IoT物联网市场趋势与最新技术应用
- 杨采蓉
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从比尔盖兹20年前「拥抱未来」一书提及物物相连的愿景，到10年前ITU国际电信联盟以「The Internet of Things」为「物联网」这个名词定调。近年来网际网络从人与人(P2P)的连接到人与物(P2M)的沟通时，下一阶段将再深入物与物(M2M)之间的沟通，也就是将实体世界(Physical World)的万物透过网际网络(Internet)相互连接起来，这将是资通讯时代的终极应用，也是近几年CES大展中，IoT物联网技术与相关应用火红的因素…
在2009年IBM曾提出「Smarter Planet(智能地球)」的愿景，指出在实体世界的万物将具备感知能力，以网络全面互联互通并且更具智能，这正是物联网的概念。
台湾在2011年成立了台湾物联网联盟(TIOTA)，主要结合产学研等单位，共同推动整合海内外物联网相关资源，使产业结构升级和生产效率能源利用效率的提高，促进产业与政府、国际间合作，并推动WSN的各项应用。而IoT也是今年(2015)拉斯维加斯消费性电子展(CES2015)中最火热的应用主题。
IoT物联网从整体架构，大致可以区分为：
1. 感知层(Sensor Layer)－由各种RFID标签、有线及无线传感器(Wired & Wireless Sensor)所组成，负责传递传感数据，这部分是发展传感元件厂商可布局之处。
2. 网络层(Network Layer)－由各种极低功耗的有线？无线网络规范，如802.15.4、6LoWPAN、ANT、WirelessHART、ZigBee、MiWi、WIA-PA、ISA100等协定，以及802.11 Wi-Fi、甚至2G GSM/2.75G GPRS/3G CDMA/3.5G WCDMA/4G LTE等移动通讯协定，将各种传感器的数据上传到云端服务器，这部分将是提供各种无线网络协定的软？硬件元件厂商，网通设备供应商、电信营运服务商，以及网际网络服务商(ISP)、云端服务供应商的市场。
3. 应用层(Application Layer)－它涵盖到应用领域相当广泛，从环境监测、无线传感网络(Wireless Sensor Network；WSN)、智能电网(Smart Grid)与能源管理、医疗照护(Health Care)、食品管制系统、产品供应链，以及从智能家庭(Smart Home)、智能建筑(Building Management)、智能工厂(Smart Factory)，以至于延伸到智能交通运输？物流、甚至智能都市的大范围的应用，可说是山也能IoT，海也能IoT。
物联网的智能家居、穿戴式装置与工控应用
近年来CES的物联网应用，较着重于透过智能手机、平板、穿戴式装置(Wearable Devices)，来做智能家居(Smart Home)与工控应用上的结合。从从原有的智能手机等可携移动设备、穿戴式装置所延伸。从像是苹果日前发布的Apple Watch，就可以透过蓝牙？iPhone的Wi-Fi？开启车库的门。
而从智能家庭的物联网架构为例，目的在于建构家庭控制与自动化，其应用到的硬件设备，包括门锁、防盗门禁锁、监控器、中央恒温空调、LED灯调光器、灯光控制、感应器闸道等硬件设施，这些都能将测到的各种信息，传至网际网络，到达云端的服务平台，使用者再藉由平板、智能手机、智能手表，来登入云端服务商所提供的服务入口网站－来查看家里的各种实时状况，或控制家里的各种家电。此外还可设定若发生特殊状况时，将警示信息透过简讯、E-mail、语音的方式传送到使用者的手机上。
为了能相互连接，所使用的通讯网络也必须需标准化，像运用Z-Wave、ZigBee、6LoWPAN、BLE(BT Smart)、Wi-Fi、NFC等无线网络，以及透过有线？路由的TCP/IP、HTTP、Semantic Web(Web 3.0)等网络标准。
物联网的平台与网络连接标准
近年因「平台(Platform)」的概念兴盛，也有人在物联网的第二层与第三层中间加入一个「平台层(Platform Layer)」的概念。无论是过去的笔记本电脑？桌机等个人电脑平台，或是平板电脑、智能手机等移动设备(iOS/Android)平台、穿戴式装置(Wearable Devices)平台，当然是既有ICT资通讯产商开发新产品、新应用的杀戮战场之处。
在Wi-Fi无线网络执龙头地位的博通(Broadcom)，早于2013年推出支持低功耗蓝芽(Bluetooth Low Energy；BLE)的系统单芯片，随后于6月推出嵌入式无线网络连结装置(WICED)平台，整合ARM Cortex-Mx芯片与博通Wi-Fi芯片的套件，大小仅一支U盘，内建了必要的通讯协定推叠(WICED Smart)软件，提供Wi-Fi、BLE等无线联网能力与服务，让客户在各种消费性装置上轻松地开发Wi-Fi连线功能；2014年6月追加iBeacon室内定位服务，并获得苹果iPhone6采用。
英特尔(Intel)于在CES 2014首度公开仅一张32mm x 24mm、SD卡大小的双核微型电脑平台－Edison，内嵌一颗22nm半导体制程打造，时脉仅400MHz的Quark处理器，整合Wi-Fi与蓝牙射频模块，瞄准物联网、无线传感与穿戴式装置商机。
今年在CES2015，进一步公开仅直径18mm(一颗钮扣大小)的Curie(居里)模块平台，内嵌32位元、100？400MHz的Quark SE SoC微系统芯片，为采用Pentium MMX架构、芯片面积仅Atom约十分之一，同时内建80KB SRAM、384KB Flash快闪存储器、PCI Express控制器的特制SoC芯片；模块已嵌入微型实时操作系统(RealTime OS)，另外还设计了低功耗蓝牙射频模块，6轴加速度与惯性感性器与电池充电模块(PM IC)的设计，可进一步作为穿戴式装置、IoT无线传感网模块(Wireless Sensor Network；WSN)的应用。
超微(AMD)则于2015年1月29日，公布代号「Project SkyBridge」的Ambidextrous Computing－不同架构的CPU可互换性的处理器架构设计。采下一代Puma+的x86核心、GCN (Graphics Core Next)绘图处理器架构的APU，以及低功耗64位元ARM Cortex-A57核心(同样整合AMD GCN绘图处理器核心)的SoC芯片，都将采用20nm制程、具备针脚兼容、互换的设计，提供客户设计出单一嵌入式主机板，能够安插x86的SoC (以安装Windows/Linux/RTOS等操作系统)或ARM的SoC芯片，可降低硬件与软件的投资，赋予产品在IoT应用中的CPU架构互换的更高弹性。
安谋(ARM)已提出mbed物联网平台，适用于旗下所有ARM Cortex架构的处理器 (包含授权给高通、联发科、辉达、瑞芯微等厂商) 。其mbed OS支持了常见的Sub-GHz Z-Wave与Thread，以及ZigBee、6LoWPAN、Bluetooth Smart、Wi-Fi、3G、LTE等网络通讯协定，提供mbed装置服务器与相关REST APIs、数据与装置管理登录、安全性管理授权等驱动程序界面的建置。
因为ARM架构已形成完整的产业生态链，相关开发工具齐备，mbed有助于解决过去IoT物联网开发平台，在OS、API、Network Stacks与程序码语法上各自为政而不一致的情形。
苹果在2014年也公开自己的HomeKit－IoT装置Apps SDK开发套件。供数码家居厂商开发出透过 iPhone、iPad等iOS 装置，以触控甚至Siri语音控制的方式，来无线操控家中各种家电设备。于拉斯维加斯落幕的CES消费性电子展中，Schlage公司展示一款Schlage Sense 智能门锁，允许iPhone用户透过Siri语音下达像是unlock my door口语指令来解锁开门。 iHome、iDevice推出智能电源插座，Incipio 推出Incipio Direct 无线智能插座与灯泡转接头等。
由高通(Qualcomm)主导并于2014年成立的AllSeen 联盟，由海尔(Haier)、LG、Panasonic、Qualcomm、Sharp、Silicon Image和TP-Link 等公司组成，一开始采用 Qualcomm的开放源码平台AllJoyn为基础。透过 Wi-Fi、电力线或是以太网络联结，并运作在Linux、Android、iOS或是Windows等平台，随后微软(Microsoft)也宣布加入。Qualcomm也宣布以旗下Atheros技术资源，与LED灯泡厂LIFX合作开发可藉由网络连动的智能LED灯泡。
谷歌(Google)则由去年(2014)2月购并由iPod之父创立的Nest Labs所提出的Thread联网平台概念，目前已有超过800个会员加入。Thread专门锁定智能家庭市场，采用802.15.4规范并以IPv6为其网络层的主要架构(即6lowWPAN)，不受任何硬件(x86/ARM)、软件平台(不限iOS或Android)或各种无线实体层技术的限制，将吃下像Zigbee、ISA100.a、WirelessHART、MiWi、Z-Wave、Bluetooth Smart等各种800？900MHz、2.4GHz频段兼容的各种以802.15.4为规范的连结技术，为消费者省去闸道器(Gateway)让装置直接连接，最多一个节点250个装置。以Nest向来发表出不下于苹果的简约时尚外型与软硬整合的实力，加上有谷歌的背书，绝对是最具潜力的物联网？数码家居平台标准的黑马。
