想像一下，假如一輛自行車在移動後會把它的位置傳送給智慧型手機；一台照相機可以與全球衛星定位系統(GPS)模組溝通，並在徒步旅行時向使用者建議風景優美的景點；一台電冰箱會在牛奶喝完時，傳送一段文字訊息來提醒；一個智慧電表(Smart Meter)可以在離峰時段啟動洗衣機；一台跑步機可以把患者的心跳速率及其他重要徵兆傳送給醫療保健單位；位在偏遠地區的工業設備在須要維護或修理時，可以自行提醒它的製造商。這樣的可能性是無止盡的，在這樣一個聯網設備可以彼此智慧互動的世界中，所能產生的各種好處是很吸引人的。
機器對機器通訊蔚為顯學
在過去20年間，無線產業的各種進展，讓全世界的人們得以互相連結。在接下來的10年內，人們將親眼目睹一個變革，亦即各式各樣跨越不同領域的設備將能夠彼此互相溝通，進而為人類帶來前所未有的服務，同時還能節省成本、改善效率並將勞動力降至最低。這種可驅動一切成真的潛在技術被稱為機器對機器通訊(Machine to Machine Communications, M2M)。
 |
| 圖1 M2M技術的三個基本階段 |
簡單來說，機器對機器是一種能夠讓設備彼此透過有線或無線通訊網路來進行互動的技術，且完全無須人類介入。M2M技術通常會利用感應器、致動器、微控制器(MCU)或射頻收發器(RF Transceiver)，透過它們能夠從終端設備或事件獲得資料，之後再透過通訊網路如全球行動通訊系統(GSM)、整合分封無線服務(GPRS)、電力線或衛星系統，傳輸至應用軟體，然後再把接收到的資料處理成有意義的資訊。有關M2M技術的三個基本階段如圖1所示。
憑藉著功能強大的感應器、先進的嵌入式微控制器和無所不在的無線網絡，工業應用正在無縫結合M2M技術，接下來描述其中一些例子。
遠端監控系統進行預防性維護
遠端監控系統利用各種不同的感應器來偵測一些參數，例如震動、液體洩漏、機械磨損、溫度及機械雜訊等，藉此來評估設備的健康狀況。
 |
| 圖2 遠端監控系統的執行情況 |
在圖2(a)中，每一感應器是以淺色圓點來代表，它們被稱為節點(Node)，並且以星型拓撲結構(Star Topology)與由深色圓點所代表的網路協調者(Network Coordinator)連結起來，形成個人區域網路(Personal Area Network, PAN)。這個PAN網路協調者是扮演著介於PAN網路與GPRS網路之間的M2M閘道，負責將資料傳輸到遠端監控基地台。在任何時間內，當其中任何一個參數超出正常運轉的臨界值(Threshold Value)時，這個遠端監控基地台將會發出警報來進行預防性維護。
高處理能力微控制器可簡化設計
圖2(b)與圖2(c)顯示了感應器節點與PAN網路協調者的執行情況。設備的感應器參數是透過一個4～20毫安培(mA)的迴路來傳輸，這是一個很可靠的、用於工業處理與控制的感應器訊號標準。這個微控制器透過其類比數位轉換器(ADC)來接收這些參數，並且運行如MiWi此類PAN協定堆疊(PAN Protocol Stack)與IEEE 802.15.4收發器交流，將處理後的感應器資料傳送至PAN網路協調者。
PAN網路協調者的核心是一個嵌入式微控制器，由它負責驅動整個PAN網路的通訊，它透過序列埠與IEEE 802.15.4收發器和GPRS模組進行串接。微控制器的快閃記憶體儲存著整個MiWi PAN網路的地圖，負責分配網路位址以及建立與新感應器節點的連結。它也負責將PAN協定的資料解譯成GPRS的格式，然後透過GPRS網路傳送出去。另外，這個微控制器也控制著GPRS模組，並使用注意(Attention, AT)指令做為資料傳輸之用。
為了確保PAN網路與GPRS網路間的穩定連結，一個具有足夠記憶體數量、各種支援直接記憶體存取(Direct Memory Access, DMA)的周邊、免費MiWi協定堆疊以及GPRS資料庫等的高處理能力微控制器，是絕對必要的。
為了能快速啟用無線應用，微芯(Microchip)提供一個如圖3(a)所示的PIC32 Wi-Fi Comm展示板，這是一個一應俱全的解決方案，能夠簡化設計並加速開發過程。
車隊管理成熱門M2M應用
M2M技術被廣泛應用於商用車隊的管理。安裝在車上的全球定位系統及GPRS/GSM模組可追蹤車輛。GPS模組會提供車輛的位置座標，控制器區域網路匯流排(CAN Bus)則負責收集來自車輛不同模組的資料，例如防鎖死煞車系統(Antilock Brake System, ABS)、引擎控制模組(Engine Control Unit, ECU)及安全氣囊等模組的資料，然後傳送至CAN/GPRS閘道。一個32位元的微控制器驅動著這個CAN/GPRS閘道，並且串接到CAN匯流排及GPRS與GPS模組。它會將CAN的資料格式轉譯成GPRS格式，並透過GPRS網路將資料傳送至車隊管理基地台(Fleet Management Station)。
 |
| 圖3 機器對機器解決方案 |
圖3(b)的M2M Pictail子板是目前市場上車隊管理應用的其中一種解決方案，這塊子板配備許多AT指令的GPS與GSM/GPRS模組，以及有著如圖3(b)所示的廣泛特點，可大幅縮短產品上市時間，並包含所有的硬體資訊、具有堆疊在內的軟體二進位制文件、生產測試基準設計，以及測試軟體、認證、教育訓練和說明文件等。最後的成果就是產出一個無線、超小型、低功耗的通訊解決方案，這個解決方案相當易於整合至消費性、工業與汽車的原始設備製造商(OEM)設計中，而且也已準備好大量生產。
M2M設備打造全新智慧型連結
現今有越來越多設備透過網際網路連結在一起，而在未來無線通訊產業的發展趨勢下，這樣的趨勢只會繼續擴大。除了正在快速擴展當中的半導體與無所不在的通訊網路外，高速4G與網際網路通訊協定第6版(Internet Protocol Version 6, IPv6)等技術的問世，已經將全世界帶到另一波變革的邊緣，在這波變革中，M2M設備正在塑造全新層級的智慧型連結，而這將改變所有人的生活、工作與玩樂的方式。
(本文作者任職於微芯)