物聯(lián)網(wǎng)（IoT）根據(jù)所探討的對象不同，定義也各異其趣。其包含生活的諸多應(yīng)用面--從聯(lián)網(wǎng)家庭與城市，到互連的汽車與道路，再到追蹤個人行為的設(shè)備，以及使用所收集的資料播送新服務(wù)等應(yīng)用。有些分析師預(yù)計在2025年以前，透過網(wǎng)際網(wǎng)路連接的設(shè)備將超過一兆臺，并將行動電話定義為連接所有這些聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用的眼睛和耳朵。此外，還有一些分析師則看好如Google的擴(kuò)增實境（Augmented Reality）智慧眼鏡以及目前還未出現(xiàn)的一系列設(shè)備。

　　在網(wǎng)路上搜尋有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵字，即可發(fā)現(xiàn)智慧一詞已被過度使用。那么，當(dāng)消費者說某件物品具智慧化功能時，其真正含意為何？

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇多樣

　　家中以機(jī)械式控制烤麵包顏色的舊式烤麵包機(jī)，現(xiàn)在可再加上一個微控制器（MCU），改由透過MCU來控制烤麵包的顏色。新式烤麵包機(jī)可以更一致且可靠地完成任務(wù)，并與使用者透過觸控面板或開關(guān)以電子方式呈現(xiàn)訊息。一款設(shè)備在整合嵌入式處理能力而具有智慧功能后，下一個步驟就是以這款智慧設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)端通訊，讓生活更輕鬆。

　　以下說明與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的應(yīng)用類型，雖然不同產(chǎn)業(yè)訂出數(shù)以百計的應(yīng)用類型（圖1），但這些類型可透過簡單、合乎邏輯的方式加以歸類。

　　圖1 物聯(lián)網(wǎng)對每個人來說分別代表不同意義。

　　第一類包括數(shù)以百萬計異質(zhì)且具有「認(rèn)知」功能的互連元件，透過一身分識別（ID）系統(tǒng)而與其他機(jī)器/物件、基礎(chǔ)設(shè)施和外在環(huán)境進(jìn)行互動。在該類應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)在很大程度上扮演著遠(yuǎn)端追蹤、命令、控制的角色。就物聯(lián)網(wǎng)各方面來說，安全和可靠最重要，這些應(yīng)用并非關(guān)于個人行為的資料採集（如無孔不入的監(jiān)控），而是擴(kuò)展有助于簡化人們生活的機(jī)器對機(jī)器（M2M）、機(jī)器對基礎(chǔ)設(shè)施（M2I）和機(jī)器對自然（M2N）的通訊自動化。

　　第二類則有關(guān)于如何利用終端節(jié)點（具感知和連接能力的智慧設(shè)備）收集到的資料，針對可產(chǎn)生有效市場資訊趨勢與行為進(jìn)行探勘，從而開發(fā)更多商品。不過，現(xiàn)在的問題是資料探勘將能走多遠(yuǎn)？應(yīng)用案例包括消費者在商場的逛買追蹤行為--消費者逛了哪條走道？在哪些商品區(qū)花最多時間？甚至記錄消費者拿起哪些商品來看。

　　本文將專注探討第一類應(yīng)用--特別是使物聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)追蹤、命令、控制與路由用途所需的技術(shù)和設(shè)備。

　　遠(yuǎn)端追蹤/監(jiān)控與控制和路由

　　遠(yuǎn)端追蹤/監(jiān)控以及依需要時增加的「命令、控制和路由」功能可以實現(xiàn)目前通常用手動或需要更多基礎(chǔ)設(shè)施才能進(jìn)行的任務(wù)。如目前大多數(shù)家庭都以手動開/關(guān)電燈、設(shè)定空調(diào)溫度區(qū)間以及開/關(guān)洗衣機(jī)。未來門、窗、電源插座、電器及許多其他類型的獨立設(shè)備將成為具有個別身分識別的智慧設(shè)備，可透過有線或無線通訊連接，讓使用者能以筆記型電腦或行動電話遠(yuǎn)端監(jiān)視自己的家。

　　資產(chǎn)追蹤/物流監(jiān)測

　　目前的資產(chǎn)追蹤是透過條碼和各種手動步驟完成的，但在未來，該功能將可充分利用智慧標(biāo)籤、近距離無線通訊（NFC）和無線射頻辨識系統(tǒng)（RFID），在全球互動式地追蹤各種物件。

　　這是利用各種感測器（無論是否具啟動能力）進(jìn)行監(jiān)測并提供資料，以使運送過程可被遠(yuǎn)端控制。就像在輸送帶上用相機(jī)定位各種尺寸的箱子，以利標(biāo)籤機(jī)正確地將標(biāo)籤貼印在箱子上。

　　資源配置與最佳化

　　智慧能源市場提供此類應(yīng)用的一個理想案例。智慧能源一詞已用于各種情況中，但其基本上指的是接收有關(guān)能源消耗的資訊，并因應(yīng)該資訊變化而使資源配置、使用情形最佳化。

　　背景認(rèn)知自動化和決策最佳化

　　這一類應(yīng)用最具有吸引力，因為其指的是監(jiān)控未知因素（設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施間的環(huán)境與互動等），并由機(jī)器來做出最類似人類會做的決策，甚至還更高明。例如可植入感測節(jié)點持續(xù)追蹤老年患者生理指標(biāo)，并在輸出異常時發(fā)送緊急訊號。又或者病患對于所服用的藥物沒有反應(yīng)，該節(jié)點可自動撥打緊急電話給緊急連絡(luò)人，如果沒有回應(yīng)，將接著聯(lián)繫第二順位聯(lián)絡(luò)人，最后，如果都找不到連絡(luò)人，該節(jié)點便會迅速聯(lián)繫進(jìn)行監(jiān)測的診所。

　　感測與資料收發(fā)為基礎(chǔ)能力

　　實現(xiàn)上述各種相關(guān)應(yīng)用的必要條件包括感測節(jié)點的感測與資料收集能力、本地嵌入式處理能力層、有線/無線通訊能力、支援自動執(zhí)行任務(wù)并實現(xiàn)新一類服務(wù)的軟體、遠(yuǎn)端網(wǎng)路/基于云端的嵌入式處理能力，以及完整的訊號路徑安全性（圖2）。

　　圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)功能架構(gòu)圖

　　例如上述的工廠自動化例子中，相機(jī)使用電荷耦合元件（CCD）感測器檢測資訊，然后使用有線或無線通訊技術(shù)，將收集到的資料發(fā)送至嵌入式處理器/控制器，再由遠(yuǎn)端伺服器進(jìn)行決策并傳回命令，而產(chǎn)生一項進(jìn)行校正的機(jī)械行動。以下將就物聯(lián)網(wǎng)的基本建構(gòu)模組進(jìn)行剖析：

　　感測節(jié)點

　　取決于所涉及的應(yīng)用不同，物聯(lián)網(wǎng)所需的感測節(jié)點類型也相當(dāng)廣泛多元。感測節(jié)點包括用于影像監(jiān)測的照相機(jī)系統(tǒng)、智慧能源所需的水或瓦斯流量計、需要主動安全時的雷達(dá)視覺、檢測物體或人出現(xiàn)的RFID讀取器、可檢測建筑物被入侵的門和鎖（內(nèi)含開/關(guān)電路）或測量溫度的簡單溫度計。這些節(jié)點都將帶有唯一身分識別，可透過遠(yuǎn)端命令和控制拓?fù)浞謩e進(jìn)行控制。

　　本地嵌入式處理節(jié)點層

　　嵌入式處理節(jié)點層位于物聯(lián)網(wǎng)的核心。本地處理能力最常見的是由微控制器、混合微控制器/微處理器（MCU/MPU）或整合型MCU元件所提供，它們可提供即時嵌入式處理能力，這是大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵需求。另外，元件若要充分發(fā)揮即時嵌入式處理能力，則需要可擴(kuò)展的特性，因為應(yīng)用案例相當(dāng)廣泛多元，并不存在一體適用的情況。

　　微控制器非常適合在物聯(lián)網(wǎng)中使用，不過其須具備幾大關(guān)鍵設(shè)計要素：

　　．高能效

　　微控制器需要具有高能效。在許多案例中，傳感節(jié)點是由電池供電的衛(wèi)星節(jié)點，因此低功耗是基本要求。

　　．具豐富軟體生態(tài)系統(tǒng)的嵌入式架構(gòu)

　　各種可能的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都需要將應(yīng)用程式、命令、控制、路由處理和節(jié)點與系統(tǒng)安全性捆綁在一起的軟體發(fā)展環(huán)境。在過去幾年裡，微控制器解決方案中軟體重要性不斷增加，因此，支援物聯(lián)網(wǎng)的微控制器將需要更多的軟體、工具和支援，提供廣泛而易于接觸的生態(tài)系統(tǒng)，而這也對于支援嵌入式處理節(jié)點和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)非常重要。

　　．支援軟體可擴(kuò)展性

　　重復(fù)使用軟體和利用現(xiàn)有軟體投資對于開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的公司來說，是關(guān)鍵的成功因素。

　　．支援多樣I/O

　　物聯(lián)網(wǎng)中的受控設(shè)備具有多樣性，隨不同的使用案例，微網(wǎng)路中的設(shè)備數(shù)量，異質(zhì)環(huán)境中所需的不同服務(wù)等級和不同介面，都需要裝置有不同的層次，各種應(yīng)用需要多樣化的輸入/輸出（I/O）介面。

　　．高成本效益

　　與所有其他系統(tǒng)一樣，總體成本是系統(tǒng)的各個組成部分之和，加上系統(tǒng)所需服務(wù)的成本。總體系統(tǒng)成本必須適度、合理，才能在日常生活中發(fā)生典范轉(zhuǎn)移，因此產(chǎn)品成本是一個非常關(guān)鍵的因素。

　　．品質(zhì)和可靠性

　　一般人可能每2年就更換手機(jī)、筆記型電腦等行動裝置，然而，工業(yè)市場產(chǎn)品則不同，其生命週期至少為10？15年，因此，這些市場對品質(zhì)、可靠性和產(chǎn)品壽命的要求，是物聯(lián)網(wǎng)典范轉(zhuǎn)移成功的關(guān)鍵。

　　．安全性

　　對于位于物理層的本地嵌入式處理節(jié)點而言，有多種不同的加密引擎和安全加速器可支援資料加密（例如數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES）和進(jìn)階加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）等）和認(rèn)證（例如安全散列演算法（SHA）等）。

　　有線/無線通訊功能

　　通訊功能的作用是將收集到的資訊傳送到本地嵌入式處理節(jié)點，并將處理后的資訊傳送到由本地嵌入式處理節(jié)點確認(rèn)的目的地。另外，一旦資料在遠(yuǎn)端進(jìn)行處理并產(chǎn)生新的命令后，通訊功能就會將新命令傳回本地嵌入式處理節(jié)點以執(zhí)行任務(wù)。

　　儘管使用情況大相逕庭，但這些命令和控制通訊連結(jié)的共同點是除涉及高頻寬的影像處理或視訊資料外，任何特定節(jié)點通常只須傳送幾千位元組的資料。

　　物聯(lián)網(wǎng)也將增加無線感測器和制動器網(wǎng)路（WSAN）的概念，包含可控制其環(huán)境的傳感和嵌入式處理節(jié)點。

　　根據(jù)典型產(chǎn)品生命週期估算，若一項技術(shù)目前占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)市場，那么該技術(shù)或其優(yōu)化版本將至少在未來的5~8年間，都繼續(xù)占據(jù)該市場。

　　未來10？12年通訊技術(shù)可能與目前所考量的技術(shù)規(guī)格完全不同。無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）技術(shù)目前在802.11ah頻段工作，以適應(yīng)獨立于基礎(chǔ)設(shè)施的特定的網(wǎng)狀網(wǎng)路和范圍更大的感測器網(wǎng)路控制。此外，未來可能出現(xiàn)更能適應(yīng)特定物聯(lián)網(wǎng)通訊領(lǐng)域的全新技術(shù)，取代現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。無論如何，未來對通訊功能的要求幾乎與嵌入式處理節(jié)點的需求相同--高成本效益、低功耗、品質(zhì)和可靠性、安全性（表1）。

　　自動執(zhí)行任務(wù)的軟體

　　使物聯(lián)網(wǎng)涉及的各部分進(jìn)行通訊和協(xié)同作業(yè)是技術(shù)成功開發(fā)的關(guān)鍵，這意味著廠商為使機(jī)器彼此間以及與其周圍的基礎(chǔ)設(shè)施通訊，都必須編寫大量軟體。

　　遠(yuǎn)端嵌入式處理單元

　　部分業(yè)者宣稱可讓所有設(shè)備的處理和決策都在其私有云端中完成，不過，另一派的業(yè)者認(rèn)為，對于基本網(wǎng)際網(wǎng)路服務(wù)而言，必須接取至云端處理的情況相當(dāng)有限，大部分都可在本地節(jié)點完成處理。

　　完整可靠的安全機(jī)制

　　如果上述物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模組缺少一個穩(wěn)定可靠的安全機(jī)制，那么物聯(lián)網(wǎng)就無法像預(yù)期的那樣普及。

　　真正的完整安全係指在系統(tǒng)各部分傳遞且基于內(nèi)容和服務(wù)的資訊安全。例如有人走失，能馬上追蹤到這個人的位置，通常會被認(rèn)為是一件好事，但是，如果這個人覺得隱私被洩露了，洩漏位置資訊就是一件不好的事，因此，此處所指的資訊安全是資訊在需要時可用，而資訊必須保密，且確保其完整性。

　　物聯(lián)網(wǎng)逐漸成真

　　無處不在的嵌入式處理器已在生活週遭隨處可見。烤麵包機(jī)現(xiàn)在可內(nèi)建嵌入式微控制器，它不僅能根據(jù)你的喜好設(shè)定麵包烤出的色澤，還增加設(shè)備功能安全性。這些智慧設(shè)備（節(jié)點）與網(wǎng)路的連接也已開始出現(xiàn)，不過速度還不夠快。支援物聯(lián)網(wǎng)的各種技術(shù)已經(jīng)逐漸結(jié)合在一起，共同推動物聯(lián)網(wǎng)使其以較大多數(shù)人預(yù)期更快的速度起飛，預(yù)計在接下來的10年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)生在我們生活週遭的每個方面。