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網路管理機制打底　M2M應用暢行無阻

2011-09-05

洪紹鯤

近代人類的科技進化，有不少的演進是與溝通息息相關，網際網路(Internet)的形成，是影響現代人生活的重要里程碑，它拉近人與人以及人與資訊間的距離，為生活帶來許多的便利。

在過去，機器彼此間，或是機器與物品之間的資訊交換，常常須要透過人工，像早期的商店結帳，必須手動輸入每一個物品的單價，但現在的商店幾乎都是使用刷條碼的方式，其至有商店導入射頻辨識(RFID)的技術，讓結帳的速度更快速，並且降低人工輸入的錯誤機率。隨著科技的日新月異，各種不同的機器與機器彼此間能夠溝通，人們更能將心力投注於最關鍵的資訊，讓資訊處理更有效率。

機器對機器(M2M)網路是一個龐大的網路架構，它結合許多技術，要讓整個網路運作順暢，網路管理是一個重要的推手，目前許多M2M的標準正在制訂中，當然也包括網路管理的標準，本文將由下列六個層面來探討M2M的網路管理：

‧	定址(Addressing)
	讓每一個設備都有唯一識別與可到達的位址。

‧	配置管理(Configuration Management)
	讀取與設定網路設備的組態，收集網路設備的相關資訊及設備相互配合的情況。

‧	效能管理(Performance Management)
	監控網路是否運作正常，並且分析網路的品質是否達到預期。

‧	故障管理(Fault Management)
	偵測網路設備運作是否發生異常。若有異常，則會發出警告訊息通知。

‧	安全管理(Security Management)
	偵測網路是否有異常使用的情況，並阻擋不合法的使用；另外，尚包括伺服器修補程式的更新，資訊安全政策的制定與實施，與穩私安全的保護。

‧	帳戶管理(Accounting Management)
	收集有關網路使用情況的相關資訊，可以使用於計費處理和各帳戶網路使用情況的分析。

定址是網路構成基礎

網路能夠在一定的規律下運作，與管理機制息息相關，最重要的基礎就是網路的設備都有一個網際網路通訊協定(IP)位址，進而串連成IP網路。在非IP的網路世界中，其實也存在著網路的世界，手機與電話建構成通訊網路，它們的定址就是唯一的電話號碼。

那M2M的定址方式呢？有許多的組織如國際電機電子工程師學會(IEEE)與國際電信聯盟(ITU)，正在進行相關的標準制定，許多國家也發展本身的M2M網路。未來會不會出現一個偉大的標準來統一所有的定址？這其實還有一大段路要走。

圖1　閘道器能串連不同的網路

M2M的定址方式在短期內還是以並存的方式存在，不同的定址方式的機器若要找到對方，須透過閘道器來轉送訊息到不同的網路(圖1)。有一點可以肯定的是，由於M2M整個網路串聯會是一個龐大的網路，所以定址的空間一定要夠大，定址空間才能容納所有的設備。

IP網路目前正準備由IPv4轉換至IPv6，其最主要的原因在於IPv4的位址已快不夠用了，IPv6可提供約3.4×1038個網址，這個數目號稱比地球上的沙子還多。目前已有公司實作出利用IPv6結合M2M的服務，像是NTT Communications就利用IPv6結合M2M在日本實作出地震感知網路。而Orange利用整合的技術，結合虛擬私人網路(VPN)、IPv6閘道器，提供M2M Connect服務，讓客戶可以經由網路直接管理和監控設備的狀況。

配置管理取得設備組態

談到網路管理，在IP網路上最廣為應用的就是簡易網路管理通訊協定(SNMP)，但SNMP須要在設備上實作SNMP Agent，網路管理程式透過SNMP Agent設備溝通，而SNMP Agent中會有一分資訊管理庫(Management Information Base, MIB)來記錄設備的各種屬性。然而，這種方式若用於M2M的溝通上會有問題，因為M2M中有許多小型的設備，其實上面並沒有足夠的資源去實作SNMP Agent。近幾年來，寬頻論壇(Broadband Forum)的TR069崛起，其中一個原因就是在設備端並不須要實作Agent，所以更適用在一些小型設備的網路管理上。

不管是SNMP或TR069，在配置管理上基本分為取得(Get)與設定(Set)，亦即取得設備的組態資訊與設定組態(圖2)。兩者之間最大的差別在於，TR069架構中多了自動設定伺服器(Auto Configuration Servers, ACS)，它會和設備溝通，以作為與設備溝通的橋樑(圖3)。

圖2　SNMP的GET與SET指令運作

圖3　TR069的ACS負責與設備溝通

目前M2M的網路管理機制並沒有統一的規格，許多的管理標準也正在制訂中，包括ITU、IEEE與Broadband Forum等組織，都積極在進行相關規格的制定，例如ITU-T Work Programme的H.snmf工作小組正在制定以SNMP為基礎的感測網路管理架構制定標準。

效能管理監控設備運作

網路要有效地運作，反應的速度絕對是一大關鍵。效能管理包括監控設備的運作狀況、各種不同設備的相互配合是否順暢，以及如何有效地分配資源等等。一般會藉由網管協定來取得設備的一些參數，以判斷設備是否運作正常。通常需要許多的參考指標來協助判斷，甚至系統可以根據取得的資料，來自動微調設備的組態，讓整體的網路運作更順暢。

M2M的應用與無線感知技術有著緊密的結合，M2M網路中存在著許多的感應器，RFID與ZigBee更是其中的代表，所以當網路的規格逐漸擴大，除了設備本身能與主幹線的容量匹配外，如何有效管理無線的資源，也成為了一個重要的課題。在IEEE 802.16p標準中，就有針對如何有效的配置，進行相關的標準制訂。

整個網路要運作得順暢，除了所有軟硬體的配合外，還須配合資源的使用政策，如此才能讓M2M網路順暢的運作。隨著使用的多元化，管理者必須依據監控負載的情況，適時地做設備的調整與擴充，如此才能確保網路運作效能。

故障管理讓設備及時修復

倘若設備發生故障，有時還必須花一番工夫才能找到原因，尤其是M2M的網路有許多的設備一起協同運作。所以，若設備發生故障時，就發送出訊息，管理應用程式就會根據這些訊息來發送相關的通知，一定能更及時地知道原因，讓相關的人員能及時進行修復。這種訊息傳遞方式與配置管理相反，例如SNMP的Trap訊息(圖4)，就是由設備主動發出通知，該訊息內必須包含一些故障相關的資訊，讓管理者能夠對設備故障的原因做出判斷。

圖4　SNMP Trap訊息

安全管理杜絕惡意入侵

IP的網路管理通訊協定SNMP v3與TR069皆支援加密的機制來確保資訊的安全，在M2M的網路管理中加密也是一個必要機制。身分驗證則是驗證使用者的身分，必須在使用的便利性與安全保護等級中取得一個平衡點，而且要考慮到若使用者忘記密碼或遺失ID卡，無法正常使用系統時的復原與掛失機制，讓其他人無法趁機冒用身分來使用系統。

除此之外，使用者的習慣更是安全管理上的一大挑戰，包括設定密碼的複雜度、驗證卡片或相關的設備遺失、被社交工具詐騙等等，所以除了技術面的防護外，更要教育使用者資訊安全的觀念。

系統的防護也是重要的一環，最近發生幾個重大的入侵事件，包括索尼(Sony)、任天堂(Nintendo)與花旗(Citibank)等知名公司的網站被入侵，造成大量使用者的隱私資料外洩。此外，政策與法令面也必須訂出一些規範，來確保使用者隱私資料沒有被不當的使用。

帳戶管理掌管驗證/授權

帳戶管理(Accounting Management)可說是資訊整合層面最廣的，它收集網路上的使用狀況，並整合到資料庫內，其中主要談的就是計費的機制，這也是一個系統在商用化時所必須要有的機制，目前在IP網路最廣為使用協定為遠端驗證撥入使用者服務(Remote Authentication Dial In User Service, RADIUS)協定，而電信網路則使用Diameter協定，它們的功能除帳戶管理外，還包括驗證與授權機制，三者結合起來統稱計費、認證和授權(Authentication Authorization Accounting, AAA)。它牽涉到的層面不僅是技術，還包括商業運作模式、相關的政策與法令，但資料的使用也要在一定的規範內。

M2M網路應用日益普及

隨著M2M網路應用的普遍化，讓自動化帶來許多生活便利，整個系統運作的最大推手，就是網路管理。圖5整理本文所探討到議題，目前有許多的技術標準、商業模式與相關的規範正在制訂中。