網絡的本質：從M2M到物聯網
任何一種信息系統的價值，都在于“信息價值環路”。在技術層面，“信息環”的構建一直處在變動和發展的狀態中。當我們對實現“信息環”的技術進行抽象化地理解，便能從信息環的發展趨勢中看到網絡的未來。
文前注釋：
本文涉及內容較多，有許多概念在我此前的文章中有所提及。我將其中比較重要的關鍵字進行了羅列，如讀者需要加深理解，可進一步閱讀我此前的文章：
- “信息環”、“信息價值環路”：參見《物聯網的價值之一：是因為信息成“環”》
- “面向接受者的非對稱通信”、“啁啾”：參見《邊緣網絡接入方式，特別向你上傳過的那張紙條》
- “共享”單車：參見《共享單車技術含量，一篇文章全說透了》
- “語義化”：參見《為什么說物聯網技術是門語言》
- 技術的組合進化：參見《想理解物聯網，先從“技術本質”入手》
- “匯聚流”、“價值流”：參見《先理解這些概念，再說你懂物聯網》
一、自動化設備的信息環路
即使在沒有網絡的情況下，自動化設備也能夠實現自身與物理世界“感知采集-計算控制-執行操作”的信息環路。設備能夠自主地調整其周邊的物理環境(也稱為“物理交互”)，能夠影響事物發展的過程，“激勵”現實世界根據其目標產生變化。自主的決策控制能力，使得設備可以脫離人的操控和干預而自動化運行，這讓各行業的生產效率大為提高。
對于自動化設備，信息處理的本質就是形成一個“現實世界-虛擬世界”的控制信息環路。
工程師們通過將各種機械部件、電子元器件系統化地組裝起來，制造出自動化設備。設備中主要的信息處理模塊包括：傳感器、控制器、計算器(存儲器)、執行器。如果生產應用的環境比較穩定，設備操作對象的狀態簡單，決策的邏輯也不復雜，那么計算器和控制器可以共存于同一塊芯片或計算模塊內;但如果環境的變化較多，設備的工作情況復雜，那么就需要單獨的計算器(存儲器)來實現復雜的邏輯計算。
圖參考：《中興通訊技術》2011年2月•第1期 -《從云計算到海計算：論物聯網的體系結構》
二、M2M設備的信息環路
自動化的設備可以在相對穩固的環境中獨立運作，但它通常都不能離開專屬的生產環境，設備對動態環境的適應性較低，并且無法與外界互動，以實現更為復雜的邏輯功能。此外，如果設備出現故障、生產流程出現問題，還是需要監管人員留在現場進行監控和維護，這樣并不利于企業的成本控制和效率提升。
如果能將設備運行的狀態信息、以及環境和其它生產資料的現狀，通過網絡傳送到一個集中化的平臺進行監管，并且能通過這個中心平臺反向控制設備的運行，那不僅能夠提高生產設備的適應性，還能降低人員成本，提高資產管理的效率。
所以，“M2M(Machine-to-Machine)”的概念就誕生了。從字面來看，“M2M”是指“機器和機器之間建立連接”，不過從常見的應用形式來看，“M2M”主要是基于“2端”連接的應用：“終端”設備和“云端”應用。通用“端到端”的M2M系統解決方案，即是指：企業資產由M2M設備或模塊，通過無線/有線的通信方式連接到集中化的管理應用平臺。
一方面，企業資產(機器、工具、耗材等)的各類狀態信息，經過M2M設備采集后傳遞到管理應用平臺;另一方面，管理應用平臺也可以下發操作指令給M2M設備，控制相應的機械設備。
圖參考：《從M2M到物聯網(架構、技術及應用)》---機械工業出版社
對于企業的資產：純粹的機械設備或生產原材料，可以通過M2M設備上的傳感設備實時地偵測其物理、化學等狀態;而一部分具有計算能力的生產設備，則可以通過增加通信模塊實現與集中管理平臺的連接;此外，對于影響生產的各類環境信息，也可以通過M2M設備上的環境檢測傳感器進行探測并上報。
M2M的應用使得企業員工省去了很多奔波之苦，降低了企業資產管理的成本，提升了系統的自適應能力，乃至形成了許多新的商業模式和市場領域。
在M2M應用中，數據的傳遞形成了一個大而長的信息環，這個環使得系統的應用者可以獲取設備信息并控制設備的運作。
三、M2M應用的服務開放：信息環的解耦
不過從一個更高的層面來看，M2M應用仍有不足，其中最大的問題在于應用的復用性不強。在M2M的應用系統中，自上而下的各個功能單元之間處于“緊耦合”的狀態。
整個系統通常屬于專項開發的應用，涉及的數據和終端設備一般不具有共享的條件;設備和設備、系統和系統之間也不能相互服務。這種由單一應用“獨享”設備能力、信息數據的模式，常稱為“煙囪式”或“藩籬式”應用。
1. M2M系統中“服務端”和“用戶端”的一體化設計
早期，M2M應用的使用者通常比較集中，或是企業內部員工，或是產業鏈上下游的合作伙伴。由于系統的用戶數量不會太多，并且僅限于專業團隊使用，操控的輸入輸出設備也部署得相對集中。
所以，M2M應用中的兩個關鍵部分：服務端(云端)和操控端(用戶端)，通常會集成在一起，或是通過內部網絡和服務器連接。他們在軟件部分形成緊耦合的狀態，無法分清系統中的連接層次(操作端和服務端)。
并且，M2M應用系統不會向公眾用戶開放，也無需在互聯網上部署公開的應用入口。如果專業人員有遠程進入系統、進行操作的需求，則可以在遠程操作終端(電腦)上安裝專用的企業VPN連接軟件，通過互聯網建立專用數據隧道來保證安全使用。
(1) 服務端：功能錨點
“物”的特性和功能的數字化定義：在集中化的平臺上，設備、環境、物料在生產使用過程中的物理特性、運行狀態、操作過程，根據應用的需要被完全地數字化定義。設備的功能在虛擬的數字化空間中，映射成一個完整的字符序列和軟件程序。
信息應用的數字化定義：在集中化平臺上，“云端”所具備的信息處理能力(大數據分析、視頻化呈現、數據搜索、數據庫存儲等)也被數字化定義。
這樣“終端”和“云端”的能力都集中在統一的平臺上，實現數字化呈現，形成了一個完整的功能集。
在M2M的應用系統中，必然有一部分核心的計算節點，集中化地實現了兩種能力的數字映射，即具備了完整的應用功能集。其中的兩種能力，一個是“改變現實的能力(終端)”，另一個是“信息處理能力(云端)”。這些核心節點稱為應用的“功能錨點”，能夠提供完整的“應用服務”。
(2) 用戶端：M2M系統功能的使用者
在M2M應用中，使用者通過系統所具備的“信息化交互”方式，即通過輸入輸出終端(例如鍵盤鼠標和顯示器作為“操控端”)，就可以和M2M應用系統進行指令交互，在核心計算節點(功能錨點)中，調用終端設備的功能實現對現實世界的改造。在應用過程中，使用者通過操控端(輸入輸出設備)向應用系統發出的操作指令，稱為應用的“激勵源”。
2. “服務端”和“用戶端”分離，致使“信息環”解耦
在互聯網思維的感染、軟件工業進步的浪潮之下，M2M應用逐漸向“外部開放，內部解耦”的方向發展。
原本的應用可以在平臺側，通過開發標準的軟件接口，向整個互聯網開放功能。用戶可以通過互聯網接口(入口)獲得系統內的數據，以及終端設備提供的服務。這便是目前最常見的一種物聯網應用模式-“共享”的商業模式。在這個模式中，有三個“端”：用戶端、服務端(云端)、設備端(終端)。
設備終端屬于企業資產，由云端服務負責監控和管理，云端服務將終端設備的功能大打包成商業服務，在互聯網中向用戶開放，用戶只要通過互聯網登錄云端服務所構建的應用平臺，就能以“租賃”的形式使用企業的終端設備。
從信息連接的角度來看，物聯網“三端”型的應用和以往M2M型應用有了巨大的區別，這個區別就是信息環的“解耦”。
如今雨后春筍般的互聯網共享應用，將“服務”和“用戶”掰開了。大眾用戶，使用手機(用戶端)通過互聯網登錄應用服務端，應用服務端則提供統一、標準化的租賃服務。
服務端先對用戶進行認證、收費并記錄使用情況。當驗證了用戶的資格后，服務端便將終端設備的使用權交付給用戶。
用戶在結束設備(終端)的使用后，將使用權釋放并完成與服務器租用結算。一次租賃服務結束后，終端又處于空閑狀態，等待著下一位用戶。
在終端共享的過程中，用戶端和服務端之間形成了無數個臨時的“激勵環”。用戶的消費意圖在手機上形成“激勵信息”，激活了服務端的服務程序。服務端通過攜帶控制信息的“執行環”，將指令傳遞給終端，并給予用戶終端的使用權(例如共享單車的短信解鎖流程)。
從連接的角度來看，共享服務通過兩個信息環，實現了面向大眾的物聯網商業應用：臨時的激勵環;長效的執行環。
“激勵環”是用戶獲取服務而建立的臨時性連接，該環路中主要有用戶的服務請求消息，以及服務端的反饋信息。“激勵環”可以在互聯網中建立，由公眾化的用戶從用戶端進行建立。
“執行環”是企業管理、控制終端設備的數據聯接，該環路中的信息包括：設備、環境狀態信息、設備的控制指令、軟件升級補丁、應用日志等等。“執行環”和M2M的連接類似，是企業云端的服務系統和企業資產之間的專用連接。該連接中含有一系列的信息交互標準，規范了和“物”相關的生產、操作、管理、運營等等的流程，使得企業可以管理經營資產，用戶可以使用設備服務。
3. “服務端”的特性分類
信息環的逐漸解耦，使得“服務端(平臺)”脫穎而出。它需要面向廣大用戶建立“激勵環”，提供企業內部應用的能力;面向企業自身資產建立“執行環”，將生產流程和資產設備映射在系統服務器中，將企業的技術和經驗進行數字化的定義。
作為中間人，“服務端”起到了承上啟下的作用，是物聯網形成互服務生態的關鍵。共享的應用平臺，可以看作是一種面向應用的“物聯網中間件平臺”。
從服務平臺開放的程度來看，主要分成三種類型：
- 完全不開放，系統的所有用戶都是企業的內部部門和員工，對外部不提供服務和能力;
- 有限開放(也稱為“封閉市場”)，除了內部使用外，還向有業務來往、有商業合作的企業或用戶提供應用服務;
- 完全開放(也稱為“開放市場”)，服務平臺在互聯網中開放功能接口，對使用者不做預設的身份限定，服務面向大眾。這類似于互聯網的門戶網站，大眾用戶可以隨取隨用。(備注：“完全開放”指的是用戶的范圍，并不是指所有的應用功能。企業內部的資產管理、業務分析、專家平臺等營運、開發的應用，并不會向外部開放)
服務端(物聯網平臺)可以部署在開放的互聯網或私有網絡中。不過，基于“物聯網”的本質定義，只有當服務端部署(暴露)在互聯網中，即應用的“功能錨點”部署在互聯網中，并具有一定的開放性(有限開放、完全開放)時，才算是真正意義上的物聯網應用。
在標準的物聯網應用中，“物”的功能會通過服務端暴露在互聯網中，服務端通過“執行環”對“物”進行控制和管理，并通過它的互聯網接口交付給外部用戶進行使用。
【本文是51CTO專欄作者王峰的原創文章，轉載請聯系作者本人獲取授權】
