设计人员在实施M2M功能时面临的挑战

机器对机器 （M2M） 操作或任何一般的智能设备的特点是可通过网络连接访问的设备。随着最近无线能力和覆盖范围的增加——蜂窝、无线 LAN 和近场通信 （NFC）——以及硬件和连接成本的迅速降低，可以连接的机器数量正在显着增加。这些机器组成了一系列设备，从房主可以通过任何带有 Web 浏览器的设备访问的智能恒温器，到自动向公用事业公司报告燃气使用情况的智能燃气表，再到自动流式传输的智能相框等消费设备存储在网站上的图片到相框。

当前的 M2M 功能实际上与任何其他计算机操作相同；设备使用 Web 发送和接收数据，通常来自云服务或后端服务器。数据存储在这些服务器上，然后由操作员使用通用 Web 浏览器查看。移动应用程序允许从智能手机或平板电脑访问和传输数据或命令到智能设备，云服务或后端服务器在这些操作中充当控制点。

设计人员在实施 M2M 功能时面临更多挑战。可靠网络的复杂性影响了设备功能的可信度。增强安全性、可靠性和效率的网络实践被添加到设备设计要求中。

M2M 设计挑战

通过将他们的任务和职责与几年前嵌入式系统工程师所需的任务和职责进行比较，可以说明今天 M2M 设计人员面临的挑战。要构建嵌入式系统，工程师会选择所需的传感器、执行器、键盘，可能还有字符显示器；将它们连接到连接到微处理器的 I/O 端口；并通过汇编和/或 C 程序的某种组合运行一切。他们通常借助允许断点和单步操作进行调试的在线仿真器和软件。如果该设备连接到任何外部设备，则很可能是通过 RS-232 而不是网络。没有真正需要了解文件系统结构、用户和组权限或网络协议的复杂性。这些细节是 IT 部门的领域。

相比之下，M2M 设计人员必须弥合数字/模拟/软件工程师和 IT 网络工程师之间的差距。他们必须能够在 shell 的命令行上自如地工作。由于 M2M 系统包含运行现代操作系统 （OS） 的嵌入式处理器和网络堆栈，因此 M2M 设计人员必须获取或构建和修补内核，获取或编写可识别的设备驱动程序，并设置大量启动和配置脚本。他们还必须添加代码来读取传感器或写入应用程序所需的执行器。

M2M 设计过程的另一个步骤是在设备从网络中掉线或使用不同的 IP 地址重新联机时连接并准备好响应。在具有域名系统 （DNS） 的 LAN 上的 Wi-Fi 或蓝牙的情况下，这可以由操作系统自动处理，但当使用 RF 或蜂窝调制解调器连接到 Internet 时，将需要干预和特定的命令知识。电源管理不容忽视。如果没有为应用程序正确设置，操作系统可能会使重要功能自动进入睡眠状态或浪费宝贵的电池电量。文件权限和其他安全措施通常不是本地嵌入式系统关心的问题，但 M2M 设计人员最好小心。

在完成设备设计之前，M2M 工程师必须获得并很可能设置系统连接的服务器和数据库表的工作知识。如果 M2M 设计人员负责呈现数据，那么他们的工具包中应该至少具备 CSS、HTML、PHP 和 Java 的工作知识。

M2M 设计师的一个理想特质是能够不受快速变化的影响。手机和平板电脑的消费市场正在推动 M2M 行业，设计师可能需要数周或数月才能熟悉的硬件和工具可能会在一年内更新或更改。好消息是，通过适当的规划和谨慎，设计师在连接设备中投入的所有工作都将在未来转化为更新、更快、更便宜的平台。

软件框架满足 M2M 连接需求

M2M 开发工具变得更加用户友好，并且可以在线获得强大的个人和企业支持社区。OpenEmbedded 软件框架和Yocto 项目支持 Linux 用户的一系列硬件开发平台，并提供管理内核和文件系统工作的方法。许多工程师已经熟悉 Microsoft 的.NET Compact Framework及其功能。此外，一些调制解调器制造商将强大的处理器嵌入到他们的产品中，使紧凑型 COTS M2M 系统成为可能。

Galixsys Networks 提供适用于 Linux 或 Android 平台的软件框架，该平台使用通用网关接口 （CGI） 协议，该协议专为满足使用连接设备的开发人员的需求而设计。Andromeda 框架（参见图 1 中的框图）利用标准 HTTP 数据流来实现即时 M2M 通信能力和唯一设备识别。通过命令和数据有效负载结构，设备以自然二进制进行通信，无需标记语言。通过对 Web 进行近乎实时的控制，这可以提高安全性并减少带宽。

图 1：新的命令和数据服务层将典型的客户端服务器模型转换为 M2M 配置。

虽然 M2M 开发人员可以轻松编写自己的服务例程并通过简单的系统调用从程序中访问它们，但 Andromeda 提供了一系列服务，例如在设备和服务器之间接收、发送和删除文件。页面服务器命令指示服务器进行服务调用。直接向 SQL 数据库读取或写入数据使开发人员和 M2M 设备能够快速上网。

互联世界不再到来；它已经在这里多年了。每天都有成千上万的新设备、手机和平板电脑连接到互联网。在全球范围内，几乎每个可以想象的行业都有等待开发的应用程序，以提高它们的效率。如何管理所有这些设备以及它们如何有效地使用 Web 资源是 M2M 开发人员面临的真正挑战。

作者：Steve Jahnke，Richard Jahnke

审核编辑：郭婷