng liên tục. MN có thể phát hiện tổn thất khi kết quả phân tích hoặc các lệnh ở dạng dữ liệu chuỗi thời gian, hoặc nó có thể phát hiện tổn thất tiềm ẩn bằng cách theo dõi tình trạng của lưu lượng mạng. Khi xảy ra trễ mạng tạm thời hoặc tràn dung lượng mạng liên tục, kết quả phân tích hoặc lệnh sẽ bị mất. Tổn thất này cũng cần phải có quyết định ngay lập tức và giải quyết tận gốc. Trường hợp sử dụng này đề xuất rằng Hệ thống oneM2M sẽ có thể cung cấp khả năng thu thập, lưu trữ dữ liệu chuỗi thời gian cũng như giám sát tính toàn vẹn của dữ liệu. Ngoài ra, Hệ thống oneM2M sẽ có thể cung cấp khả năng giám sát tình trạng của lưu lượng mạng.