Chapter 14: 物 聯 網 架 構 Prof. Yuh-Shyan Chen Department of Computer Science and Information Engineering National Taipei University 1
目 錄 14-1 物 聯 網 概 述 14-2 物 聯 網 架 構 14-3 感 知 層 關 鍵 技 術 14-4 網 路 層 通 訊 與 網 際 網 路 關 鍵 技 術 14-5 應 用 層 物 聯 網 實 例 14-6 物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 14-7 結 論 2
物 聯 網 概 述 物 聯 網 概 念 最 初 起 源 於 比 爾 蓋 茲 在 1995 年 未 來 之 路 一 書 國 際 電 信 聯 盟 於 2005 年 正 式 提 出 物 聯 網 概 念 3
物 聯 網 概 述 許 多 國 家 早 已 將 發 展 物 聯 網 技 術 列 為 國 家 級 計 畫 日 本 :2003 年 便 開 始 進 行 無 所 不 在 網 路 (Ubiquitous Network, UN) 的 研 究 計 畫 美 國 :2008 年, 美 國 總 統 歐 巴 馬 提 倡 物 聯 網 振 興 經 濟 戰 略 中 國 : 將 感 知 中 國 設 定 為 目 標, 並 完 整 制 定 物 聯 網 相 關 科 技 統 一 規 格 4
物 聯 網 概 述 類 似 物 聯 網 的 科 技 無 線 感 測 網 路 (Wireless Sensor Network) 網 宇 實 體 系 統 (Cyber Physical Systems) 5
物 聯 網 概 述 無 線 感 測 網 路 (Wireless Sensor Network) 由 無 線 資 料 彙 集 器 (Sink) 與 數 個 感 測 器 (Sensor) 所 構 成 的 網 路 系 統 討 論 範 圍 通 常 只 侷 限 於 感 測 網 路 內 部 網 路 (In-Network) 的 資 訊 收 集 技 術 6
物 聯 網 概 述 網 宇 實 體 系 統 (Cyber Physical Systems) 與 無 線 感 測 網 路 的 差 異 : 網 宇 實 體 系 統 能 依 照 不 同 事 件 的 發 生 啟 動 相 對 應 的 指 令 及 程 序 CPS 系 統 間 卻 無 法 互 相 交 換 資 訊 只 能 針 對 單 一 事 件 做 出 處 理 7
圖 14.1:CPS 系 統 架 構, 其 為 物 聯 網 的 近 似 科 技 8
物 聯 網 概 述 物 聯 網 的 目 標 透 過 聯 網 技 術 將 智 慧 物 件 所 提 供 的 資 訊, 透 過 統 一 制 定 的 格 式 或 標 準 加 以 分 享 使 各 個 CPS 系 統 間, 能 互 相 溝 通 並 傳 遞 資 訊 系 統 端 所 能 參 考 與 分 析 的 資 訊 不 再 是 針 對 單 一 事 件 9
圖 14.2:IoT 可 透 過 標 準 的 制 定 使 各 個 CPS 系 統 能 彼 此 溝 通 與 資 訊 分 享 10
圖 14.3: 物 聯 網 架 構 物 聯 網 可 分 為 三 個 階 層 感 知 層 (Device) 網 路 層 (Connect) 應 用 層 (Manage) 11
物 聯 網 架 構 感 知 層 (Device) 針 對 不 同 的 場 景 進 行 感 知 與 監 控 具 有 感 測 辨 識 及 通 訊 能 力 的 設 備 RFID 標 籤 及 讀 寫 器 GPS 影 像 處 理 器 溫 度 濕 度 紅 外 線 光 度 壓 力 音 量 等 各 式 感 測 器 12
物 聯 網 架 構 感 知 層 的 應 用 二 氧 化 碳 感 知 能 力 的 感 測 器 音 量 感 知 能 力 的 感 測 器 視 覺 感 知 能 力 的 感 測 器 嵌 入 壓 力 感 測 器 的 鞋 子 13
物 聯 網 架 構 網 路 層 (Connect) 將 感 知 層 收 集 到 的 資 料 傳 輸 至 網 際 網 路 建 構 無 線 通 訊 網 路 上 語 音 傳 輸 為 主 的 電 信 網 路 (TeleCom) 資 料 傳 輸 為 主 的 數 據 網 路 (DataCom) 14
圖 14.4: 物 聯 網 架 構 網 路 層 的 應 用 高 速 公 路 雲 端 伺 服 器 75 km 雲 端 運 算 雲 端 資 料 庫 交 通 部 雷 達 15
圖 14.5: 高 速 公 路 即 時 路 況 系 統 示 意 圖 16
物 聯 網 架 構 應 用 層 (Manage) 物 聯 網 與 行 業 間 的 專 業 進 行 技 術 融 合 根 據 不 同 的 需 求 開 發 出 相 應 的 應 用 軟 體 智 慧 電 表 17
感 知 層 關 鍵 技 術 物 聯 網 感 知 層 技 術 中, 主 要 可 分 為 感 測 技 術 與 辨 識 技 術 感 測 技 術 使 智 慧 物 件 具 有 感 測 環 境 變 化 或 物 體 移 動 的 能 力 常 被 用 來 嵌 入 物 體 的 感 測 元 件, 包 括 紅 外 線 溫 度 濕 度 亮 度 壓 力 三 軸 加 速 度 等 感 測 器 辨 識 技 術 最 常 見 的 便 是 RFID 的 元 件, 將 RFID 的 標 籤 嵌 入 於 物 體, 便 使 物 體 可 以 記 錄 及 回 報 自 己 的 身 份 或 狀 態 18
感 知 層 關 鍵 技 術 感 測 技 術 能 夠 探 測 感 受 外 界 的 信 號 物 理 條 件 ( 如 光 熱 濕 度 ) 化 學 組 成 ( 如 煙 霧 ) 19
圖 14.6: 相 當 多 樣 的 感 測 元 件 種 類 20
感 知 層 關 鍵 技 術 陀 螺 儀 (Gyroscope) 協 助 駕 駛 維 持 航 行 的 平 衡 與 姿 態 方 便 的 控 制 載 具 的 平 衡 常 見 於 直 升 機 甩 尾 遙 控 車 21
感 知 層 關 鍵 技 術 運 動 偵 測 器 (motion detector) 微 波 感 測 物 體 移 動 杜 普 勒 效 應 的 原 理 22
感 知 層 關 鍵 技 術 三 軸 加 速 度 計 (Triple axis accelerometer) 組 藉 由 電 容 量 的 變 化 便 可 以 量 測 加 速 度 的 變 化 常 見 於 電 玩 遊 樂 器 Wii 的 搖 桿 上 23
感 知 層 關 鍵 技 術 壓 力 感 測 器 (Pressure Sensor) 置 於 鞋 底 上, 藉 由 壓 力 數 據 便 可 以 知 道 使 用 者 的 走 路 姿 勢 是 否 不 正 確 24
感 知 層 關 鍵 技 術 紅 外 線 人 體 感 測 器 (Passive Infra-Red) 不 會 主 動 發 射 紅 外 線, 而 是 藉 由 感 測 物 體 上 的 溫 度 變 化 常 見 於 自 動 燈 控 等 應 用 25
感 知 層 關 鍵 技 術 音 量 感 測 (Sound sensor) 經 由 感 測 模 組 將 類 比 轉 為 數 位 信 號, 然 後 將 此 數 位 信 號 傳 至 感 測 器 上, 進 而 感 測 環 境 音 量 當 超 出 噪 音 值 時, 可 即 時 做 出 警 告, 用 以 維 護 生 活 環 境 品 質 26
感 知 層 關 鍵 技 術 超 音 波 (Ultrasonic) 音 波 反 彈 的 方 式 量 測 距 離 常 用 於 倒 車 雷 達, 當 倒 車 時, 即 時 告 知 車 主 目 前 與 後 方 物 體 距 離, 避 免 車 與 物 體 發 生 碰 撞 27
感 知 層 關 鍵 技 術 CO CO2 感 測 器 可 用 來 監 測 目 前 空 氣 中 CO2 及 CO 含 量 可 用 於 家 中 感 測 CO 含 量, 當 發 現 異 常 時, 及 時 發 出 警 報, 讓 人 們 及 早 發 現 做 出 反 應 28
感 知 層 關 鍵 技 術 震 動 感 測 (Piezo Film Vibra) 監 測 地 表 震 動 情 形, 可 提 早 得 知 地 震 區 發 生 區 域 及 地 震 級 數, 即 時 的 發 出 警 告 29
感 知 層 關 鍵 技 術 溫 溼 度 感 測 器 (Temperature and Humidity Sensor) 藉 由 將 戶 外 的 溫 溼 度 資 訊 透 過 多 步 的 傳 送 至 伺 服 端, 使 得 伺 服 端 可 以 利 用 這 些 資 料 做 相 關 應 用 及 決 策 當 發 現 目 前 溫 度 及 濕 度 是 有 害 人 體 的, 則 可 即 時 做 出 調 整, 讓 我 們 所 處 環 境 更 加 舒 適 30
感 知 層 關 鍵 技 術 光 敏 電 阻 (Photoresistor) 價 格 相 當 低 廉 量 測 光 敏 電 阻 上 的 壓 降 便 能 計 算 出 環 境 亮 光 的 強 弱 31
感 知 層 關 鍵 技 術 電 子 羅 盤 (Electronic compass) 利 用 的 地 球 磁 場 可 辨 識 方 向 有 助 於 船 隻 當 航 行 迷 失 方 向 時 32
感 知 層 關 鍵 技 術 辨 識 技 術 能 夠 快 速 辨 識 物 品 的 身 份 名 稱 生 產 地 生 產 日 期 製 造 廠 商 33
圖 14.7: 條 碼 辨 識 技 術 條 碼 (Barcode) 藉 由 許 多 條 寬 度 不 同 的 黑 線 及 空 白 來 編 碼 讀 取 出 該 物 品 的 生 產 地 製 造 廠 商 生 產 日 期 商 品 名 稱 等 生 產 地 它 具 有 低 成 本 高 效 率 高 可 靠 性 容 易 製 成 容 易 操 作 的 特 性 34
圖 14.8:QR code 辨 識 技 術 QRCode(QuickResponse) 由 於 它 是 二 維 空 間 條 碼, 因 此 比 一 維 條 碼 (Barcode) 更 能 儲 存 更 多 資 訊 可 快 速 被 解 碼 以 及 容 錯 能 力 條 碼 中 有 三 個 " 回 " 圖 示, 其 主 要 的 功 用 在 於 方 便 QR 碼 的 讀 取 器 定 位, 因 此 使 用 者 在 讀 取 資 料 時 並 不 用 剛 好 對 準 QR 碼, 因 此 使 用 上 更 為 簡 易 方 便 35
圖 14.9: 無 線 射 頻 辨 識 技 術 無 線 射 頻 辨 識 RFID(Radio Frequency Identification) 這 項 技 術 需 要 兩 種 裝 置 才 能 達 成 標 籤 (Tag): 功 能 在 於 儲 存 一 些 個 人 或 商 品 的 資 訊 讀 取 / 寫 入 器 (Reader/Writer): 讀 取 / 寫 入 標 籤 中 資 訊 的 裝 置, 對 於 被 動 式 標 籤 而 言, 讀 取 / 寫 入 器 是 它 的 電 力 來 源 36
感 知 層 關 鍵 技 術 近 場 通 訊 NFC(Near Field Communication) 由 飛 利 浦 (Philips) 及 索 尼 (Sony) 所 制 定 的 短 距 離 通 訊 技 術 有 三 種 工 作 模 式 卡 模 式 (Card Emulation): 能 代 替 許 多 RFID 卡 片, 如 車 票 門 禁 信 用 卡 等 點 對 點 模 式 (P2P mode): 兩 台 NFC 裝 置 做 點 對 點 的 資 料 交 換, 如 照 片 音 樂 文 件 等 讀 取 器 模 式 (Reader/writer mode):nfc 裝 置 變 為 讀 取 器, 可 以 讀 取 擁 有 電 子 標 籤 的 物 品, 進 而 了 解 該 物 品 的 資 訊 37
圖 14.10:NFC 辨 識 技 術 三 大 模 式 點 對 點 模 式 (P2P mode) 卡 模 式 (Card Emulation) 讀 取 器 模 式 (Reader/writer mode) 38
感 知 層 關 鍵 技 術 結 語 透 過 上 述 的 感 知 層 的 感 測 與 辨 識 兩 大 關 鍵 技 術 可 使 我 們 輕 鬆 取 得 物 品 (Thing) 時 間 (Time) 與 地 點 ( Place) 及 事 件 (Event) 等 實 體 世 界 的 重 要 資 訊 然 而 這 些 資 訊 必 須 進 一 步 透 過 下 一 章 節 將 介 紹 的 物 聯 網 聯 網 技 術 傳 送 至 網 際 網 路 藉 由 雲 端 運 算 的 資 訊 管 理 儲 存 與 分 享, 使 人 與 物 及 物 與 物 間 的 互 動 更 易 實 現 39
網 路 層 通 訊 與 網 際 網 路 關 鍵 技 術 智 慧 物 件 必 須 能 夠 存 取 網 際 網 路 (Internet) 的 能 力, 使 得 各 種 智 慧 物 件 之 間 能 夠 彼 此 分 享 資 訊 人 和 物 體 人 和 人 物 體 和 物 體 之 間 物 聯 網 中 的 網 路 通 訊 技 術 中, 包 含 了 各 種 不 同 通 訊 範 圍 與 傳 輸 速 率 的 無 線 通 訊 網 路, 依 照 是 否 直 接 連 結 上 網 際 網 路 的 方 式, 可 區 分 為 : 內 部 網 路 ( 稱 區 域 網 路 ) 例 如 :RFID ZigBee Bluetooth UWB WiFi 等 外 部 網 路 例 如 :3G WiMAX 等 40
網 路 層 通 訊 與 網 際 網 路 關 鍵 技 術 物 聯 網 中 的 網 路 通 訊 技 術 中, 包 含 了 各 種 不 同 通 訊 範 圍 與 傳 輸 速 率 的 無 線 通 訊 網 路, 依 照 是 否 直 接 連 結 上 網 際 網 路 的 方 式, 可 區 分 為 內 部 網 路 ( 稱 區 域 網 路 ) 例 如 :RFID ZigBee Bluetooth UWB WiFi 等 外 部 網 路 例 如 :3G WiMAX 等 41
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 內 部 網 路 的 應 用 在 日 常 生 活 中 已 非 常 普 及 如 人 們 的 筆 記 型 電 腦 所 使 用 的 WiFi 和 藍 芽 網 路 物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 RFID(Radio Frequency Identification) IEEE 802.15.6 無 線 通 訊 標 準 Zigbee 藍 芽 (Bluetooth) 紅 外 線 傳 輸 UWB(Ultrawideband) WiFi(WirelessFidelity) 42
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 RFID(Radio Frequency Identification) 稱 為 無 線 射 頻 識 別 系 統 由 讀 寫 器 (Reader/Writer) 和 RFID 標 籤 (Tag) 組 成 利 用 讀 寫 器 發 射 無 線 電 波, 觸 動 感 應 範 圍 內 的 RFID 標 籤, 藉 由 電 磁 感 應 產 生 電 流, 供 應 RFID 標 籤 上 的 晶 片 運 作 並 發 出 電 磁 波 回 應 感 應 器 例 如 : 連 鎖 通 路 商 Wal-Mart, 要 求 上 游 的 供 應 商 在 貨 品 的 包 裝 上 都 需 嵌 入 RFID 標 籤, 以 便 追 蹤 貨 品 在 供 應 鏈 上 的 即 時 資 訊 43
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 IEEE 802.15.6 無 線 通 訊 標 準 具 有 省 電 低 傳 輸 等 特 性 主 要 考 量 在 人 體 上 或 人 體 內 的 應 用 例 如 : 在 受 照 護 者 的 身 上 貼 附 許 多 生 理 感 測 晶 片 ( 例 如 : 血 壓 血 糖 心 跳 等 感 測 器 ), 感 測 器 透 過 IEEE 802.15.6 無 線 通 訊 技 術, 將 所 蒐 集 到 的 資 料 透 過 網 際 網 路, 傳 輸 到 外 部 的 監 控 裝 置 44
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 Zigbee 具 有 低 速 低 耗 電 低 成 本 與 低 複 雜 度 之 特 性 支 援 擴 充 大 量 的 網 路 節 點 與 多 種 網 路 拓 樸 與 802.11(Wi-Fi) 藍 芽 (Bluetooth) 共 同 使 用 2.4GHz 頻 帶, 支 援 最 高 傳 輸 數 據 為 250kbps 傳 輸 範 圍 可 達 到 10 至 50 公 尺 感 測 器 透 過 Zigbee 通 訊 協 定, 能 夠 將 感 測 資 料, 以 無 線 多 躍 傳 輸 的 方 式, 傳 回 給 伺 服 器 端 例 如 : 透 過 ZigBee 技 術, 可 將 嵌 入 於 室 內 空 間 之 各 種 感 測 元 件 ( 如 溫 濕 度 移 動 偵 測 壓 力 或 CO2 等 感 測 器 ), 進 行 整 合, 藉 由 ZigBee 技 術 將 感 測 器 所 蒐 集 到 的 資 料, 送 往 伺 服 器 端 進 行 分 析 45
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 藍 芽 (Bluetooth) 無 線 個 人 區 域 網 路 (Wireless PAN) 使 用 的 無 線 通 訊 協 定 具 有 成 本 低 效 益 高 的 特 性 短 距 離 內 以 一 對 一 或 一 對 多 的 方 式, 隨 意 無 線 連 接 其 他 的 藍 芽 裝 置, 可 以 傳 輸 數 位 資 料 及 傳 送 聲 音 運 作 在 2.45 GHz 的 免 費 頻 帶 上, 傳 輸 量 每 秒 鐘 可 達 1Mbps, 同 時 可 以 設 定 加 密 保 護 傳 輸 範 圍 最 遠 可 達 10-100 公 尺 2.0 及 3.0 版, 可 分 別 達 到 3Mbps 及 24Mbps 的 速 度 例 如 : 在 駕 駛 的 過 程 中, 用 戶 僅 需 透 過 聲 控 即 可 完 成 撥 號 接 聽 音 量 調 節 等 功 能, 也 可 透 過 語 音 指 令 來 控 制 車 上 的 所 有 開 關 46
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 紅 外 線 傳 輸 具 有 傳 輸 距 離 短 低 傳 輸 速 率 和 低 成 本 的 特 性 通 訊 距 離 為 3-5 公 尺 傳 輸 速 率 大 約 介 於 2.4Kbps 至 115.2Kbps 廣 泛 應 用 於 家 電 的 遙 控 小 型 移 動 設 備 互 換 數 據 和 物 體 偵 測 上 例 如 : 英 國 超 市 Tesco, 將 紅 外 線 感 測 器 建 置 於 賣 場 入 口 及 結 帳 櫃 檯 前, 藉 此 掃 描 進 場 的 顧 客 人 數 等 候 結 帳 人 數, 再 將 這 些 即 時 資 料 與 以 往 歷 史 資 訊 做 整 合 性 分 析 47
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 UWB(Ultrawideband) 稱 為 超 寬 頻 技 術 具 備 低 耗 電 高 速 的 特 性 短 距 離 的 無 線 寬 帶 通 信 方 式 傳 輸 範 圍 10 公 尺 以 內 傳 輸 速 率 約 100Mbps 至 1Gbps 不 受 微 波 爐 藍 芽 與 WiFi 等 無 線 電 波 影 響 例 如 : 在 礦 井 探 勘 中, 可 藉 由 UWB 之 特 性 進 行 環 境 監 測 48
物 聯 網 之 內 網 通 訊 技 術 WiFi(WirelessFidelity) 無 線 傳 輸 技 術 與 藍 芽 技 術 一 樣 短 距 離 無 線 技 術 使 用 2.4GHz 及 5GHz 的 免 費 的 頻 段 傳 輸 速 率 約 為 54 Mbps WiFi 傳 輸 的 速 率 比 藍 芽 還 快, 且 距 離 也 比 藍 芽 遠 常 用 的 標 準 分 別 是 IEEE 802.11b 及 IEEE 802.11g 例 如 : 將 WiFi 的 技 術 運 用 於 車 載 當 中, 並 結 合 遠 端 交 通 安 全 管 理 平 台, 在 汽 車 可 能 發 生 交 通 事 故 前 發 出 警 告 訊 息, 提 醒 司 機 注 意 安 全 駕 駛, 進 而 減 少 交 通 事 故 的 發 生 49
物 聯 網 之 外 網 通 訊 技 術 外 網 通 訊 技 術 電 信 網 路 原 本 以 傳 輸 語 音 為 主, 現 已 可 傳 輸 數 據 資 料 如 3G 和 3.5G 數 據 網 路 輸 數 據 資 料 為 主 如 WiMAX 50
物 聯 網 之 外 網 通 訊 技 術 電 信 網 路 由 基 地 台 與 手 持 設 備 所 組 成 使 用 者 只 要 位 於 基 地 台 通 訊 範 圍 內, 即 可 進 行 語 音 或 資 料 的 傳 輸 架 構 為 階 層 式, 主 要 可 以 分 為 三 個 階 層 ( 底 層 至 上 層 ) 行 動 電 話 基 地 台 交 換 機 51
圖 14.11: 電 信 網 路 運 作 圖 52
物 聯 網 之 外 網 通 訊 技 術 電 信 網 路 在 物 聯 網 中, 手 機 已 扮 演 關 鍵 角 色, 並 且 是 物 聯 網 中 最 具 特 色 的 智 慧 物 件 手 機 中 的 三 軸 加 速 計 電 子 羅 盤 全 球 衛 星 定 位 系 統 (GPS) 麥 克 風 光 感 測 器 觸 控 感 測 器 及 攝 影 照 像 設 備 等, 它 可 以 瞭 解 使 用 者 的 行 為 透 過 WiFi 或 3G 的 聯 網 服 務, 亦 可 讓 使 用 者 與 其 他 的 物 聯 網 設 備 溝 通, 甚 至 遠 端 操 控 各 項 家 電 及 工 廠 設 備 53
物 聯 網 之 外 網 通 訊 技 術 WiMAX 主 要 用 於 無 線 都 會 網 路 提 供 高 速 寬 頻 網 路 存 取 服 務 與 LTE 同 樣 屬 於 4G 的 無 線 通 訊 技 術 以 2-11GHz 的 頻 帶 為 主 支 援 多 種 服 務 品 質 保 證 (QoS) 等 級 的 資 料 傳 輸 例 如 : 企 業 透 過 WiMAX 網 路, 將 可 以 提 供 使 用 者 許 多 的 影 音 即 時 的 服 務, 如 收 看 電 影 或 傳 輸 家 中 的 監 控 影 像 等 54
兩 化 融 合 結 合 資 訊 化 及 自 動 化 資 訊 化 藉 由 RFID 與 無 線 感 測 網 路 技 術, 將 物 品 或 環 境 的 資 料 數 位 化 自 動 化 經 由 不 同 的 網 路 環 境, 讓 物 品 可 以 自 主 的 傳 送 資 訊 或 控 制 其 他 物 品 55
物 聯 網 遭 遇 到 的 挑 戰 不 同 網 路 通 訊 技 術 之 間 無 法 溝 通 的 問 題, 因 此 必 須 發 展 物 聯 網 的 異 質 網 路 的 整 合 技 術 56
物 聯 網 的 異 質 網 路 整 合 技 術 物 聯 網 技 術 特 色 可 讓 不 同 物 體 間 透 過 無 線 網 路 得 知 彼 此 的 即 時 狀 態 與 資 訊 物 聯 網 中 異 質 網 路 整 合 的 困 難 各 項 裝 置 的 即 時 資 訊 及 狀 態 無 法 有 效 地 整 合 無 線 通 訊 技 術 不 盡 相 同 物 聯 網 整 合 目 標 設 計 出 多 網 閘 道 器 能 與 各 智 慧 物 件 進 行 通 訊, 進 行 資 訊 的 交 換 與 整 合 57
物 聯 網 的 異 質 網 路 整 合 技 術 異 質 網 路 閘 道 器 需 整 合 多 種 無 線 通 訊 之 協 定 依 據 電 子 設 備 所 使 用 之 無 線 通 訊 協 定, 將 不 同 無 線 通 訊 協 定 的 封 包 格 式 轉 換 成 智 慧 設 備 所 使 用 的 封 包 格 式 異 質 網 路 閘 道 器 可 讓 不 同 的 無 線 通 訊 協 定 彼 此 溝 通, 但 異 質 網 路 的 整 合 還 是 會 遇 到 許 多 挑 戰 ISM 頻 寬 不 足 IP 位 置 不 夠 充 足 58
圖 14.12: 異 質 網 路 閘 道 器 示 意 圖 59
應 用 層 物 聯 網 實 例 智 慧 公 車 智 慧 電 網 智 慧 健 康 照 護 智 慧 人 文 樹 道 智 慧 門 票 物 流 管 理 應 用 系 統 60
圖 14.13: 智 慧 公 車 物 聯 網 系 統 智 慧 公 車 資 訊 系 統 控 制 中 心 公 車 即 將 到 站 61
圖14.14 智慧電網之AMI架構 智慧電網 智慧電錶 資料收集系統 雲端資料庫 發電廠 AMI 62
圖 14.15: 傳 統 電 網 與 智 慧 電 網 的 電 力 來 源 差 異 傳 統 電 網 與 智 慧 電 網 的 電 力 來 源 差 異 資 料 蒐 集 系 統 發 電 廠 發 電 廠 傳 統 電 網 智 慧 電 網 63
圖 14.16: 健 康 照 護 應 用 系 統 智 慧 健 康 照 護 醫 院 居 家 事 件 ( 跌 倒 ) 指 令 中 央 控 制 系 統 人 力 物 力 支 援 鄰 近 義 工 64
圖 14.17: 智 慧 藥 盒 提 供 正 確 用 藥 的 架 構 圖 智 慧 健 康 照 護 - 智 慧 藥 盒 雲 端 資 料 庫 醫 院 智 慧 藥 盒 65
圖 14.18: 真 菌 菇 內 所 安 裝 的 感 測 器 及 感 測 模 組 智 慧 人 文 樹 道 66
14-5: 應 用 層 物 聯 網 實 例 智 慧 門 票 - 門 票 嵌 入 RFID 標 籤 智 慧 晶 片 記 錄 每 位 參 觀 者 的 資 料 協 助 遊 客 參 觀 園 區 場 館 人 數 控 制 67
圖 14.19: 智 慧 物 流 流 程 物 流 管 理 應 用 系 統 68
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 類 似 物 聯 網 未 來 發 展 典 範 的 好 萊 塢 科 幻 電 影 關 鍵 報 告 : 動 態 廣 告 牆 機 械 公 敵 : 智 能 家 電 架 起 智 慧 聯 網 國 度 中 各 種 人 事 物 溝 通 的 橋 樑 射 頻 識 別 技 術 (RFID) 無 線 感 知 與 通 訊 技 術 紅 外 感 測 器 奈 米 與 微 機 電 技 術 全 球 定 位 系 統 3D 雷 射 掃 描 器 69
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 智 慧 物 件 物 聯 網 技 術 內 嵌 於 各 種 物 體 中 : 智 慧 物 件 使 各 式 智 慧 物 件 具 備 類 似 人 類 的 感 測 識 別 與 溝 通 能 力 物 聯 網 技 術 智 慧 物 件 的 遠 端 操 控 管 理 使 生 活 更 具 智 慧 化 高 效 節 能 安 全 環 保 的 和 諧 社 會 70
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 物 聯 網 境 界 全 面 感 知 可 靠 傳 輸 智 慧 處 理 達 成 物 聯 網 境 界 的 嚴 峻 挑 戰 感 知 層 技 術 的 挑 戰 網 路 層 技 術 的 挑 戰 應 用 層 技 術 的 挑 戰 71
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 感 知 挑 戰 感 知 層 技 術 的 挑 戰 嚴 加 制 定 相 關 的 感 知 標 準, 避 免 物 聯 網 資 訊 效 率 低 落 的 情 形 物 聯 網 大 量 且 相 異 的 設 備 不 同 設 備 有 不 同 的 感 測 資 訊 處 理 方 式 產 生 大 量 且 檔 案 大 小 不 同 的 封 包 資 料 交 換 的 封 包 格 式 與 運 行 架 構 72
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 網 路 挑 戰 網 路 層 技 術 的 挑 戰 設 備 干 擾 : 如 何 在 有 限 的 頻 帶 中 做 出 最 好 的 利 用 頻 道 的 動 態 性 : 如 何 讓 設 備 選 擇 較 佳 的 頻 道 傳 輸, 使 資 料 傳 輸 更 具 適 應 性 服 務 品 質 的 支 持 : 如 何 避 免 資 料 精 準 且 不 遺 失 資 訊 安 全 : 如 何 保 證 在 這 大 量 的 傳 輸 之 間 不 被 各 種 潛 在 危 機 所 攻 擊 73
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 應 用 挑 戰 應 用 層 技 術 的 挑 戰 物 聯 網 訊 息 的 價 值 特 質 隨 著 訊 息 的 正 確 性 而 增 加 隨 著 被 使 用 次 數 與 頻 率 而 增 加 隨 著 訊 息 組 合 來 源 數 越 多 而 增 加 隨 著 產 生 的 時 間 越 久 而 貶 值 74
物 聯 網 未 來 發 展 與 挑 戰 應 用 挑 戰 應 用 層 技 術 的 挑 戰 物 聯 網 資 料 的 智 慧 管 理 資 源 限 制 : 如 何 妥 善 分 配 所 有 設 備 與 資 源 自 動 化 : 如 何 使 智 慧 物 件 做 到 自 我 組 織 自 我 配 置 自 我 管 理 和 自 我 修 復 個 人 隱 私 : 如 何 在 自 動 化 應 用 與 人 類 隱 私 之 間 有 效 劃 分 彼 此 的 領 域 物 聯 網 資 訊 的 融 合 與 管 理 : 如 何 將 這 麼 多 雜 亂 的 資 訊 做 有 效 的 整 合 及 管 理 75
結 論 物 聯 網 的 發 展 之 便 利 性 與 必 要 性 提 昇 人 們 生 活 品 質, 展 開 全 新 且 高 智 慧 的 生 活 方 式 所 有 的 系 統 及 不 同 的 網 路 架 構 完 整 地 串 聯 在 一 起 所 有 物 品 資 訊 對 物 品 擁 有 者 而 言 都 是 透 明 且 可 即 時 掌 握 節 省 人 們 對 實 體 世 界 中 智 慧 物 件 管 理 的 程 序 簡 化 處 理 事 情 的 程 序 與 思 維 人 們 的 智 慧 也 需 隨 著 物 件 智 慧 的 增 長 而 提 昇 76
習 題 1. 請 說 明 感 知 層 中 的 感 知 技 術 與 辨 識 技 術 主 要 功 能 在 於? 2. 請 列 出 常 見 的 五 種 感 測 功 能 與 三 種 辨 識 技 術 3. 請 列 出 六 種 物 聯 網 網 路 層 的 無 線 通 訊 協 定 4. 請 說 明 何 謂 兩 化 融 合 5. 請 列 舉 三 項 使 用 智 慧 公 車 所 帶 來 的 好 處 6. 請 說 明 智 慧 型 電 表 基 礎 建 設 AMI 中 power meter 的 功 能 為 何? 7. 請 列 舉 三 個 應 用 在 醫 療 照 護 中 的 感 測 器 77
習 題 8. 請 說 明 在 智 慧 人 文 樹 道 中 的 應 用 中, 真 菌 菇 是 如 何 得 知 有 人 接 近 並 且 播 放 音 樂? 9. 請 說 明 物 聯 網 為 了 達 成 可 靠 傳 輸, 共 有 哪 些 要 點? 10. 請 列 舉 三 種 在 網 路 層 的 關 鍵 技 術? 11. 物 聯 網 中 的 訊 息 的 價 值, 具 有 哪 些 特 點? 12. 物 聯 網 的 智 慧 管 理, 共 有 哪 些 挑 戰? 13. 舉 出 三 項 目 前 台 灣 政 府 正 積 極 推 動 的 物 聯 網 相 關 計 畫 14. 請 說 明 無 線 感 測 網 路 主 要 是 由 哪 兩 種 設 備 所 構 成? 15. 請 說 明 網 宇 實 體 系 統 與 無 線 感 測 網 路 的 差 異 點 為 何 78
習 題 16. 歐 洲 電 信 標 準 協 會 (ETSI) 將 物 聯 網 劃 分 為 三 階 層, 請 問 分 別 是 哪 三 層? 17. 承 上 題, 請 以 最 簡 明 的 方 式 說 明 此 三 層 之 間 的 交 互 關 係? 18. 請 列 舉 三 種 在 感 知 層 的 關 鍵 技 術? 79
參 考 文 獻 1. http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnl ID=13&OneNewsPage=2&Page=1&ct=1&id=000021 0621_WYO5SS4S3S128U0UW8NA8, IoT 發 展 歷 程 2. http://www.etsi.org/website/homepage.aspx, 物 聯 網 三 層 架 構 3. http://1968.freeway.gov.tw/, 高 速 公 路 即 時 路 況 系 統 示 意 圖 4. http://www.eettaiwan.com/, 電 子 工 程 專 輯 80
參 考 文 獻 5. http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=71415 &s=3 Wal-Mart, 政 府 投 入 大 規 模 資 源, 帶 動 物 聯 網 產 業 興 起 6. http://www.digitimes.com.tw/tw/things/shwnws.asp?c nlid=15&cat=10&cat1=15&id=0000271023_6z1lsi D13P79QR28XHDSA, 藍 牙 技 術 帶 動 下 的 未 來 物 聯 網 車 載 應 用 7. http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=71415 &s=2 TESCO, 感 測 聯 網 技 術 成 熟, 物 聯 網 大 規 模 應 用 竄 起 81
參 考 文 獻 8. http://www.libnet.sh.cn:82/gate/big5/www.istis.sh.cn/l ist/list.aspx?id=6606, 煤 礦 行 業 物 聯 網 系 統 介 紹 9. http://tw.myblog.yahoo.com/jw!9ejihlkahxvspfxc Mm2qVDDHATEq1w--/article?mid=8784, 汽 車 物 聯 網 新 試 驗 :WiFi 連 接 車 輛 減 少 交 通 事 故 10. http://big5.huaxia.com/zt/sh/10-017/1860924.html, 智 慧 客 車 時 代 來 臨 11. http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp, AMI 自 動 讀 表 的 通 訊 技 術 82
參 考 文 獻 12. http://www-mems.me.ntu.edu.tw/pdt_view.asp?sn=131, 智 慧 藥 盒 13. http://www.lp-rack.com.tw/html/wuliaojia_6.html, 倉 儲 物 流 系 統 建 設 14. http://blog.chinatimes.com/blognews/archive/2010/03/ 01/474725.html, 物 聯 網 十 年 大 趨 勢 上 兆 商 機 15. http://mag.udn.com/mag/digital/storypage.jsp?f_art_ ID=244781, 下 一 波 資 訊 發 展 浪 潮 : 物 聯 網 時 代 即 將 降 臨 83
參 考 文 獻 16. 周 洪 波, 李 吉 生, 趙 曉 波, 輕 鬆 讀 懂 物 聯 網 : 技 術 應 用 標 準 和 商 業 模 式, 博 碩 文 化 股 份 有 限 公 司, ISBN: 9789862014066, Dec. 2010. 17. 拓 墣 產 業 研 究 所, 第 三 波 資 訊 潮 : 物 聯 網 啟 動 智 慧 感 測 商 機, 拓 墣 科 技 公 司, ISBN: 9789866626548, May 2010. 84