建立通用服務平台　oneM2M標準擴大物聯網應用

從2013年德國漢諾威電腦展(CeBIT)中通訊相關產業的發展可知，M2M應用亦為都市發展的重要解決方案，應用領域包括智慧家庭(Smart Home)、都會解決方案(Urban Solution)、無線通訊及車載行動技術(Telematics and Automotive)、智慧型廠房(Smart Factory)。

基於前段所述國際趨勢及前景，oneM2M於2012年7月正式成立，其宗旨在於將各方M2M相關標準與資源整合在oneM2M平台之上，因此，oneM2M標準制定的目標著重在應用層和服務功能層上，網路層與感測層並不在oneM2M的討論範圍內。

這意味著未來M2M通訊將會在既有的有線/無線網路上進行，如M2M裝置端的區域網路(LAN)使用現有的電力線通訊(PLC)、ZigBee、無線區域網路(Wi-Fi)技術，以及M2M核心網路(Core Network)使用2/3/4G等現有無線網路技術，而oneM2M則將負責解決獨立於接取網路中通用的M2M服務層的關鍵需求；使其可更方便地嵌入於各種軟硬體中，並透過遍布全球的M2M應用伺服器連接大量的M2M裝置，實現萬物聯網的願景。

oneM2M標準發展神速

有鑑於M2M標準化後的龐大商機，以及M2M技術本身跨領域應用的複雜需求，目前國際中七個主要標準開發組織包括無線通訊解決方案聯盟(ATIS)、中國通訊標準化協會(CCSA)、歐洲電信標準協會(ETSI)、韓國電信技術協會(TTA)、日本電信技術委員會(TTC)、美國電信工業協會(TIA)，及日本電波產業協會(ARIB)，皆已展開各自標準制定工作。

至於新成立的標準組織--oneM2M，其目標是為M2M開發一個全球性的通用標準。oneM2M也積極拉攏具有實現M2M潛力的特定產業聯盟例如EDSO(European Distribution System Operators' Association)、I3A(International Imaging Industry Association)、HomeGrid Forum及iHT2(Institute for Health Technology Transformation)等，以提高oneM2M的影響力並確保此一標準能被業界所採納。

此外，oneM2M也開放給相關行業的標準化組織及企業，其成員分為第一類夥伴、第二類夥伴、全權會員和列席會員四種。類似於3GPP的模式，一般企業須通過第一類夥伴申請始成為oneM2M的會員。

oneM2M同時相當重視與3GPP中間之介接關係，期望定義出一M2M服務層，包括其上與商業應用介接，以及其下不透過3GPP接取網路與M2M Device介接的部分(意即透過Functional Definitions介接的部分)(圖1)；而M2M服務層與3GPP接取網路介接的部分，則由oneM2M提出需求並與3GPP共同制定。在3GPP中，SA2為主要討論此議題的組織，其目前已開始提出需求，但主要仍以ETSI TC M2M為主要參考架構。

圖1　oneM2M與3GPP的介接關係

導入oneM2M標準　物聯網應用更多元

oneM2M在2013年4月的技術會議中所分享的使用者案例，主要分為能源、商業、健康照護、公共服務、居家、交通及其他等七大類，以下將介紹其中幾項重要應用。

實現能源遠距量測與監控

能源相關的應用以能源遠距量測及監控為主要設計目標。以富士通(Fujitsu)所提出有關大範圍的電力系統量測及控制系統在傳輸及自動化布建的架構及相關需求為例(圖2)，相量量測裝置(Phasor Measurement Unit, PMU)為分散在電力系統終端設備中的量測工具，提供電力系統營運商及規畫者做為量測電力狀態及管理之依據。PMU會定期或在被觸發時傳送分散的狀態資訊(Bulk Statistical Information)，因此可在大範圍的電力系統中負責網路狀態的即時監控；而數以萬計的監控訊息就透過大量布建的PMU集中到中央控制中心。負責電力系統傳輸(圖2中的TSO)及布建(圖2中的DSO)的營運商，就可藉由中央控制中心所收集之資訊，利用同一傳輸網路對分散的PMU進行個別控制，使電力系統達到最佳化。

圖2　能源遠距量測及監控需求架構圖

因此，M2M相關業者為達到上述應用情境的需求，M2M系統須具備包括數據資料收集和回復之能力、遠端控制M2M設備之能力、M2M資料收集及傳送至不同應用之能力、資料儲存及分享之能力、安全性要求、隱私權設定與持續的連通性。

打造智慧型建築

另外，智慧型建築可大幅降低管理建築所耗費之成本。其他結合智慧型建築的服務應用，如視訊監控、燈光/空調控制與電源監控，都可由一控管中心管理。監控人員配合監控應用軟體，在某些特殊緊急狀況(如火警、外人入侵或瓦斯外洩)時更能節省寶貴的時間，爭取救援機會。其服務如圖3所示，此為整合了感測器(Sensor)、控制器(Controller)、警報器(Alerter)、閘道器(Gateway)等設備，並結合網路上的應用，以最少的人力達成自動化建築管理的工作。

圖3　智慧型建築服務架構

在智慧型建築中可分為三個主要的角色，分別是M2M服務供應商、控制中心以及智慧型建築服務供應商(Smart Building Service Provider)。M2M服務供應商負責提供服務的設備實體，如閘道器、硬體平台等，並使設備具備相互通訊的功能。其也提供API做為開發各種應用之共同介面，使得閘道器能連接到多種不同的設備，如感測器、控制器等。

控制中心則負責收集由感測器上報的所有數據，並統管所有命令的發送。智慧型建築服務供應商負責智慧型建築設備的安裝，並設立控制中心，且提供相關的應用服務及管理者訓練。服務供應商往往與M2M服務供應商簽訂合約關係，以使用M2M服務供應商所提供的閘道器、M2M平台及應用服務所需之API。

為達到智慧型建築應用情境的使用案例，有五點要求。首先是M2M系統須支援在不中斷裝置間連線的前提下，依據條件設定，協調一連串設備群體的行動鏈；其次為M2M系統中之設備須具備位置回報之能力；第三則是M2M設備須具備群組(Grouping)之能力，同樣的操作可分散至群組設備成員中執行；第四是設備群組須具備管理等能力；最後則是設備群組可將另一群組納為群組成員。

催生健康照護閘道器

另外，健康照護閘道器的重點為在解決覆蓋問題的前提下，收集病患周邊所有感測器的資料，並將所收集的資訊透過蜂巢式連接(Cellular Connectivity)技術，後送至終端健康照護服務主機，並同時藉由閘道器提供雙向的通訊。

新一代健康照護感測器的量測，可根據病患需要而啟動，或是藉由預先定義的時程表而週期性量測，而這些測得的數據藉由健康照護閘道器傳送至後端主機。健康照護閘道器可根據數據中的QoS指標判斷動態延遲、頻寬和延遲容忍度，以決定要立即轉傳數據資料，或是先暫存與其他數據聚合(Aggregate)後再傳送，如此傳送方式可降低在無線或行動網路中的資源占用頻率。量測的數據資料在送達健康照護的後端主機後，可再藉由通知的方式，將數據轉送給預先設定的授權用戶，如家庭照護者或醫生護士。

為達到此一健康照護閘道器應用情境的相對需求則包括五大項。首先是M2M系統支援閘道器節點，以便將健康照護感測器所測得之數據傳送給後端主機；其次是當健康照護感測器測得新的數據資料時，可向閘道器發出請求，將新的數據更新至後端主機；第三為健康照護閘道器須具備資料暫存及緩衝的功能；當網路功能受限時，可暫時保留資料，並在許可時再將資料傳送至後端主機，而不會發生資料數據流失的問題；第四是健康照護閘道器須能接受感測器發出之參數調校請求，包括延遲容裕度或是根據不同的資料類型而有不同的優先序或QoS；最後是健康照護閘道器可接受網路端的參數及連線模式設定，並依照網路端所需進行連線並傳輸數據資料。

提供物聯網通用平台　oneM2M標準勢力抬頭

ATIS M2M Group已針對車聯網、智慧電網、電子健康和聯網家庭等四種垂直應用做了許多的研究分析，並找出共同的特性以及功能，因而提出可以設計一個通用服務層來實現這些功能。

oneM2M的功能架構為通訊服務業者提供一個支援M2M應用和服務的通用平台，使用跨越多重M2M應用的架構原則，制定全球一致的M2M端點到端點規範。

圖4　oneM2M分層模型

圖4說明oneM2M支援端點對端點M2M服務的分層模型，主要包含應用層、通用服務層和基礎網路服務層(Underlying Network Services)。各層提供的功能不盡相同。應用層包含使用者端點對端點的M2M服務，例如車隊追蹤應用、遠端血糖監測與遠端電表管理；通用服務層主要由一套通用於M2M環境且說明使用於oneM2M的服務功能所組成，例如資料管理。這些服務功能透過參考點X與應用層連結，也透過參考點Y來達到彼此的通用服務，並利用參考點Z來存取基礎網路服務，進而形成一個完整的物連網服務平台，提供使用者更便捷的服務。

圖5　oneM2M功能架構

如圖5所示，通用服務實體(Common Service Entity, CSE)可視為在oneM2M的服務功能實例，通用服務實體透過參考點X與應用A連結，並透過參考點Y與其他通用服務實體進行資訊交換，再透過參考點Z存取基礎網路服務層。

至於基礎網路服務層主要提供通用服務實體所需的服務，例如裝置管理、定位服務、裝置啟動服務等。oneM2M透過通用服務層以方便嵌入於各種軟硬體中，這將加速oneM2M的規範推動，同時能降低其營運成本、簡化應用開發時程、縮短產品上市時間，並避免標準化重疊。

全球M2M連結數量正在呈指數級增長，而這些連結幾乎存在於每個主要市場類型之中，從醫療健康到交通或從能源到農業。oneM2M除了能確保這些行業能夠獲益於M2M通訊所帶動的經濟增長外，還須在此創新機會中發揮至關重要的作用，才能進一步帶動市場商機擴大。

目前，通訊服務供應商已經開始配置各自的網路以供應M2M服務日益增長的需求。oneM2M所制定的規範將為通訊服務供應商提供一通用平台，用於支援最新M2M應用。

在近幾次oneM2M標準會議中，各大電信標準組織、各國主要電信相關營運商及電信設備商皆積極參與提案，由此可見，世界各國對於oneM2M標準皆相當重視。台灣產業界若能在oneM2M標準起步階段即積極參與，結合M2M物聯網發展趨勢與寬頻技術演進方向，發展M2M關鍵技術，並與無線寬頻系統進行高度整合，將可有效大幅提升M2M垂直應用網路之服務功能，強化網路設備產品與系統解決方案之價值，進而掌握未來M2M市場商機。

(本文作者任職於資策會智通所)