Máquina a máquina ( M2M ) es la comunicación directa entre dispositivos que utilizan cualquier canal de comunicación , incluidos los cableados e inalámbricos . [1] [2] La comunicación de máquina a máquina puede incluir instrumentación industrial, lo que permite que un sensor o medidor comunique la información que registra (como la temperatura, el nivel de inventario, etc.) al software de aplicación que puede usarlo (por ejemplo, ajustar un proceso industrial en función de la temperatura o realizar pedidos para reponer el inventario). [3] Dicha comunicación se logró originalmente al tener una red remota de máquinas que retransmitían información a un centro central para su análisis, que luego se redirigiría a un sistema como una computadora personal . [4]
Más recientemente, la comunicación de máquina a máquina se ha transformado en un sistema de redes que transmite datos a dispositivos personales. La expansión de las redes IP en todo el mundo ha hecho que la comunicación de máquina a máquina sea más rápida y sencilla, y al mismo tiempo utilice menos energía. [5] Estas redes también ofrecen nuevas oportunidades comerciales para consumidores y proveedores. [6]
Las máquinas de comunicación por cable han utilizado señales para intercambiar información desde principios del siglo XX. La comunicación de máquina a máquina ha adoptado formas más sofisticadas desde la llegada de la automatización de redes informáticas [7] y es anterior a la comunicación celular . Se ha utilizado en aplicaciones como telemetría , industrial , automatización y SCADA .
Los dispositivos máquina a máquina que combinaban telefonía e informática fueron conceptualizados por primera vez por Theodore Paraskevakos mientras trabajaba en su sistema de identificación de llamadas en 1968, posteriormente patentado en los EE. UU. en 1973. Este sistema, similar pero distinto del indicador de llamada de panel de la década de 1920 y la identificación automática de números de la década de 1940, que comunicaban números de teléfono a máquinas, fue el predecesor de lo que ahora es el identificador de llamadas , que comunica números a las personas.
Después de varios intentos y experimentos, se dio cuenta de que para que el teléfono pudiera leer el número de teléfono de la persona que llama, debe poseer inteligencia, por lo que desarrolló el método en el que el número de la persona que llama se transmite al dispositivo del receptor llamado. Su transmisor y receptor portátiles se pusieron en práctica en 1971 en una instalación de Boeing en Huntsville, Alabama , lo que representa los primeros prototipos funcionales del mundo de dispositivos de identificación de llamadas (mostrados a la derecha). Se instalaron en Peoples' Telephone Company en Leesburg, Alabama y en Atenas, Grecia , donde se demostraron a varias compañías telefónicas con gran éxito. Este método fue la base de la tecnología de identificación de llamadas de la actualidad . También fue el primero en introducir los conceptos de inteligencia, procesamiento de datos y pantallas de visualización en los teléfonos, lo que dio lugar al teléfono inteligente . [8]
En 1977, Paraskevakos fundó Metretek, Inc. en Melbourne, Florida, para realizar lecturas automáticas de medidores y gestión de carga para servicios eléctricos, lo que dio origen a la " red inteligente " y al " medidor inteligente ". Para lograr un atractivo masivo, Paraskevakos buscó reducir el tamaño del transmisor y el tiempo de transmisión a través de las líneas telefónicas mediante la creación de un método de procesamiento y transmisión con un solo chip. En 1978, se contrató a Motorola para desarrollar y producir el chip único, pero el chip era demasiado grande para las capacidades de Motorola en ese momento. Como resultado, se convirtieron en dos chips separados (que se muestran a la derecha).
Aunque la telefonía celular se está volviendo más común, muchas máquinas aún usan líneas terrestres (POTS, DSL, cable) para conectarse a la red IP. La industria de las comunicaciones celulares M2M surgió en 1995 cuando Siemens creó un departamento dentro de su unidad de negocios de teléfonos móviles para desarrollar y lanzar un módulo de datos GSM llamado "M1" [9] basado en el teléfono móvil Siemens S6 para aplicaciones industriales M2M, permitiendo que las máquinas se comuniquen a través de redes inalámbricas. En octubre de 2000, el departamento de módulos formó una unidad de negocios separada dentro de Siemens llamada "Módulos Inalámbricos" que en junio de 2008 se convirtió en una empresa independiente llamada Cinterion Wireless Modules . El primer módulo M1 se usó para las primeras terminales de punto de venta (POS), en telemática de vehículos , monitoreo remoto y aplicaciones de seguimiento y rastreo. La tecnología de máquina a máquina fue adoptada por primera vez por los primeros implementadores como GM y Hughes Electronics Corporation, quienes se dieron cuenta de los beneficios y el potencial futuro de la tecnología. En 1997, la tecnología inalámbrica de máquina a máquina se volvió más frecuente y sofisticada a medida que se desarrollaban y lanzaban módulos reforzados para las necesidades específicas de diferentes mercados verticales, como la telemática automotriz.
Los módulos de datos de máquina a máquina del siglo XXI tienen características y capacidades más nuevas, como la tecnología de posicionamiento global (GPS) integrada, montaje en superficie de matriz de red terrestre flexible, tarjetas inteligentes optimizadas de máquina a máquina integradas (como las tarjetas SIM de teléfono ) conocidas como MIM o módulos de identificación de máquina a máquina, y Java integrado , una importante tecnología habilitadora para acelerar la Internet de las cosas (IoT). Otro ejemplo de un uso temprano es el sistema de comunicación de OnStar . [10]
Los componentes de hardware de una red de máquina a máquina son fabricados por unos pocos actores clave. En 1998, Quake Global comenzó a diseñar y fabricar módems terrestres y satelitales de máquina a máquina. [11] Inicialmente, Quake Global dependía en gran medida de la red Orbcomm para sus servicios de comunicación satelital, pero luego amplió su oferta de productos de telecomunicaciones al incorporar redes tanto satelitales como terrestres, lo que le dio a Quake Global una ventaja en la oferta de productos neutrales en cuanto a la red [12] .
En 2004, Digi International comenzó a producir puertas de enlace y enrutadores inalámbricos. Poco después, en 2006, Digi compró Max Stream, el fabricante de radios XBee . Estos componentes de hardware permitían a los usuarios conectar máquinas sin importar cuán remota fuera su ubicación. Desde entonces, Digi se ha asociado con varias empresas para conectar cientos de miles de dispositivos en todo el mundo. [ cita requerida ]
En 2004, Christopher Lowery, un empresario de telecomunicaciones del Reino Unido, fundó Wyless Group, uno de los primeros operadores de redes virtuales móviles (MVNO) en el espacio M2M. Las operaciones comenzaron en el Reino Unido y Lowery publicó varias patentes que introducían nuevas características en la protección y gestión de datos, incluyendo el direccionamiento IP fijo combinado con la conectividad gestionada por plataforma a través de VPN. La empresa se expandió a los EE. UU. en 2008 y se convirtió en el socio más importante de T-Mobile en ambos lados del Atlántico. [ cita requerida ]
En 2006, Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp comenzó a trabajar con la NASA para desarrollar inteligencia automatizada de máquina a máquina. La inteligencia automatizada de máquina a máquina permite que una amplia variedad de mecanismos, incluidas herramientas cableadas o inalámbricas, sensores, dispositivos, servidores, robots, naves espaciales y sistemas de red se comuniquen e intercambien información de manera eficiente. [13]
En 2009, AT&T y Jasper Technologies, Inc. firmaron un acuerdo para respaldar la creación conjunta de dispositivos de máquina a máquina. Han declarado que intentarán impulsar una mayor conectividad entre los productos electrónicos de consumo y las redes inalámbricas de máquina a máquina, lo que generaría un aumento en la velocidad y la potencia general de dichos dispositivos. [14] En 2009 también se introdujo la gestión en tiempo real de los servicios de red GSM y CDMA para aplicaciones de máquina a máquina con el lanzamiento de la plataforma PRiSMPro™ del proveedor de redes de máquina a máquina KORE Telematics . La plataforma se centró en hacer de la gestión de múltiples redes un componente crítico para las mejoras de eficiencia y el ahorro de costos en el uso de dispositivos y redes de máquina a máquina. [15]
También en 2009, Wyless Group presentó PORTHOS™, su plataforma de gestión de datos abiertos, multioperador, multiaplicación y sin necesidad de dispositivos. La empresa introdujo una nueva definición de la industria, Global Network Enabler, que comprende la gestión de plataformas orientadas al cliente de redes, dispositivos y aplicaciones. [ cita requerida ]
También en 2009, la empresa noruega Telenor concluyó diez años de investigación de máquina a máquina estableciendo dos entidades que atienden las partes superior (servicios) e inferior (conectividad) de la cadena de valor. Telenor Connexion [16] en Suecia se basa en las antiguas capacidades de investigación de Vodafone en la subsidiaria Europolitan y está en el mercado europeo de servicios en mercados típicos como logística, gestión de flotas , seguridad de automóviles, atención médica y medición inteligente del consumo de electricidad. [17] Telenor Objects tiene un papel similar al proporcionar conectividad a redes de máquina a máquina en toda Europa. En el Reino Unido, Business MVNO Abica, comenzó pruebas con aplicaciones de telesalud y teleasistencia que requerían un tránsito seguro de datos a través de APN privado y conectividad HSPA+ / 4G LTE con dirección IP estática.
A principios de 2010, en los EE. UU., AT&T , KPN , Rogers , Telcel / América Móvil y Jasper Technologies, Inc. comenzaron a trabajar juntos en la creación de un sitio de máquina a máquina, que servirá como centro para desarrolladores en el campo de la electrónica de comunicación de máquina a máquina. [18] En enero de 2011, Aeris Communications, Inc. anunció que está proporcionando servicios telemáticos de máquina a máquina para Hyundai Motor Corporation. [19] Asociaciones como estas hacen que sea más fácil, rápido y rentable para las empresas utilizar la comunicación de máquina a máquina. En junio de 2010, el operador de mensajería móvil Tyntec anunció la disponibilidad de sus servicios SMS de alta confiabilidad para aplicaciones M2M.
En marzo de 2011, el proveedor de servicios de red de máquina a máquina KORE Wireless se asoció con Vodafone Group e Iridium Communications Inc., respectivamente, para hacer que los servicios de red KORE Global Connect estuvieran disponibles a través de conectividad celular y satelital en más de 180 países, con un único punto para facturación, soporte, logística y gestión de relaciones. Más tarde ese año, KORE adquirió Mach Communications Pty Ltd., con sede en Australia, en respuesta a la creciente demanda de M2M en los mercados de Asia-Pacífico. [20] [21]
En abril de 2011, Ericsson adquirió la plataforma máquina a máquina de Telenor Connexion, en un esfuerzo por obtener más tecnología y conocimientos en el sector en crecimiento. [22]
En agosto de 2011, Ericsson anunció que había completado con éxito el acuerdo de compra de activos para adquirir la plataforma tecnológica (máquina a máquina) de Telenor Connexion. [23]
Según la firma independiente de análisis de redes inalámbricas Berg Insight, en 2008 el número de conexiones de redes celulares en todo el mundo utilizadas para la comunicación entre máquinas fue de 47,7 millones. La compañía prevé que el número de conexiones entre máquinas aumentará a 187 millones en 2014. [24]
Un estudio de investigación del Grupo E-Plus [25] muestra que en 2010 habrá 2,3 millones de tarjetas inteligentes de máquina a máquina en el mercado alemán. Según el estudio, esta cifra aumentará en 2013 a más de 5 millones de tarjetas inteligentes. El principal impulsor del crecimiento es el segmento de "seguimiento y rastreo", con una tasa de crecimiento promedio esperada del 30 por ciento. El segmento M2M que crecerá más rápidamente en Alemania, con un crecimiento anual promedio del 47 por ciento, será el segmento de electrónica de consumo.
En abril de 2013, se formó el grupo de estándares OASIS MQTT con el objetivo de trabajar en un protocolo de transporte de mensajes confiable, de publicación/suscripción y liviano, adecuado para la comunicación en contextos M2M/IoT. [26] IBM y StormMQ presiden este grupo de estándares y Machine-to-Machine Intelligence (M2Mi) Corp es el secretario. [27] En mayo de 2014, el comité publicó la nota del comité MQTT y NIST Cybersecurity Framework Version 1.0 para brindar orientación a las organizaciones que deseen implementar MQTT de una manera coherente con el NIST Framework for Improving Critical Infrastructure Cybersecurity. [28]
En mayo de 2013, los proveedores de servicios de red de máquina a máquina KORE Telematics, Oracle, Deutsche Telekom , Digi International , Orbcomm y Telit formaron el Consejo Internacional de Máquina a Máquina (IMC). La primera organización comercial que presta servicios a todo el ecosistema de máquina a máquina, el IMC tiene como objetivo hacer que la comunicación de máquina a máquina sea omnipresente ayudando a las empresas a instalar y gestionar la comunicación entre máquinas. [29] [30]
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Las redes inalámbricas interconectadas pueden servir para mejorar la producción y la eficiencia en diversas áreas, incluidas las máquinas que se utilizan para fabricar automóviles y para informar a los desarrolladores de productos cuándo es necesario llevar determinados productos a mantenimiento y por qué. Esta información sirve para optimizar los productos que compran los consumidores y para que todos funcionen con la máxima eficiencia. [6]
Otra aplicación es el uso de tecnología inalámbrica para monitorear sistemas, como medidores de servicios públicos . Esto permitiría al propietario del medidor saber si ciertos elementos han sido manipulados, lo que sirve como un método de calidad para detener el fraude. [ cita requerida ] En Quebec, Rogers conectará el sistema central de Hydro Quebec con hasta 600 colectores de medidores inteligentes, que agregan datos retransmitidos desde los 3,8 millones de medidores inteligentes de la provincia. [ cita requerida ] En el Reino Unido, Telefónica ganó un contrato de medidores inteligentes de € 1.78 mil millones ($ 2.4 mil millones) para proporcionar servicios de conectividad durante un período de 15 años en las regiones central y sur del país. El contrato es el acuerdo más grande de la industria hasta ahora. [31] Algunas empresas, como M-kopa en Kenia, están utilizando M2M para hacer cumplir un plan de pago, apagando los dispositivos solares de sus clientes de forma remota por falta de pago. [32] "Nuestro oficial de préstamos es esa tarjeta SIM en el dispositivo que puede apagarlo de forma remota", dice Chad Larson, director financiero de M-Kopa y su tercer cofundador, al describir la tecnología.
Una tercera aplicación es el uso de redes inalámbricas para actualizar las carteleras digitales. Esto permite a los anunciantes mostrar mensajes diferentes según la hora del día o el día de la semana, y permite realizar cambios globales rápidos en los mensajes, como por ejemplo cambios en el precio de la gasolina. [ cita requerida ]
El mercado industrial de máquinas a máquinas está experimentando una rápida transformación a medida que las empresas se dan cuenta cada vez más del valor de conectar personas, dispositivos, sensores y máquinas geográficamente dispersos a las redes corporativas. Hoy en día, industrias como el petróleo y el gas, la agricultura de precisión , el ejército , el gobierno, las ciudades/municipios inteligentes , la fabricación y los servicios públicos , entre otros, utilizan tecnologías de máquina a máquina para una gran variedad de aplicaciones. Muchas empresas han habilitado tecnologías de redes de datos complejas y eficientes para proporcionar capacidades como transmisión de datos de alta velocidad , redes de malla móviles y backhaul celular 3G/4G .
La telemática y el entretenimiento en el vehículo son áreas de interés para los desarrolladores de máquinas a máquinas. Ejemplos recientes incluyen a Ford Motor Company , que se ha asociado con AT&T para conectar de forma inalámbrica el Ford Focus Electric con una conexión inalámbrica integrada y una aplicación dedicada que incluye la capacidad para que el propietario monitoree y controle los ajustes de carga del vehículo, planifique viajes con una o varias paradas, localice estaciones de carga, precaliente o enfríe el automóvil. [ cita requerida ] En 2011, Audi se asoció con T-Mobile y RACO Wireless para ofrecer Audi Connect. Audi Connect permite a los usuarios acceder a noticias, el clima y los precios del combustible al mismo tiempo que convierte el vehículo en un punto de acceso Wi-Fi móvil seguro, lo que permite a los pasajeros acceder a Internet. [ 33 ]
Las redes inalámbricas de máquina a máquina pueden servir para mejorar la producción y la eficiencia de las máquinas, aumentar la fiabilidad y la seguridad de sistemas complejos y promover la gestión del ciclo de vida de activos y productos clave. Mediante la aplicación de técnicas de gestión de pronóstico y salud (PHM) en redes de máquinas, se pueden alcanzar o mejorar los siguientes objetivos:
La aplicación de herramientas de análisis inteligente y la plataforma informática Device-to-Business (D2B) TM forman la base de la red de máquinas de mantenimiento electrónico que puede conducir a un rendimiento de tiempo de inactividad casi nulo de las máquinas y los sistemas. [34] La red de máquinas de mantenimiento electrónico proporciona integración entre el sistema de la planta de fabricación y el sistema de comercio electrónico, y por lo tanto permite la toma de decisiones en tiempo real en términos de tiempo de inactividad casi cero, reduciendo las incertidumbres y mejorando el rendimiento del sistema. [35] Además, con la ayuda de redes de máquinas altamente interconectadas y herramientas de análisis inteligente avanzadas, hoy en día se hacen posibles varios tipos de mantenimiento novedosos. Por ejemplo, el mantenimiento a distancia sin enviar ingenieros al sitio, el mantenimiento en línea sin apagar las máquinas o sistemas operativos y el mantenimiento predictivo antes de que una falla de la máquina se vuelva catastrófica. Todos estos beneficios de la red de máquinas de mantenimiento electrónico se suman para mejorar significativamente la eficiencia y la transparencia del mantenimiento.
Como se describe en [36], el marco de la red de máquinas de mantenimiento electrónico consta de sensores, sistema de adquisición de datos, red de comunicación, agentes analíticos, base de conocimientos de apoyo a la toma de decisiones, interfaz de sincronización de información y sistema de comercio electrónico para la toma de decisiones. Inicialmente, los sensores, controladores y operadores con adquisición de datos se utilizan para recopilar los datos brutos del equipo y enviarlos a la capa de transformación de datos automáticamente a través de Internet o intranet. La capa de transformación de datos luego emplea herramientas de procesamiento de señales y métodos de extracción de características para convertir los datos brutos en información útil. Esta información convertida a menudo contiene información valiosa sobre la confiabilidad y disponibilidad de las máquinas o el sistema y es más agradable para que las herramientas de análisis inteligentes realicen el proceso posterior. El módulo de sincronización y las herramientas inteligentes comprenden la mayor potencia de procesamiento de la red de máquinas de mantenimiento electrónico y proporcionan optimización, predicción, agrupamiento, clasificación, evaluación comparativa, etc. Los resultados de este módulo luego se pueden sincronizar y compartir con el sistema de comercio electrónico para la toma de decisiones. En la aplicación real, el módulo de sincronización proporcionará conexión con otros departamentos en el nivel de toma de decisiones, como Planificación de recursos empresariales (ERP), Gestión de relaciones con el cliente (CRM) y Gestión de la cadena de suministro (SCM).
Otra aplicación de la red de máquina a máquina es la gestión de la salud de una flota de máquinas similares mediante el uso de un enfoque de agrupamiento. Este método se introdujo para abordar el desafío de desarrollar modelos de detección de fallas para aplicaciones con regímenes operativos no estacionarios o con datos incompletos. La metodología general consta de dos etapas: 1) Agrupamiento de la flota para agrupar máquinas similares para una comparación sólida; 2) Detección de fallas en el grupo local para evaluar la similitud de las máquinas individuales con las características de la flota. El propósito del agrupamiento de la flota es agregar unidades de trabajo con configuraciones o condiciones de trabajo similares en un grupo para una comparación sólida y, posteriormente, crear modelos de detección de fallas locales cuando no se pueden establecer modelos globales. En el marco de la metodología de comparación entre pares, la red de máquina a máquina es crucial para garantizar el intercambio instantáneo de información entre diferentes unidades de trabajo y, por lo tanto, formar la base de la tecnología de gestión de la salud a nivel de flota.
La gestión de la salud a nivel de flota mediante el enfoque de agrupamiento fue patentada para su aplicación en el monitoreo de la salud de las turbinas eólicas [37] después de validarse en una flota de turbinas eólicas de tres parques eólicos distribuidos. [38] A diferencia de otros dispositivos industriales con regímenes fijos o estáticos, la condición operativa de la turbina eólica está determinada en gran medida por la velocidad del viento y otros factores ambientales. Si bien la metodología de modelado múltiple puede ser aplicable en este escenario, el número de turbinas eólicas en un parque eólico es casi infinito y puede no presentarse como una solución práctica. En cambio, al aprovechar los datos generados a partir de otras turbinas similares en la red, este problema se puede resolver adecuadamente y se pueden construir modelos de detección de fallas locales de manera efectiva. Los resultados de la gestión de la salud a nivel de la flota de turbinas eólicas informados en [37] [39] demostraron la efectividad de aplicar una metodología de detección de fallas basada en clústeres en las redes de turbinas eólicas.
La detección de fallas en una multitud de robots industriales experimenta dificultades similares a las de la falta de modelos de detección de fallas y condiciones de operación dinámicas. Los robots industriales son cruciales en la fabricación de automóviles y realizan diferentes tareas como soldadura, manipulación de materiales, pintura, etc. En este escenario, el mantenimiento robótico se vuelve crítico para garantizar una producción continua y evitar tiempos de inactividad. Históricamente, los modelos de detección de fallas para todos los robots industriales se entrenan de manera similar. Los parámetros críticos del modelo, como muestras de entrenamiento, componentes y límites de alarma, se establecen de la misma manera para todas las unidades, independientemente de sus diferentes funcionalidades. Aunque estos modelos de detección de fallas idénticos pueden identificar fallas de manera efectiva en ocasiones, numerosas falsas alarmas disuaden a los usuarios de confiar en la confiabilidad del sistema. Sin embargo, dentro de una red de máquinas, los robots industriales con tareas o regímenes de trabajo similares pueden agruparse; las unidades anormales en un grupo pueden luego priorizarse para mantenimiento a través de una comparación instantánea o basada en entrenamiento. Esta metodología de comparación entre pares dentro de una red de máquinas podría mejorar significativamente la precisión de la detección de fallas. [38]
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