本期文章

物聯網起飛 帶動全新商機

撰文/Nick Jones    

從創新的觀點而言,物件分為許多種類。但部分物件因無法連結至網際網路或不具感測與互動能力,並不符合傳統的物聯網定義。針對本次研究,我們將物件範圍擴大為以下四類:



1. 可辨識物件:可辨識但不具智能的被動物件,如『無線射頻辨識系統』(RFID)應用產品。此類物件因屬較原始的應用而無法聯網,但仍具互動功能。



2. 溝通/感測物件:此類物件內含感測器,能傳送自身或所處環境之相關訊息(例如:汽車輪胎裡的無線壓力感測器)。



3. 可控制感測物件:除了感測與傳送,此類物件還能接收訊息並受操控。能從遠端開關並監控的暖氣系統鍋爐即為一例。



4. 智慧型自主物件:為能傳送訊息的複雜物件,可併入各種感測器與精密功能,進行高自主作業,汽車即為一例。自主型物件通常較為複雜,其中可能包含各種簡單物件。



上述各種物件將運用於不同領域的科技。一般來說,受限於大小、功耗與成本等因素,較簡單的物件,如溝通/感測物件與可控制感測物件較可能利用專門技術。智能較高的物件,如智慧型自主物件則較可能利用傳統IT技術,因此類物件通常體積較大且資源較不受限。有意跨足物聯網領域的新興趨勢團體,則須留意以下五項技術:



一、低功耗無線連網技術



目前已有許多針對物聯網所開發或開發中的無線連網技術。以下三類最為關鍵:



1. 個人區域網絡:此類低功耗網路僅能於幾公尺的有效範圍內連結至感測器及人體周邊儀器,可應用於醫療照護或個人電子等其他用途。實例包括低功耗藍牙(Bluetooth LE),以及支援三種實體網路傳送技術的802.15.6最新區域網路標準。亦有其他專用術語用以表達此概念。



2. 長距離感測器與網狀網絡:此類技術乃針對長距離應用(從數十公尺到數公里遠)所設計,但仍保留低功耗特色。有些還能支援多重網路拓撲(network topology),例如星狀拓撲(star)、網狀拓撲(mesh)以及點對點拓撲(point-to-point)。目前該領域最為人熟悉的技術為ZigBee,而Dash-7亦逐漸成熟,有潛力成為數公里有效範圍的低功耗應用。市場需要兼具蜂巢式全國覆蓋範圍及低功耗的技術,但此一領域尚無已成氣候的全球性標準。兩項研發中的技術較被看好,包括日本的WAUN (Wide Area Universal Network)以及Neul公司的無線網絡。業界還推出頻寬低於1GHz、堪稱Wi-Fi變體的802.11h技術,提供低耗能、長程與低資料率(data rate)功能,然而恐難於2015年前達成標準化。



3. 特殊應用網絡:現今已有數種無線技術於特殊應用領域崛起。其中一部份屬於專屬性質(proprietary),故其吸引力不如已廣為市場接受的其它標準,運用於醫療照護及運動感測的ANT+技術即為一例,其他還有工業自動化領域的無線HART(Highway Addressable Remote Transducer Protocol)通訊協定,以及家用自動化的ZWave。



目前尚無任何一種無線技術能夠滿足物聯網在有效範圍、成本、頻寬與功耗各方面之所有需求,多數企業與機構因而必須規劃同時使用多種技術。



二、優化感測器資料管理



學界多年來致力於研究小型智慧型物件間傳送資料與查詢,初步成果包括TinyDB,以及近年來剛起步的SENFIS、AnduIN與Antelope等系統。



Antelope是一種分散式感測資料庫(sensor database),靜態RAM印記僅3.4Kb。分散於各感測器節點的低印記資料庫,相關技術多半仍停留在學術研究階段,因此建議想要追蹤這些技術的企業與機構,可利用美國計算機協會(ACM)數位圖書館之類的學術資源。



三、低功耗嵌入式作業系統平台



針對需要超長待機時間的簡單物件,或稱『智能微塵』(mote),目前則已研發出TinyOS、IRIS、LiteOS、 MansOS以及Contiki等低印記作業系統。早期,這類系統及其使用的智能微塵硬體均缺乏處理執行緒(threading)與保護記憶體等功能,但這對多數開發商而言都是現代作業系統所不可或缺的。不過,新近版本已加強上述作業系統功能,讓嵌入式系統更接近主流平台。



新興趨勢團體應監控此類作業系統,以及其所採用的程式化與除錯技術,因為它們可能會與傳統IT發展趨勢截然不同。



四、物聯網電源與儲存技術



可能在物聯網發展路徑中扮演重要角色的電力傳輸與儲存技術包括:



1. 新穎的電池外型:像是薄膜印刷電池及可撓式電池,能嵌入衣物或Thinergy、LG等業者最近展示裝有薄型可撓電纜式電池的產品。小體積電池對毫米級(millimeter-scale)系統運作也相當重要。



2. 高電力密度電池:有了可提升鋰電池性能的矽陽極(silicon anode)等技術,可望提升電池性能且變得更小更輕。



3. 採電:有些系統能從環境中「採電」(harvest),藉此將智慧物件充電。實例包括以震動、熱源、太陽能電池、靜電荷(electrostatic charge)或環境中電磁輻射等機械運動所產生的電力。雖然採電通常只能產生少


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