IoT物聯網市場趨勢與最新技術應用
- 楊采蓉
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從比爾蓋茲20年前「擁抱未來」一書提及物物相連的願景，到10年前ITU國際電信聯盟以「The Internet of Things」為「物聯網」這個名詞定調。近年來網際網路從人與人(P2P)的連接到人與物(P2M)的溝通時，下一階段將再深入物與物(M2M)之間的溝通，也就是將實體世界(Physical World)的萬物透過網際網路(Internet)相互連接起來，這將是資通訊時代的終極應用，也是近幾年CES大展中，IoT物聯網技術與相關應用火紅的因素…
在2009年IBM曾提出「Smarter Planet(智慧地球)」的願景，指出在實體世界的萬物將具備感知能力，以網路全面互聯互通並且更具智慧，這正是物聯網的概念。
台灣在2011年成立了台灣物聯網聯盟(TIOTA)，主要結合產學研等單位，共同推動整合海內外物聯網相關資源，使產業結構升級和生產效率能源利用效率的提高，促進產業與政府、國際間合作，並推動WSN的各項應用。而IoT也是今年(2015)拉斯維加斯消費性電子展(CES2015)中最火熱的應用主題。
IoT物聯網從整體架構，大致可以區分為：
1. 感知層(Sensor Layer)－由各種RFID標籤、有線及無線感測器(Wired & Wireless Sensor)所組成，負責傳遞感測資料，這部分是發展感測元件廠商可布局之處。
2. 網路層(Network Layer)－由各種極低功耗的有線？無線網路規範，如802.15.4、6LoWPAN、ANT、WirelessHART、ZigBee、MiWi、WIA-PA、ISA100等協定，以及802.11 Wi-Fi、甚至2G GSM/2.75G GPRS/3G CDMA/3.5G WCDMA/4G LTE等行動通訊協定，將各種感測器的資料上傳到雲端伺服器，這部分將是提供各種無線網路協定的軟？硬體元件廠商，網通設備供應商、電信營運服務商，以及網際網路服務商(ISP)、雲端服務供應商的市場。
3. 應用層(Application Layer)－它涵蓋到應用領域相當廣泛，從環境監測、無線感測網路(Wireless Sensor Network；WSN)、智慧電網(Smart Grid)與能源管理、醫療照護(Health Care)、食品管制系統、產品供應鏈，以及從智慧家庭(Smart Home)、智慧建築(Building Management)、智慧工廠(Smart Factory)，以至於延伸到智慧交通運輸？物流、甚至智慧都市的大範圍的應用，可說是山也能IoT，海也能IoT。
物聯網的智慧家居、穿戴式裝置與工控應用
近年來CES的物聯網應用，較著重於透過智慧手機、平板、穿戴式裝置(Wearable Devices)，來做智慧家居(Smart Home)與工控應用上的結合。從從原有的智慧手機等可攜行動裝置、穿戴式裝置所延伸。從像是蘋果日前發布的Apple Watch，就可以透過藍牙？iPhone的Wi-Fi？開啟車庫的門。
而從智慧家庭的物聯網架構為例，目的在於建構家庭控制與自動化，其應用到的硬體設備，包括門鎖、防盜門禁鎖、監控器、中央恆溫空調、LED燈調光器、燈光控制、感應器閘道等硬體設施，這些都能將測到的各種訊息，傳至網際網路，到達雲端的服務平台，使用者再藉由平板、智慧手機、智慧手錶，來登入雲端服務商所提供的服務入口網站－來查看家裡的各種即時狀況，或控制家裡的各種家電。此外還可設定若發生特殊狀況時，將警示訊息透過簡訊、E-mail、語音的方式傳送到使用者的手機上。
為了能相互連接，所使用的通訊網路也必須需標準化，像運用Z-Wave、ZigBee、6LoWPAN、BLE(BT Smart)、Wi-Fi、NFC等無線網路，以及透過有線？路由的TCP/IP、HTTP、Semantic Web(Web 3.0)等網路標準。
物聯網的平台與網路連接標準
近年因「平台(Platform)」的概念興盛，也有人在物聯網的第二層與第三層中間加入一個「平台層(Platform Layer)」的概念。無論是過去的筆電？桌機等個人電腦平台，或是平板電腦、智慧手機等行動裝置(iOS/Android)平台、穿戴式裝置(Wearable Devices)平台，當然是既有ICT資通訊產商開發新產品、新應用的殺戮戰場之處。
在Wi-Fi無線網路執龍頭地位的博通(Broadcom)，早於2013年推出支援低功耗藍芽(Bluetooth Low Energy；BLE)的系統單晶片，隨後於6月推出嵌入式無線網路連結裝置(WICED)平台，整合ARM Cortex-Mx晶片與博通Wi-Fi晶片的套件，大小僅一支隨身碟，內建了必要的通訊協定推疊(WICED Smart)軟體，提供Wi-Fi、BLE等無線連網能力與服務，讓客戶在各種消費性裝置上輕鬆地開發Wi-Fi連線功能；2014年6月追加iBeacon室內定位服務，並獲得蘋果iPhone6採用。
英特爾(Intel)於在CES 2014首度公開僅一張32mm x 24mm、SD卡大小的雙核微型電腦平台－Edison，內嵌一顆22nm半導體製程打造，時脈僅400MHz的Quark處理器，整合Wi-Fi與藍牙射頻模組，瞄準物聯網、無線感測與穿戴式裝置商機。
今年在CES2015，進一步公開僅直徑18mm(一顆鈕扣大小)的Curie(居里)模組平台，內嵌32位元、100？400MHz的Quark SE SoC微系統晶片，為採用Pentium MMX架構、晶片面積僅Atom約十分之一，同時內建80KB SRAM、384KB Flash快閃記憶體、PCI Express控制器的特製SoC晶片；模組已嵌入微型即時作業系統(RealTime OS)，另外還設計了低功耗藍牙射頻模組，6軸加速度與慣性感性器與電池充電模組(PM IC)的設計，可進一步作為穿戴式裝置、IoT無線感測網模組(Wireless Sensor Network；WSN)的應用。
超微(AMD)則於2015年1月29日，公布代號「Project SkyBridge」的Ambidextrous Computing－不同架構的CPU可互換性的處理器架構設計。採下一代Puma+的x86核心、GCN (Graphics Core Next)繪圖處理器架構的APU，以及低功耗64位元ARM Cortex-A57核心(同樣整合AMD GCN繪圖處理器核心)的SoC晶片，都將採用20nm製程、具備針腳相容、互換的設計，提供客戶設計出單一嵌入式主機板，能夠安插x86的SoC (以安裝Windows/Linux/RTOS等作業系統)或ARM的SoC晶片，可降低硬體與軟體的投資，賦予產品在IoT應用中的CPU架構互換的更高彈性。
安謀(ARM)已提出mbed物聯網平台，適用於旗下所有ARM Cortex架構的處理器 (包含授權給高通、聯發科、輝達、瑞芯微等廠商) 。其mbed OS支援了常見的Sub-GHz Z-Wave與Thread，以及ZigBee、6LoWPAN、Bluetooth Smart、Wi-Fi、3G、LTE等網路通訊協定，提供mbed裝置伺服器與相關REST APIs、資料與裝置管理登錄、安全性管理授權等驅動程式介面的建置。
因為ARM架構已形成完整的產業生態鏈，相關開發工具齊備，mbed有助於解決過去IoT物聯網開發平台，在OS、API、Network Stacks與程式碼語法上各自為政而不一致的情形。
蘋果在2014年也公開自己的HomeKit－IoT裝置Apps SDK開發套件。供數位家居廠商開發出透過 iPhone、iPad等iOS 裝置，以觸控甚至Siri語音控制的方式，來無線操控家中各種家電設備。於拉斯維加斯落幕的CES消費性電子展中，Schlage公司展示一款Schlage Sense 智慧型門鎖，允許iPhone用戶透過Siri語音下達像是unlock my door口語指令來解鎖開門。 iHome、iDevice推出智慧型電源插座，Incipio 推出Incipio Direct 無線智慧型插座與燈泡轉接頭等。
由高通(Qualcomm)主導並於2014年成立的AllSeen 聯盟，由海爾(Haier)、LG、Panasonic、Qualcomm、Sharp、Silicon Image和TP-Link 等公司組成，一開始採用 Qualcomm的開放源碼平台AllJoyn為基礎。透過 Wi-Fi、電力線或是乙太網路聯結，並運作在Linux、Android、iOS或是Windows等平台，隨後微軟(Microsoft)也宣布加入。Qualcomm也宣布以旗下Atheros技術資源，與LED燈泡廠LIFX合作開發可藉由網路連動的智慧LED燈泡。
谷歌(Google)則由去年(2014)2月購併由iPod之父創立的Nest Labs所提出的Thread連網平台概念，目前已有超過800個會員加入。Thread專門鎖定智慧家庭市場，採用802.15.4規範並以IPv6為其網路層的主要架構(即6lowWPAN)，不受任何硬體(x86/ARM)、軟體平台(不限iOS或Android)或各種無線實體層技術的限制，將吃下像Zigbee、ISA100.a、WirelessHART、MiWi、Z-Wave、Bluetooth Smart等各種800？900MHz、2.4GHz頻段相容的各種以802.15.4為規範的連結技術，為消費者省去閘道器(Gateway)讓裝置直接連接，最多一個節點250個裝置。以Nest向來發表出不下於蘋果的簡約時尚外型與軟硬整合的實力，加上有谷歌的背書，絕對是最具潛力的物聯網？數位家居平台標準的黑馬。
