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656dbea35cde31b03ab774854d017256 這幾年燒得火熱的物聯網,讓許多廠商紛紛推出「數位家庭生活」、「數位辦公室」的概念產品,不過「物聯網」究竟是什麼呢?

1995 年,微軟創辦人比爾蓋茲在《擁抱未來》一書中,提及他對「物物互聯」、「智慧家庭」的想法,是物聯網概念的濫觴,而「物聯網」(Internet of Things)這個名詞首次出現則在 1999 年,由麻省理工學院自動識別中心的 Kevin Ashton 提出,他用這個概念來描述,當物品連接上網路會怎麼樣改變我們的生活。

其實早在 1982 年卡內基美隆大學的學生就組裝了一台符合物聯網概念的機器:可口可樂販賣機,因為學生都要在研究室裡待上一整天,有時口渴想要買杯可樂,但走到遙遠的販賣機前才發現已經沒有可樂了,於是聰明的學生們將販賣機連上網路,監測可樂的出罐量,在研究室裡就能知道販賣機是否還有庫存,也因為隨時都在記錄販賣機的情形,讓這群學生知道販賣機每天約賣出 120 瓶可樂。

現在的電腦及資訊運作能做到的,當然不只知道販賣機每天賣出多少瓶可樂,蒐羅大量的使用訊息,經過分析後能夠幫助我們的生活更進步,所以瞭解物聯網的概念、以及相關的資訊及產業運作模式,是現在生活在數位時代的人所要擁有的知識,下面帶大家一一瞭解。

物聯網是什麼?

物聯網英文名稱為 Internet of Things,將可以接受訊息但原本無法連上網路的物品,透過技術貼上電子標籤,使用者就能夠從網路找到物品相對應的位置、收集每個物品傳送的訊息,也可透過電腦集中管理機器、設備、甚至是在操作的人員,同時對家裡的設備、汽車進行定位、遙控、搜尋,有效防止物品遭竊。這一長串文字可能令有些人頭昏腦脹,我們可以拆解成下面幾個問題來瞭解。

物體如何接收訊息

一個物品、裝置、設備可以透過許多種方式來接收訊息,所謂的訊息包含外在的溫度、濕度、壓力、方位,也包含人類使用模式,當物體裝設如陀螺儀、RFID 讀取器、壓力感測器、溫度感測器等,就可以接受這些訊息,記錄外在環境的變化及使用者的使用習慣。

訊息如何傳遞至電腦分析

當然只能接收訊息還不夠,讓訊息全部儲存在物品裡無法運用這些訊息,必須讓這些訊息傳送到電腦裡分析,這要怎麼做到?透過有線網路或是 3G、Wi-Fi、藍牙、ZigBee 等無線通訊技術,就能夠讓這些訊息傳送到雲端主機,開始讓電腦分析訊息。

電腦收到訊息後能做什麼應用

雲端主機接收到訊息,將所收到的資訊加以分析整理,主機分析使用者行為模式後,能提供個人化服務,給予使用者有用的建議,而目前的 IPv6 技術讓每個物品都可以有自己的 IP,因此若和手機連線上,則使用者能以手機知道目前物品的定位,並遙控遠端的物品,同時也能做到資料串聯,和不同的裝置間進行資訊交換及連動,如同人類大腦一般,對所有的訊息做出反應。

物聯網架構

  • 如何運用訊息(應用層):位在雲端的主機會接收到大量的使用訊息,經過大數據的分析後,做出反應並給予各裝置相對的指令,如同人類的大腦中樞。
  • 如何傳遞訊息(網路層):透過有線及無線的網路科技,能夠將訊息傳遞至位於雲端的主機,網路就相當於人體的神經網路。
  • 如何接受訊息(感知層):物體透過辨識系統、感應技術,偵測外界環境的變化,接收各類的訊息,就像人體的五官各接受不同的外界刺激。

▲從物體接受訊息,上至雲端,最後做出反應,物聯網的三層架構是龐大網路的基礎,少了一個元素就無法構成物聯網。(圖片參考來源:數位時代)

物聯網發展關鍵

物聯網大致可分為三個層面:應用、網路、感知,箇中牽涉的行業及面向之大,看似要瞭解物聯網十分困難,不過其實只要掌握發展的關鍵,就能夠在閱讀相關新聞時得心應手,而牽涉的層面廣當然會使其發展有難度,到底物聯網發展的關鍵是什麼?

一機在手,世界任我掌握

前面講到,許多物品其實都可以透過技術連上網路,但是最重要的還是物體和人的互動,換句話說,「人」才是關鍵,而目前和人最貼近的物體或裝置是手機,只要有了手機,就可以在辦公室遙控家裡的冷氣、接收雲端主機傳來的通知,告訴你冰箱裡的牛奶已經沒有了,下班記得到超市補貨⋯,所有的資訊都傳遞到手機中,所有的指令也都從手機中發出,人手一機的時代,只要有手機就掌握一切。

5 個物聯網的關鍵字

  • 感測器:能夠探測、感受外界信號的裝置,外界信號包含光、熱、濕度、聲音、震動、壓力等等,生活中許多裝置都有感測器的存在,如倒車雷達利用超音波技術感測距離,避免碰撞。
  • RFID:無線射頻辨識技術(Radio Frequency Identification,簡稱 RFID)。透過收發無線訊號,只要物體上貼有 RFID 的標籤,讀取器就可以偵測到物體目前的位置,是目前常用在商品管理上的技術,方便商家追蹤貨物動向。
  • CPS:網宇實體系統(Cyber-Physical System,簡稱 CPS)。整合電腦雲端、感測器、連動裝置的系統,在物體接受到某個訊息後給予裝置指令、啟動程序,單個物體和雲端的連結就是一個 CPS 系統,但不同 CPS 系統間無法交換訊息,而物聯網就是把各 CPS 系統串連起來共享資訊。
  • Zigbee:和 Wi-Fi、藍牙一樣,Zigbee 是一種無線傳輸的技術,用於短距離傳輸資料,不過成本更低、耗電也更低,可以支援連結多個資訊節點,因為家電感測器的資訊都是較簡單的訊息,將 Zigbee 裝在感測器裡非常適合。
  • IPv6:網際網路通訊協定第 6 版,是網際網路通訊協定的最新版本,它的前一代 IPv4 是目前市場主流,但 IPv4 只能提供 2.5 億個 IP 位置,勢必不夠用,IPv6 的出現讓每個物體都能擁有自己的 IP 位置,實現物聯網的夢想。

手機遙控物聯網的新世代

▲只要透過隨身攜帶的手機,就能夠「遙控」家裡及辦公室的任何裝置物品,生活愈來愈方便。

物聯網的一天

物聯網發展的火熱,政府及廠商既出許多政策以及產品,不過消費者關新的還是未來物聯網會怎麼改變生活,其實從許多好萊塢電影就能夠看到人類對未來的想像,不少電視劇中也提早展現對未來高科技的渴望,例如早上起床時感測器會自動偵測窗外的陽光,調整窗簾要拉開多少,室內是否需要開燈;手上的穿戴式裝置也會匯集前一晚的睡眠資料,以及前一天的飲食記錄,建議你今天早上應該喝進多少水;你邊刷牙的時候,智慧牙刷會提醒你哪些地方還需要再加強,也可以一邊用手機遙控家電,讓咖啡機開始幫你沖咖啡,等你梳洗換裝好後,馬上就可以出門了。

上班途中用手機打開公司的電腦以及空調,自動調節溫度及濕度,為你準備最適合工作的環境,如果行經的道路有事故發生,車內系統也會提醒你改道而行。下班去運動,穿戴式裝置會記錄你的運動狀態,回家的路上也能幫你開啟空調,準備洗澡水,而洗澡最怕遇到一氧化碳中毒,但是有了物聯網裝置,煙霧感測器更敏捷安全,能夠防止意外的發生。週末在家時,感應裝置也會記錄你的生活模式以及用電的習慣,瞭解你在哪些電器上的用電量較大,什麼時候是用電高峰,哪些電器沒有常在用,可以拔除插頭等等,電力公司也能夠蒐集到每個人的資料,估計什麼時候會供電不足,提早提醒使用者。物聯網帶來的不只生活上的方便,而是更安全、貼近人類的生活。

物聯網與我們的生活

▲在未來,物聯網融入我們的生活中,你不會特別感覺到它的存在,但是你做的每一件事都會被它記錄下來。(圖片參考來源:Goldman Sachs)

當家電遇上物聯網,產業合併新革命

除了物物相連,什麼產業還可以跟純科技的物聯網結合?其實除了人和最接近我們的手機外,一開始會接觸到就是家居生活裡的一切物品,最小從插座、電燈、煙霧感測器,到各類的家電:烤箱、微波爐、電鍋、冰箱、電扇、冷氣,都能夠連上網。

家電製造商:做出最人性化的產品

想像你的冰箱裡每個櫃子都有壓力感測器,可以偵測物體滿載的狀態,舉例來說蛋格快沒有蛋了,智慧冰箱就會自動記錄,而你的食物在冰箱裡可能放太久,有異味散出,冰箱偵測到後也會提醒你應該處理了,分析冰箱內的所有食物,調節出最適合的溫度保存。當冰箱連上網後,廠商就能夠接受到關於冰箱的所有數據,整合分析使用者的習慣,可以對自家的產品進行修改調整,設計出更符合人性的冰箱,製造業省下不少的調查及設計成本,對產業是一大幫助。

電子金融商務:瞭解你的消費習慣

家電產業的物聯網也能夠和電子商務結合,當你的咖啡機發現咖啡豆快用完時,會提醒你該從櫃子裡拿咖啡豆出來補充了,但是如果雲端主機對比你在電子商務上的消費記錄之後,發現你近期並沒有購買咖啡豆,已經完全沒有庫存了,就會傳訊息到手機裡提醒你該補貨了,也因為咖啡機記錄著你的沖泡習慣,若是結合電子商務的資訊,購物平台就可提供你最適合的咖啡豆,廠商可以針對消費者習慣直接主打某項產品,無須一樣一樣讓消費者挑選,省下許多行銷及銷售成本。

家電物聯網背後的產業鏈

▲原本單純的冰箱,背後有許多的產業連結,確保提供消費者最適合的產品。

汽車物聯網,共享資訊新經濟

隨著通訊科技愈來愈進步,手機網路的普及,汽車內的設備都能夠連上網,讓汽車產業瞬間成為物聯網時代的寵兒,根據 Gartner 的預估,今年汽車物聯網的成長率會高達 96%,到底汽車的物聯網產業有什麼樣的變化及發展?

共享資訊,創造安全行車環境

開車上路最重要的就是交通安全,物聯網讓每輛車都可以共享資料,分析周圍車輛的狀態,讓雲端主機整合分析所有的數據,找出最安全的駕駛路線及模式,降低交通事故發生的機率,這也是為何自動駕駛技術受到重視的原因。而駕駛的開車習慣數據,包含開車時間、路線、車輛行進的速度、加速度,如果能夠提供給保險產業,就能為消費者提供最貼近需求的保險方案,保險公司也能夠降低其營運風險。

掌握交通要道用路狀態,方便政策執行

連續假日國道塞車問題總是難解,雖然目前已有 App 可以掌握高速公路塞車狀況、提醒用路人提早改道,但成效不佳。有了汽車物聯網,交通相關單位能夠更有效地掌握每台車輛的行經路線,分析究竟是什麼原因造成交通堵塞。在平面道路上也可以分析用路人的駕駛習慣,找出易發生事故的路口,調整交通號誌、加強警力指揮,防止交通事故的發生,減少社會成本。

各種層面的挑戰需一一克服

以上提到諸多物聯網可發展的應用層面,不過現實物聯網仍面對許多挑戰,可由三個方面切開來看:感知層、網路層、應用層。在感知層方面,因為各家感測機規格不同,產生的資訊檔案大小不一,應該儘速建置相關的標準,讓資料格式統一、方便資訊交換。

就網路層面來看,資料傳遞時最怕遇到干擾,如何迅速有效地傳遞資訊,不讓資料在傳送途中流失,並且保護資料不受到駭客攻擊,所有的技術都是相關單位應該提升的。能應用的範圍也愈來愈廣,訊息的正確性會隨著接受次數提升,訊息組合來源數也會愈來愈多,如何有效、公平地分配訊息資料,讓系統能做到自動化管理,並且劃分自動化設備與人類的隱私界線,都是發展物聯網會面對的智慧管理挑戰。

汽車產業物聯網

▲汽車資料上到雲端後,可結合各項的服務,讓產業及政府對資料作最有效的運用,提高用路安全。

 

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